Ինչպես լիցքավորել USB սարք ՝ հեծանիվ վարելով. 10 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:52

Սկսելու համար այս նախագիծը սկսվեց, երբ մենք դրամաշնորհ ստացանք Լեմելսոն-ՄԻԹ ծրագրից: (Oshոշ, եթե դու կարդում ես սա, մենք քեզ սիրում ենք):

6 աշակերտներից և մեկ ուսուցիչից բաղկացած թիմը միավորեց այս նախագիծը, և մենք որոշեցինք այն տեղադրել Instructables- ում ՝ լազերային դանակ կամ գոնե շապիկ շահելու հույսով: Ստորև ներկայացնում ենք մեր շնորհանդեսի և իմ անձնական գրառումների հավաքածուն: Հուսով եմ, որ դուք կվայելեք այս Ուսուցումը, ինչպես և մենք: Նաև կցանկանայի շնորհակալություն հայտնել Limor Fried- ին ՝ MintyBoost շղթայի ստեղծողին: Այն առանցքային դեր խաղաց մեր նախագծում: Jeեֆ Բրուքինս Աստվածային երեխայի InvenTeam անդամ

Քայլ 1: Մեր սկզբնական մտադրությունը…

Մեր սկզբնական նախագիծը այն արտադրանքի մշակումն էր, որն օգտագործում էր Ֆարադեյի սկզբունքը ՝ վազորդներին թույլ տալով լիցքավորել իրենց iPod- երը, մինչ նրանք աշխատում են: Այս հայեցակարգը էլեկտրաէներգիա կարտադրի նույն կերպ, ինչպես դա անում են Ֆարադեյի լապտերները:

Այնուամենայնիվ, մենք խնդիր ունեինք. Մեջբերումներ անեմ թիմակից Նիկ Սիարելիի մասին. օգտագործումը. ցնցման լապտերն իր էներգիան ստանում է լապտերի մեջ մագնիսի շարժվող մագնիսական դաշտի փոխազդեցությունից և խողովակի շուրջ փաթաթված մետաղալարից, որի միջոցով մագնիսը սահում է: Շարժվող մագնիսական դաշտը ստիպում է կծիկի էլեկտրոնները շարժվել երկայնքով մետաղալար, ստեղծելով էլեկտրական հոսանք: Այս հոսանքը պահվում է մարտկոցի մեջ, որն այնուհետև հասանելի է լապտերի լամպի/LED- ի համար օգտագործելու համար: Այնուամենայնիվ, երբ մենք հաշվարկեցինք, թե որքան էներգիա կարող ենք ստանալ վազքից, մենք որոշեցինք որ մեկ AA մարտկոց լիցքավորելու համար բավականաչափ էներգիա ստանալու համար կպահանջվի 50 մղոն վազք: Սա անհիմն էր, այնպես որ մենք մեր նախագիծը փոխեցինք հեծանիվների համակարգի »: Հետո մենք որոշեցինք փոխարենը օգտագործել հեծանիվին ամրացված համակարգ:

Քայլ 2. Մեր գյուտի հայտարարությունը և հասկացության զարգացումը

Սկզբում մենք տեսություն տվեցինք հեծանիվների վրա օգտագործվող վերականգնող արգելակման համակարգի զարգացման և իրագործելիության մասին: Այս համակարգը կստեղծի շարժական էներգիայի աղբյուր ՝ երկարացնելու հեծյալի կողմից տեղափոխվող շարժական էլեկտրոնային սարքերի մարտկոցի ժամկետը:

Փորձարկման փուլում պարզվեց, որ վերականգնող արգելակման համակարգը ի վիճակի չէ միաժամանակ կատարել իր երկակի գործառույթները: Այն չի կարող ոչ մեծ պտտող մոմենտ արտադրել հեծանիվը կանգնեցնելու համար, ոչ էլ բավականաչափ էներգիա արտադրել մարտկոցները լիցքավորելու համար: Հետևաբար, թիմը որոշեց հրաժարվել համակարգի արգելակման ասպեկտից և կենտրոնանալ բացառապես շարունակական լիցքավորման համակարգի զարգացման վրա: Այս համակարգը, կառուցվելուց և հետազոտվելուց հետո, ապացուցեց, որ լիովին կարող է հասնել ցանկալի նպատակներին:

Քայլ 3: Շրջանակի ձևավորում

Սկսելու համար մենք պետք է նախագծեինք մի շրջան, որը կարող էր շարժիչից վերցնել ~ 6 վոլտ, պահել այն, այնուհետև այն դարձնել 5 վոլտ, որը մեզ անհրաժեշտ էր USB սարքի համար:

Մեր նախագծած սխեման լրացնում է MintyBoost USB լիցքավորիչի գործառույթը, որն ի սկզբանե մշակվել էր Լիմոր Ֆրիդի կողմից ՝ Adafruit Industries- ից: MintyBoost- ն օգտագործում է AA մարտկոցներ ՝ շարժական էլեկտրոնային սարքեր լիցքավորելու համար: Մեր ինքնուրույն կառուցված միացումը փոխարինում է AA մարտկոցներին և սնուցում MintyBoost- ին: Այս միացումը նվազեցնում է ~ 6 վոլտ շարժիչից մինչև 2,5 վոլտ: Սա թույլ է տալիս շարժիչին լիցքավորել BoostCap (140 F), որն էլ իր հերթին սնուցում է MintyBoost սխեմաները: Ուլտրակենսատորը էներգիա է պահում ՝ USB սարքը շարունակաբար լիցքավորելու համար, նույնիսկ եթե հեծանիվը շարժման մեջ չէ:

Քայլ 4: Ուժ ստանալը

Շարժիչ ընտրելն ավելի դժվար խնդիր էր:

Թանկարժեք շարժիչները ապահովում էին արգելակման աղբյուր ստեղծելու համար անհրաժեշտ համապատասխան ոլորող մոմենտ ստեղծելը, սակայն դրա արժեքը բարձր էր: Մատչելի և արդյունավետ սարք պատրաստելու համար անհրաժեշտ էր մեկ այլ լուծում: Նախագիծը վերափոխվեց որպես շարունակական լիցքավորման համակարգ, բոլոր հնարավորություններից դուրս Maxon շարժիչը ավելի փոքր ընտրություն կլիներ իր փոքր տրամագծի պատճառով: Maxon շարժիչը նաև ապահովում էր 6 վոլտ, որտեղ, ինչպես նախորդ շարժիչները, մեզ տալիս էին ավելի քան 20 վոլտ: Վերջիններիս համար շարժիչի գերտաքացումը հսկայական խնդիր կլինի: Մենք որոշեցինք կառչել մեր Maxon 90 -ից, որը գեղեցիկ շարժիչ էր, չնայած դրա արժեքը 275 դոլար էր: (Նրանց համար, ովքեր ցանկանում են կառուցել այս նախագիծը, ավելի էժան շարժիչը բավական կլինի): Մենք ամրացրեցինք այս շարժիչը հետևի արգելակի ամրակներին մոտ ուղղակիորեն հեծանիվի շրջանակի վրա, օգտագործելով մի շարժիչ և շրջանակի միջև եղած մեկ մետր փայտ, որպեսզի կարողանանք գործել որպես հեռավորություն: ամրացրեց դրա շուրջը 2 գուլպաներ-սեղմակներ:

Քայլ 5: Լարերի տեղադրում

Շարժիչից միացում միացնելու համար հաշվի են առնվել մի քանի տարբերակ `ծաղրուծանակի համար ալիգատորների ամրակներ, հեռախոսի լար և բարձրախոսների մետաղալարեր:

Ալիգատորների տեսահոլովակները լավ էին աշխատում ծիծաղելի դիզայնի և փորձարկման նպատակների համար, բայց դրանք բավական կայուն չէին վերջնական նախագծման համար: Հեռախոսային հաղորդալարը փխրուն էր, և դրա հետ աշխատելը դժվար էր: Բարձրախոս մետաղալարը փորձարկվել է իր ամրության պատճառով, ուստի դարձել է ընտրության դիրիժորը: Չնայած այն խճճված մետաղալարեր էին, բայց ավելի մեծ տրամագծի շնորհիվ այն շատ ավելի դիմացկուն էր: Այնուհետև մենք պարզապես ամրացրեցինք մետաղալարը շրջանակին `օգտագործելով zip կապեր:

Քայլ 6: Փաստացի միացում:

Շրջանակի լուծումը գործընթացի ամենադժվար մարտահրավերն էր: Շարժիչից ստացվող էլեկտրաէներգիան առաջին հերթին անցնում է լարման կարգավորիչով, ինչը թույլ կտա մինչև հինգ ամպ շարունակական հոսանք; կանցնի ավելի մեծ հոսանք, քան մյուս կարգավորիչները: Այնտեղից լարումը իջեցվում է մինչև 2,5 վոլտ, ինչը առավելագույնն է, որը BOOSTCAP- ը կարող է պահել և ապահով կերպով կարգավորել: Երբ BOOSTCAP- ը հասնում է 1.2 վոլտի, այն ունի բավարար հզորություն, որը թույլ է տալիս MintyBoost- ին լիցքավորվող սարքի համար ապահովել 5 վոլտ աղբյուր:

Մուտքի լարերի վրա մենք ամրացրել ենք 5 Ա դիոդ, որպեսզի չստանանք «օժանդակ գործարկման էֆեկտ», որտեղ շարժիչը կսկսի պտտվել ՝ օգտագործելով պահված էլեկտրաէներգիան: Մենք օգտագործեցինք 2200uF կոնդենսատորը `լարման կարգավորիչին հոսանքի հոսքը հավասարեցնելու համար: Լարման կարգավորիչը, որը մենք օգտագործում էինք, LM338- ը, կարգավորելի է `կախված այն բանից, թե ինչպես եք այն դրել, ինչպես երևում է մեր սխեմայի սխեմայում: Մեր նպատակների համար կարգավորիչին միացված երկու ռեզիստորների ՝ 120 օմ և 135 օհմ, համեմատությունը որոշում է ելքային լարումը: Մենք այն օգտագործում ենք the 6 վոլտից մինչև 2,5 վոլտ լարումը նվազեցնելու համար: Այնուհետև վերցնում ենք 2,5 վոլտը և օգտագործում այն լիցքավորելու մեր ուլտրաձայնային կոնդենսատորը ՝ 140 farad, 2,5 վոլտ հզորությամբ BOOSTCAP, որը պատրաստվել է Maxwell Technologies- ի կողմից: Մենք ընտրեցինք BOOSTCAP- ը, քանի որ դրա բարձր հզորությունը թույլ կտա մեզ լիցք պահել, նույնիսկ եթե հեծանիվը կանգնեցվի կարմիր լույսի տակ: Այս շրջանի հաջորդ մասը մի բան է, որին վստահ եմ, որ բոլորդ ծանոթ եք ՝ Adafruit MintyBoost- ը: Մենք այն օգտագործեցինք ուլտրակոնդենսատորից 2.5 վոլտ վերցնելու և այն կայուն 5 վոլտ `USB ստանդարտ բարձրացնելու համար: Այն օգտագործում է MAX756, 5 վոլտ հզորության փոխարկիչ ՝ զուգորդված 22uH ինդուկտորով: Երբ մենք ստանում ենք 1.2 վոլտ ուլտրակենսատորի միջով, MintyBoost- ը կսկսի թողնել 5 վոլտ: Մեր սխեման լրացնում է MintyBoost USB լիցքավորիչի գործառույթը, որն ի սկզբանե մշակել էր Լիմոր Ֆրիդը ՝ Adafruit Industries- ից: MintyBoost- ն օգտագործում է AA մարտկոցներ ՝ շարժական էլեկտրոնային սարքեր լիցքավորելու համար: Մեր ինքնուրույն կառուցված միացումը փոխարինում է AA մարտկոցներին և սնուցում MintyBoost- ին: Այս միացումը նվազեցնում է ~ 6 վոլտ շարժիչից մինչև 2,5 վոլտ: Սա թույլ է տալիս շարժիչին լիցքավորել BoostCap (140 F), որն էլ իր հերթին սնուցում է MintyBoost սխեմաները: Ուլտրակենսատորը էներգիա է պահում ՝ USB սարքը շարունակաբար լիցքավորելու համար, նույնիսկ եթե հեծանիվը շարժման մեջ չէ:

Քայլ 7: Շրջանակը:

Շղթան արտաքին տարրերից պաշտպանելու համար անհրաժեշտ էր պարիսպ: Ընտրվել է PVC խողովակների և ծայրերի կափարիչների «հաբ» ՝ 6 սմ տրամագծով և 18 սմ երկարությամբ: Չնայած այդ չափերը մեծ են, երբ համեմատվում են սխեմայի հետ, սա ավելի հարմարավետ դարձրեց շինարարությունը: Արտադրության մոդելը շատ ավելի փոքր կլիներ: ՊՎՔ-ն ընտրվել է երկարակեցության, եղանակի գրեթե կատարյալ դիմադրողականության, աերոդինամիկ ձևի և ցածր արժեքի հիման վրա: Փորձեր են կատարվել նաև էպոքսիդով թրջված ածխածնային հումքից պատրաստված անոթների վրա: Այս կառույցն ապացուցեց, որ և՛ ամուր է, և՛ թեթև: Այնուամենայնիվ, շինարարության գործընթացը չափազանց ժամանակատար էր և դժվար էր տիրապետել:

Քայլ 8: Փորձարկում:

Կոնդենսատորների համար մենք փորձարկում ենք երկու տարբեր տեսակներ ՝ BOOSTCAP- ը և գերկոնդենսատորը:

Առաջին գրաֆիկը պատկերում է գերկոնդենսատորի օգտագործումը, որն ինտեգրված է շղթայի հետ այնպես, որ երբ շարժիչը ակտիվ է, կոնդենսատորը լիցքավորվի: Մենք չօգտագործեցինք այս բաղադրիչը, քանի որ, մինչ գերհզոր կոնդենսատորը լիցքավորված էր ծայրահեղ արագությամբ, այն շատ արագ լիցքաթափվեց մեր նպատակների համար: Կարմիր գիծը ներկայացնում է շարժիչի լարումը, կապույտ գիծը ներկայացնում է գերակոնդենսատորի լարումը, իսկ կանաչը `USB պորտի լարումը: Երկրորդ գրաֆիկը BOOSTCAP ուլտրակապենսատորով հավաքված տվյալներն են: Կարմիր գիծը ներկայացնում է շարժիչի լարումը, կապույտը `ծայրահեղ կոնդենսատորի լարումը, իսկ կանաչը` USB պորտի լարումը: Մենք որոշեցինք օգտագործել ուլտրաձայնային կոնդենսատորը, քանի որ, ինչպես ցույց է տալիս այս թեստը, ուլտրամակենսատորը կշարունակի պահել իր լիցքը նույնիսկ այն բանից հետո, երբ հեծյալը դադարել է շարժվել: USB լարման թռիչքի պատճառն այն է, որ ուլտրա կոնդենսատորը հասել է MintyBoost- ն ակտիվացնելու համար անհրաժեշտ լարման շեմին: Այս երկու թեստերն էլ անցկացվել են 10 րոպեի ընթացքում: Հեծյալը ոտնակավորեց առաջին 5 -ը, այնուհետև մենք դիտեցինք, թե ինչպես կազդեն լարումները վերջին 5 րոպեների ընթացքում: Վերջին նկարը Google Earth- ի նկարն է, որտեղ մենք կատարել ենք մեր փորձարկումները: Այս նկարը ցույց է տալիս, որ մենք սկսել ենք մեր դպրոցից, այնուհետև երկու պտույտ ենք կատարել Լեւագուդ զբոսայգում ՝ ընդհանուր 1 մղոն ընդհանուր հեռավորության վրա: Այս քարտեզի գույները համապատասխանում են հեծյալի արագությանը: Մանուշակագույն գիծը մոտավորապես 28,9 մղոն է, կապույտը ՝ 21,7 մղոն / ժ, կանաչը ՝ 14,5 մղ / ժ, իսկ դեղինը ՝ 7,4 մղ / ժ:

Քայլ 9. Ապագա ծրագրեր

Սարքը որպես սպառողական արտադրանք տնտեսապես կենսունակ դարձնելու համար մի քանի բարելավումներ պետք է կատարվեն եղանակային պաշտպանվածության, սխեմաների բարելավման և ծախսերի կրճատման ոլորտներում: Եղանակից պաշտպանվելը կարևոր նշանակություն ունի սարքի երկարաժամկետ շահագործման համար: Շարժիչի համար հաշվի առնված տեխնիկան այն Nalgene կոնտեյներով պարունակելն էր: Այս տարաները հայտնի են անջրանցիկ և գրեթե անխորտակելի լինելու համար: (Այո, մենք վրաերթի ենթարկեցինք մեկին մեքենայով ՝ առանց որևէ վնասի): Լրացուցիչ պաշտպանություն է պահանջվել բնության ուժերի դեմ: Ընդլայնման փրփուրը կնքեց միավորը, սակայն նյութը սահմանափակումներ ունի: Ոչ միայն դժվար է ճիշտ դիրքավորվելը, այլև դա կխոչընդոտի սարքի ընդհանուր աշխատանքի համար անհրաժեշտ օդափոխմանը:

Ինչ վերաբերում է սխեմայի պարզեցմանը, հնարավորությունները ներառում են լարման կարգավորիչի մի քանի առաջադրանք և չիպ և անհատական տպագիր տպատախտակ (PCB): Չիպը կարող է փոխարինել լարման բազմաթիվ կարգավորիչներով, ինչը կնվազեցնի ինչպես արտադրանքի չափը, այնպես էլ ջերմության արտադրությունը: PCB- ի օգտագործումը կապահովի ավելի կայուն հիմք, քանի որ միացումները կլինեն անմիջապես տախտակի վրա և չեն լողա դրա տակ: Սահմանափակ չափով այն հանդես կգա որպես ջերմատախտակ `տախտակի մեջ պղնձի հետագծման պատճառով: Այս փոփոխությունը կնվազեցնի ավելորդ օդափոխության անհրաժեշտությունը և կբարձրացնի բաղադրիչների կյանքը: Costախսերի իջեցումը ամենակարևոր և ամենադժվար փոփոխությունն է, որը պետք է կատարվի դիզայնի մեջ: Շղթան ինքնին չափազանց էժան է, սակայն շարժիչի արժեքը 275 դոլար է: Ընթացքի մեջ է ավելի ծախսարդյունավետ շարժիչի որոնումը, որը դեռ կբավարարի մեր էներգիայի կարիքները:

Քայլ 10: Ավարտեք:

Շնորհակալություն մեր Instructable- ը կարդալու համար, եթե որևէ հարց ունեք, ազատ զգացեք:

Ահա որոշ պատկերներ MIT- ում մեր շնորհանդեսից: