Jinsi ya kuchaji Kifaa chochote cha USB kwa Kuendesha Baiskeli Yako: Hatua 10 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Kuanza, mradi huu ulianzishwa wakati tulipokea ruzuku kutoka kwa Programu ya Lemelson-MIT. (Josh, ikiwa unasoma hii, tunakupenda.)

Timu ya wanafunzi 6 na mwalimu mmoja waliweka mradi huu pamoja, na tumeamua kuiweka kwenye Instructables kwa matumaini ya kushinda mashine ya kukata laser, au angalau tisheti. Ifuatayo, ni mkusanyiko wa uwasilishaji wetu na maelezo yangu binafsi. Natumahi unafurahiya Maagizo haya kama vile tulivyofanya. Ningependa pia kumshukuru Limor Fried, muundaji wa mzunguko wa MintyBoost. Ilicheza jukumu muhimu katika mradi wetu. Jeff Brookins Divine Child InvenTeam Mwanachama

Hatua ya 1: Nia yetu ya Asili…

Mradi wetu wa asili ilikuwa kukuza bidhaa ambayo ilitumia Kanuni ya Faraday kuruhusu wakimbiaji kuchaji iPod zao wakati wanaendesha. Dhana hii itazalisha umeme kwa njia ile ile ya tochi za Faraday.

Walakini, tulikuwa na shida. Kunukuu mwenzangu wa timu Nick Ciarelli, "Mwanzoni tulifikiria kutumia muundo unaofanana na moja ya taa za kuitingisha na kuibadilisha ili mkimbiaji aweze kuifunga kwa kukimbia na kuwa na nguvu ya kuchaji iPod yao au kifaa chochote tochi ya kutetemeka hupata nguvu yake kutokana na mwingiliano wa uwanja wa sumaku unaotembea wa sumaku kwenye tochi na coil ya waya iliyofungwa karibu na bomba ambalo sumaku huteleza. Uga wa sumaku unaosonga husababisha elektroni kwenye koili kusonga waya, kuunda mkondo wa umeme. Sasa hii huhifadhiwa kwenye betri, ambayo inapatikana kwa matumizi ya balbu ya tochi / LED. kwamba itachukua mwendo wa maili 50 kupata nishati ya kutosha kuchaji betri moja ya AA. Hii haikuwa ya busara kwa hivyo tulibadilisha mradi wetu kuwa mfumo wa baiskeli. " Kisha tukaamua kutumia mfumo uliowekwa baiskeli badala yake.

Hatua ya 2: Taarifa yetu ya Uvumbuzi na Mageuzi ya Dhana

Hapo awali tulitoa nadharia ya ukuzaji na uwezekano wa mfumo wa kutengeneza breki wa kuzaliwa upya kwa matumizi ya baiskeli. Mfumo huu ungeunda chanzo cha nguvu cha rununu kupanua maisha ya betri ya vifaa vya elektroniki vinavyosafirishwa na mpanda farasi.

Wakati wa awamu ya majaribio, mfumo wa kusimama wa kuzaliwa upya uligundulika kuwa hauwezi kutimiza kazi zake mbili wakati huo huo. Haikuweza kutoa wakati wa kutosha kuzuia baiskeli, wala kutoa nguvu ya kutosha kuchaji betri. Timu hiyo kwa hivyo ilichagua kuachana na mfumo wa kusimama kwa mfumo, ili kuzingatia tu ukuzaji wa mfumo unaoendelea wa kuchaji. Mfumo huu, mara baada ya kujengwa na kutafitiwa, ilithibitishwa kuwa na uwezo kamili wa kufikia malengo yaliyotarajiwa.

Hatua ya 3: Tengeneza Mzunguko

Kuanza, tulilazimika kubuni mzunguko ambao unaweza kuchukua volts ~ 6 kutoka kwa gari, kuuhifadhi, na kisha kuubadilisha kuwa volts 5 ambazo tulihitaji kwa kifaa cha USB.

Mzunguko tuliobuni unakamilisha kazi ya sinia ya USB ya MintyBoost, iliyotengenezwa awali na Limor Fried, ya Viwanda vya Adafruit. MintyBoost hutumia betri za AA kuchaji vifaa vya elektroniki. Mzunguko wetu uliojengwa kwa uhuru unachukua nafasi ya betri za AA na hutoa nguvu kwa MintyBoost. Mzunguko huu hupunguza ~ 6 volts kutoka kwa motor hadi 2.5 volts. Hii inaruhusu motor kuchaji BoostCap (140 F), ambayo nayo hutoa nguvu kwa mizunguko ya MintyBoost. Ultracapacitor huhifadhi nishati kuendelea kuchaji kifaa cha USB hata wakati baiskeli haiendeshi.

Hatua ya 4: Kupata Nguvu

Kuchagua motor ilithibitisha kazi ngumu zaidi.

Magari ya gharama kubwa yalitoa mwangaza unaohitajika kuunda chanzo cha kusimama, hata hivyo gharama ilikuwa kubwa. Ili kutengeneza kifaa cha bei rahisi na bora suluhisho lingine lilikuwa muhimu. Mradi huo ulibadilishwa kama mfumo unaoendelea wa kuchaji, kati ya uwezekano wote motor Maxon itakuwa chaguo bora kwa sababu ya kipenyo chake kidogo. Magari ya Maxon pia yalitoa volts 6 ambapo motors zilizopita zilitupa zaidi ya volts 20. Kwa motor ya mwisho-inapokanzwa zaidi itakuwa suala kubwa. Tuliamua kushikamana na Maxon 90 yetu, ambayo ilikuwa gari nzuri, ingawa gharama yake ilikuwa $ 275. (Kwa wale wanaotaka kujenga mradi huu, gari yenye bei rahisi itatosha.) Tuliunganisha gari hili karibu na milango ya nyuma ya kuvunja moja kwa moja kwenye fremu ya baiskeli tukitumia kipande cha fimbo ya mita kati ya gari na fremu ili kuchukua nafasi, basi imekazwa 2-clamps-hose kuzunguka.

Hatua ya 5: Wiring

Kwa wiring kutoka kwa motor hadi mzunguko chaguzi kadhaa zilizingatiwa: sehemu za alligator za kukejeli, kamba ya simu, na waya ya spika.

Sehemu za alligator zilithibitisha kufanya kazi vizuri kwa madhumuni ya kubuni na upimaji lakini hazikuwa imara vya kutosha kwa muundo wa mwisho. Waya ya simu ilionekana dhaifu, na ni ngumu kufanya kazi nayo. Waya ya spika ilijaribiwa kwa sababu ya uimara wake kwa hivyo kuwa kondakta wa chaguo. Ingawa ilikuwa waya iliyokwama, ilikuwa ya kudumu zaidi kwa sababu ya kipenyo chake kikubwa. Kisha tuliunganisha waya kwenye fremu kwa kutumia vifungo.

Hatua ya 6: Mzunguko Halisi

Kukabiliana na mzunguko ilikuwa changamoto ngumu zaidi ya mchakato. Umeme kutoka kwa motor kwanza hutembea kupitia mdhibiti wa voltage ambayo itaruhusu hadi sasa amp amp amp amp; sasa kubwa kuliko wasimamizi wengine itapita. Kutoka hapo voltage imepunguzwa hadi volts 2.5 ambayo ndio kiwango cha juu ambacho BOOSTCAP inaweza kuhifadhi na kushughulikia salama. Mara BOOSTCAP inapopata volts 1.2, ina nguvu ya kutosha kuruhusu MintyBoost kutoa chanzo cha volt 5 kwa kifaa kinachodaiwa.

Kwenye waya za kuingiza tuliunganisha diode ya 5A ili tusipate "athari ya kuanza-kusaidiwa," ambapo motor ingeanza kuzunguka kwa kutumia umeme uliohifadhiwa. Tulitumia 2200uF capacitor hata kutoa mtiririko wa nguvu kwa mdhibiti wa voltage. Mdhibiti wa voltage ambayo tulitumia, LM338, inaweza kubadilika kulingana na jinsi unavyoweka, kama inavyoonekana kwenye mchoro wetu wa mzunguko. Kwa madhumuni yetu, kulinganisha kwa vipinga mbili, 120ohm na 135 ohm, iliyounganishwa na mdhibiti huamua voltage ya pato. Tunatumia kupunguza voltage kutoka ~ volts 6 hadi volts 2.5. Kisha tunachukua volts 2.5 na kuitumia kuchaji pracapacitor yetu, farad 140, 2.5 volt BOOSTCAP iliyotengenezwa na Maxwell Technologies. Tulichagua BOOSTCAP kwa sababu uwezo wake mkubwa utaturuhusu kushikilia malipo hata ikiwa baiskeli imesimamishwa kwa taa nyekundu. Sehemu inayofuata ya mzunguko huu ni kitu nina hakika unajua wote, Adafruit MintyBoost. Tulitumia kuchukua volts 2.5 kutoka kwa ultracapacitor na kuipandisha hadi volts 5 thabiti, kiwango cha USB. Inatumia kibadilishaji cha MAX756, 5 volt pamoja na inductor ya 22uH. Mara tu tutakapopata volts 1.2 kwenye ultracapacitor, MintyBoost itaanza kutoa volts 5. Mzunguko wetu unakamilisha kazi ya sinia ya USB ya MintyBoost, iliyotengenezwa awali na Limor Fried, ya Viwanda vya Adafruit. MintyBoost hutumia betri za AA kuchaji vifaa vya elektroniki. Mzunguko wetu uliojengwa kwa uhuru unachukua nafasi ya betri za AA na hutoa nguvu kwa MintyBoost. Mzunguko huu hupunguza ~ 6 volts kutoka kwa motor hadi 2.5 volts. Hii inaruhusu motor kuchaji BoostCap (140 F), ambayo nayo hutoa nguvu kwa mizunguko ya MintyBoost. Ultracapacitor huhifadhi nishati kuendelea kuchaji kifaa cha USB hata wakati baiskeli haiendeshi.

Hatua ya 7: Ufungaji

Ili kulinda mzunguko kutoka kwa vitu vya nje, boma lilikuwa la lazima. "Kidonge" cha neli na kofia za mwisho za PVC zilichaguliwa, na kipenyo cha 6cm na urefu wa 18cm. Wakati vipimo hivi ni kubwa ikilinganishwa na mzunguko, hii ilifanya ujenzi kuwa rahisi zaidi. Mfano wa uzalishaji utakuwa mdogo sana. PVC ilichaguliwa kulingana na uimara, karibu hali kamili ya uthibitishaji wa hali ya hewa, umbo la aerodynamic, na gharama ya chini. Majaribio pia yalifanywa kwenye vyombo vilivyotengenezwa kutoka kwa nyuzi ghafi ya kaboni iliyowekwa ndani ya epoxy. Muundo huu umeonekana kuwa wenye nguvu na uzani mwepesi. Walakini, mchakato wa ujenzi ulikuwa mwingi sana na ulikuwa mgumu sana.

Hatua ya 8: Upimaji

Kwa capacitors, tunajaribu aina mbili tofauti, BOOSTCAP na super capacitor.

Grafu ya kwanza inaonyesha matumizi ya supercapacitor, ambayo imeunganishwa na mzunguko ili kwamba wakati motor inafanya kazi, capacitor itachaji. Hatukutumia sehemu hii kwa sababu, wakati msimamizi mkuu alishtakiwa kwa kasi kali, alitoa haraka sana kwa madhumuni yetu. Mstari mwekundu unawakilisha voltage ya motor, laini ya bluu inawakilisha voltage ya supercapacitor, na laini ya kijani inawakilisha voltage ya bandari ya USB. Grafu ya pili ni data iliyokusanywa na BOOSTCAP ultracapacitor. Mstari mwekundu unawakilisha voltage ya motor, bluu ni voltage ya ultracapacitor, na laini ya kijani inawakilisha voltage ya bandari ya USB. Tulichagua kutumia ultracapacitor kwa sababu, kama jaribio hili linavyoonyesha, ultracapacitor itaendelea kushikilia malipo yake hata baada ya mpandaji kuacha kusonga. Sababu ya kuruka kwa voltage ya USB ni kwa sababu ultracapacitor ilifikia kizingiti cha voltage muhimu ili kuamsha MintyBoost. Majaribio haya yote yalifanywa kwa muda wa dakika 10. Mpanda farasi alipiga kelele kwa 5 ya kwanza, kisha tukaona jinsi voltages itakavyofanya kwa dakika 5 za mwisho. Picha ya mwisho ni picha ya Google Earth ambapo tulifanya majaribio yetu. Picha hii inaonyesha kwamba tulianza shuleni kwetu, na kisha tukafanya mapaja mawili huko Levagood Park kwa umbali wa takriban maili 1. Rangi za ramani hii zinafanana na kasi ya mpanda farasi. Mstari wa zambarau ni takriban 28.9 mph, laini ya bluu 21.7 mph, laini ya kijani 14.5 mph, na laini ya manjano 7.4 mph.

Hatua ya 9: Mipango ya Baadaye

Ili kukifanya kifaa kiwe na faida zaidi kiuchumi kama bidhaa ya watumiaji, maboresho kadhaa yanapaswa kufanywa katika maeneo ya uthibitishaji wa hali ya hewa, urekebishaji wa mzunguko, na kupunguza gharama. Usahihishaji wa hali ya hewa ni muhimu kwa operesheni ya muda mrefu ya kitengo. Mbinu moja iliyozingatiwa kwa motor ilikuwa kuifunga kwenye chombo cha Nalgene. Vyombo hivi vinajulikana kwa kuzuia maji na karibu kuharibika. (Ndio, tulimkimbilia mmoja na gari bila athari mbaya.) Ulinzi wa ziada ulitafutwa dhidi ya nguvu za maumbile. Upanuzi wa povu ungefunga kitengo, hata hivyo nyenzo hiyo ina mapungufu. Sio tu ngumu kuweka vizuri, lakini pia ingezuia uingizaji hewa muhimu kwa utendaji wa jumla wa kifaa.

Kwa kurahisisha mzunguko, uwezekano ni pamoja na chip ya kudhibiti umeme wa anuwai na bodi ya mzunguko iliyochapishwa (PCB). Chip inaweza kuchukua nafasi ya vidhibiti vingi vya voltage, hii itapunguza ukubwa wa bidhaa na pato la joto. Kutumia PCB itatoa msingi thabiti zaidi kwa sababu unganisho litakuwa moja kwa moja kwenye ubao na sio kuelea chini yake. Kwa kiwango kidogo itafanya kama kuzama kwa joto kwa sababu ya ufuatiliaji wa shaba kwenye bodi. Mabadiliko haya yatapunguza hitaji la uingizaji hewa kupita kiasi na kuongeza maisha ya sehemu. Kupunguza gharama ni muhimu zaidi, na ni ngumu, mabadiliko ambayo lazima yafanywe kwa muundo. Mzunguko yenyewe ni wa bei rahisi sana, hata hivyo gari hugharimu $ 275. Utafutaji unaendelea kwa gari yenye gharama nafuu zaidi ambayo bado itakidhi mahitaji yetu ya umeme.

Hatua ya 10: Maliza

Asante kwa kusoma Maagizo yetu, ikiwa una maswali yoyote jisikie huru kuuliza.

Hapa kuna baadhi ya picha kutoka kwa uwasilishaji wetu huko MIT.