Injini ya jua ya Pasaka: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:56

Injini ya Jua ni mzunguko ambao huingia na kuhifadhi nishati ya umeme kutoka kwa seli za jua, na wakati kiwango kilichopangwa tayari kimekusanywa, inawasha kuendesha gari au actuator nyingine. Injini ya jua sio "injini" yenyewe, lakini hiyo ni jina lake kwa matumizi yaliyowekwa. Haitoi nguvu ya nia, na inafanya kazi katika mzunguko unaorudia, kwa hivyo jina sio jina lisilofaa. Uzuri wake ni kwamba hutoa nishati ya kiufundi inayotumika wakati viwango vichache tu au dhaifu vya jua, au nuru ya chumba bandia, zipo. Inavuna au inakusanya, kama ilivyokuwa, mashada ya nishati ya kiwango cha chini mpaka itoshe chakula cha kutoa nishati kwa motor. Na wakati motor imetumia kutumikia nishati, mzunguko wa injini ya jua unarudi katika hali yake ya kukusanya. Ni njia bora ya kutengeneza vipindi vya nguvu, vitu vya kuchezea, au vifaa vingine vidogo kwenye viwango vya taa vya chini sana. Ni wazo nzuri ambalo lilifikiriwa kwanza na kupunguzwa ili lifanyike na Mark Tilden, mwanasayansi katika Maabara ya Kitaifa ya Los Alamos. Alikuja na mzunguko rahisi wa injini mbili za jua za transistor ambazo zilifanya roboti ndogo zinazotumiwa na jua ziwezekane. Tangu wakati huo, wapenzi kadhaa wamefikiria mizunguko ya injini za jua na huduma anuwai na maboresho. Yule aliyeelezewa hapa amethibitisha kuwa hodari sana na hodari. Imepewa jina baada ya siku ambayo mchoro wake wa mzunguko ulikamilishwa na kuingia katika Kitabu cha Maandishi cha Warsha ya mwandishi, Jumapili ya Pasaka, 2001. Kwa miaka mingi tangu hapo, mwandishi ametengeneza na kujaribu dazeni kadhaa katika matumizi na mipangilio anuwai. Inafanya kazi vizuri kwa mwanga mdogo au juu, na capacitors kubwa za kuhifadhi au ndogo. Na mzunguko hutumia vifaa vya elektroniki vya kawaida: diode, transistors, resistors na capacitor. Hii inaelezea duru ya msingi ya Injini ya Pasaka, jinsi inavyofanya kazi, mapendekezo ya ujenzi, na inaonyesha matumizi kadhaa. Ujuzi wa kimsingi na nyaya za elektroniki na kuziba hufikiriwa. Ikiwa haujafanya kitu kama hiki lakini una hamu ya kwenda, itakuwa vizuri kwanza kushughulikia kitu rahisi. Unaweza kujaribu Injini ya jua ya FLED katika Maagizo au "Solmet Powered Symet" iliyoelezewa katika kitabu "Junkbots, Bugbots, & Bots on Wheels", ambayo ni utangulizi mzuri wa kutengeneza miradi kama hii.

Hatua ya 1: Mzunguko wa Injini ya Pasaka

Huu ndio mchoro wa kiufundi wa injini ya Pasaka pamoja na orodha ya vifaa vya elektroniki ambavyo hutengeneza. Ubunifu wa mzunguko uliongozwa na "Injini ya jua ya Micropower" na Ken Huntington na "Suneater I" na Stephen Bolt. Kwa kawaida nao, injini ya Pasaka ina sehemu ya transistor-na-latch mbili, lakini na mtandao wa kontena tofauti unaowaunganisha. Sehemu hii hutumia nguvu kidogo yenyewe wakati inapoamilishwa, lakini inaruhusu sasa ya kutosha kutolewa ili kuendesha transistor moja ambayo inabadilisha mzigo wa kawaida wa gari. Hivi ndivyo injini ya Pasaka inavyofanya kazi. Seli ya jua SC inatoza polepole capacitor ya uhifadhi C1. Transistors Q1 na Q2 huunda kichocheo cha kushona. Q1 inasababishwa wakati voltage ya C1 inafikia kiwango cha mwenendo kupitia kamba ya diode D1-D3. Na diode mbili na LED moja kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro, voltage ya kuchochea ni karibu 2.3V, lakini diode zaidi zinaweza kuingizwa kuongeza kiwango hiki ikiwa inataka. Wakati Q1 ikiwasha, msingi wa Q2 unavutwa juu kupitia R4 ili kuiwasha pia. Mara tu ikiwa imewashwa, inaweka msingi wa sasa kupitia R1 kupitia Q1 ili kuiweka. Transistors mbili zimefungwa hadi voltage ya usambazaji kutoka C1 iko karibu na 1.3 au 1.4V. Wakati zote Q1 na Q2 zimefungwa, msingi wa transistor QP ya "nguvu" hutolewa kupitia R3, kuiwasha ili kuendesha motor M, au kifaa kingine cha kupakia. Resistor R3 pia inapunguza msingi wa sasa ingawa ni QP, lakini thamani iliyoonyeshwa inatosha kugeuza mzigo kuwa mgumu wa kutosha kwa sababu nyingi. Ikiwa sasa ya zaidi ya kusema 200mA kwa mzigo inahitajika, R3 inaweza kupunguzwa na transistor ya jukumu nzito inaweza kutumika kwa QP, kama 2N2907. Thamani za vipinga vingine katika mzunguko zilichaguliwa (na kujaribiwa) kupunguza kiwango cha sasa kinachotumiwa na latch kwa kiwango cha chini.

Hatua ya 2: Mpangilio wa Stripboard

Mfano halisi wa injini ya Pasaka inaweza kujengwa kwenye ubao wa kawaida kama inavyoonyeshwa kwenye mfano huu. Huu ni mtazamo kutoka upande wa sehemu na nyimbo za mkanda wa shaba hapa chini zilizoonyeshwa kwa kijivu. Bodi ni 0.8 tu "na 1.0", na ni nne tu za nyimbo lazima zikatwe kama inavyoonyeshwa na miduara nyeupe kwenye nyimbo. Mzunguko ulioonyeshwa hapa una taa moja ya kijani ya D1 na diode mbili D2 na D3 kwenye kamba ya kuchochea kwa voltage ya kuwasha ya karibu 2.5V. Diode zimewekwa sawa na cathode kuishia juu, ambayo ni, inayoelekezwa kwenye ukanda wa basi hasi kwenye mkono wa kulia wa bodi. Diode ya ziada inaweza kuwekwa kwa urahisi badala ya jumper iliyoonyeshwa kutoka D1 hadi D2 ili kupiga hatua ya kugeuza. Voltage ya kuzima pia inaweza kuinuliwa kama ilivyoelezewa katika hatua inayofuata. Kwa kweli, fomati zingine za bodi zinaweza kutumika. Picha ya nne hapa chini inaonyesha injini ya Pasaka iliyojengwa kwenye bodi ndogo ya kusudi la jumla. Sio ngumu na yenye mpangilio kama mpangilio wa mkanda, lakini kwa upande mwingine inaacha nafasi nyingi za kufanya kazi, na nafasi ya kuongeza diode au capacitors nyingi za kuhifadhi. Mtu anaweza pia kutumia bodi ya phenolic iliyoboreshwa wazi na unganisho muhimu linalounganishwa kwa waya na kuuzwa hapa chini.

Hatua ya 3: Kuchochea Voltages

Jedwali hili linaonyesha takriban voltages za kugeuza kwa mchanganyiko anuwai wa diode na LED ambazo zimejaribiwa katika safu ya kuchochea ya injini anuwai za Pasaka. Mchanganyiko huu wote wa vichocheo unaweza kutoshea kwenye mpangilio wa mkanda wa hatua iliyotangulia, lakini mchanganyiko wa 4-diode na 1 ya LED inapaswa kuwa na diode-to-diode ya pamoja iliyouzwa juu ya bodi. LEDs zilizotumiwa kutengeneza vipimo vya meza zilikuwa nyekundu nyekundu za kiwango cha chini. LED nyingi zingine mpya ambazo zimejaribiwa zinafanya kazi sawa, na labda utofauti wa karibu tu au kupunguza 0.1V katika kiwango chao cha kuchochea. Rangi ina ushawishi: LED ya kijani ilitoa kiwango cha kuchochea cha karibu 0.2V juu kuliko nyekundu inayofanana. Taa nyeupe isiyo na diode katika safu ilitoa mwangaza wa 2.8V. Taa za mwangaza hazifai kwa mzunguko huu wa injini. Kipengele muhimu cha injini ya Pasaka ni kwamba voltage ya kuzima inaweza kuinuliwa bila kuathiri kiwango cha kugeuza kwa kuingiza diode moja au zaidi kwa safu na msingi wa Q2. Na diode moja ya 1N914 iliyounganishwa kutoka kwa makutano ya R4 na R5 hadi msingi wa Q2, mzunguko huzima wakati voltage inashuka hadi karibu 1.9 au 2.0V. Na diode mbili, voltage ya kuzima ilipima takriban 2.5V; na diode tatu, ilizimwa karibu 3.1V. Kwenye mpangilio wa ubao wa mkanda, diode au kamba ya diode inaweza kuwekwa mahali pa jumper iliyoonyeshwa hapo juu ya kontena R5; kielelezo cha pili hapa chini kinaonyesha diode moja D0 imewekwa hivyo. Kumbuka kuwa mwisho wa cathode lazima uende kwenye msingi wa Q2. Kwa hivyo inawezekana kutumia kwa ufanisi injini ya Pasaka na motors ambazo hazifanyi vizuri karibu na kuzima msingi kwa karibu 1.3 au 1.4V. Injini ya jua kwenye SUV ya kuchezea kwenye picha ilitengenezwa kuwasha saa 3.2V na kuzima kwa 2.0V kwa sababu katika safu hiyo ya voltage motor ina nguvu nzuri.

Hatua ya 4: Capacitors, Motors, na Seli za jua

Capacitor inayotumika kwenye toy SUV ni kama ile iliyoonyeshwa kushoto kwenye kielelezo hapo chini. Ni kamili 1 Farad iliyokadiriwa kutumiwa hadi 5V. Kwa matumizi mepesi ya ushuru au mbio fupi za gari, vitendaji vidogo hutoa nyakati fupi za mzunguko na, kwa kweli, kukimbia mfupi. Voltage iliyoorodheshwa kwenye capacitor ni kiwango cha juu cha voltage ambayo inapaswa kushtakiwa; kuzidi kiwango hicho hupunguza maisha ya capacitor. Wengi wa capacitors bora iliyokusudiwa mahsusi kwa kuhifadhi kumbukumbu ina upinzani mkubwa wa ndani na kwa hivyo haitoi nguvu zao haraka ya kutosha kuendesha gari. Injini ya jua kama injini ya Pasaka ni nzuri kwa motors za kuendesha ambazo zina upinzani wa ndani wa karibu 10 Ohms au zaidi. Aina ya kawaida ya motors za kuchezea zina upinzani mdogo sana wa ndani (2 Ohms ni kawaida) na kwa hivyo itaondoa nguvu zote kutoka kwa capacitor ya uhifadhi kabla ya gari kuweza kwenda. Motors zilizoonyeshwa kwenye picha ya pili hapa chini zinafanya kazi vizuri. Wanaweza kupatikana kama ziada au mpya kutoka kwa wauzaji wa elektroniki. Motors zinazofaa pia zinaweza kupatikana kwenye kinasa sauti au VCR. Kawaida zinaweza kutengwa kuwa na kipenyo kikubwa kuliko urefu wake. Chagua seli ya jua au seli ambazo zitatoa voltage kwa kiwango cha juu zaidi kuliko sehemu ya kugeuza ya injini yako chini ya viwango vya mwangaza ambavyo programu yako itaona. Uzuri halisi wa injini ya jua ni kwamba inaweza kukusanya nishati ya kiwango cha chini inayoonekana haina maana na kisha kuitoa kwa kipimo muhimu. Wanavutia sana wakati, kutoka kwa kukaa tu kwenye dawati au meza ya kahawa au hata sakafuni, ghafla wanajitokeza kwa maisha. Ikiwa unataka injini yako ifanye kazi ndani ya nyumba, au siku zenye mawingu, au kwenye kivuli na wazi, tumia seli iliyoundwa kwa matumizi ya ndani. Seli hizi kawaida ni ya filamu nyembamba ya amofasi kwenye anuwai ya glasi. Wanatoa voltage yenye afya chini ya taa ndogo, na sasa inalingana na kiwango cha mwangaza na saizi yao. Mahesabu ya jua hutumia aina hii ya seli, na unaweza kuichukua kutoka kwa mahesabu ya zamani (au mpya!), Lakini ni ndogo sana siku hizi na kwa hivyo pato lao la sasa ni ndogo. Voltage ya seli za kikokotozi huanzia 1.5 hadi 2.5 volts kwa mwangaza mdogo, na karibu nusu volt zaidi kwenye jua. Utahitaji idadi yao imeunganishwa kwa safu-sawa. Gundi ya waya ni bora kwa kushikamana na waya laini husababisha seli hizi za glasi. Taa zingine za taa za taa za kuchaji za jua zina seli kubwa inayofanya kazi vizuri ndani ya nyumba na injini za jua. Kwa wakati huu wa sasa, Picha SI Inc. hubeba seli mpya za ndani za saizi inayofaa kwa kuendesha moja kwa moja injini ya jua kutoka kwa seli moja. Kiini chao cha "nje" cha jua cha aina hiyo hufanya kazi vizuri ndani ya nyumba pia. Inayopatikana zaidi kutoka kwa vyanzo vingi ni fuwele au aina ya polycrystalline ya seli ya jua. Aina hizi hutoa mengi ya sasa katika mwangaza wa jua, lakini imekusudiwa maisha ya jua. Wengine hufanya vizuri kwa nuru ndogo, lakini wengi ni mbaya sana kwenye chumba kilichowashwa na flourescents.

Hatua ya 5: Uunganisho wa nje

Ili kufanya unganisho kutoka kwa bodi ya mzunguko hadi seli ya jua na motor, soketi za mkia zilizopigwa kutoka kwa vipande vya ndani ni rahisi sana. Soketi za pini zinaweza kutolewa kwa urahisi kutoka kwa mipangilio ya plastiki ambayo huja kwa kutumia kwa uangalifu viboreshaji. Mikia inaweza kuvuliwa baada ya pini kuuzwa kwenye ubao. Plagi za waya 24 zilizo ngumu ndani ya soketi nzuri na salama, lakini kawaida nje zinaunganishwa kupitia waya rahisi ya kukwama. Soketi zile zile zinaweza kuuzwa hadi mwisho wa waya hizi kutumika kama "plugs" ndogo ambazo zinafaa kwenye soketi zilizo kwenye bodi nzuri. Soketi za bodi pia zinaweza kutolewa ndani ambayo capacitor ya kuhifadhi inaweza kuziba. Inaweza kupanda moja kwa moja kwenye soketi, au kupatikana kwa mbali na kushikamana kupitia njia za waya zilizowekwa kwenye bodi. Hii inafanya uwezekano wa kubadilisha kwa urahisi na kujaribu anuwai anuwai hadi bora ipatikane kwa matumizi na hali yake ya wastani ya taa. Baada ya thamani bora ya C1 kupatikana, bado inaweza kuuzwa kabisa mahali, lakini mara chache hii imepatikana ikiwa ni lazima ikiwa soketi zenye ubora zinatumika.

Hatua ya 6: Maombi

Labda matumizi tunayopenda ya injini ya Pasaka iko kwenye toy Jeepster SUV iliyoonyeshwa katika Hatua ya 3. Chini nyembamba ya plywood ilikatwa ili kutoshea mwili, na magurudumu makubwa ya povu yalitengenezwa kuipatia "Gurudumu la Monster", lakini ikiwa inafanya kazi ni mpole kabisa. Sehemu ya chini inaonyeshwa kwenye picha hapa chini. Vipuli vimewekwa ili kuendeshea gari kwa duara nyembamba (kwa sababu tuna chumba kidogo cha kuishi) na usanidi wa gari la gurudumu la mbele husaidia sana kushikamana na njia ya mviringo iliyokusudiwa. Treni ya gia ilichukuliwa kutoka kwa kitengo cha magari ya kupendeza ya kibiashara iliyoonyeshwa kwenye picha inayofuata, lakini ilitolewa na 13 Ohm motor. 1 Farad super capacitor huipa gari sekunde 10 ya wakati wa kukimbia kila mzunguko, ambayo inachukua karibu kabisa karibu na mduara wa kipenyo cha futi 3. Inachukua muda kuchaji siku za mawingu au wakati gari linasimama mahali penye giza. Mahali popote kutoka dakika 5 hadi 15 ni kawaida wakati wa mchana kwenye sebule yetu. Ikiwa inapata mionzi ya jua ikija kwenye dirisha, inajaza tena kwa dakika mbili. Inazunguka kwenye kona ya chumba na imeingiza mapinduzi mengi tangu ijengwe mnamo 2004. Matumizi mengine ya kufurahisha ya injini ya Pasaka ni "Walker", kiumbe kama roboti anayetembea kwa mikono miwili, au tuseme, miguu. Anatumia usanidi wa gari moshi na gia sawa na Jeepster iliyo na uwiano sawa wa 76: 1. Mguu wake mmoja ni mfupi kwa makusudi kuliko mwingine ili atembee kwenye duara. Walker pia hubeba mwangaza wa mwangaza ili tujue yuko wapi sakafuni baada ya giza. Matumizi rahisi kwa injini ya jua ni kama kupeperusha bendera au spinner. Ile iliyoonyeshwa kwenye picha ya 5 hapa chini inaweza kukaa kwenye dawati au rafu na kila wakati itakuwa ghafla, na badala yake, kwa kasi, itazungusha mpira kidogo kwenye kamba na hivyo kuvutia yenyewe. Mifano fulani ya hizi spinner rahisi ilikuwa na kengele ya jingle kwenye kamba. Wengine walikuwa na kengele iliyosimama iliyowekwa karibu ili iweze kupigwa na mpira unaowaka - lakini hiyo huwa inakera baada ya siku chache za jua!

Hatua ya 7: Injini ya Pasaka ya NPN

Injini ya Pasaka pia inaweza kufanywa katika toleo la ziada au la "mbili", na transistors mbili za NPN na PNP moja. Mpangilio kamili umeonyeshwa kwenye kielelezo cha kwanza hapa. Mpangilio wa mkanda unaweza kuwa na sehemu sawa za sehemu na kupunguzwa kwa wimbo kama toleo la kwanza au la 'PNP', mabadiliko muhimu yakibadilishwa aina za transistor na kugeuza polarity ya seli ya jua, capacitor ya kuhifadhi, diode na LED. Mpangilio wa ubao wa NPN umeonyeshwa kwenye kielelezo cha pili na inajumuisha diode ya ziada D4 kwa kiwango cha juu cha kuwasha umeme, na diode D0 kutoka msingi wa transistor Q2 hadi makutano ya vipinga R4 na R5 kwa voltage ya juu ya kuzima kama vizuri.