Kaip įkrauti bet kurį USB įrenginį važiuojant dviračiu: 10 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Norėdami pradėti, šis projektas buvo pradėtas, kai gavome dotaciją iš „Lemelson-MIT“programos. (Džošai, jei skaitai tai, mes tave mylime.)

6 studentų komanda ir vienas mokytojas sudėjo šį projektą, ir mes nusprendėme jį įdėti į „Instructables“, tikėdamiesi laimėti lazerinį pjaustytuvą ar bent jau marškinėlius. Toliau pateikiamas mūsų pristatymo ir mano asmeninių užrašų rinkinys. Tikiuosi, kad jums patiks šis „Instructable“, kaip ir mums. Taip pat norėčiau padėkoti Limorui Friedui, „MintyBoost“grandinės kūrėjui. Tai vaidino pagrindinį vaidmenį mūsų projekte. Jeffo Brookino dieviškojo vaiko „InvenTeam“narys

1 žingsnis: mūsų pirminis ketinimas…

Mūsų pradinis projektas buvo sukurti produktą, kuriame būtų naudojamas Faradėjaus principas, kad bėgikai galėtų įkrauti savo „iPod“, kol jie veikia. Ši koncepcija generuotų elektrą taip pat, kaip ir tie Faradėjaus žibintuvėliai.

Tačiau mes turėjome problemą. Cituodamas savo komandos draugą Nicką Ciarelli: „Iš pradžių svarstėme galimybę naudoti dizainą, panašų į vieną iš tų sukrečiamųjų žibintuvėlių, ir paversti jį taip, kad bėgikas galėtų jį prisegti bėgimui ir turėti energijos įkrauti savo„ iPod “ar bet kokį kitą įrenginį. Naudojimas. Sukratomas žibintuvėlis energiją gauna iš žibintuvėlyje judančio magnetinio magnetinio lauko sąveikos ir vielos ritės, apvyniotos aplink vamzdelį, per kurį slysta magnetas. Judantis magnetinis laukas sukelia ritės elektronų judėjimą išilgai laidą, sukuriant elektros srovę. Ši srovė kaupiama akumuliatoriuje, kurį vėliau galima naudoti žibintuvėlio lemputei/šviesos diodui. Tačiau, kai apskaičiavome, kiek energijos galėsime gauti iš bėgimo, nustatėme kad prireiktų 50 mylių bėgimo, kad gautume pakankamai energijos vienai AA baterijai įkrauti. Tai buvo neprotinga, todėl savo projektą pakeitėme dviračių sistema. Tada nusprendėme naudoti dviračiu montuojamą sistemą.

2 žingsnis: mūsų išradimo pareiškimas ir koncepcijos raida

Iš pradžių teorizavome dviračiams skirtos regeneracinės stabdžių sistemos sukūrimą ir įgyvendinamumą. Ši sistema sukurtų mobilų energijos šaltinį, kuris prailgintų raitelio nešiojamų nešiojamųjų elektroninių prietaisų baterijų veikimo laiką.

Eksperimento metu nustatyta, kad regeneracinė stabdžių sistema negali vienu metu atlikti savo dviejų funkcijų. Jis negalėjo sukurti tiek sukimo momento, kad sustabdytų dviratį, nei sukurti pakankamai energijos baterijoms įkrauti. Todėl komanda nusprendė atsisakyti sistemos stabdymo aspekto ir sutelkti dėmesį tik į nuolatinio įkrovimo sistemos kūrimą. Sukūrus ir ištyrus šią sistemą, paaiškėjo, kad ji gali pasiekti norimus tikslus.

3 žingsnis: suprojektuokite grandinę

Norėdami pradėti, turėjome suprojektuoti grandinę, kuri galėtų paimti ~ 6 voltus iš variklio, išsaugoti ir tada paversti 5 voltais, kurių mums reikėjo USB įrenginiui.

Mūsų sukurta grandinė papildo „MintyBoost“USB įkroviklio, kurį iš pradžių sukūrė Limor Fried iš „Adafruit Industries“, funkciją. „MintyBoost“nešiojamiems elektroniniams prietaisams įkrauti naudoja AA baterijas. Mūsų nepriklausomai sukurta grandinė pakeičia AA baterijas ir tiekia energiją „MintyBoost“. Ši grandinė sumažina ~ 6 voltus nuo variklio iki 2,5 voltų. Tai leidžia varikliui įkrauti „BoostCap“(140 F), o tai savo ruožtu tiekia energiją „MintyBoost“grandinei. „Ultracapacitor“kaupia energiją nuolat įkrauti USB įrenginį, net kai dviratis nejuda.

4 žingsnis: gaukite energijos

Variklio pasirinkimas pasirodė sudėtingesnis uždavinys.

Brangūs varikliai suteikė reikiamą sukimo momentą, reikalingą stabdžių šaltiniui sukurti, tačiau kaina buvo per didelė. Norint sukurti nebrangų ir efektyvų įrenginį, reikėjo kito sprendimo. Projektas buvo pertvarkytas kaip nuolatinio įkrovimo sistema, iš visų galimybių „Maxon“variklis būtų geresnis pasirinkimas dėl mažesnio skersmens. „Maxon“variklis taip pat suteikė 6 voltų įtampą, kur, kaip ir ankstesni varikliai, mums suteikė 20 voltų daugiau. Pastaruoju atveju variklio perkaitimas būtų didžiulė problema. Mes nusprendėme laikytis savo „Maxon 90“, kuris buvo gražus variklis, nors jo kaina buvo 275 USD. (Norintiems statyti šį projektą pakaks pigesnio variklio.) Šį variklį pritvirtinome prie galinių stabdžių laikiklių tiesiai ant dviračio rėmo, naudodami metro lazdelę tarp variklio ir rėmo, kad veiktų kaip tarpinė, tada aplink jį priveržkite 2 žarnų spaustukus.

5 žingsnis: laidų prijungimas

Laidai nuo variklio iki grandinės buvo apsvarstyti keliomis galimybėmis: aligatoriaus spaustukai, skirti maketui, telefono laidas ir garsiakalbio laidas.

Įrodyta, kad aligatoriaus spaustukai puikiai tinka maketavimo ir bandymo tikslams, tačiau jie nebuvo pakankamai stabilūs galutiniam dizainui. Telefono laidas pasirodė trapus ir su juo sunku dirbti. Garsiakalbio laidas buvo išbandytas dėl jo patvarumo, todėl tapo pasirinktu laidininku. Nors tai buvo vielos viela, ji buvo daug patvaresnė dėl didesnio skersmens. Tada mes tiesiog pritvirtinome vielą prie rėmo, naudodami užtrauktukus.

6 žingsnis: tikroji grandinė

Spręsti grandines buvo sunkiausias proceso iššūkis. Elektra iš variklio pirmiausia keliauja per įtampos reguliatorių, kuris leis iki penkių amperų nuolatinę srovę; praeitų didesnė srovė nei kiti reguliatoriai. Nuo tada įtampa sumažinama iki 2,5 voltų, tai yra didžiausia „BOOSTCAP“įranga, kurią jis gali saugoti ir saugiai valdyti. Kai „BOOSTCAP“pasiekia 1,2 volto įtampą, ji turi pakankamai galios, kad „MintyBoost“galėtų tiekti 5 voltų šaltinį įkraunamam įrenginiui.

Prie įvesties laidų pritvirtinome 5A diodą, kad nesusidarytume „pagalbinio paleidimo efekto“, kai variklis pradėtų suktis naudojant sukauptą elektros energiją. Mes panaudojome 2200uF kondensatorių, kad išlygintume įtampos reguliatoriaus energijos srautą. Mūsų naudojamas įtampos reguliatorius, LM338, yra reguliuojamas priklausomai nuo to, kaip jį nustatėte, kaip matyti mūsų schemoje. Mūsų tikslais dviejų rezistorių, 120 omų ir 135 omų, prijungtų prie reguliatoriaus, palyginimas nustato išėjimo įtampą. Mes jį naudojame įtampai sumažinti nuo ~ 6 voltų iki 2,5 volto. Tada paimame 2,5 volto įtampą ir įkrauname savo ultrakondensatorių - 140 faradų, 2,5 volto BOOSTCAP, kurį pagamino „Maxwell Technologies“. Pasirinkome BOOSTCAP, nes jo didelė talpa leis mums išlaikyti įkrovą, net jei dviratis bus sustabdytas raudonai. Kita šios grandinės dalis esu tikra, kad visi esate susipažinę - „Adafruit MintyBoost“. Mes jį panaudojome, kad iš ultrakondensatoriaus paimtume 2,5 volto įtampą ir padidintume stabilų 5 voltų USB standartą. Jame naudojamas 5 voltų padidinimo keitiklis MAX756 kartu su 22uH induktoriumi. Kai ultrakondensatoriuje bus 1,2 volto, „MintyBoost“pradės išvesti 5 voltų įtampą. Mūsų grandinė papildo „MintyBoost“USB įkroviklio, kurį iš pradžių sukūrė Limor Fried iš „Adafruit Industries“, funkciją. „MintyBoost“naudoja AA baterijas nešiojamiems elektroniniams prietaisams įkrauti. Mūsų nepriklausomai sukurta grandinė pakeičia AA baterijas ir tiekia energiją „MintyBoost“. Ši grandinė sumažina ~ 6 voltus nuo variklio iki 2,5 voltų. Tai leidžia varikliui įkrauti „BoostCap“(140 F), o tai savo ruožtu tiekia energiją „MintyBoost“grandinei. „Ultracapacitor“kaupia energiją nuolat įkrauti USB įrenginį, net kai dviratis nejuda.

7 žingsnis: gaubtas

Siekiant apsaugoti grandinę nuo išorinių elementų, buvo reikalingas gaubtas. Buvo pasirinkta „piliulė“iš PVC vamzdelių ir galinių dangtelių, kurių skersmuo 6 cm ir ilgis 18 cm. Nors šie matmenys yra dideli, palyginti su grandine, tai padarė konstrukciją patogesnę. Gamybos modelis būtų daug mažesnis. PVC buvo pasirinktas atsižvelgiant į ilgaamžiškumą, beveik nepriekaištingą oro sąlygų apsaugą, aerodinaminę formą ir mažą kainą. Eksperimentai taip pat buvo atlikti su konteineriais, pagamintais iš neapdoroto anglies pluošto, įmirkyto epoksidinėje dervoje. Ši struktūra pasirodė esanti stipri ir lengva. Tačiau statybos procesas užėmė daug laiko ir buvo sunkiai įvaldomas.

8 žingsnis: bandymas

Kondensatoriams išbandome du skirtingus tipus - BOOSTCAP ir super kondensatorių.

Pirmajame grafike pavaizduotas superkondensatoriaus, kuris yra integruotas į grandinę, naudojimas, kad kai variklis yra aktyvus, jis įkraunamas. Mes nenaudojome šio komponento, nes, nors superkondensatorius buvo įkrautas itin greitai, jis išsikrovė per greitai mūsų tikslams. Raudona linija žymi variklio įtampą, mėlyna - superkondensatoriaus įtampą, o žalia linija - USB prievado įtampą. Antrasis grafikas yra duomenys, surinkti naudojant BOOSTCAP ultrakondensatorių. Raudona linija žymi variklio įtampą, mėlyna - ultrakondensatoriaus įtampą, o žalia - USB prievado įtampą. Mes pasirinkome naudoti ultrakondensatorių, nes, kaip rodo šis testas, ultrakondensatorius ir toliau išlaikys įkrovą net ir tada, kai motociklininkas nustojo judėti. USB įtampos šuolio priežastis yra ta, kad ultrakondensatorius pasiekė įtampos slenkstį, būtiną „MintyBoost“aktyvavimui. Abu šie bandymai buvo atlikti per 10 minučių. Vairuotojas pedalais važiavo pirmus 5, tada stebėjome, kaip paskutines 5 minutes reaguos įtampa. Paskutinė nuotrauka yra „Google“žemės nuotrauka, kurioje atlikome bandymus. Šiame paveikslėlyje parodyta, kad pradėjome savo mokykloje, o paskui nuvažiavome du ratus Levagood parke, iš viso apytiksliai 1 mylios atstumu. Šio žemėlapio spalvos atitinka raitelio greitį. Violetinė linija yra maždaug 28,9 mph, mėlyna - 21,7 mph, žalia - 14,5 mph, o geltona - 7,4 mph.

9 žingsnis: ateities planai

Siekiant, kad prietaisas būtų ekonomiškai gyvybingesnis kaip plataus vartojimo produktas, reikia atlikti keletą patobulinimų oro sąlygų, grandinių supaprastinimo ir išlaidų mažinimo srityse. Atsparumas oro sąlygoms yra labai svarbus ilgalaikiam įrenginio veikimui. Viena iš variklio technikų buvo uždėti jį į „Nalgene“konteinerį. Šie konteineriai yra žinomi kaip atsparūs vandeniui ir beveik nesunaikinami. (Taip, pervažiavome vieną su automobiliu be jokio blogo poveikio.) Buvo ieškoma papildomos apsaugos nuo gamtos jėgų. Išsiplėtimo putos uždarytų įrenginį, tačiau medžiaga turi apribojimų. Tai ne tik sunku tinkamai išdėstyti, bet ir užkirsti kelią ventiliacijai, kuri yra būtina bendram prietaiso veikimui.

Kalbant apie grandinės racionalizavimą, galimos daugiafunkcinės įtampos reguliatoriaus mikroschemos ir pasirinktinė spausdintinė plokštė (PCB). Lustas gali pakeisti kelis įtampos reguliatorius, tai sumažintų gaminio dydį ir šilumos išeigą. Naudojant PCB bus stabilesnis pagrindas, nes jungtys bus tiesiai ant plokštės, o ne plaukios po ja. Tam tikru mastu jis veiks kaip šilumos kriauklė dėl vario pėdsakų plokštėje. Šis pakeitimas sumažintų pernelyg didelės ventiliacijos poreikį ir padidintų komponentų tarnavimo laiką. Sąnaudų mažinimas yra pats svarbiausias ir sunkiausias projekto pakeitimas. Pati grandinė yra labai nebrangi, tačiau variklis kainuoja 275 USD. Šiuo metu ieškoma ekonomiškesnio variklio, kuris vis tiek patenkins mūsų energijos poreikius.

10 žingsnis: Baikite

Dėkojame, kad perskaitėte mūsų instrukciją, jei turite klausimų, nedvejodami klauskite.

Štai keletas nuotraukų iš mūsų pristatymo MIT.