Велосипед тебүү менен каалаган USB түзмөгүн кантип кубаттоо керек: 10 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:43

Баштоо үчүн, бул долбоор биз Lemelson-MIT программасынан грант алганда башталган. (Джош, эгер сиз муну окуп жатсаңыз, биз сизди жакшы көрөбүз.)

6 окуучу жана бир мугалимден турган команда бул долбоорду бириктирди жана биз аны лазердик кескичти же жок дегенде футболканы утуп алууну үмүт кылып Instructablesга коюуну чечтик. Кийинки нерсе, биздин презентациябыздын жана менин жеке жазууларымдын жыйнагы. Бул нускамадан биз сыяктуу эле ырахат аласыз деп ишенем. Мен ошондой эле MintyBoost схемасынын жаратуучусу Лимор Фридге рахмат айткым келет. Бул биздин долбоордо негизги ролду ойноду. Jeff Brookins Divine Child InvenTeam мүчөсү

1 -кадам: Биздин түпкү ниетибиз…

Биздин баштапкы долбоорубуз, чуркоочулар iPod иштетип жатканда, iPodлорун заряддоого уруксат берүү үчүн Фарадей принцибин колдонгон өнүмдү иштеп чыгуу болчу. Бул түшүнүк электр энергиясын ошол Фарадей фонариктериндей кылып өндүрөт.

Бирок, бизде көйгөй бар болчу. Менин командалашым Ник Сиарелли цитата кылуу үчүн: "Башында биз чырак чырактары окшош дизайнды колдонуп, аны чуркоочу аны чуркоо үчүн байлап, iPod же каалаган түзмөгүн кубаттоо үчүн энергияга айландырууну ойлодук. Чайкоо фонариги энергияны кол чырактын ичиндеги магниттин кыймылдуу магнит талаасынын жана трубага оролгон зымдын катмарынын өз ара аракеттенүүсүнөн алат. зым, электр тогун жаратат. Бул ток андан кийин фонардык лампада/светодиоддо колдонуу үчүн жеткиликтүү болгон батареяда сакталат. АА батарейкасын заряддоого жетиштүү энергия алуу үчүн 50 миль чуркоо керек болот. Бул акылга сыйбаган нерсе болгондуктан, биз долбоорубузду велосипед системасына алмаштырдык. " Андан кийин биз анын ордуна велосипед орнотулган системаны колдонууну чечтик.

2 -кадам: Биздин ойлоп табуучулук билдирүүбүз жана концепция эволюциясы

Биз адегенде велосипедде колдонуу үчүн регенеративдүү тормоздук системанын өнүгүшүн жана максатка ылайыктуулугун теориялаштырдык. Бул система чабандес алып жүргөн портативдүү электрондук түзүлүштөрдүн батареясынын иштөө мөөнөтүн узартуу үчүн мобилдик энергия булагын түзмөк.

Эксперимент баскычында регенеративдүү тормоз системасы кош функциясын бир убакта аткарууга жөндөмсүз экени аныкталды. Бул велосипедди токтотууга жетиштүү моментти да, батарейкаларды толтурууга да жетиштүү күчтү өндүрө албайт. Ошентип, команда системанын тормоздук жагын таштап, үзгүлтүксүз кубаттоо системасын өнүктүрүүгө гана көңүл бурууну чечти. Бул система, бир жолу курулуп, изилденип, каалаган максаттарына жетүүгө толук жөндөмдүү экени далилденди.

3 -кадам: Райондук дизайн

Баштоо үчүн, биз мотордон ~ 6 вольтту ала турган схеманы иштеп чыгышыбыз керек, аны сактап, анан USB түзмөгү үчүн керектүү 5 вольтко айландырышыбыз керек болчу.

Биз иштеп чыккан схема Adafruit Industriesтин Limor Fried тарабынан иштелип чыккан MintyBoost USB кубаттагычынын функциясын толуктайт. MintyBoost портативдүү электрондук түзүлүштөрдү кубаттоо үчүн АА батареяларын колдонот. Биздин өз алдынча курулган схема AA батареяларын алмаштырат жана MintyBoostко энергия берет. Бул схема мотордон ~ 6 вольтту 2,5 вольтко чейин азайтат. Бул моторго BoostCapты (140 F) кубаттоого мүмкүндүк берет, ал өз кезегинде MintyBoost схемасына энергия берет. Ультра конденсатор велосипед кыймылда болбосо дагы USB түзмөгүн үзгүлтүксүз кубаттоо үчүн энергияны сактайт.

4 -кадам: Күчкө ээ болуу

Кыймылдаткычты тандоо бир топ татаал милдетти көрсөттү.

Кымбат моторлор тормоз булагын түзүү үчүн керектүү моментти камсыздашкан, бирок баасы өтө эле кымбат болгон. Жеткиликтүү жана эффективдүү аппаратты жасоо үчүн башка чечим керек болчу. Проект үзгүлтүксүз кубаттоо системасы катары кайра иштелип чыккан, бардык мүмкүнчүлүктөрдүн ичинен Maxon мотору диаметри кичине болгондуктан жакшы тандоо болмок. Максон мотору дагы 6 вольтту камсыздаган, анда мурунку моторлор бизге 20 вольтту жогору берген. Акыркы мотор үчүн ашыкча жылытуу чоң маселе болмок. Биз анын баасы 275 доллар болгонуна карабай, эң сонун мотор болгон Maxon 90 менен жүрүүнү чечтик. (Бул долбоорду курууну каалагандар үчүн арзаныраак мотор жетиштүү болот.) Биз бул моторду арткы тормозго жакын жерде велосипеддин рамасына мотор менен каркастын ортосундагы метр таякчасынын бир бөлүгүн колдонуп тиркелдик. анын тегерегиндеги 2 шланг-кыскычты күчөткөн.

5 -кадам: Кабелдөө

Мотордон схемага өтүүчү зым үчүн бир нече варианттар каралды: жасалма аллигатор клиптери, телефон шнуру жана динамик зымы.

Аллигатор клиптери жасалма дизайн жана тестирлөө үчүн жакшы иштегенин далилдеди, бирок алар акыркы дизайн үчүн жетиштүү туруктуу эмес болчу. Телефон зымы начар жана иштөө кыйын болуп чыкты. Динамиктин зымы анын бышыктыгынан улам сыналган, ошондуктан тандоо өткөргүч болуп калган. Ал зым болгонуна карабай, диаметри чоң болгондуктан алда канча бышык болгон. Биз андан кийин эле зым-зымдарды колдонуп, рамкага зым бекиттик.

6 -кадам: Чыныгы Район

Электр схемасы менен күрөшүү процесстин эң татаал чакырыгы болгон. Мотордон келген электр энергиясы биринчи кезекте үзгүлтүксүз беш ампердик токко чейин мүмкүндүк берүүчү чыңалуу жөндөгүчү аркылуу өтөт; башка жөнгө салуучуларга караганда чоңураак ток өтмөк. Ал жерден чыңалуу 2,5 вольтко түшүрүлөт, бул BOOSTCAP сактай турган жана коопсуз башкара турган максимум. BOOSTCAP 1.2 вольтко жеткенде, ал MintyBoostко заряддалуучу түзмөк үчүн 5 вольттук булакты камсыз кылууга жетиштүү күчкө ээ.

Кирүүчү зымдарга биз "жардам берүүчү эффектти" албаш үчүн 5А диодду тиркеп койдук, мында сакталган электр энергиясын колдонуу менен мотор айлана баштайт. Биз 2200uF конденсаторун кубаттуулукту жөнгө салуучу кубаттуулукту теңдөө үчүн колдондук. Биз колдонгон чыңалуу жөнгө салуучу, LM338, биздин схемада көрүнүп тургандай, аны кантип орнотконуңузга жараша жөнгө салынат. Биздин максаттар үчүн, жөндөгүчкө туташкан 120 Ом жана 135 Ом эки резистордун салыштырылышы чыгаруу чыңалуусун аныктайт. Биз аны 6 вольттон 2,5 вольтко чейин азайтуу үчүн колдонобуз. Андан кийин биз 2,5 вольтту алып, аны ultracapacitorубузду, 140 farad, 2.5 вольттуу BOOSTCAP Maxwell Technologies тарабынан кубаттоо үчүн колдонобуз. Биз BOOSTCAPты тандап алдык, анткени анын жогорку сыйымдуулугу велосипед кызыл жарыкта токтоп калса дагы зарядды кармап турууга мүмкүндүк берет. Бул схеманын кийинки бөлүгү - бул Adafruit MintyBoost менен тааныш экениңизге ишенем. Биз аны 2,5 вольтту ultracapacitorдан алып, туруктуу 5 вольттун USB стандартына чейин көтөрүү үчүн колдондук. Бул 22uH индуктору менен коштолгон MAX756, 5 вольттуу күчөткүчтү колдонот. Биз ultracapacitor боюнча 1.2 вольт алгандан кийин, MintyBoost 5 вольтту чыгара баштайт. Биздин схема Adafruit Industriesтин Limor Fried тарабынан иштелип чыккан MintyBoost USB кубаттагычынын функциясын толуктайт. MintyBoost портативдүү электрондук түзүлүштөрдү кубаттоо үчүн АА батареяларын колдонот. Биздин өз алдынча түзүлгөн схема AA батареяларын алмаштырат жана MintyBoostко энергия берет. Бул схема мотордон ~ 6 вольтту 2,5 вольтко чейин азайтат. Бул моторго BoostCapты (140 F) заряддоого мүмкүндүк берет, ал өз кезегинде MintyBoost схемасына энергия берет. Ультра конденсатор велосипед кыймылда болбосо дагы USB түзмөгүн үзгүлтүксүз кубаттоо үчүн энергияны сактайт.

7 -кадам: Корпус

Сырткы элементтерден схеманы коргоо үчүн, корпус керек болчу. ПВХ түтүкчөлөрүнүн жана капкактарынын "таблеткасы" тандалды, диаметри 6см жана узундугу 18см. Бул өлчөмдөр схемага салыштырмалуу чоң болгону менен, бул курулушту ыңгайлуу кылды. Өндүрүш модели алда канча кичине болмок. ПВХ туруктуулукка, аба ырайынын дээрлик кемчиликсиздигине, аэродинамикалык формага жана арзандыгына жараша тандалды. Эксперименттер эпоксидке чыланган көмүр буласынан чийилген контейнерлерде да жүргүзүлгөн. Бул структура күчтүү жана жеңил экенин көрсөттү. Бирок курулуш процесси өтө көп убакытты талап кылган жана өздөштүрүү кыйын болгон.

8 -кадам: Тестирлөө

Конденсаторлор үчүн биз BOOSTCAP жана супер конденсатордун эки түрүн сынайбыз.

Биринчи графада мотор активдүү болгондо, конденсатор заряддала тургандай, чынжыр менен интеграцияланган суперконденсатордун колдонулушу сүрөттөлгөн. Биз бул компонентти колдонгон жокпуз, анткени суперконденсатор өтө ылдамдыкта заряддалган, бирок ал биздин максаттар үчүн өтө тез заряддалган. Кызыл сызык мотордун чыңалуусун, көк сызык суперконденсатордун чыңалуусун, жашыл сызык USB портунун чыңалуусун билдирет. Экинчи график - BOOSTCAP ультрапапатор менен чогултулган маалыматтар. Кызыл сызык мотордун чыңалуусун, көк - ultracapacitor чыңалуусун, жашыл сызык USB портунун чыңалуусун билдирет. Биз ultracapacitor колдонууну тандап алдык, анткени бул тест көрсөткөндөй, ультрапапатор атчан кыймылын токтоткондон кийин да зарядын кармап турууну улантат. USB чыңалуусунун секиришинин себеби - ultracapacitor MintyBoostту иштетүү үчүн керектүү чыңалуу чегине жеткени. Бул эки тест тең 10 мүнөттүн ичинде жүргүзүлгөн. Атчан биринчи 5ке педаль берди, андан кийин акыркы 5 мүнөттө чыңалуу кандай реакция кыларын байкадык. Акыркы сүрөт - бул Google Earth биздин тестирлөөнү кайда тартканы. Бул сүрөт биздин мектептен баштаганыбызды көрсөтөт, андан кийин Левагуд паркында жалпы болжол менен 1 чакырым аралыкта эки жолу айланганбыз. Бул картанын түстөрү чабандестин ылдамдыгына туура келет. Күлгүн сызык болжол менен 28.9 миль, көк сызык 21.7 миль, жашыл сызык 14.5 миль жана сары сызык 7.4 миль.

9 -кадам: Келечектеги пландар

Түзмөктү керектөөчү продукт катары экономикалык жактан пайдалуу кылуу үчүн, аба ырайынан коргонуу, схеманы тартипке келтирүү жана чыгымдарды азайтуу багытында бир нече жакшыртуулар болушу керек. Аба ырайына туруктуулук агрегаттын узак мөөнөттүү иштеши үчүн өтө маанилүү. Кыймылдаткычтын бир ыкмасы аны нальген контейнерине камоо болгон. Бул контейнерлер суу өткөрбөйт жана дээрлик бузулбайт деп белгилүү. (Ооба, биз машине менен бирөөнүн үстүнөн чуркадык.) Табияттын күчтөрүнө каршы кошумча коргоо изделди. Кеңейтүү көбүгү блокту мөөрлөйт, бирок материалдын чектөөлөрү бар. Туура жайгаштыруу гана кыйын эмес, бирок ошондой эле түзмөктүн жалпы иштеши үчүн зарыл болгон желдетүүнү алдын алат.

Райондун иретке келтирилишине келсек, мүмкүнчүлүктөргө чыңалуу жөндөгүчүнүн көп милдети жана ыңгайлаштырылган басылган плата (PCB) кирет. Чип бир нече чыңалуу жөндөгүчтөрүн алмаштырышы мүмкүн, бул продукттун көлөмүн да, жылуулукту да азайтат. ПКБны колдонуу туруктуу базаны камсыз кылат, анткени байланыштар тактада болот жана анын астында сүзүлбөйт. Тактадагы жез изинен улам чектелген өлчөмдө ал жылыткычтын ролун аткарат. Бул өзгөртүү ашыкча желдетүү муктаждыгын азайтат жана компоненттердин иштөө мөөнөтүн узартат. Чыгымдарды кыскартуу - бул дизайнга киргизилүүгө тийиш болгон эң маанилүү жана татаал өзгөрүү. Райондун өзү өтө арзан, бирок мотор 275 доллар турат. Дагы деле электр энергиясына болгон муктаждыгыбызды канааттандыра турган үнөмдүү моторду издөө жүрүп жатат.

10 -кадам: Бүтүр

Биздин Нускаманы окуганыңыз үчүн рахмат, эгер сизде кандайдыр бир суроолор болсо, тартынбаңыз.

Бул жерде MITдеги презентациябыздын кээ бир сүрөттөрү.