Ładowarka USB zasilana oddechem: 4 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

Czy oddychasz? Masz gadżet, który można ładować przez port USB? Cóż, jeśli odpowiedziałeś tak na oba, to masz szczęście. Ta instrukcja pokazuje, jak zrobić urządzenie, które będzie ładować urządzenia obsługujące USB, podczas gdy robisz to, co robisz najlepiej. Oddychać. Używając niektórych części ze starego napędu CD-ROM, prostego układu elektronicznego i kilku gumek, wkrótce będziesz sapać i pykać, aby osiągnąć w pełni naładowaną, pseudo-użyteczną elektroniczną nirwanę gadżetową.

Krok 1: Wprowadzenie i Krok 1

Ten projekt wymaga szerokiej gamy umiejętności „twórczych”, takich jak produkcja płytek PCB, demontaż elektroniki, cięcie i wiercenie tworzyw sztucznych, mieszanie żywic epoksydowych, projektowanie przekładni zębatej, łączenie kilku części, gięcie spinaczy do papieru i ryzykowanie studni bycie tak drogim telefonem, aparatem lub PDA. W sumie dobra zabawa. Ponieważ każdy będzie miał inną kolekcję śmieci, z których może to zbudować, przedstawię ci szczegółowy przegląd tego, jak sobie z tym poradziłem, i możesz zastosować te gadki we własnym projekcie. Który będzie składał się luźno z czterech kroków.1. Znajdź odpowiednie części do generatora2. Zbuduj obwód ładowarki3. Zamontuj generator, łącznik klatki piersiowej i mechaniczny powrót4. Podłącz obwód ładowarki i przetestuj. Krok 1: Miałem około czterech starych napędów CDROM i rozebrałem kilka z nich, aby zobaczyć, jakie fajne części są w środku. Okazuje się, że w środku jest wiele fajnych silników, przekładni i innych części, które w pełni potwierdzają moje naleganie, by trzymać takie gówno w pobliżu. Widok przekładni zębatych wewnątrz tych jednostek, służących do otwierania tacy, podsunął mi pomysł na ten projekt. Mały silnik o niskim momencie obrotowym i wysokiej prędkości obrotowej jest połączony z tacą za pomocą przekładni zębatej, która ma końcowe przełożenie około 20:1. ale liniowy ruch z rozszerzenia klatki piersiowej nie jest tak duży (około cala), więc aby wygenerować użyteczne napięcia, trzeba było naprawdę sapiąc i sapiąc. W każdym razie rozerwij te napędy CDROM, które można znaleźć na prawie każdej wyprzedaży garażowej, sklepie z używanymi rzeczami lub na wysypisku śmieci. Poniższe zdjęcie przedstawia wyniki. Jest tam wiele potencjalnych projektów. Na razie interesują nas tylko plastikowe koła zębate i silniki do otwierania tacy i/lub przesuwania wózka laserowego. Przejrzyj różne koła zębate i napędy i spróbuj wyobrazić sobie sposób na dodanie dodatkowych biegów w celu zwiększenia przełożenia lub jak dodać kolejny silnik szeregowo. Chcesz zminimalizować zmiany w przekładni. Alternatywnie możesz po prostu przeszukać wszystkie biegi i zbudować skrzynię biegów od podstaw. Będziesz także potrzebował co najmniej jednego silnika z małą przekładnią lub kołem pasowym, aby można było podłączyć go do przekładni. Silniki w napędzie CDROM są zazwyczaj prostymi silnikami prądu stałego z magnesami trwałymi, zaprojektowanymi do pracy przy napięciu 5 V, z wyjątkiem silnika wrzeciona, którego i tak nie chcesz używać. W tym momencie chcesz również pomyśleć o tym, czego zamierzasz użyć aby pasek oplatał klatkę piersiową. Stary pasek, trochę parcianej taśmy, stare sznurowadło, pasek na identyfikator lub cokolwiek, co zmieści się wokół ciebie wygodnie bez żadnego rozciągania. Chcesz, aby cała ekspansja odbywała się w twoim generatorze liniowym. Każde rozciągnięcie, które wystąpi w łączniku klatki piersiowej, będzie zmarnowaną energią.

Krok 2: Zbuduj obwód ładowarki

Obwód ładowarki jest dość prosty. Składa się z:1. Mostek diodowy do zamiany napięcia AC z generatora na wyprostowane DC.2. Akumulator, który wyrównuje napięcie i utrzymuje nadmiar generowanej energii, gdy nic nie jest podłączone do portu USB. Możesz też użyć dużego kondensatora, ale baterie oferują bardziej przewidywalny poziom napięcia.3. Konwerter zwiększający napięcie do 5 VDC do ładowania przez USB4. Wtyczka USB. Układ narysowałem w EAGLE, programie, który bardzo polecam. Możesz go pobrać bezpłatnie z cadsoft.de. W załączeniu schemat i układ płyty jednowarstwowej. Rzeczywiste użycie EAGLE i produkcja deski wykraczają poza zakres tej instrukcji. Istnieje wiele świetnych instrukcji, które obejmują te tematy. Zobacz ten przykład, aby dowiedzieć się, jak wykonać płytki PCB w kuchni. Lista części obwodu ładowarki (ilości pogrubione)::1x L6920 Regulowany konwerter DC podwyższający napięcie wyjściowe (minimalne wejście 1 V, karta katalogowa tutaj) Digikey# 497-4593- 1-ND4x 1N4148 diody przełączające (użyłem malutkich SOD523 smds, ale możesz podpiąć w co masz pod ręką) Digikey# 1N4148WTDICT-ND2x 10uF ceramiczne lub inne kondensatory o niskim ESR (użyłem 1206 smds) Digikey# 39901299-1-ND2x 100k cienki Rezystory filmowe Digikey# P100kFCT-ND1x cewka indukcyjna 10uH Digikey# 490-2519-1-ND1x Złącze USB żeńskie Typ A smd Digikey# AE9924-NDPoniżej można zobaczyć pliki schematów i płyt oraz ich jpegi. Najtrudniejszą częścią jest zrobienie dobrej płytki drukowanej w kuchni, której ślady są wystarczająco małe dla pakietu TSSOP L6920. Jak widać na zdjęciu, zrobiłem 4 deski na raz, ponieważ każda jest taka mała. Sztuczka, aby to złożyć, polega na tym, aby zacząć od środka i wyjść, zacząć od L6920 i dodawać dyskretne SMD w miarę postępu. Niezbędna jest para pęsety, dobre oczy lub szkło powiększające, jasne światło i pewna ręka. Nie martw się, że dostaniesz się tam za dużo lutowia, użyj knota lutowniczego, aby wyczyścić wszelkie wypadki i sprawdzaj swoją pracę za pomocą multimetru po każdym kroku. Praktyka czyni mistrza.

Krok 3: Zbuduj generator

Teraz musisz zrobić generator. Powinieneś bawić się przekładniami i silnikami, aż uzyskasz zadowalające ustawienie. Będziesz chciał użyć multimetru na silniku podczas obracania kół zębatych, aby zobaczyć, jakie napięcie otrzymujesz. Chcesz wejść w zakres 2-3 woltów, przesuwając powoli przekładnię liniową o cal w ruchu. Podczas ustawiania biegów, chcesz użyć tych, które mają dużą zębatkę uformowaną z mniejszym. Ułożone szeregowo zapewniają dobre przełożenie, jak pokazano na rysunku. (zignoruj fakt, że zęby mają niewłaściwy rozmiar na rysunku, byłem zbyt leniwy, aby przerysować z pasującą podziałką zębów) Powinieneś strzelać gdzieś w zakresie 25-50:1. Im więcej tym lepiej, ale w końcu straty w przekładni narastają i zbyt trudno jest obracać silnikiem, a koła zębate się rozbierają.

Jednym z kluczy jest znalezienie sposobu na użycie liniowych kół zębatych na tacy CD lub innym elemencie, aby zmienić ruch oddechowy w obrót silnika prądu stałego. Dołączyłem zdjęcie innej prototypowej wersji generatora napędu CD, na którym wyraźnie widać przekładnię liniową. Widoczne są również nacięcia w plastiku. Ten prototyp był również w stanie oświetlić pokazaną tablicę LED. Nie bój się posiekać tego, aby dopasować go do swoich potrzeb. Na drugim zdjęciu silnik prądu stałego jest zamontowany w plastiku napędu, który zjadłem. W pobliżu znajdował się liniowy suwak, którego użyłem do sprzężenia ruchu oddechowego z przekładnią. Dodałem również kolejny bieg (patrz zdjęcie) do układu napędowego w celu zwiększenia przełożenia i umożliwienia zamontowania w przyszłości kolejnego silnika w celu zwiększenia mocy. Głównym wyzwaniem jest efektywne przełożenie wysiłku oddechowego na rotację silnika. Również na zdjęciu

Krok 4: Złóż to wszystko razem i przetestuj

Po uzyskaniu zadowalającej konfiguracji generatora, chcesz podłączyć generator do obwodu ładowania, włożyć baterię i użyć multimetru do przetestowania napięcia wyjściowego w porcie USB. Jeśli nie widzisz 5V to jest problem. Napraw to przed podłączeniem swojego drogiego gadżetu do portu USB. Poniżej możesz zobaczyć mój zmontowany generator USB zasilany oddechem w całej okazałości, od góry i od dołu. Możesz zobaczyć gumkę używaną do zwrotu, wraz z wózkiem przekładni liniowej, paskiem i spinaczem do papieru, którego użyłem do połączenia przekładni liniowej z paskiem. Kluczem jest tutaj przeniesienie całego ruchu na przekładnię liniową, dzięki czemu chcesz, aby pasek i metoda łączenia były sztywne i nie ulegały ugięciu. Siła gumki lub sprężyny powrotnej zależy od Ciebie. Moje na wpół skończone eksperymenty wskazują, że możesz w zasadzie poradzić sobie z siłą 1BA bez odczuwania zbyt dużego wysiłku w oddychaniu. Najlepiej, jeśli chcesz mieć tak małą gumkę, jaka przywróci przekładnię liniową do pozycji wyjściowej podczas wydechu. Jeśli uzyskasz wystarczającą moc generacyjną dzięki wysokiemu przełożeniu, dodatkowym silnikom lub większemu silnikowi, będziesz potrzebować większej sprężyny powrotnej. Zasadniczo, podczas wdechu magazynujesz energię mechaniczną, która jest używana do włączenia generatora wydechu, dzięki czemu możesz generować zarówno poprzez pchanie, jak i ciągnięcie. Potrzebujesz mostka diodowego, aby z powodzeniem skorzystać. Więc przywiązałem tę potworność i podłączyłem ją do mojej zaufanej skrzynki akwizycji danych od DataQ. Dołączony jest wykres napięcia wyjściowego generatora przed konwersją step-up na 5V USB. Zasadniczo bateria zasila konwerter podwyższający napięcie, a generator oddechu ładuje baterię. Na wykresie widać efekt wyrównywania baterii wraz ze skokami napięcia podczas oddychania. Właściwie zbliżałem się do hiperwentylacji, ale w imię nauki. Efekty można zobaczyć na zdjęciu ładowania telefonu. Należy wspomnieć, że musiałem zmodyfikować kabel USB, aby RAZR ładował się, jak opisano na tej stronie. Nie mam żadnych solidnych danych na temat generowanej mocy, nie wymyśliłem jeszcze dobrego sposobu, aby to zmierzyć. Typowy metabolizm spoczynkowy jest rzędu 50-75 W, z czego znaczna część jest spowodowana oddychaniem wysiłek (widziałem na północ od 50%). Jeśli więc przyjmiemy 25 W energii ciągłej zużywanej do oddychania, wydaje się rozsądne, że moglibyśmy zwiększyć te 4%, aby zebrać 1 W na ładowanie telefonu komórkowego. Bazując na moim telefonie komórkowym i tych założeniach, ładowanie baterii 3,7 V 800 mAh zajęłoby około 3 godzin. Zakładając 100% sprawność. Niestety, na podstawie kilku pomiarów, które udało mi się wykonać, zbudowany przeze mnie generator oddechowy emituje około 50mW. Sposób na oddychanie bez oddechu. Naładowałby telefon, ale akumulator NiMH wykonywałby większość pracy, dopóki się nie rozładuje. Potem musiałbyś oddychać przez dzień lub dwa, aby naładować akumulator NiMH. I tak planowałeś to zrobić, prawda? Jest więc miejsce na ulepszenia. Jednym z obszarów, którym się przyglądam, jest wykorzystanie nanorurek węglowych i poliuretanu do wytwarzania elektroaktywnego generatora polimerów. Jest to rodzaj technologii, która jest wykorzystywana do wytwarzania generatorów rozruchowych dla wojska. Przyszłe ulepszenia mogą wprowadzić to urządzenie do zakresu 1W. W szczególności przy użyciu lepszego silnika prądu stałego (wyższe napięcie na obrót) i niestandardowej konstrukcji układu napędowego, aby był wygodniejszy i lepiej sprzęgał się z ruchem oddechowym. Od jakiegoś czasu pracuję nad tego typu urządzeniami w mojej kuchni/warsztacie i chciałbym to wszystko upublicznić, aby inni mogli wejść na pokład. Zapraszam do kontaktu w przypadku pytań lub dyskusji. Jak powiedział bard, „a udomowienie psa trwało nieprzerwanie”.