Унадаг дугуй унаж ямар ч USB төхөөрөмжийг хэрхэн цэнэглэх вэ: 10 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Эхлэхийн тулд бид Lemelson-MIT хөтөлбөрөөс буцалтгүй тусламж авснаар энэ төслийг эхлүүлсэн. (Жош, хэрэв та үүнийг уншиж байгаа бол бид танд хайртай.)

6 оюутан, нэг багштай баг энэ төслийг нэгтгэсэн бөгөөд бид лазер таслагч, ядаж подволк авах боломжтой гэж найдаж Instructables дээр тавихаар шийдлээ. Дараагийн зүйл бол бидний танилцуулга болон өөрийн хувийн тэмдэглэлүүдийн эмхэтгэл юм. Энэхүү зааварчилгаа танд бидний хийсэн шиг таалагдсан гэж найдаж байна. MintyBoost хэлхээг бүтээсэн Лимор Фрийдэд бас баярлалаа гэж хэлмээр байна. Энэ нь манай төсөлд гол үүрэг гүйцэтгэсэн. Жефф Брукинс Тэнгэрлэг хүүхдийн зохион бүтээх багийн гишүүн

Алхам 1: Бидний анхны зорилго…

Бидний анхны төсөл бол Фарадей зарчмыг ашиглан гүйгчдийг гүйж байхдаа iPod -оо цэнэглэх боломжийг олгох бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх явдал байв. Энэхүү үзэл баримтлал нь Фарадей гар чийдэнгийн адил цахилгаан үйлдвэрлэх болно.

Гэсэн хэдий ч бидэнд асуудал тулгарсан. Миний багийн анд Ник Сиареллигийн хэлсэн үгийг дурдахад "Эхлээд бид гар чийдэнгээ сэгсрэх загвартай ижил төстэй загварыг ашиглаж, гүйгч гүйж байхдаа түүнийг уяж, iPod эсвэл өөр ямар ч төхөөрөмжийг цэнэглэх энергитэй болохын тулд хөрвүүлэх талаар бодож үзсэн. ашиглах. сэгсрэх гар чийдэн нь гар чийдэн дээрх соронзны хөдөлж буй соронзон орон ба соронзоор дамжин өнгөрөх хоолойн ороомгийн ороомгийн харилцан үйлчлэлээс энерги авдаг. Хөдөлж буй соронзон орон нь ороомог дахь электронуудыг хөдөлгөхөд хүргэдэг. Цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг утас. Энэ гүйдлийг дараа нь батерейнд хадгалдаг бөгөөд үүнийг гар чийдэн/LED -д ашиглах боломжтой байдаг. Гэхдээ бид гүйлтээс хэр их энерги авах боломжтойгоо тооцоолохдоо бид тодорхойлсон. Нэг АА батерейг цэнэглэхэд хангалттай энерги авахын тулд 50 миль гүйх шаардлагатай болно. Энэ нь үндэслэлгүй байсан тул бид төслөө унадаг дугуйн систем болгон өөрчилсөн. " Дараа нь бид оронд нь дугуйнд суурилуулсан системийг ашиглахаар шийдсэн.

Алхам 2: Бидний нээлтийн мэдэгдэл ба үзэл баримтлалын хувьсал

Бид эхлээд унадаг дугуй дээр ашиглах сэргээгдэх тоормосны системийн хөгжил, техник эдийн засгийн үндэслэлийг онолын дагуу гаргасан. Энэхүү систем нь жолоочийн зөөврийн электрон төхөөрөмжүүдийн батерейны хугацааг уртасгахын тулд гар утасны тэжээлийн эх үүсвэрийг бий болгоно.

Туршилтын үе шатанд нөхөн төлжих тоормосны систем нь давхар чиг үүргээ нэгэн зэрэг гүйцэтгэх чадваргүй болох нь тогтоогджээ. Энэ нь дугуйг зогсоох хангалттай эргүүлэх хүчийг ч гаргаж чадахгүй, мөн батерейгаа цэнэглэх хангалттай хүчийг ч гаргаж чадахгүй. Тиймээс баг нь системийн тоормослох талыг орхиж, зөвхөн тасралтгүй цэнэглэх системийг хөгжүүлэхэд анхаарлаа хандуулахаар шийджээ. Энэхүү системийг бүтээж, судалсны дараа хүссэн зорилгодоо хүрэх бүрэн боломжтой болох нь батлагдсан.

Алхам 3: Хэлхээний загвар гаргах

Эхлэхийн тулд бид мотороос ~ 6 вольтыг авч, хадгалж, дараа нь USB төхөөрөмжид шаардлагатай 5 вольт болгон хөрвүүлэх боломжтой хэлхээг зохион бүтээх ёстой байв.

Бидний зохион бүтээсэн хэлхээ нь Adafruit Industries -ийн Лимор Фрийдийн анх бүтээсэн MintyBoost USB цэнэглэгчийн функцийг нөхдөг. MintyBoost нь зөөврийн электрон төхөөрөмжийг цэнэглэхдээ AA батерейг ашигладаг. Бидний бие даан бүтээсэн хэлхээ нь AA батерейг сольж, MintyBoost -ийг эрчим хүчээр хангадаг. Энэ хэлхээ нь мотороос ~ 6 вольтыг 2.5 вольт болгон бууруулдаг. Энэ нь моторыг BoostCap (140 F) цэнэглэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эргээд MintyBoost хэлхээнд тэжээл өгдөг. Хэт конденсатор нь дугуй хөдөлгөөнгүй байсан ч USB төхөөрөмжийг тасралтгүй цэнэглэх энергийг хуримтлуулдаг.

Алхам 4: Эрчим хүч авах

Мотор сонгох нь илүү хэцүү ажил болохыг батлав.

Үнэтэй мотор нь тоормосны эх үүсвэрийг бий болгоход шаардлагатай эргүүлэх хүчийг өгдөг боловч өртөг нь хамаагүй өндөр байв. Хямд, үр дүнтэй төхөөрөмжийг бий болгохын тулд өөр шийдэл шаардлагатай байсан. Төслийг тасралтгүй цэнэглэх систем болгон өөрчилсөн бөгөөд бүх боломжоос гадна жижиг диаметртэй тул Максон мотор илүү сайн сонголт байх болно. Максон мотор нь мөн 6 вольт өгдөг байсан бөгөөд өмнөх моторууд бидэнд 20 вольтоос дээш хүч өгдөг байсан. Сүүлийн хөдөлгүүрийн хувьд хэт халалт нь маш том асуудал болно. Үнэ нь 275 доллар байсан ч бид хөөрхөн мотор байсан Максон 90 загвараа авч үлдэхээр шийдлээ. (Энэ төслийг бүтээхийг хүсч буй хүмүүсийн хувьд хямд үнэтэй мотор байхад л хангалттай.) Бид энэ хөдөлгүүрийг хойд тоормосны ойролцоо дугуйны хүрээ дээр шууд холбож, мотор ба хүрээ хоёрын хоорондох зөөгчийг ашиглан зайны үүргийг гүйцэтгэсэн. эргэн тойронд 2 хоолой хавчаарыг чангалав.

Алхам 5: Цахилгааны утас

Мотороос хэлхээ рүү утас холбохын тулд хэд хэдэн сонголтыг авч үзсэн: хуурамчаар хийсэн матрын хавчаар, утасны утас, чанга яригч утас.

Матар хавчуурга нь загвар зохион бүтээх, турших зорилгоор сайн ажилладаг болох нь тогтоогдсон боловч эцсийн загвар хийхэд хангалттай тогтвортой биш байв. Утасны утас нь эмзэг, ажиллахад хэцүү байсан. Чанга яригч утас нь удаан эдэлгээтэй тул туршиж үзсэн тул сонголт хийх дамжуулагч болжээ. Энэ нь утастай утас байсан ч илүү том диаметртэй байсан тул илүү бат бөх байсан. Дараа нь бид утсыг цахилгаан товч ашиглан хүрээ рүү залгав.

Алхам 6: Бодит тойрог

Цахилгаан хэлхээг шийдвэрлэх нь үйл явцын хамгийн хэцүү сорилт байв. Мотороос авсан цахилгаан эхлээд хүчдэлийн зохицуулагчаар дамждаг бөгөөд энэ нь тасралтгүй таван ампер гүйдэл дамжуулах боломжийг олгодог; бусад зохицуулагчидтай харьцуулахад илүү том гүйдэл дамжих болно. Тэндээс хүчдэлийг 2.5 вольт хүртэл бууруулдаг бөгөөд энэ нь BOOSTCAP -ийн хадгалж, найдвартай барьж чаддаг хамгийн дээд хэмжээ юм. BOOSTCAP нь 1.2 вольт хүрсний дараа MintyBoost -ийг цэнэглэж буй төхөөрөмжид 5 вольтын эх үүсвэрээр хангахад хангалттай хүч чадалтай болно.

Оролтын утсан дээр бид 5А диодыг холбосон бөгөөд ингэснээр бид "асаалттай эхлэх эффект" авахгүй бөгөөд тэнд хадгалагдсан цахилгааныг ашиглан мотор эргэж эхэлдэг. Бид 2200uF конденсаторыг ашиглан хүчдэлийн зохицуулагчийн тэжээлийн урсгалыг жигд болгов. Бидний ашигладаг LM338 хүчдэлийн зохицуулагчийг хэрхэн тохируулахаас шалтгаалан тохируулж болно, энэ нь манай схемд харагдаж байна. Бидний зорилгын үүднээс зохицуулагчтай холбогдсон 120 ом ба 135 ом гэсэн хоёр резисторыг харьцуулах нь гаралтын хүчдэлийг тодорхойлдог. Бид үүнийг ашиглан хүчдэлийг ~ 6 вольтоос 2.5 вольт болгон бууруулдаг. Дараа нь бид 2.5 вольтыг аваад Максвелл Технологи үйлдвэрлэсэн 140 фарад, 2.5 вольтын BOOSTCAP хэт ягаан туяаны конденсаторыг цэнэглэхэд ашигладаг. Өндөр багтаамж нь дугуйг улаан гэрлээр зогсоосон ч гэсэн цэнэгээ барих боломжийг олгодог учраас бид BOOSTCAP -ийг сонгосон. Энэ хэлхээний дараагийн хэсэг бол Adafruit MintyBoost гэх таны мэддэг зүйл гэдэгт би итгэлтэй байна. Бид үүнийг хэт вольт конденсатороос 2.5 вольт авч, тогтвортой 5 вольт, USB стандартад шилжүүлсэн. Энэ нь 22uH индуктортой хосолсон 5 вольтын MAX756 хувиргагчийг ашигладаг. Хэт хэт конденсатор дээр 1.2 вольт авсны дараа MintyBoost 5 вольтыг гаргаж эхэлнэ. Манай хэлхээ нь Adafruit Industries -ийн Limor Fried -ээс анх бүтээсэн MintyBoost USB цэнэглэгчийн функцийг нөхөж өгдөг. MintyBoost нь зөөврийн электрон төхөөрөмжийг цэнэглэхдээ АА батерейг ашигладаг. Бидний бие даан бүтээсэн хэлхээ нь AA батерейг сольж, MintyBoost -ийг цахилгаан тэжээлээр хангадаг. Энэ хэлхээ нь мотороос ~ 6 вольтыг 2.5 вольт болгон бууруулдаг. Энэ нь моторыг BoostCap (140 F) цэнэглэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эргээд MintyBoost хэлхээнд тэжээл өгдөг. Хэт конденсатор нь дугуй хөдөлгөөнгүй байсан ч USB төхөөрөмжийг тасралтгүй цэнэглэх энергийг хуримтлуулдаг.

Алхам 7: Хашаа

Хэлхээг гадны элементүүдээс хамгаалахын тулд хашлага хийх шаардлагатай байв. 6см диаметртэй, 18см урт PVC хоолой ба төгсгөлийн тагны "эм" -ийг сонгосон. Эдгээр хэмжээсүүд нь хэлхээтэй харьцуулахад том хэмжээтэй боловч барилгын ажлыг илүү тохь тухтай болгосон. Үйлдвэрлэлийн загвар нь хамаагүй бага байх болно. PVC-ийг удаан эдэлгээ, цаг агаарын бараг төгс хамгаалалт, аэродинамик хэлбэр, хямд үнээр сонгосон. Туршилтыг эпокси дэвтээсэн түүхий нүүрстөрөгчийн эслэгээр хийсэн саванд хийсэн. Энэ бүтэц нь хүчтэй, хөнгөн жинтэй болохыг баталсан. Гэсэн хэдий ч барилгын явц нь маш их цаг хугацаа шаардсан бөгөөд эзэмшихэд хэцүү байсан.

Алхам 8: Туршилт

Конденсаторын хувьд бид BOOSTCAP ба супер конденсатор гэсэн хоёр өөр төрлийг туршиж үздэг.

Эхний график нь хэлхээнд нэгтгэгдсэн супер конденсаторыг ашиглахыг харуулсан бөгөөд ингэснээр мотор идэвхтэй байх үед конденсатор цэнэглэгдэх болно. Бид энэ бүрэлдэхүүн хэсгийг ашиглаагүй, учир нь суперконденсатор маш хурдаар цэнэглэгдсэн боловч бидний зорилгоор хэт хурдан цэнэггүй болсон. Улаан шугам нь хөдөлгүүрийн хүчдэл, цэнхэр шугам нь супер конденсаторын хүчдэл, ногоон шугам нь USB портын хүчдэлийг илэрхийлдэг. Хоёрдахь график бол BOOSTCAP хэт багтаамжийн тусламжтайгаар цуглуулсан өгөгдөл юм. Улаан шугам нь хөдөлгүүрийн хүчдэл, хөх нь хэт конденсаторын хүчдэл, ногоон шугам нь USB портын хүчдэлийг илэрхийлнэ. Энэхүү туршилтаас үзэхэд жолооч хөдлөхөө больсон ч гэсэн хэт ягаан туяа цэнэгээ хадгалсаар байх болно. USB хүчдэлийн үсрэлтийн шалтгаан нь ultracapacitor нь MintyBoost -ийг идэвхжүүлэхэд шаардлагатай хүчдэлийн босго хэмжээнд хүрсэнтэй холбоотой юм. Эдгээр хоёр туршилтыг 10 минутын хугацаанд хийсэн. Морьтон эхний 5 дээгүүр гишгэсэн бөгөөд сүүлийн 5 минутын хугацаанд хүчдэл хэрхэн хариу өгөхийг бид ажигласан. Хамгийн сүүлчийн зураг бол Google Earth -ийн зураг авалт бөгөөд бид туршилтаа хийсэн газар юм. Энэ зураг нь бид сургуулиасаа эхэлж, дараа нь Левагоод цэцэрлэгт хүрээлэнд 2 миль орчим зайд хоёр тойрог хийснийг харуулж байна. Энэхүү газрын зургийн өнгө нь жолоочийн хурдтай тохирч байна. Нил ягаан шугам нь ойролцоогоор 28.9 миль, цэнхэр шугам 21.7 миль, ногоон шугам 14.5 миль, шар шугам 7.4 миль юм.

Алхам 9: Ирээдүйн төлөвлөгөө

Төхөөрөмжийг өргөн хэрэглээний бүтээгдэхүүн болгон эдийн засгийн хувьд илүү үр ашигтай болгохын тулд цаг агаараас хамгаалах, хэлхээг оновчтой болгох, зардлыг бууруулах чиглэлээр хэд хэдэн сайжруулалт хийх ёстой. Цаг агаараас хамгаалах нь төхөөрөмжийн урт хугацааны үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Моторыг ашиглах нэг арга бол түүнийг нальген саванд хийх явдал байв. Эдгээр савнууд нь ус нэвтэрдэггүй, бараг устдаггүй гэдгээрээ алдартай. (Тийм ээ, бид машинтай нэгийг дайран өнгөрлөө.) Байгалийн хүчнээс нэмэлт хамгаалалт хүссэн. Өргөтгөх хөөс нь төхөөрөмжийг битүүмжлэх боловч материалын хязгаарлалт байдаг. Зөв байрлуулах нь хэцүү төдийгүй төхөөрөмжийн ерөнхий ажиллагаанд зайлшгүй шаардлагатай агааржуулалтаас урьдчилан сэргийлэх болно.

Хэлхээг оновчтой болгохын тулд олон талт хүчдэлийн зохицуулагч чип, захиалгат хэвлэмэл хэлхээний самбар (ПХБ) орно. Чип нь олон тооны хүчдэлийн зохицуулагчийг сольж болох бөгөөд энэ нь бүтээгдэхүүний хэмжээ, дулааны гаралтыг бууруулна. ПХБ ашиглах нь илүү тогтвортой суурийг бий болгоно, учир нь холболтууд шууд самбар дээр байх бөгөөд доор нь хөвөхгүй болно. Хязгаарлагдмал хэмжээгээр энэ нь самбар дээрх зэсийн ул мөрийн ачаар дулаан шингээгчийн үүрэг гүйцэтгэх болно. Энэхүү өөрчлөлт нь хэт их агааржуулалтын хэрэгцээг бууруулж, эд ангиудын ашиглалтын хугацааг уртасгах болно. Зардлыг бууруулах нь дизайны хувьд хийх ёстой хамгийн чухал бөгөөд хэцүү өөрчлөлт юм. Энэ хэлхээ нь өөрөө маш хямд боловч хөдөлгүүр нь 275 долларын үнэтэй байдаг. Бидний эрчим хүчний хэрэгцээг хангахуйц илүү хэмнэлттэй мотор хайж байна.

Алхам 10: Дуусга

Манай зааврыг уншсанд баярлалаа, хэрэв танд асуулт байвал асууж болно.

MIT дээр хийсэн танилцуулгаас авсан зургуудаас энд оруулав.