Caricabatterie USB alimentato a respiro: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

Stai respirando? Hai un gadget che può essere caricato tramite una porta USB? Bene, se hai risposto sì a entrambi, allora sei fortunato. Questa istruzione mostra come creare un dispositivo che ricaricherà i tuoi dispositivi compatibili con USB mentre fai ciò che sai fare meglio. Respirare. Usando alcune parti recuperate da una vecchia unità CD-ROM, un semplice circuito elettronico e alcuni elastici, presto sbufferai e sbufferai verso il nirvana di gadget elettronici pseudo-utili completamente carichi.

Passaggio 1: Introduzione e Passaggio 1

Questo progetto richiede una vasta gamma di abilità "maker", come la produzione di schede PCB, lo smontaggio dell'elettronica, il taglio e la perforazione della plastica, la miscelazione di resina epossidica, la progettazione di un treno di ingranaggi, l'assemblaggio di un gruppo di parti, la piegatura di graffette e il rischio del pozzo essere del tuo telefono, fotocamera o PDA sempre così costoso. Tutto sommato, buon divertimento. Dal momento che ognuno avrà una collezione diversa di parti spazzatura da cui costruirlo, ti darò solo una panoramica dettagliata di come ho fatto e puoi applicare queste divagazioni al tuo progetto. Che consisterà vagamente in quattro passaggi.1. Scroccare alcune parti adatte per il generatore2. Costruisci il circuito del caricabatterie3. Assemblare il generatore, l'accoppiatore toracico e il ritorno meccanico4. Collega il circuito del caricatore e provaFase 1: avevo circa quattro vecchie unità CDROM in giro e ne ho smontate alcune per vedere quali parti interessanti c'erano all'interno. Si scopre che all'interno ci sono molti motori, ingranaggi e altre parti interessanti che convalidano pienamente la mia insistenza nel tenere in giro una tale merda. Vedere i treni di ingranaggi all'interno di queste unità utilizzate per l'apertura del vassoio mi ha dato l'idea per questo progetto. Il piccolo motore a bassa coppia e ad alto numero di giri è collegato al vassoio tramite un treno di ingranaggi che ha un rapporto finale di circa 20: 1 In precedenza stavo usando una serie parallela di piccoli motori cercapersone per generare elettricità dalla respirazione (vedi sotto) ma la corsa lineare dall'espansione del torace non è eccezionale (circa un pollice) quindi per generare tensioni utili dovevi davvero sbuffare e sbuffare. Ad ogni modo, entra in quelle unità CDROM, che puoi trovare praticamente in qualsiasi vendita di garage, negozio dell'usato o discarica. La foto sotto mostra i risultati. Ci sono un sacco di potenziali progetti lì dentro. Per ora ci interessano solo gli ingranaggi in plastica e i motori per l'apertura del vassoio e/o lo spostamento del carrello laser. Esamina i vari ingranaggi e trasmissioni e prova a visualizzare un modo per aggiungere ulteriori ingranaggi per aumentare il rapporto di trasmissione o come aggiungere un altro motore in serie. Vuoi ridurre al minimo le modifiche al treno di ingranaggi. In alternativa puoi semplicemente pulire tutti gli ingranaggi e costruire il tuo cambio da zero. Avrai anche bisogno di almeno un motore con un piccolo ingranaggio o una puleggia su di esso in modo da poterlo collegare al treno di ingranaggi. I motori nell'unità CDROM sono in genere semplici motori CC a magneti permanenti progettati per funzionare a 5 V, ad eccezione del motore mandrino, che non si desidera utilizzare comunque. A questo punto si vuole anche pensare a cosa si intende utilizzare per una cinghia per andare intorno al petto. Una vecchia cintura, delle cinghie, un vecchio laccio delle scarpe, un cinturino con il nome o qualsiasi cosa che si adatti comodamente a te senza alcun allungamento. Vuoi che tutta l'espansione avvenga nel tuo generatore lineare. Qualsiasi allungamento che si verifica nel tuo accoppiatore toracico sarà energia sprecata.

Passaggio 2: costruire il circuito del caricabatterie

Il circuito del caricabatterie è piuttosto semplice. Si compone di:1. Un ponte a diodi per trasformare la tensione alternata dal generatore in DC.2 rettificato. Una batteria ricaricabile per livellare la tensione e mantenere la potenza generata in eccesso quando nulla è collegato alla porta USB. Potresti usare anche un grande condensatore, ma le batterie offrono un livello di tensione più prevedibile.3. Un convertitore boost per portare la bassa tensione fino a 5VDC per la ricarica USB4. Una presa USB. Ho disegnato il circuito in EAGLE, un programma che consiglio vivamente. Puoi scaricarlo gratuitamente da cadsoft.de. Lo schema e il layout della scheda a strato singolo sono allegati. L'uso effettivo di EAGLE e la produzione della scheda esulano dallo scopo di questo manuale. Molti ottimi istruttori sono là fuori per trattare questi argomenti. Vedi questo per esempio, su come realizzare PCB nella tua cucina. L'elenco delle parti per il circuito del caricabatterie (quantità in grassetto): 1x L6920 Convertitore DC step-up con uscita regolabile (ingresso minimo 1 V, scheda tecnica qui) Digikey # 497-4593- 1-ND4x 1N4148 diodi di commutazione (ho usato minuscoli SOD523 smd, ma puoi inserire quello che hai a portata di mano) Digikey # 1N4148WTDICT-ND2x 10uF ceramici o altri condensatori a bassa ESR (ho usato 1206 smd) Digikey # 39901299-1-ND2x 100k di spessore resistenze a filmDigikey# P100kFCT-ND1x induttore a filo 10uHDigikey# 490-2519-1-ND1x USB femmina Tipo A connettore smd Digikey# AE9924-NDDi seguito puoi vedere lo schema e i file della scheda, e anche i loro jpeg. La parte difficile è creare un buon PCB nella tua cucina che abbia tracce abbastanza piccole per il pacchetto TSSOP dell'L6920. Come puoi vedere nella foto, ho realizzato 4 schede contemporaneamente poiché ognuna è così piccola. Il trucco per metterlo insieme è iniziare nel mezzo e uscire, iniziare con l'L6920 e aggiungere i discreti SMD mentre procedi. Un paio di pinzette è essenziale, insieme a buoni occhi o una lente d'ingrandimento, luce intensa e mano ferma. Non preoccuparti di avere troppa saldatura lì dentro, usa il tuo stoppino per saldare per ripulire eventuali incidenti e controlla il tuo lavoro con un multimetro dopo ogni passaggio. La pratica rende perfetti.

Passaggio 3: costruisci il generatore

Ora devi creare il generatore. Dovresti giocare con gli ingranaggi e i motori finché non ottieni una disposizione soddisfacente. Dovrai usare un multimetro sul motore mentre giri gli ingranaggi per vedere quanta tensione stai ricevendo. Vuoi entrare nella gamma di 2-3 volt mentre muovi lentamente l'ingranaggio lineare di circa un pollice in viaggio. Quando si impostano gli ingranaggi, si desidera utilizzare quelli che hanno un ingranaggio grande stampato con un ingranaggio più piccolo. Impilati in serie, questi ti daranno un buon rapporto di trasmissione come mostrato nel disegno. (ignora il fatto che i denti sono della dimensione sbagliata nel disegno, ero troppo pigro per ridisegnare con il passo dei denti corrispondente) Dovresti sparare da qualche parte nell'intervallo 25-50:1. Di più è meglio, ma alla fine le perdite nel treno di ingranaggi si accumulano e diventa troppo difficile far girare il motore e gli ingranaggi si spezzeranno.

Una delle chiavi è trovare un modo per utilizzare gli ingranaggi lineari sul vassoio del CD o su un altro pezzo per trasformare il tuo movimento respiratorio in rotazione del motore CC. Ho incluso una foto di un'altra versione prototipo del generatore di unità CD in cui è possibile vedere chiaramente l'ingranaggio del vassoio lineare. Sono visibili anche i segni di taglio nella plastica. Questo prototipo era anche in grado di illuminare l'array di LED nella foto. Non aver paura di tagliare questa cosa in base alle tue esigenze. Nell'altra foto il motore DC è montato in posizione nella plastica dell'unità che ho cannibalizzato. Vicino a questo c'era un cursore lineare che usavo per accoppiare il movimento respiratorio al treno di ingranaggi. Ho anche aggiunto un altro ingranaggio (vedi foto) alla trasmissione per aumentare il rapporto e consentire il montaggio di un altro motore in futuro per aumentare la potenza. La sfida principale è riuscire a tradurre efficacemente lo sforzo respiratorio in una rotazione efficiente del motore. Anche nella foto

Passaggio 4: metti tutto insieme e provalo

Una volta che hai una configurazione del generatore soddisfacente, allora vuoi collegare il generatore al circuito di carica, inserire la batteria e usare il tuo multimetro per testare la tensione di uscita alla porta USB. Se non vedi 5V, c'è un problema. Risolvilo prima di collegare il tuo costoso gadget alla porta USB. Sotto puoi vedere il mio generatore USB alimentato a respiro assemblato in tutto il suo splendore, in alto e in basso. Puoi vedere l'elastico utilizzato per il ritorno, insieme al carrello per ingranaggi lineare, la cinghia e la graffetta che ho usato per collegare l'ingranaggio lineare alla cinghia. La chiave qui è trasferire tutto il movimento all'ingranaggio lineare in modo che il cinturino e il metodo di connessione siano rigidi senza cedere. La forza dell'elastico o del ritorno a molla dipende da te. I miei esperimenti a metà indicano che puoi praticamente gestire una forza di 1N senza sentirti troppo affaticato nel respiro. Idealmente si desidera un elastico piccolo che riporti l'ingranaggio lineare nella posizione di partenza quando espiri. Se ottieni una capacità di generazione sufficiente tramite un rapporto di trasmissione elevato, motori aggiuntivi o un motore più grande, allora avrai bisogno di un ritorno a molla più grande. Essenzialmente stai immagazzinando energia meccanica durante la tua inspirazione che viene utilizzata per accendere il generatore sull'espirazione in modo che tu possa generare sia in spinta che in trazione. Hai bisogno del ponte a diodi per trarne vantaggio con successo. Così ho legato questa mostruosità e l'ho collegata alla mia fidata scatola di acquisizione dati da DataQ. In allegato è l'uscita del diagramma di tensione del generatore prima della conversione step-up all'USB 5V. Fondamentalmente la batteria fa funzionare il convertitore step-up e il generatore di respiro carica la batteria. Nella trama si vede l'effetto livellante della batteria, con i picchi di tensione quando respiravo. In realtà mi stavo avvicinando all'iperventilazione, ma in nome della scienza. I risultati possono essere visti nella foto del telefono in carica. Una cosa da menzionare è che ho dovuto modificare un cavo USB per caricare il RAZR come descritto in questo sito web. Non ho numeri solidi sulla potenza che stavo generando, non ho ancora trovato un buon modo per misurarlo. Il tipico metabolismo a riposo è dell'ordine di 50-75 W di cui una parte sostanziale è dovuta alla respirazione sforzo (ho visto nord del 50%). Quindi, se assumiamo 25 W di energia continua utilizzata per la respirazione, sembra ragionevole aumentare quel 4% per raccogliere 1 W per caricare un telefono cellulare. Sulla base del mio telefono cellulare, e queste ipotesi ci vorrebbero circa 3 ore per caricare la batteria da 3,7 V 800 mAh. Supponendo un'efficienza del 100%. Purtroppo, in base alle poche misurazioni che sono riuscito a fare, il generatore di respirazione che ho costruito emette più di 50 mW. Modo di respirare senza respiro. Ricarica il telefono, ma la batteria NiMH fa la maggior parte del lavoro finché non si scarica. Quindi dovresti respirare per circa un giorno per ricaricare la batteria NiMH. Avevi intenzione di farlo lo stesso, vero? Quindi ci sono margini di miglioramento. Un'area che sto esaminando è l'utilizzo di nanotubi di carbonio e poliuretano per creare un generatore di polimeri elettroattivi. Questo è il tipo di tecnologia che viene utilizzata per creare generatori di boot-strike per i militari. I miglioramenti futuri potrebbero portare questo dispositivo nella gamma da 1 W. In particolare, utilizzando un motore CC migliore (tensione per giro maggiore) e costruendo su misura la trasmissione per essere più confortevole e un migliore accoppiamento al movimento respiratorio. Ho lavorato su questo tipo di dispositivi nella mia cucina/laboratorio per un po' e vorrei rendere tutto pubblico in modo che altri possano salire a bordo. Non esitate a contattarmi per domande o per discussioni. Come disse il bardo, "e l'addomesticamento del cane continuò senza sosta".