PowerPlant personale: 27 passaggi (con immagini)

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

Il personal powerPlant è un dispositivo portatile che sfrutta l'elettricità attraverso una cella solare e un generatore a manovella, in una batteria NiMH. Il dispositivo include anche un multimetro visivo che monitora la quantità di energia immagazzinata. Il powerPlant personale può essere utilizzato per alimentare applicazioni fino a 8V a 70 mA. Progettato da: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell con Mike Dory @ Eyebeam per il seminario sull'energia alternativa 23.06.07eyebeam********

Passaggio 1: materiali

Elettronica Per il circuito PowerPlant1 - Motore passo-passo (Japan Servo KP4M4-029 12VDC)1 - Pannello solare (8V)1 - Batteria NiMH (7,2V, 70 mA)8 - Diodi 1N40013 - Terminali1 - Connettore maschio a 5 pin18 o cavo solido calibro 20 (rosso, nero, blu, verde) Per il multimetro visivo1 - LED rosso, 1,5 V1 - LED giallo, 1,5 V1 - LED verde, 1,5 V1 - Resistenza da 100 Ohm1 - Resistenza da 150 Ohm1 - 1N4730 (3.9V) diodo zener1 - 1N4733 (5,1 V) diodo zener1 - 1N4737 (7,5 V) diodo zener1 - interruttore momentaneo Hardware 1 - Scheda di prototipazione PCB da 2,5"x1,75"1 - Schema della scheda stampata (scarica il pdf di seguito) Schema schematico del circuito per riferimento (scarica il pdf di seguito) Modello della custodia delle parti (scarica il dwg/pdf sotto)1 - Scatola acrilica 3,5"x3,5"x4,5"1 - Binding Post 3/16"x1" con vite3 - Binding Post 3/16"x1/4" con vite3 - Rondella SAE n.102 - N. 4 bulloni a vite per macchina Modello ingranaggio (opzionale, scarica il dwg/pdf sotto) 1 - Foglio di plexiglass 4"x5"x1/8" per ingranaggi (opzionale) Attrezzatura SaldatoreSaldaturaMultimetroSpelafiliCacciaviti (Phillips e Flathea d) Exacto Knife and BladeLuoghi per trovare forniture: Home DepotRadio ShackContainer StoreElettronica Miniera d'oroSolarboticsJameco Electronics

Passaggio 2: diagramma della scheda stampata

Stampa una copia del diagramma del cartone stampato e ritaglia. Posizionare il diagramma sul lato della scheda di prototipazione PCB senza anelli di saldatura in rame. Il diagramma ti mostrerà come posizionare i tuoi componenti da un lato e dall'altro come salderai i tuoi componenti alla scheda di prototipazione.

Passaggio 3: raddrizzatore bobina 1

Inserire 4 dei diodi 1N4001 in posizione come mostrato di seguito. I diodi devono essere inseriti nella direzione indicata sullo Schema della Scheda Stampata; altrimenti non funzioneranno correttamente. Posizionando i 4 diodi come indicato si sta raddrizzando (trasformando l'alimentazione da 2 fasi del motore passo-passo a 4 fasi da corrente alternata a corrente continua) Bobina 1.

Passaggio 4: raddrizzatore bobina 2

Inserire altri 4 diodi 1N4001 in posizione come mostrato di seguito. Posizionando questi 4 diodi come indicato si sta raddrizzando (trasformando l'alimentazione da 2 fasi di un motore passo-passo a 4 fasi da corrente alternata a corrente continua) Bobina 2.

Passaggio 5: bobina 1 e 2 fili e intestazione

Tagliare due pezzi di filo blu e due pezzi di filo verde con le spellafili. Spellare ciascuna estremità di ogni pezzo di filo. Inserire il filo in posizione come mostrato.

Inserire l'intestazione maschio a 5 pin come indicato, con il lato corto dei pin rivolto verso il basso nella scheda di prototipazione. Qui è dove il motore sarà collegato al circuito.

Passaggio 6: saldatura

Capovolgi la scheda e inizia a saldare i collegamenti come mostrato nel diagramma della scheda stampata con il saldatore e la saldatura. È più facile saldare se i fili vengono incrociati in anticipo. Assicurati di unire le connessioni con una buona quantità di saldatura. Evitare giunti freddi (quando la saldatura appare opaca).

Passaggio 7: terminare il circuito del motore passo-passo (generatore)

Quando hai finito di saldare il circuito del motore passo-passo (generatore), il retro della tua scheda di prototipazione dovrebbe apparire come mostrato.

Passaggio 8: terminali

Inserire 2 terminali, uno ad ogni estremità della scheda di prototipazione nella direzione mostrata. Se le perforazioni sono troppo piccole, usa il tuo coltello Exacto per allargare il foro. Tagliare due spezzoni di filo da 3 (di qualsiasi colore) e utilizzare spelafili per spellare completamente i fili. Questi fili scorreranno sul lato opposto della scheda di prototipazione (con anelli di saldatura in rame), dal lato positivo a quello positivo di ciascun terminale e dal negativo al lato negativo di ciascun terminale. Il terminale a sinistra verrà utilizzato per l'ingresso dei cavi per la batteria. Il terminale a destra verrà utilizzato per l'ingresso dei cavi per il pannello solare.

Passaggio 9: terminali di saldatura

Capovolgere la scheda di prototipazione. Inserire i fili spellati nei fori come indicato (fare riferimento allo schema della scheda stampata sull'altro lato). I fili possono entrare e poi uscire di nuovo per avvicinarsi il più possibile al terminale e tenerli in posizione come mostrato. Saldare i due nodi nord e due nodi sud dei raddrizzatori per la bobina 1 e 2 ai fili aperti che vanno da terminale a terminale. Questo unisce i raddrizzatori ai terminali per completare il circuito per il motore passo-passo (generatore). Assicurati di tenere i fili aperti lontani dalle altre connessioni.

Passaggio 10: test

Ora sei pronto per testare il circuito con il motore passo-passo per assicurarti che tutte le tue connessioni siano saldate correttamente e tutti i componenti siano posizionati correttamente.

Inserire i cavi del motore passo-passo sull'intestazione maschio a 5 pin. Il cavo nero del motore passo-passo dovrebbe essere posizionato sul pin che non è etichettato Coil 1 o Coil 2. Usa il tuo multimetro (impostato su tensione CC) per misurare la tensione che il generatore sta producendo quando giri l'albero. Posizionare la sonda positiva (rossa) del multimetro sulla vite positiva di uno dei terminali e la sonda negativa (nera) sulla vite negativa dello stesso terminale. La rotazione manuale dell'albero dovrebbe cedere intorno a 4-8 volt. Se non vedi risultati, ecco alcuni suggerimenti per la risoluzione dei problemi: 1) Controlla tutte le connessioni di saldatura per assicurarti che tutto sia completamente saldato e collegato tra loro. Al contrario, assicurati che le connessioni che non dovrebbero toccarsi non siano insieme. 2)Assicurarsi che tutti i diodi siano puntati nella giusta direzione come indicato sullo schema della scheda stampata. 3)Controllare che i cavi del motore siano inseriti correttamente - il filo nero del motore non deve essere posizionato su nessuno dei pin della bobina 1 e 2.

Passaggio 11: multimetro visivo

Il multimetro visivo integrato ti consentirà di vedere quanta energia viene immagazzinata dalle fonti energetiche alternative senza dover utilizzare un multimetro.

Inserire i diodi zener nella direzione corretta come mostrato sullo schema della scheda stampata e secondo la chiave come mostrato in basso. I numeri nella chiave corrisponderanno ai numeri stampati sui diodi zener. Inserire le resistenze negli slot con i colori corrispondenti (in questo caso la direzione non ha importanza). Taglia un pezzo di filo nero e spella entrambe le estremità, inseriscilo accanto ai resistori come mostrato. Successivamente inserire i tre LED nell'ordine visualizzato: verde, giallo, rosso (arancione).

Passaggio 12: multimetro visivo a saldatura

Capovolgere la scheda di prototipazione e saldare il multimetro visivo in posizione come indicato. Fare riferimento allo schema della scheda stampata sul retro. Incrociare i fili per tenerli in posizione e facilitare la saldatura. Evitare connessioni fredde (di aspetto opaco). Assicurati di mantenere le connessioni separate che non dovrebbero essere insieme, poiché quest'area è strettamente organizzata.

Passaggio 13: test del multimetro visivo

Testare il multimetro visivo per assicurarsi che funzioni.

Posizionare i cavi del motore passo-passo sull'intestazione maschio. Ruotare l'albero del motore passo-passo (generatore) e vedere i LED accendersi di conseguenza. La luce verde indica una tensione fino a ~5.6, la luce gialla indica una tensione fino a ~6.8. Entrambi i LED misurano la tensione in base alla loro luminosità. Ad esempio, se la batteria contiene 6,1 V, la luce verde sarà brillante e la luce gialla sarà fioca. Il LED rosso (mostrato in arancione qui) si accenderà solo al di sopra di ~9,2 volt. Per questa applicazione, la batteria utilizzata è 7,2 volt e 70 mA. Se il LED rosso si accende, la batteria è a piena capacità. Non continuare a caricare la batteria con il LED rosso acceso, altrimenti può sovraccaricarsi e funzionare male. Se non vedi risultati, ecco alcuni suggerimenti per la risoluzione dei problemi: 1) Controlla tutte le connessioni di saldatura per assicurarti che tutto sia completamente saldato e collegato tra loro. Al contrario, assicurati che le connessioni che non dovrebbero toccarsi non siano insieme. 2)Assicurarsi che tutti i diodi zener siano puntati nella direzione corretta come indicato sullo schema della scheda stampata. 3)Controllare i numeri sui diodi zener per assicurarsi che siano nell'ordine corretto come indicato sullo schema della scheda stampata. *In questa immagine abbiamo aggiunto un interruttore e collegato la batteria in anticipo (e poi rimossa) per vedere come funzionava. Questo non è necessario, ma è divertente.

Passaggio 14: interruttore e terminale momentanei di saldatura

Taglia 2 pezzi lunghi di filo rosso e due pezzi lunghi di filo nero. Spellare entrambe le estremità di ciascun filo. Avvolgere un'estremità di un filo rosso e un'estremità di un filo nero sui cavi dell'interruttore momentaneo. Avvolgere un'estremità di un filo rosso e un'estremità di un filo nero sui cavi del terminale. Saldare i 4 fili ai cavi. L'interruttore momentaneo accenderà il multimetro visivo e il terminale verrà utilizzato come uscita per il powerPlant personale.

Passaggio 15: pannello solare di saldatura

Taglia 2 lunghi spezzoni di filo, uno rosso e uno nero. Spellare entrambe le estremità di ciascun filo con gli spelafili. Saldare l'estremità del filo nero al cavo negativo sul pannello solare (dovrebbe essere indicato sul pannello con "-"). Saldare un'estremità del filo rosso al cavo positivo sul pannello solare (dovrebbe essere indicato sul pannello con "+").

Passaggio 16: Caso: aperture

Utilizzare il modello caso fornito (scaricabile nel passaggio 1) per determinare e tagliare i fori necessari per i componenti. Abbiamo usato un laser cutter per segnare i fori per la precisione (poiché questo tipo di acrilico non ama essere tagliato sul laser cutter), quindi abbiamo praticato i fori di conseguenza.

Passaggio 17: ingranaggi (opzionale)

Questo passaggio non è necessario, ma è una bella aggiunta al powerPlant personale. Gli ingranaggi assistono una rotazione più rapida dell'albero del motore passo-passo, producendo più potenza.

Usa il modello di ingranaggio fornito (scaricalo nel passaggio 1) per tagliare un ingranaggio piccolo e grande in un foglio di plexiglass da 4"x5"x1/8". Abbiamo usato un laser cutter, poiché questo è molto più preciso. Poiché questi ingranaggi hanno piccoli ingranaggi, si sconsiglia il taglio a mano Un'alternativa a questo set di ingranaggi è l'acquisto di ingranaggi già pronti.

Passaggio 18: caso: motore passo-passo e ingranaggio piccolo

Inserire il motore passo-passo nella custodia come mostrato con le viti del motore rivolte verso l'esterno della scatola. Fissare le viti alla custodia con 2 bulloni a vite per macchina n.4. Posizionare una rondella n. 10 sull'albero del motore che esce dalla scatola, quindi posizionare il piccolo ingranaggio (opzionale) sopra come indicato.

Passaggio 19: Custodia: ingranaggio grande (opzionale)

Inserire il perno della vite di fissaggio da 3/16"x1" tra la custodia e l'ingranaggio grande nel foro sul bordo dell'ingranaggio grande come mostrato. Avvolgi la vite nel palo. Questa sarà la maniglia per girare la marcia.

Quindi inserire il perno di una vite di fissaggio da 3/16"x1/4" all'interno della scatola e attraverso il foro come mostrato. Posizionare una rondella SAE n. 10 sul palo e quindi posizionare l'ingranaggio grande sopra. Termina avvitando la vite nel palo. Prova l'ingranaggio con la maniglia per vedere come funzionano senza intoppi!

Passaggio 20: caso: pannello solare

Inserire il pannello solare all'interno della scatola come mostrato con il lato della cella rivolto verso l'esterno. Prendi i montanti da due viti leganti da 3/16"x1/4" e fai scorrere una rondella SAE n. 10 su ciascuno. Metti i montanti all'interno della custodia e fallo scorrere attraverso i fori su entrambi i lati del pannello solare. Avvitare le viti nei rispettivi perni.

Passaggio 21: caso: interruttore e terminale

Inserire l'interruttore momentaneo e il terminale nelle aperture come indicato. I cavi dovrebbero essere all'interno della custodia.

Passo 22: Caso: scheda di prototipazione e batteria

Posiziona la tua scheda di prototipazione con i circuiti finiti all'interno della scatola come indicato. Il nastro in schiuma può essere utilizzato per fissare il circuito all'interno della custodia una volta collegati i cavi della batteria, della cella solare, del motore passo-passo e del terminale di uscita. Assicurati di non fissare con nastro adesivo alcun collegamento saldato.

Posiziona la batteria sul fondo del case, accanto al motore passo-passo come indicato. Fissare con nastro in schiuma una volta che i cavi sono collegati al circuito.

Passaggio 23: terminale di uscita a saldare

Prendere i terminali positivo (rosso) e negativo (nero) del terminale di uscita e inserirli nella scheda di prototipazione nei rispettivi slot come indicato. Saldare i cavi al terminale della batteria sul retro.

Passaggio 24: interruttore di saldatura

Inserire i cavi dall'interruttore negli slot come indicato (centro dell'immagine). Nota che il posizionamento positivo e negativo non ha importanza per lo switch.

Assicurati di saldare i cavi come indicato sullo schema della scheda stampata.

Passaggio 25: collegare il pannello solare

Allentare le viti sul terminale per il pannello solare. Inserire i cavi del pannello solare nelle aperture del terminale con posizionamento positivo e negativo come indicato. Stringere le viti e controllare che i cavi siano tenuti saldamente.

Passaggio 26: collegare la batteria NiMH

Allentare le viti sul terminale per la batteria NiMH. Inserire i cavi della batteria NiMH nelle aperture del terminale con posizionamento positivo e negativo come indicato. Stringere le viti e controllare che i cavi siano tenuti saldamente.

Passaggio 27: finito

Metti alla prova il tuo powerPlant personale per vedere come funziona!

Ruota la manovella per un po', quindi premi il pulsante sull'interruttore e osserva il multimetro visivo che mostra la quantità di energia della batteria. Esponi il tuo powerPlant al sole e controlla quanta energia raccoglie. Quindi usa il tuo powerPlant per alimentare i dispositivi. Abbiamo alimentato il nostro mini arduino con il powerPlant, guarda cosa puoi alimentare! Modifica il tuo powerPlant in base alle tue esigenze. John O'Malley ha cambiato le marce per un rig sulla sua bicicletta (vedi immagini sotto). Divertiti!