Hoe om 'n USB -toestel te laai deur op u fiets te ry: 10 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:28

Om mee te begin, is hierdie projek begin toe ons 'n toekenning van die Lemelson-MIT-program ontvang het. (Josh, as jy dit lees, is ons lief vir jou.)

'N Span van 6 studente en een onderwyser het hierdie projek saamgestel, en ons het besluit om dit op Instructables te sit in die hoop om 'n lasersnyer of ten minste 'n t-hemp te wen. Hierna volg 'n samestelling van ons aanbieding en my eie persoonlike aantekeninge. Ek hoop dat u hierdie instruksies net so geniet soos ons. Ek wil ook dankie sê aan Limor Fried, die skepper van die MintyBoost -kring. Dit het 'n sleutelrol gespeel in ons projek. Jeff Brookins Divine Child InvenTeam -lid

Stap 1: Ons oorspronklike bedoeling …

Ons oorspronklike projek was om 'n produk te ontwikkel wat die Faraday -beginsel gebruik het sodat hardlopers hul iPods kon laai terwyl hulle hardloop. Hierdie konsep sal elektrisiteit opwek op dieselfde manier as die Faraday -flitse.

Ons het egter 'n probleem gehad. Om my spanmaat Nick Ciarelli aan te haal, 'Ons het eers oorweeg om 'n ontwerp soortgelyk aan een van die skud-flitse te gebruik en dit om te skakel, sodat 'n hardloper dit kan vasmaak om te hardloop en energie het om hul iPod of watter toestel ook al te laai Die opskud-flitslig kry sy energie uit die interaksie van die bewegende magnetiese veld van die magneet in die flitslig en die draadspoel wat om die buis gedraai is waardeur die magneet gly. Die bewegende magnetiese veld veroorsaak dat elektrone in die spoel saam beweeg die stroom, wat 'n elektriese stroom skep. Hierdie stroom word dan in 'n battery gestoor, wat dan vir die flitslig/LED gebruik kan word, maar toe ons bereken hoeveel energie ons uit 'n lopie sou kon kry, het ons bepaal dat dit 50 myl sou duur om genoeg energie te kry om een AA-battery op te laai. Dit was onredelik, so ons het ons projek na die fietsstelsel verander. Ons het toe besluit om eerder 'n fietsgemonteerde stelsel te gebruik.

Stap 2: Ons uitvindingsverklaring en konsep -evolusie

Ons het aanvanklik die ontwikkeling en uitvoerbaarheid van 'n regeneratiewe remstelsel vir fietsry gebruik. Hierdie stelsel sou 'n mobiele kragbron skep om die batterylewe van draagbare elektroniese toestelle wat deur die ruiter gedra word, te verleng.

Tydens die eksperimenteringsfase is bevind dat die regeneratiewe remstelsel gelyktydig nie sy dubbele funksies kon vervul nie. Dit kan nie genoeg wringkrag lewer om die fiets te stop nie, en ook nie genoeg krag om die batterye te herlaai nie. Die span het daarom gekies om die rem -aspek van die stelsel te laat vaar en slegs te fokus op die ontwikkeling van 'n deurlopende laaistelsel. Hierdie stelsel, nadat dit eers gebou en nagevors is, was ten volle in staat om die gewenste doelwitte te bereik.

Stap 3: Ontwerp 'n stroombaan

Om mee te begin, moes ons 'n stroombaan ontwerp wat die ~ 6 volt uit die motor kan neem, dit kan stoor en dit dan kan omskakel na die 5 volt wat ons benodig vir die USB -toestel.

Die kring wat ons ontwerp het, komplementeer die funksie van die MintyBoost USB -laaier, oorspronklik ontwikkel deur Limor Fried, van Adafruit Industries. Die MintyBoost gebruik AA -batterye om draagbare elektroniese toestelle te laai. Ons onafhanklike stroombaan vervang die AA -batterye en verskaf krag aan die MintyBoost. Hierdie stroombaan verminder die ~ 6 volt van die motor tot 2,5 volt. Hierdeur kan die motor die BoostCap (140 F) laai, wat weer krag aan die MintyBoost -stroombane verskaf. Die ultrakondensator stoor energie om die USB -toestel deurlopend te laai, selfs al is die fiets nie in beweging nie.

Stap 4: Kry krag

Die keuse van 'n motor was 'n meer uitdagende taak.

Duur motors verskaf die regte wringkrag wat nodig is om die rembron te skep, maar die koste is onbetaalbaar. 'N Ander oplossing was nodig om 'n bekostigbare en effektiewe toestel te maak. Die projek is herontwerp as 'n deurlopende laaistelsel, uit alle moontlikhede sou die Maxon -motor vanweë die kleiner deursnee 'n beter keuse wees. Die Maxon -motor het ook 6 volt voorsien, aangesien vorige motors ons meer as 20 volt gegee het. Vir laasgenoemde motor sou oorverhitting 'n groot probleem wees. Ons het besluit om by ons Maxon 90 te bly, wat 'n pragtige motor was, al kos dit $ 275. (Vir diegene wat hierdie projek wil bou, sal 'n goedkoper motor voldoende wees.) Ons heg hierdie motor naby die agterste remhouers direk op die fietsraam met 'n stuk meter stok tussen die motor en die raam om as 'n afstandhouer op te tree. 2 slangklemme om dit vasgemaak.

Stap 5: Bedrading

Vir die bedrading van die motor na die kring is verskeie opsies oorweeg: krokodilleklemme vir bespotting, telefoonkoord en luidsprekerkabel.

Die krokodilleklemme werk goed vir die ontwerp- en toetsdoeleindes, maar dit was nie stabiel genoeg vir die finale ontwerp nie. Die telefoondraad was broos en moeilik om mee te werk. Luidsprekerdraad is getoets vanweë sy duursaamheid en word dus die geleier van keuse. Alhoewel dit gestrand was, was dit baie duursamer as gevolg van die groter deursnee. Ons het die draad dan net met rits vasgemaak aan die raam.

Stap 6: Die werklike stroombaan

Die moeilikste uitdaging van die proses was om die stroombane aan te pak. Elektrisiteit van die motor loop eers deur 'n spanningsreguleerder wat 'n deurlopende stroom van vyf ampère toelaat; 'n groter stroom as wat ander reguleerders sou slaag. Van daar af word die spanning tot 2,5 volt verlaag, wat die maksimum is wat die BOOSTCAP kan stoor en veilig kan hanteer. Sodra die BOOSTCAP 1.2 volt bereik, het dit genoeg krag om die MintyBoost in staat te stel om 'n 5 volt bron te verskaf vir die toestel wat gelaai word.

Op die ingangskabels het ons 'n 5A-diode aangebring, sodat ons nie 'n 'bystand-begin-effek' kry nie, waar die motor sou begin draai deur die gestoorde elektrisiteit te gebruik. Ons het die 2200uF -kondensator gebruik om die kragvloei na die spanningsreguleerder gelyk te maak. Die spanningsreguleerder wat ons gebruik het, 'n LM338, is verstelbaar, afhangende van hoe u dit ingestel het, soos gesien in ons stroombaandiagram. Vir ons doeleindes bepaal die vergelyking van twee weerstande, 120ohm en 135 ohm, wat aan die reguleerder gekoppel is, die uitsetspanning. Ons gebruik dit om die spanning van ~ 6 volt na 2,5 volt te verminder. Ons neem dan die 2,5 volt en gebruik dit om ons ultrakondensator, 'n 140 farad, 2,5 volt BOOSTCAP van Maxwell Technologies, te laai. Ons het die BOOSTCAP gekies omdat die hoë kapasiteit ons in staat sal stel om te laai, selfs al word die fiets teen 'n rooi lig gestop. Die volgende deel van hierdie kring is iets waarvan ek seker is dat u almal bekend is, die Adafruit MintyBoost. Ons gebruik dit om die 2,5 volt van die ultrakondensator af te haal en tot 'n stabiele 5 volt, die USB -standaard, te verhoog. Dit gebruik 'n MAX756, 5 volt boost -omskakelaar, tesame met 'n 22uH induktor. Sodra ons 1.2 volt oor die ultrakondensator kry, begin die MintyBoost die 5 volt. Ons kring komplementeer die funksie van die MintyBoost USB -laaier, oorspronklik ontwikkel deur Limor Fried, van Adafruit Industries. Die MintyBoost gebruik AA -batterye om draagbare elektroniese toestelle te laai. Ons onafhanklike stroombaan vervang die AA -batterye en verskaf krag aan die MintyBoost. Hierdie stroombaan verminder die ~ 6 volt van die motor tot 2,5 volt. Hierdeur kan die motor die BoostCap (140 F) laai, wat weer krag aan die MintyBoost -stroombane verskaf. Die ultrakondensator stoor energie om die USB -toestel deurlopend te laai, selfs al is die fiets nie in beweging nie.

Stap 7: Die omhulsel

Om die stroombaan teen eksterne elemente te beskerm, was 'n omhulsel nodig. 'N "Pil" van PVC -buise en einddoppies is gekies, met 'n deursnee van 6 cm en 'n lengte van 18 cm. Alhoewel hierdie afmetings groot is in vergelyking met die stroombaan, het dit die konstruksie makliker gemaak. 'N Produksiemodel sou baie kleiner wees. Die PVC is gekies op grond van duursaamheid, byna perfekte weerbestandheid, aërodinamiese vorm en lae koste. Eksperimente is ook uitgevoer op houers gemaak van rou koolstofvesel geweek in epoksie. Hierdie struktuur was sterk sowel as lig. Die konstruksieproses was egter uiters tydrowend en moeilik om te bemeester.

Stap 8: Toets

Vir die kondensators toets ons twee verskillende tipes, die BOOSTCAP en 'n superkapasitor.

Die eerste grafiek toon die gebruik van die superkapasitor aan, wat met die stroombaan geïntegreer is, sodat wanneer die motor aktief is, die kapasitor laai. Ons het hierdie komponent nie gebruik nie, want terwyl die superkapasitor met uiterste spoed belaai is, het dit te vinnig vir ons doeleindes ontslaan. Die rooi lyn verteenwoordig die spanning van die motor, die blou lyn verteenwoordig die spanning van die superkapasitor, en die groen lyn stel die spanning van die USB -poort voor. Die tweede grafiek is die data wat met die BOOSTCAP ultrakapasitor versamel is. Die rooi lyn verteenwoordig die motor se spanning, die blou is die spanning van die ultrakapasitor, en die groen lyn verteenwoordig die spanning van die USB -poort. Ons het gekies om die ultrakapasitor te gebruik, want soos hierdie toets aandui, sal die ultrakondensator sy lading bly hou selfs nadat die ruiter opgehou het om te beweeg. Die rede vir die toename in USB -spanning is omdat die ultrakondensator die spanningsdrempel bereik het wat nodig is om die MintyBoost te aktiveer. Albei hierdie toetse is oor 'n tydperk van 10 minute uitgevoer. Die ruiter trap vir die eerste 5, dan sien ons hoe die spanning die laaste 5 minute sou reageer. Die laaste prentjie is 'n Google Earth -opname van waar ons ons toetse gedoen het. Hierdie prentjie toon dat ons by ons skool begin het en toe twee rondtes in Levagood Park gedoen het vir 'n totale afstand van ongeveer 1 myl. Die kleure van hierdie kaart stem ooreen met die snelheid van die ruiter. Die pers lyn is ongeveer 28,9 mph, die blou lyn 21,7 mph, die groen lyn 14,5 mph en die geel lyn 7,4 mph.

Stap 9: Toekomstige planne

Om die toestel as 'n verbruikersproduk meer ekonomies lewensvatbaar te maak, moet verskeie verbeterings aangebring word op die gebiede van weerbestandheid, stroombaanbelyning en kostevermindering. Weerbestand is van kritieke belang vir die langtermyn werking van die eenheid. Een tegniek wat vir die motor oorweeg is, was om dit in 'n Nalgene -houer te sit. Hierdie houers is bekend daarvoor dat dit waterdig is en amper onvernietigbaar is. (Ja, ons het een met 'n motor teëgekom sonder enige effek.) Bykomende beskerming is gesoek teen die natuurkragte. Uitbreidingsskuim sal die eenheid verseël, maar die materiaal het beperkings. Dit is nie net moeilik om behoorlik te posisioneer nie, maar dit verhoed ook ventilasie wat noodsaaklik is vir die algehele werking van die toestel.

Wat die stroomlyn van die stroombaan betref, sluit die moontlikhede 'n multitasking -spanningsreguleerder -chip en 'n pasgemaakte printplaat (PCB) in. Die chip kan veelvuldige spanningsreguleerders vervang, dit verminder die grootte van die produk en die hitte -uitset. Die gebruik van 'n PCB bied 'n meer stabiele basis omdat die verbindings direk op die bord sal wees en nie daaronder sal dryf nie. Dit sal tot 'n beperkte mate as 'n koellichaam dien as gevolg van die koperopsporing in die bord. Hierdie verandering verminder die behoefte aan oormatige ventilasie en verhoog die lewensduur van die komponente. Kosteverlaging is verreweg die belangrikste en moeilikste verandering wat aan die ontwerp aangebring moet word. Die kring self is baie goedkoop, maar die motor kos $ 275. Daar word gesoek na 'n meer koste -effektiewe motor wat steeds in ons kragbehoeftes sal voorsien.

Stap 10: Voltooi

Dankie dat u ons instruksies gelees het, as u enige vrae het, kan u dit gerus vra.

Hier is 'n paar foto's van ons aanbieding by MIT.