Зарядное устройство USB с питанием от дыхания: 4 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Ты дышишь? У вас есть гаджет, который можно заряжать через порт USB? Что ж, если вы ответили утвердительно на оба вопроса, то вам повезло. В этом руководстве показано, как создать устройство, которое будет заряжать ваши USB-устройства, пока вы делаете то, что у вас получается лучше всего. Дышать. Используя некоторые детали, извлеченные из старого привода CD-ROM, простую электронную схему и несколько резиновых лент, вы скоро будете пыхтеть и пыхтеть на пути к полностью заряженной псевдополезной электронной нирване гаджетов.

Шаг 1: Введение и Шаг 1

Этот проект требует широкого спектра навыков "производителя", таких как изготовление печатных плат, демонтаж электроники, резка и сверление пластмасс, смешивание эпоксидной смолы, проектирование зубчатой передачи, сборка нескольких деталей, сгибание канцелярских скрепок и риск для скважины. будучи очень дорогим телефоном, фотоаппаратом или КПК. В общем, хорошее развлечение. Поскольку у каждого будет своя коллекция ненужных частей, из которых он будет построен, я просто дам вам подробный обзор того, как я это сделал, и вы можете применить эти бессвязные высказывания к своему собственному проекту. Которая будет состоять примерно из четырех шагов: 1. Найдите подходящие детали для генератора 2. Постройте схему зарядного устройства 3. Соберите генератор, соединитель грудной клетки и механический возврат 4. Подключите схему зарядного устройства и проверьте Шаг 1. У меня было около четырех старых приводов CDROM, и я разобрал несколько из них, чтобы посмотреть, какие крутые детали были внутри. Оказывается, внутри много крутых моторов, шестеренок и других деталей, которые полностью подтверждают мою настойчивость в хранении такого дерьма. Увидев зубчатые передачи внутри этих устройств, используемых для открывания лотка, я натолкнулся на идею этого проекта. Небольшой двигатель с низким крутящим моментом и высокой частотой вращения связан с лотком через зубчатую передачу с конечным передаточным числом около 20: 1. Раньше я использовал параллельный набор крошечных двигателей пейджера для выработки электричества от дыхания (см. Ниже). но линейное перемещение от расширения грудной клетки не так уж велико (около дюйма), поэтому, чтобы генерировать полезные напряжения, вам приходилось действительно фыркать и пыхтеть. В любом случае, порвите эти приводы CDROM, которые вы можете найти практически на любой распродаже в гараже, в комиссионном магазине или на свалке. На картинке ниже показаны результаты. Там много потенциальных проектов. На данный момент нас интересуют только пластиковые шестерни и моторы для открытия лотка и / или перемещения каретки лазера. Просмотрите различные шестерни и приводы и попытайтесь представить себе способ добавить дополнительные шестерни для увеличения передаточного числа или как добавить еще один двигатель последовательно. Вы хотите свести к минимуму изменения в зубчатой передаче. В качестве альтернативы вы можете просто собрать все шестерни и собрать коробку передач с нуля. Вам также понадобится хотя бы один двигатель с небольшой шестерней или шкивом, чтобы вы могли подключить его к зубчатой передаче. Двигатели в приводе CDROM обычно представляют собой простые двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, рассчитанные на работу от 5 В, за исключением двигателя шпинделя, который вы в любом случае не хотите использовать. На этом этапе вы также хотите подумать о том, что вы собираетесь использовать чтобы ремешок обвивался вокруг груди. Старый ремень, лямки, старые шнурки, ремешок с именным значком или все, что вам удобно, без каких-либо растяжек. Вы хотите, чтобы все расширение происходило в вашем линейном генераторе. Любое растяжение, возникающее в соединителе грудной клетки, будет пустой тратой энергии.

Шаг 2: Постройте схему зарядного устройства

Схема зарядного устройства довольно проста. Он состоит из: 1. Диодный мост для преобразования переменного напряжения от генератора в выпрямленное постоянное. 2. Перезаряжаемый аккумулятор для выравнивания напряжения и удержания избыточной генерируемой мощности, когда к USB-порту ничего не подключено. Вы также можете использовать большой конденсатор, но батареи предлагают более предсказуемый уровень напряжения. Повышающий преобразователь для повышения низкого напряжения до 5 В постоянного тока для зарядки через USB4. USB-штекер. Я составил схему в EAGLE, программе, которую очень рекомендую. Вы можете бесплатно скачать его с сайта cadsoft.de. Схема и разводка однослойной платы прилагаются. Фактическое использование EAGLE и производство плат выходят за рамки данной инструкции. По этим темам существует множество отличных инструкций. Посмотрите, например, как сделать печатные платы на своей кухне. Список деталей для схемы зарядного устройства (количество выделено жирным шрифтом): 1x L6920 Регулируемый повышающий выходной преобразователь постоянного тока (минимальный вход 1 В, техническое описание здесь) Digikey # 497-4593- Переключающие диоды 1-ND4x 1N4148 (я использовал крошечные SOD523 smds, но вы можете использовать то, что у вас есть под рукой) Digikey # 1N4148WTDICT-ND2x 10 мкФ керамические или другие конденсаторы с низким ESR (я использовал 1206 smds) Digikey # 39901299-1-ND2x 100k тонкие Пленочные резисторы Digikey # P100kFCT-ND1x 10uH индуктивность с проволочной обмоткойDigikey # 490-2519-1-ND1x USB female Тип A smd разъемDigikey # AE9924-ND Ниже вы можете увидеть файлы схемы и платы, а также файлы в формате jpeg. Сложнее всего сделать хорошую печатную плату на кухне, на которой будут достаточно маленькие следы для пакета TSSOP L6920. Как видно на картинке, я сделал сразу 4 доски, так как каждая такая маленькая. Уловка состоит в том, чтобы начать с середины и двигаться дальше, начиная с L6920 и добавляя дискретные SMD-модули по мере продвижения. Пинцет необходим, а также хорошие глаза или увеличительное стекло, яркий свет и устойчивая рука. Не беспокойтесь о том, что там будет слишком много припоя, используйте свой припой, чтобы убрать любые несчастные случаи, и проверяйте свою работу мультиметром после каждого шага. Практика ведет к совершенству.

Шаг 3: построить генератор

Теперь нужно изготовить генератор. Вам следует поиграть с шестернями и двигателями, пока не добьетесь удовлетворительного расположения. Вы можете использовать мультиметр на двигателе, поворачивая шестерни, чтобы увидеть, какое напряжение вы получаете. Вы хотите попасть в диапазон 2-3 вольт, медленно перемещая линейную шестерню примерно на дюйм в пути. При настройке шестерен вы хотите использовать те, у которых большая шестерня сформована с шестерней меньшего размера. Сложенные последовательно, они дадут вам хорошее передаточное число, как показано на рисунке. (не обращайте внимания на тот факт, что на рисунке зубцы имеют неправильный размер, мне было лень перерисовывать с соответствующим шагом зубьев) Вы должны стрелять где-то в диапазоне 25-50: 1. Чем больше, тем лучше, но в конечном итоге потери в зубчатой передаче накапливаются, и становится слишком сложно вращать двигатель, и шестерни отключаются.

Один из ключей - найти способ использовать линейные шестерни на лотке для компакт-дисков или другой предмет, чтобы превратить ваше дыхательное движение во вращение двигателя постоянного тока. Я включил изображение другого прототипа генератора CD-привода, на котором вы можете ясно видеть линейную шестерню лотка. Также видны порезы на пластике. Этот прототип также был способен освещать изображенную светодиодную матрицу. Не бойтесь нарезать эту вещь по своему вкусу. На другом рисунке двигатель постоянного тока установлен в пластиковом корпусе привода, который я разобрал. Рядом с ним был линейный ползунок, который я использовал, чтобы связать дыхательное движение с зубчатой передачей. Я также добавил еще одну шестерню (см. Рис.) К трансмиссии, чтобы увеличить передаточное число и позволить установить еще один двигатель в будущем для увеличения мощности. Основная задача состоит в том, чтобы эффективно преобразовать дыхательное усилие во вращение мотора. Также на фото

Шаг 4: Соберите все вместе и протестируйте

Когда у вас есть удовлетворительная настройка генератора, вы хотите подключить генератор к цепи зарядки, вставить аккумулятор и использовать мультиметр для проверки выходного напряжения на USB-порту. Если вы не видите 5V, значит, проблема. Исправьте это перед тем, как подключить свой дорогой гаджет к USB-порту. Ниже вы можете увидеть мой собранный USB-генератор с питанием от дыхания во всей его красе, сверху и снизу. Вы можете увидеть резиновую ленту, используемую для возврата, а также каретку линейной шестерни, ремешок и скрепку, которую я использовал для соединения линейной шестерни с ремешком. Ключевым моментом здесь является передача всего движения на линейную шестерню, поэтому вы хотите, чтобы ремешок и метод соединения были жесткими и бесподобными. Прочность резиновой ленты или пружинного возврата зависит от вас. Мои наполовину необоснованные эксперименты показывают, что вы можете в значительной степени справиться с силой в 1Н, не чувствуя слишком тяжелого дыхания. В идеале вам нужна такая маленькая резинка, которая вернет линейную шестерню в исходное положение при выдохе. Если вы получаете достаточную генерирующую мощность за счет высокого передаточного числа, дополнительных двигателей или более мощного двигателя, вам понадобится более мощный пружинный возврат. По сути, вы накапливаете механическую энергию во время вдоха, которая используется для включения генератора на выдохе, чтобы вы могли генерировать как толкать, так и тянуть. Чтобы успешно воспользоваться преимуществами, вам понадобится диодный мост, поэтому я привязал это чудовище и подключил его к своему надежному блоку сбора данных от DataQ. Прилагается график выходного напряжения генератора перед повышающим преобразованием на 5В USB. В основном аккумулятор запускает повышающий преобразователь, а генератор дыхания заряжает аккумулятор. На графике вы можете увидеть эффект выравнивания заряда батареи с скачками напряжения, когда я дышал. На самом деле я приближался к гипервентиляции, но во имя науки. Результат можно увидеть на фото зарядки телефона. Следует упомянуть, что мне пришлось модифицировать USB-кабель, чтобы заставить RAZR заряжаться, как подробно описано на этом веб-сайте. У меня нет точных цифр мощности, которую я генерировал, я еще не придумал хороший способ ее измерить. Типичный метаболизм в состоянии покоя составляет порядка 50-75 Вт, из которых значительная часть приходится на дыхание. усилие (я видел к северу от 50%). Итак, если мы предположим, что для дыхания используется непрерывная энергия 25 Вт, кажется разумным, что мы могли бы увеличить эти 4%, чтобы получить 1 Вт для зарядки сотового телефона. Основываясь на моем сотовом телефоне и этих предположениях, для зарядки аккумулятора 3,7 В 800 мАч потребуется около 3 часов. Предполагая 100% эффективность. К сожалению, исходя из нескольких измерений, которые я смог сделать, созданный мной генератор дыхания выдает около 50 мВт. Способ дышать без дыхания. Он будет заряжать телефон, но большую часть работы будет выполнять NiMH аккумулятор, пока он не разрядится. Затем вам нужно будет дышать в течение дня или около того, чтобы перезарядить NiMH аккумулятор. Вы все равно планировали это сделать, верно? Так что есть возможности для улучшения. Одна из областей, в которой я изучаю, - это использование углеродных нанотрубок и полиуретана для создания электроактивного полимерного генератора. Это технология, которая используется в производстве генераторов для военных. Будущие усовершенствования позволят вывести это устройство на мощность 1 Вт. В частности, с использованием более совершенного двигателя постоянного тока (более высокое напряжение на оборот) и индивидуальной сборки трансмиссии, чтобы она была более удобной и лучше соответствовала дыхательному движению. Я некоторое время работал над этими типами устройств на своей кухне / в мастерской и хотел бы сделать это общедоступным, чтобы другие могли присоединиться к ним. Не стесняйтесь обращаться ко мне с вопросами или для обсуждения. Как сказал бард, «и приручение собаки не ослабевает».