Personal PowerPlant: 27 шагов (с изображениями)

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

Personal powerPlant - это портативное устройство, которое использует электроэнергию через солнечную батарею и ручной генератор в никель-металлгидридную батарею. Устройство также включает в себя визуальный мультиметр, который отслеживает количество запасенной энергии. Персональный powerPlant может использоваться для питания приложений до 8 В при 70 мА. Разработано: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell с Mike Dory @ Eyebeam для семинара по альтернативной энергии 23.06.07eyebeam ********

Шаг 1: материалы

Электроника Для контура powerPlant 1 - Шаговый двигатель (Japan Servo KP4M4-029 12VDC) 1 - Солнечная панель (8 В) 1 - NiMH аккумулятор (7,2 В, 70 мА) 8 - 1N4001 Диоды 3 - Клеммы 1 - 5-контактный штекерный разъем 18 или 20 калибра сплошной провод (красный, черный, синий, зеленый) Для визуального мультиметра 1 - Красный светодиод, 1,5 В 1 - Желтый светодиод, 1,5 В 1 - Зеленый светодиод, 1,5 В 1 - резистор 100 Ом1 - резистор 150 Ом1 - 1N4730 (3,9 В) стабилитрон 1 - 1N4733 (5,1 В) стабилитрон 1 - 1N4737 (7,5 В) стабилитрон 1 - переключатель мгновенного действия Аппаратное обеспечение 1 - Макетная плата печатной платы 2,5 "x 1,75" 1 - Схема печатной платы (загрузить в формате PDF ниже) Принципиальная электрическая схема для справки (загрузить в формате PDF ниже) Шаблон корпуса деталей (скачать dwg / pdf ниже) 1 - 3,5 "x3,5" x4,5 "Акриловая коробка1 - 3/16" x1 "Стойка для переплета с винтом3 - Стойка для переплета 3/16" x1 / 4 "с винтом3 - Шайба SAE # 102 - Машинные винты №4 Шаблон шестерни (необязательно, загрузите dwg / pdf ниже) Лист оргстекла 1-4 дюйма x5 дюймов x1 / 8 дюймов для шестерен (дополнительно) Оборудование Паяльник Паяльник Мультиметр для зачистки проводов Отвертки (Phillips и Flathea) г) Нож и лезвие Exacto. Места для поиска припасов: Home Depot, Radio Shack, Контейнерный магазин.

Шаг 2: Схема печатной платы

Распечатайте копию схемы печатной платы и вырежьте ее. Поместите схему на макетную плату печатной платы без медных паяных колец. Схема покажет вам, как разместить компоненты с одной стороны, а с другой - припаять компоненты к макетной плате.

Шаг 3: выпрямитель катушки 1

Вставьте 4 диода 1N4001 на место, как показано ниже. Диоды необходимо вставлять в направлении, указанном на схеме печатной платы; в противном случае они не будут работать должным образом. Размещая 4 диода, как показано, вы выполняете выпрямление (перевод мощности 2-х фаз 4-фазного шагового двигателя с переменного на постоянный ток) Катушка 1.

Шаг 4: выпрямитель с катушкой 2

Вставьте еще 4 диода 1N4001 на место, как показано ниже. Размещая эти 4 диода, как показано, вы выполняете выпрямление (перевод мощности 2 фаз 4-фазного шагового двигателя с переменного тока на постоянный) Катушка 2.

Шаг 5: Провода 1 и 2 катушки и заголовок

Отрежьте две части синей проволоки и две части зеленой проволоки с помощью приспособлений для зачистки проводов. Зачистите каждый конец каждого куска проволоки. Вставьте провод на место, как показано.

Вставьте 5-контактный штекер, как показано, короткой стороной контактов вниз в макетную плату. Здесь двигатель будет присоединен к цепи.

Шаг 6: пайка

Переверните плату и начните паять соединения, как показано на схеме печатной платы, с помощью паяльника и припоя. Паять легче, если провода заранее перекрещивать. Обязательно соедините соединения хорошим количеством припоя. Избегайте холодных стыков (когда припой кажется матовым).

Шаг 7: Завершите работу схемы шагового двигателя (генератора)

Когда вы закончите пайку схемы шагового двигателя (генератора), задняя часть макетной платы должна выглядеть, как показано.

Шаг 8: терминалы

Вставьте 2 клеммы, по одной на каждом конце макетной платы в направлении, как показано. Если перфорация слишком мала, увеличьте отверстие ножом Exacto Knife. Отрежьте два провода длиной 3 дюйма (любого цвета) и используйте инструменты для зачистки проводов, чтобы полностью зачистить провода. Эти провода будут проходить на противоположной стороне макетной платы (с медными кольцами припоя), от положительной к положительной стороне каждой клеммы и от отрицательной к отрицательная сторона каждой клеммы. Клемма слева будет использоваться для ввода проводов для аккумулятора. Клемма справа будет использоваться для ввода проводов для солнечной панели.

Шаг 9: паять клеммы

Переверните макетную плату. Вставьте зачищенные провода в отверстия, как показано (см. Схему печатной платы на другой стороне). Провода могут входить и выходить как можно ближе к клемме и удерживаться на месте, как показано. Припаяйте два северных и два южных узла выпрямителей для катушек 1 и 2 к открытым проводам, идущим от клеммы к клемме. Это соединяет выпрямители с клеммами, чтобы замкнуть цепь для шагового двигателя (генератора). Обязательно держите открытые провода подальше от других соединений.

Шаг 10: тестирование

Теперь вы готовы протестировать схему с шаговым двигателем, чтобы убедиться, что все ваши соединения правильно припаяны и все компоненты размещены правильно.

Вставьте выводы шагового двигателя в 5-контактный штекер. Черный провод шагового двигателя должен быть помещен на штырь, который не обозначен как «Катушка 1» или «Катушка 2». Используйте мультиметр (установленный на постоянное напряжение), чтобы измерить напряжение, создаваемое генератором при повороте вала. Поместите положительный (красный) щуп мультиметра на положительный винт любой клеммы, а отрицательный (черный) щуп - на отрицательный винт той же клеммы. Вращение вала вручную должно давать напряжение около 4-8 вольт. Если вы не видите результатов, вот несколько советов по устранению неполадок: 1) Проверьте все паяные соединения, чтобы убедиться, что все полностью припаяно и соединено друг с другом. И наоборот, убедитесь, что соединения, которые не должны соприкасаться, не вместе. 2) Убедитесь, что все диоды направлены в правильном направлении, как показано на схеме печатной платы. 3) Убедитесь, что выводы двигателя вставлены правильно - черный провод от двигателя не должен попадать ни на один из контактов катушки 1 и 2.

Шаг 11: Визуальный мультиметр

Встроенный визуальный мультиметр позволит вам увидеть, сколько энергии хранится от альтернативных источников энергии, без необходимости использования мультиметра.

Вставьте стабилитроны в правильном направлении, как показано на схеме печатной платы, и в соответствии с ключом, как показано внизу. Цифры в ключе будут соответствовать числам, напечатанным на стабилитронах. Вставьте резисторы в гнезда соответствующего цвета (в этом случае направление не имеет значения). Отрежьте один кусок черного провода и зачистите оба конца, вставьте рядом с резисторами, как показано. Затем вставьте три светодиода в указанном порядке: зеленый, желтый, красный (оранжевый).

Шаг 12: Припаяйте визуальный мультиметр

Переверните макетную плату и припаяйте визуальный мультиметр на место, как показано. См. Схему печатной платы на обратной стороне. Перекрестите провода, чтобы удерживать их на месте и облегчить пайку. Избегайте холодных (матовых на вид) соединений. Обязательно держите соединения разделенными, которые не должны быть вместе, так как эта область плотно организована.

Шаг 13: Тестирование визуального мультиметра

Проверьте визуальный мультиметр, чтобы убедиться, что он работает.

Поместите выводы шагового двигателя на вилку. Проверните вал шагового двигателя (генератора) и убедитесь, что светодиоды загорятся соответствующим образом. Зеленый свет указывает на напряжение до ~ 5,6, желтый свет указывает на напряжение до ~ 6,8. Оба светодиода измеряют напряжение в зависимости от их яркости. Например, если батарея держит 6,1 В, зеленый свет будет ярким, а желтый - тусклым. Красный (здесь показан оранжевым) светодиод будет гореть только при напряжении выше ~ 9,2 В. Для этого приложения используется аккумулятор на 7,2 В и 70 мА. Если горит красный светодиод, аккумулятор полностью заряжен. Не продолжайте заряжать аккумулятор при горящем красном светодиоде, иначе он может перезарядиться и выйти из строя. Если вы не видите результатов, вот несколько советов по устранению неполадок: 1) Проверьте все паяные соединения, чтобы убедиться, что все полностью припаяно и соединено друг с другом. И наоборот, убедитесь, что соединения, которые не должны соприкасаться, не вместе. 2) Убедитесь, что все стабилитроны направлены в правильном направлении, как показано на схеме печатной платы. 3) Проверьте числа на стабилитронах, чтобы убедиться, что они находятся в правильном порядке, как показано на схеме печатной платы. * На этом изображении мы добавили переключатель и прикрепили батарею раньше (а затем сняли их), чтобы увидеть, как это работает. В этом нет необходимости, но это весело.

Шаг 14: Припаяйте переключатель мгновенного действия и клемму

Отрежьте 2 длинных отрезка красного провода и два длинных отрезка черного провода. Зачистите оба конца каждой проволоки. Оберните один конец красного провода и один конец черного провода на выводы переключателя без фиксации. Оберните один конец красного провода и один конец черного провода на выводы клеммы. Припаяйте 4 провода к выводам. Переключатель мгновенного действия включит визуальный мультиметр, и терминал будет использоваться как выход для персонального PowerPlant.

Шаг 15: припаять солнечную панель

Отрежьте 2 длинных отрезка проволоки, красный и черный. Зачистите оба конца каждого провода с помощью приспособлений для зачистки проводов. Припаяйте один конец черного провода к отрицательному выводу на солнечной панели (он должен быть обозначен на панели знаком «-»). Припаяйте один конец красного провода к плюсовому выводу на солнечной панели (должен быть обозначен на панели знаком «+»).

Шаг 16: Кейс: проемы

Используйте предоставленный шаблон случая (загружаемый на шаге 1), чтобы определить и вырезать отверстия, необходимые для компонентов. Мы использовали лазерный резак, чтобы надрезать отверстия для точности (поскольку этот тип акрила не любит прорезаться на лазерном резаке), а затем просверлили отверстия соответствующим образом.

Шаг 17: шестерни (необязательно)

Этот шаг не обязателен, но является хорошим дополнением к личному PowerPlant. Шестерни способствуют более быстрому вращению вала шагового двигателя, обеспечивая большую мощность.

Используйте предоставленный шаблон шестерни (загрузите на шаге 1), чтобы вырезать маленькую и большую шестеренку на листе оргстекла размером 4 x 5 x 1/8 дюйма. Мы использовали лазерный резак, так как это намного точнее. Поскольку эти шестерни имеют маленькие зубчатые колеса мы не рекомендуем нарезать вручную, альтернативой этому набору зубчатых колес является приобретение готовых зубчатых колес.

Шаг 18: Случай: шаговый двигатель и малая шестерня

Вставьте шаговый двигатель в корпус, как показано, винтами двигателя наружу. Прикрепите винты к корпусу двумя крепежными болтами №4. Поместите шайбу № 10 на вал двигателя, выходящего из коробки, а затем поместите малую шестерню (необязательно) сверху, как показано.

Шаг 19: Корпус: большая шестерня (необязательно)

Вставьте стойку зажимного винта 3/16 "x1" между корпусом и большой шестерней в отверстие на краю большой шестерни, как показано. Намотайте шиворот в столб. Это будет ручка для поворота шестеренки.

Затем вставьте стержень зажимного винта 3/16 "x1 / 4" внутрь коробки и через отверстие, как показано. Поместите одну шайбу SAE № 10 на стойку, а затем поместите большую шестерню сверху. В конце закрутите винт в стойку. Проверьте шестерню с помощью ручки, чтобы убедиться, насколько плавно она работает!

Шаг 20: Корпус: солнечная панель

Вставьте солнечную панель внутрь коробки, как показано, стороной с элементом наружу. Возьмите стойки из двух крепежных винтов 3/16 "x1 / 4" и наденьте по одной шайбе SAE № 10 на каждый. Поместите стойки внутрь корпуса и проденьте их в отверстия по обе стороны от солнечной панели. Заверните винты в соответствующие стойки.

Шаг 21: Случай: коммутатор и терминал

Вставьте выключатель без фиксации и клемму в отверстия, как показано. Выводы должны находиться внутри корпуса.

Шаг 22: Кейс: макетная плата и аккумулятор

Поместите макетную плату с готовой схемой внутрь коробки, как показано. Ленту из пеноматериала можно использовать для закрепления цепи внутри корпуса после подключения выводов от батареи, солнечного элемента, шагового двигателя и выходной клеммы. Убедитесь, что не заклеены паяные соединения.

Поместите аккумулятор в нижнюю часть корпуса рядом с шаговым двигателем, как показано. Закрепите изолентой из пеноматериала, как только провода будут подключены к цепи.

Шаг 23: паяльная выходная клемма

Вставьте положительный (красный) и отрицательный (черный) выводы выходной клеммы в макетную плату в соответствующие гнезда, как показано. Припаяйте выводы к клемме аккумулятора с обратной стороны.

Шаг 24: припой переключатель

Вставьте провода от переключателя в прорези, как показано (в центре изображения). Обратите внимание, что положительное и отрицательное расположение переключателя не имеет значения.

Обязательно припаяйте выводы, как показано на схеме печатной платы.

Шаг 25: прикрепите солнечную панель

Ослабьте винты на клемме для солнечной панели. Вставьте провода от солнечной панели в отверстия терминала с положительным и отрицательным расположением, как показано. Затяните винты и убедитесь, что провода надежно закреплены.

Шаг 26: установите никель-металлгидридный аккумулятор

Ослабьте винты на клемме никель-металлгидридного аккумулятора. Вставьте провода от никель-металлгидридной батареи в отверстия клеммы с положительным и отрицательным полюсом, как показано. Затяните винты и убедитесь, что провода надежно закреплены.

Шаг 27: Готово

Проверьте свой личный PowerPlant, чтобы увидеть, как он работает!

Поверните рукоятку на некоторое время, затем нажмите кнопку на переключателе и наблюдайте, как визуальный мультиметр отображает уровень заряда батареи. Поставьте PowerPlant на солнце и следите за тем, сколько энергии оно собирает. Затем используйте PowerPlant для питания устройств. Мы заполнили нашу мини-ардуино powerPlant, посмотрим, на что вы способны! Измените свой PowerPlant в соответствии со своими потребностями. Джон О'Мэлли поменял шестерни на своем велосипеде (см. Изображения ниже). Повеселись!