Carregador USB alimentado pela respiração: 4 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Você está respirando? Você tem um gadget que pode ser carregado por meio de uma porta USB? Bem, se você respondeu sim a ambos, então você está com sorte. Este instrutível mostra como fazer um dispositivo que carregará seus dispositivos compatíveis com USB enquanto você faz o que faz melhor. Respirar. Usando algumas peças retiradas de uma velha unidade de CD-ROM, um circuito eletrônico simples e alguns elásticos, você logo estará bufando e bufando até chegar ao nirvana de um gadget eletrônico pseudo-útil totalmente carregado.

Etapa 1: Introdução e Etapa 1

Este projeto requer uma ampla gama de habilidades de "fabricante", como fabricação de placas de PCB, desmontagem de eletrônicos, corte e perfuração de plásticos, mistura de epóxi, projeto de um trem de engrenagens, junção de um monte de peças, dobrando clipes de papel e arriscando o poço ser do seu telefone, câmera ou PDA tão caro. Em suma, boa diversão. Como todos terão uma coleção diferente de peças inúteis para construir isso, vou apenas dar uma visão geral detalhada de como fiz isso e você pode aplicar essas divagações ao seu próprio projeto. Que consistirá vagamente em quatro etapas.1. Arranje algumas peças adequadas para o gerador2. Construa o circuito do carregador3. Monte o gerador, o acoplador de tórax e o retorno mecânico4. Conecte o circuito do carregador e testeStep 1: Eu tinha cerca de quatro drives de CDROM antigos pendurados e desmontei alguns deles para ver quais peças legais estavam dentro. Acontece que há muitos motores, engrenagens e outras peças legais dentro que validam totalmente minha insistência em manter essa porcaria por aí. Ver os trens de engrenagens dentro dessas unidades usadas para abrir a bandeja me deu a ideia para este projeto. O pequeno motor de baixo torque e alta RPM está ligado à bandeja por meio de um trem de engrenagens que tem uma relação final de cerca de 20: 1. Anteriormente, eu usava uma matriz paralela de minúsculos motores de pager para gerar eletricidade a partir da respiração (veja abaixo) mas o percurso linear da expansão do seu peito não é tão grande (cerca de uma polegada), portanto, para gerar voltagens úteis, você tinha que realmente bufar. De qualquer forma, rasgue essas unidades de CDROM, que você pode encontrar em praticamente qualquer venda de garagem, brechó ou aterro sanitário. A foto abaixo mostra os resultados. Muitos projetos potenciais lá. Por enquanto, estamos interessados apenas nas engrenagens de plástico e nos motores para abrir a bandeja e / ou mover o carro do laser. Examine as várias engrenagens e acionamentos e tente visualizar uma maneira de adicionar engrenagens para aumentar a relação de engrenagem, ou como adicionar outro motor em série. Você deseja minimizar as mudanças no trem de engrenagens. Alternativamente, você pode simplesmente limpar todas as engrenagens e construir sua caixa de câmbio do zero. Você também vai precisar de pelo menos um motor com uma pequena engrenagem ou polia para poder conectá-lo ao trem de engrenagens. Os motores na unidade de CDROM são normalmente motores CC de ímã permanente simples projetados para funcionar em 5 V, exceto para o motor do eixo, que você não deseja usar de qualquer maneira. Neste ponto, você também quer pensar sobre o que vai usar para uma tira passar em volta do seu peito. Um cinto velho, alguma teia, um cadarço velho, uma alça de crachá ou qualquer coisa que caiba confortavelmente em torno de você sem esticar. Você deseja que toda a expansão ocorra em seu gerador linear. Qualquer alongamento que ocorra no acoplador de tórax será energia desperdiçada.

Etapa 2: construir o circuito do carregador

O circuito do carregador é bastante simples. Consiste em: 1. Uma ponte de diodo para transformar a tensão CA do gerador em DC.2 retificado. Uma bateria recarregável para nivelar a tensão e manter o excesso de energia gerada quando nada está conectado à porta USB. Você também poderia usar um capacitor grande, mas as baterias oferecem um nível de tensão mais previsível.3. Um conversor de reforço para trazer a baixa tensão até 5 VCC para carregamento USB4. Um plugue USB. Desenhei o circuito no EAGLE, um programa que recomendo vivamente. Você pode baixá-lo gratuitamente em cadsoft.de. O esquema esquemático e o layout da placa de camada única estão anexados. O uso real do EAGLE e a fabricação da placa estão além do escopo destas instruções. Muitos instructables excelentes estão disponíveis para cobrir esses tópicos. Veja este, por exemplo, sobre como fazer PCBs em sua cozinha. A lista de peças para o circuito do carregador (quantidades em negrito): 1x L6920 Conversor CC de aumento de saída ajustável (entrada mínima de 1V, folha de dados aqui) Digikey # 497-4593- 1-ND4x 1N4148 diodos de comutação (usei minúsculos SOD523 smds, mas você pode usar o que tem em mãos) Digikey # 1N4148WTDICT-ND2x 10uF de cerâmica ou outros capacitores ESR baixos (usei 1206 smds) Digikey # 39901299-1-ND2x 100k fino resistores de filmeDigikey # P100kFCT-ND1x 10uH wirewound inductorDigikey # 490-2519-1-ND1x USB fêmea Tipo A conector smdDigikey # AE9924-NDBelow você pode ver os arquivos esquemáticos e de placa, e jpegs deles também. A parte difícil é fazer um bom PCB em sua cozinha que tenha traços pequenos o suficiente para o pacote TSSOP do L6920. Como você pode ver na foto, fiz 4 placas de uma vez, pois cada uma é muito pequena. O truque para colocá-lo em conjunto é começar no meio e mover-se para fora, começar com o L6920 e adicionar os discretes SMD conforme você avança. Um par de pinças é essencial, junto com bons olhos ou uma lupa, luz forte e mão firme. Não se preocupe em colocar muita solda ali, use seu pavio de solda para limpar quaisquer acidentes e verifique seu trabalho com um multímetro após cada etapa. A prática leva à perfeição.

Etapa 3: construir o gerador

Agora você precisa fazer o gerador. Você deve brincar com as engrenagens e motores até obter um arranjo satisfatório. Você vai querer usar um multímetro no motor enquanto gira as engrenagens para ver quanta tensão está recebendo. Você deseja obter a faixa de 2-3 volts enquanto move a engrenagem linear lentamente cerca de uma polegada em curso. Ao configurar as engrenagens, você deve usar aquelas que têm uma engrenagem grande moldada com uma engrenagem menor. Empilhados em série, eles fornecerão uma boa relação de transmissão, conforme mostrado no desenho. (ignore o fato de que os dentes são do tamanho errado no desenho, eu estava com preguiça de redesenhar com o passo de dente correspondente) Você deve tentar algo na faixa de 25-50: 1. Mais é melhor, mas eventualmente as perdas no trem de engrenagens se acumulam e fica muito difícil girar o motor e as engrenagens se desgastam.

Uma das chaves é encontrar uma maneira de usar as engrenagens lineares da bandeja do CD ou outra peça para transformar seu movimento de respiração em rotação do motor DC. Eu incluí uma foto de outra versão de protótipo do gerador de unidade de CD, onde você pode ver a engrenagem da bandeja linear claramente. Também são visíveis as marcas de corte no plástico. Este protótipo também foi capaz de iluminar a matriz de LED da foto. Não tenha medo de dividir isso para atender às suas necessidades. Na outra foto o motor DC é montado no lugar no plástico do drive que canibalizei. Perto disso estava um controle deslizante linear que usei para acoplar o movimento de respiração ao trem de engrenagens. Eu também adicionei outra engrenagem (veja a foto) ao trem de força para aumentar a relação e permitir a montagem de outro motor no futuro para aumentar a produção. O principal desafio é fazer com que o esforço respiratório seja efetivamente traduzido em rotação do motor de forma eficiente. Também retratado

Etapa 4: reunir e testar

Depois de ter uma configuração satisfatória do gerador, você deseja conectar o gerador ao circuito de carga, inserir a bateria e usar o multímetro para testar a tensão de saída na porta USB. Se você não vê 5V, há um problema. Conserte-o antes de conectar seu dispositivo caro à porta USB. Abaixo você pode ver meu gerador USB alimentado por respiração montado em toda a sua glória, na parte superior e inferior. Você pode ver o elástico usado para o retorno, junto com o carro da engrenagem linear, a correia e o clipe de papel que usei para conectar a engrenagem linear à correia. A chave aqui é ter todo o movimento transferido para a engrenagem linear, de forma que você queira que a correia e o método de conexão sejam rígidos sem folga. A força do elástico ou do retorno da mola depende de você. Meus experimentos medíocres indicam que você pode controlar muito bem uma força 1N sem se sentir muito difícil para respirar. O ideal é que você queira um elástico tão pequeno que retorne a engrenagem linear à posição inicial quando você expira. Se você obtiver capacidade de geração suficiente por meio de uma relação de engrenagem alta, motores extras ou um motor maior, você precisará de um retorno de mola maior. Essencialmente, você está armazenando energia mecânica durante a inspiração, que é usada para ligar o gerador na expiração, de modo que você possa gerar tanto ao empurrar quanto puxar. Você precisa da ponte de diodo para tirar vantagem com sucesso. Então, amarrei essa monstruosidade e a conectei à minha confiável caixa de aquisição de dados do DataQ. Em anexo está a saída do gráfico de voltagem do gerador antes da conversão para o USB 5V. Basicamente, a bateria aciona o conversor elevador e o gerador de respiração carrega a bateria. No gráfico você pode ver o efeito de nivelamento da bateria, com os picos de tensão quando eu estava respirando. Na verdade, eu estava me aproximando da hiperventilação, mas em nome da ciência. Os resultados podem ser vistos na foto do celular carregando. Algo a ser mencionado é que tive que modificar um cabo USB para fazer o RAZR carregar conforme detalhado neste site. Não tenho nenhum número sólido sobre a potência que estava gerando, ainda não descobri uma boa maneira de medir isso. O metabolismo de repouso típico é da ordem de 50-75 W, dos quais uma parte substancial se deve à respiração esforço (eu vi norte de 50%). Portanto, se assumirmos 25W de energia contínua usada para respirar, parece razoável que possamos aumentar esses 4% para colher 1W para carregar um telefone celular. Com base no meu celular, e nessas suposições, levaria cerca de 3 horas para carregar a bateria de 3,7 V 800 mAh. Presumindo 100% de eficiência. Infelizmente, com base nas poucas medições que consegui fazer, o gerador de respiração que construí está produzindo cerca de 50mW. Maneira de respirar sem fôlego. Isso carregaria o telefone, mas a bateria NiMH faria a maior parte do trabalho até que se esgotasse. Então você teria que respirar por um dia ou mais para recarregar a bateria NiMH. Você estava planejando fazer isso de qualquer maneira, certo? Portanto, há espaço para melhorias. Uma área que estou investigando é o uso de nanotubos de carbono e poliuretano para fazer um gerador de polímero eletroativo. Este é o tipo de tecnologia que está sendo usado para fazer geradores de ataque de botas para os militares. Melhorias futuras podem colocar este dispositivo na faixa de 1W. Especificamente, usando um motor DC melhor (tensão mais alta por rotação) e customizando o sistema de transmissão para ser mais confortável e melhor acoplamento ao movimento respiratório. Eu tenho trabalhado nesses tipos de dispositivos em minha cozinha / oficina por um tempo e gostaria de tornar isso público para que outros possam embarcar. Sinta-se à vontade para entrar em contato comigo com perguntas ou para discussão. Como disse o bardo, "e a domesticação do cão continuou inabalável".