PowerPlant pessoal: 27 etapas (com imagens)

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

O powerPlant pessoal é um dispositivo portátil que aproveita eletricidade por meio de uma célula solar e um gerador de manivela em uma bateria NiMH. O dispositivo também inclui um multímetro visual que monitora a quantidade de energia armazenada. O powerPlant pessoal pode ser usado para alimentar aplicações de até 8 V a 70 mA. Projetado por: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell com Mike Dory @ Eyebeam para o Workshop de Energia Alternativa 23.06.07eyebeam ********

Etapa 1: Materiais

Eletrônicos para o circuito powerPlant1 - Motor de passo (Japan Servo KP4M4-029 12VDC) 1 - Painel solar (8V) 1 - Bateria NiMH (7,2 V, 70 mA) 8 - 1N4001 Diodos3 - Terminais1 - conector macho de 5 pinos 18 ou fio sólido de calibre 20 (vermelho, preto, azul, verde) Para o multímetro visual1 - LED vermelho, 1,5V1 - LED amarelo, 1,5 V1 - LED verde, 1,5 V1 - resistor de 100 ohms1 - resistor de 150 ohms1 - 1N4730 (3,9 V) diodo zener1 - 1N4733 (5.1V) diodo zener1 - 1N4737 (7.5V) diodo zener1 - interruptor momentâneo Hardware 1 - placa de prototipagem PCB 2,5 "x1,75" 1 - Diagrama da placa impressa (download pdf abaixo) Diagrama esquemático do circuito para referência (download pdf abaixo) Modelo da caixa de peças (baixe dwg / pdf abaixo) 1 - 3,5 "x3,5" x4,5 "Caixa acrílica1 - 3/16" x1 "Poste de ligação com parafuso3 - 3/16" x1 / 4 "Poste de ligação com parafuso3 - Arruela SAE nº 10 2 - Parafusos de parafuso da máquina nº 4Gear Template (opcional, baixe dwg / pdf abaixo) 1 - 4 "x5" x1 / 8 "folha de plexiglass para engrenagens (opcional) Equipamento Ferro de soldaSoldaMultímetro StripperScrewdrivers (Phillips e Flathea d) Exacto Knife and BladePlaces para encontrar suprimentos: Home DepotRadio ShackContainer StoreElectronics GoldmineSolarboticsJameco Electronics

Etapa 2: Diagrama da placa impressa

Imprima uma cópia do Diagrama do Quadro Impresso e recorte. Coloque o diagrama na lateral da placa de prototipagem PCB sem anéis de solda de cobre. O diagrama mostrará como colocar seus componentes de um lado e do outro você os soldará na placa de prototipagem.

Etapa 3: Retificador da Bobina 1

Insira 4 dos Diodos 1N4001 no lugar conforme mostrado abaixo. Os diodos devem ser inseridos na direção indicada no Diagrama do Quadro Impresso; caso contrário, eles não funcionarão corretamente. Ao colocar os 4 diodos conforme indicado, você está retificando (transformando a potência de 2 fases do motor de passo de 4 fases da corrente CA para CC) Bobina 1.

Etapa 4: Retificador da Bobina 2

Insira outros 4 diodos 1N4001 no lugar conforme mostrado abaixo. Ao colocar esses 4 diodos conforme indicado, você está retificando (transformando a potência de 2 fases de um motor de passo de 4 fases da corrente CA para CC) da Bobina 2.

Etapa 5: Fios e Cabeçalho da Bobina 1 e 2

Corte dois pedaços de fio azul e dois pedaços de fio verde com os descascadores de fio. Retire cada extremidade de cada pedaço de arame. Insira o fio no lugar conforme mostrado.

Insira o conector macho de 5 pinos conforme indicado, com o lado curto dos pinos voltado para baixo na placa de prototipagem. É aqui que o motor será conectado ao circuito.

Etapa 6: Solda

Vire a placa e comece a soldar as conexões conforme mostrado no diagrama da placa impressa com seu ferro de solda e solda. É mais fácil soldar se os fios forem cruzados de antemão. Certifique-se de juntar as conexões com uma boa quantidade de solda. Evite juntas frias (quando a solda parece fosca).

Etapa 7: Concluir o circuito do motor de passo (gerador)

Quando você terminar de soldar o circuito do motor de passo (gerador), a parte traseira de sua placa de prototipagem deve aparecer conforme mostrado.

Etapa 8: Terminais

Insira 2 terminais, um em cada extremidade da placa de prototipagem na direção mostrada. Se as perfurações forem muito pequenas, use sua Exacto Knife para aumentar o orifício. Corte dois comprimentos de 3 de fio (de qualquer cor) e use descascadores de fios para descascar os fios completamente. Esses fios serão executados no lado oposto da placa de prototipagem (com anéis de solda de cobre), do lado positivo para o positivo de cada terminal e negativo para lado negativo de cada terminal. O terminal à esquerda será usado para fios de entrada para a bateria. O terminal à direita será usado para fios de entrada para o painel solar.

Etapa 9: Terminais de solda

Vire a placa de prototipagem. Insira os fios desencapados nos orifícios conforme indicado (consulte o diagrama da placa impressa no outro lado). Os fios podem ser rosqueados para dentro e para fora novamente para chegar o mais próximo possível do terminal e segurá-los no lugar conforme mostrado. Solde os dois nós norte e dois nós sul dos retificadores para as bobinas 1 e 2 aos fios abertos que vão de um terminal a outro. Isso une os retificadores aos terminais para completar o circuito do motor de passo (gerador). Certifique-se de manter os fios abertos longe das outras conexões.

Etapa 10: Teste

Agora você está pronto para testar o circuito com o motor de passo para ter certeza de que todas as conexões estão soldadas corretamente e todos os componentes estão colocados corretamente.

Insira os cabos do motor de passo no cabeçote macho de 5 pinos. O fio preto do motor de passo deve ser colocado no pino que não está identificado como Bobina 1 ou Bobina 2. Use seu multímetro (configurado para tensão CC) para medir a tensão que o gerador está produzindo quando você gira o eixo. Coloque a ponta de prova positiva (vermelha) do multímetro no parafuso positivo de qualquer um dos terminais e a ponta de prova negativa (preta) no parafuso negativo do mesmo terminal. Girar o eixo manualmente deve render cerca de 4-8 volts. Se você não estiver vendo resultados, aqui estão algumas dicas de solução de problemas: 1) Verifique todas as conexões de solda para certificar-se de que tudo está totalmente soldado e conectado um ao outro. Por outro lado, certifique-se de que as conexões que não devem se tocar não estejam juntas. 2) Certifique-se de que todos os diodos estejam apontados na direção correta conforme indicado no diagrama da placa impressa. 3) Verifique se os fios do motor estão inseridos corretamente - o fio preto do motor não deve ser colocado em nenhum dos pinos da bobina 1 e 2.

Etapa 11: multímetro visual

O multímetro visual embutido permitirá que você veja quanta energia é armazenada das fontes alternativas de energia sem ter que usar um multímetro.

Insira os diodos zener na direção correta conforme mostrado no diagrama da placa impressa e de acordo com a chave conforme mostrado na parte inferior. Os números na chave corresponderão aos números impressos nos diodos zener. Insira os resistores nas ranhuras com as cores correspondentes (neste caso a direção não importa). Corte um pedaço do fio preto e descasque ambas as extremidades, insira próximo aos resistores conforme mostrado. Em seguida, insira os três LEDs na ordem exibida: verde, amarelo, vermelho (laranja).

Etapa 12: multímetro visual de solda

Vire a placa de prototipagem e solde o multímetro visual no lugar conforme indicado. Consulte o diagrama da placa impressa no verso. Cruze os fios para mantê-los no lugar e facilitar a soldagem. Evite conexões frias (de aparência fosca). Certifique-se de manter as conexões separadas que não devem ficar juntas, pois essa área é bem organizada.

Etapa 13: Teste do multímetro visual

Teste o multímetro visual para verificar se ele está funcionando.

Coloque os cabos do motor de passo no coletor macho. Gire o eixo do motor de passo (gerador) e veja os LEDs acenderem de acordo. A luz verde indica uma voltagem de até ~ 5,6, a luz amarela indica uma voltagem de até ~ 6,8. Ambos os LEDs medem a voltagem dependendo de seu brilho. Por exemplo, se a bateria está segurando 6,1 V, a luz verde ficará brilhante e a luz amarela ficará fraca. O LED vermelho (mostrado em laranja aqui) acenderá apenas acima de ~ 9,2 volts. Para esta aplicação, a bateria usada é de 7,2 volts e 70 mA. Se o LED vermelho acender, a bateria está em plena capacidade. Não continue a carregar a bateria com o LED vermelho aceso, caso contrário, ela pode sobrecarregar e funcionar incorretamente. Se você não estiver vendo resultados, aqui estão algumas dicas de solução de problemas: 1) Verifique todas as conexões de solda para certificar-se de que tudo está totalmente soldado e conectado um ao outro. Por outro lado, certifique-se de que as conexões que não devem se tocar não estejam juntas. 2) Certifique-se de que todos os diodos zener estão apontados na direção correta, conforme indicado no diagrama da placa impressa. 3) Verifique os números nos diodos zener para certificar-se de que estão na ordem correta, conforme indicado no diagrama da placa impressa. * Nesta imagem, adicionamos um switch e colocamos a bateria no início (e depois os removemos) para ver como funcionava. Isso não é necessário, mas é divertido.

Etapa 14: Chave momentânea de solda e terminal

Corte 2 pedaços longos de fio vermelho e dois pedaços longos de fio preto. Desencape as duas extremidades de cada fio. Enrole uma extremidade de um fio vermelho e uma extremidade de um fio preto nas pontas do interruptor momentâneo. Enrole uma extremidade de um fio vermelho e uma extremidade de um fio preto nos fios do terminal. Solde os 4 fios aos condutores. A chave momentânea ligará o multímetro visual e o terminal será usado como saída para o powerPlant pessoal.

Etapa 15: Soldar o painel solar

Corte 2 pedaços de fio, um vermelho e outro preto. Desencape as duas extremidades de cada fio com os descascadores de fio. Solde a ponta do fio preto ao cabo negativo do painel solar (deve ser indicado no painel com "-"). Solde uma extremidade do fio vermelho ao fio positivo no painel solar (deve ser indicado no painel com "+").

Etapa 16: Caixa: Aberturas

Use o modelo de caso fornecido (para download na etapa 1) para determinar e fazer os orifícios necessários para os componentes. Usamos um cortador a laser para marcar os orifícios para fins de precisão (já que esse tipo de acrílico não gosta de ser cortado no cortador a laser) e, em seguida, perfuramos os orifícios de acordo.

Etapa 17: Gears (opcional)

Esta etapa não é necessária, mas é uma boa adição ao powerPlant pessoal. As engrenagens ajudam a uma rotação mais rápida do eixo do motor de passo, gerando mais potência.

Use o modelo de engrenagem fornecido (baixe na etapa 1) para cortar uma engrenagem pequena e grande em uma folha de plexiglass de 4 "x 5" x 1/8 ". Usamos um cortador a laser, pois é muito mais preciso. Como essas engrenagens são pequenas engrenagens, não recomendamos o corte manual. Uma alternativa a este conjunto de engrenagens é comprar engrenagens prontas.

Etapa 18: Caixa: motor de passo e engrenagem pequena

Insira o motor de passo na caixa conforme mostrado com os parafusos do motor voltados para fora da caixa. Fixe os parafusos à caixa com 2 parafusos de parafuso de máquina nº 4. Coloque uma arruela nº 10 no eixo do motor saindo da caixa e, em seguida, coloque a engrenagem pequena (opcional) em cima conforme indicado.

Etapa 19: Caixa: Engrenagem grande (opcional)

Insira a coluna do parafuso de ligação 3/16 "x1" entre a caixa e a engrenagem grande no orifício na borda da engrenagem grande, conforme mostrado. Enrole a scew no poste. Esta será a alça para girar a marcha.

Em seguida, insira a coluna de um parafuso de ligação 3/16 "x1 / 4" dentro da caixa e através do orifício conforme mostrado. Coloque uma arruela SAE nº 10 na coluna e, em seguida, coloque a engrenagem grande no topo. Termine enrolando o parafuso na coluna. Teste o equipamento com a alça para ver como funciona bem!

Etapa 20: Caixa: Painel Solar

Insira o painel solar dentro da caixa conforme mostrado com o lado da célula voltado para fora. Pegue os postes de dois parafusos de 3/16 "x1 / 4" e deslize uma arruela SAE nº 10 em cada um. Coloque os postes dentro da caixa e deslize-os pelos orifícios de cada lado do painel solar. Enrole os parafusos em seus respectivos postes.

Etapa 21: Caixa: interruptor e terminal

Insira a chave momentânea e o terminal nas aberturas conforme indicado. Os cabos devem estar dentro da caixa.

Etapa 22: Caixa: Placa de prototipagem e bateria

Coloque sua placa de prototipagem com o circuito acabado dentro da caixa conforme indicado. Fita de espuma pode ser usada para prender o circuito no interior da caixa, uma vez que os fios da bateria, célula solar, motor de passo e terminal de saída estejam conectados. Certifique-se de não prender as conexões soldadas com fita adesiva.

Coloque a bateria na parte inferior da caixa, ao lado do motor de passo conforme indicado. Prenda com fita de espuma assim que os condutores estiverem presos ao circuito.

Etapa 23: Terminal de saída de solda

Pegue os fios positivo (vermelho) e negativo (preto) do terminal de saída e insira na placa de prototipagem em seus respectivos slots, conforme indicado. Solde os cabos ao terminal da bateria no lado reverso.

Etapa 24: Chave de solda

Insira os cabos do switch nas ranhuras conforme indicado (centro da imagem). Observe que o posicionamento positivo e negativo não importa para o switch.

Certifique-se de soldar os terminais conforme indicado no diagrama da placa impressa.

Etapa 25: Anexe o painel solar

Afrouxe os parafusos no terminal do painel solar. Insira os condutores do painel solar nas aberturas do terminal com posicionamento positivo e negativo conforme indicado. Aperte os parafusos e verifique se os cabos estão presos com segurança.

Etapa 26: Anexe a bateria NiMH

Afrouxe os parafusos no terminal da bateria NiMH. Insira os condutores da bateria NiMH nas aberturas do terminal com posicionamento positivo e negativo conforme indicado. Aperte os parafusos e verifique se os cabos estão presos com segurança.

Etapa 27: Concluído

Teste o seu powerPlant pessoal para ver como funciona!

Gire a manivela por um momento e pressione o botão na chave e observe o multímetro visual exibir a quantidade de energia da bateria. Exponha o seu powerPlant ao sol e monitore a quantidade de energia que ele coleta. Em seguida, use seu powerPlant para alimentar dispositivos. Nós alimentamos nosso mini arduino com o powerPlant, veja o que você pode alimentar! Modifique seu powerPlant para atender às suas necessidades. John O'Malley trocou as marchas por um equipamento em sua bicicleta (veja as imagens abaixo). Divirta-se!