Supercapacitor Vibrobot: 20 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Para este projeto, vamos aproveitar supercondensadores para alimentar um vibrobot. Em outras palavras, usaremos capacitores de 15F para acionar motores vibratórios para fazer robôs que se movem por meio de vibrações. O modelo básico tem um botão liga / desliga e uma porta de carregamento para permitir que ele seja carregado entre os usos. A versão mais avançada também inclui uma pequena célula solar para permitir que seja carregada pelo sol quando não estiver em uso. Para saber mais sobre capacitores, confira a aula de eletrônicos. E se você tiver robôs no cérebro, também tenho uma aula de robôs!

Etapa 1: Materiais

Para o projeto desta lição, você precisará de:

(x1) Supercapacitor 15F (x1) resistor de 100 ohm (x1) Motor vibratório (x1) Placa de circuito (x1) Chave através do orifício SPDT (x1) JST-XHP conjunto de conectores macho e fêmea de 2 pinos (x1) alimentação de 2 fios adaptador (x1) Fonte de tensão ajustável Opcional: (x1) Painel solar 4V (x1) diodo 1N4001

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Etapa 2: o circuito

O circuito de vibrobot é bastante simples. Existe o poder de carregamento que tem uma conexão de energia e aterramento. O aterramento é conectado ao capacitor e ao motor. A entrada de energia vai para uma chave SPDT por meio de um resistor limitador de corrente de 100 ohm. A chave SPFT alterna a conexão positiva do capacitor entre o carregador e o motor. Desta forma, ele permite que o capacitor seja carregado pela porta de entrada ou alimente o motor.

Etapa 3: conecte o capacitor

Vamos iniciar a placa de circuito soldando o supercapacitor no lugar. Observe que o capacitor tem uma placa de metal na parte inferior conectada ao pino de alimentação. Você precisa ter cuidado especial para não causar um curto-circuito acidental na alimentação, fazendo com que a parte inferior do capacitor toque em qualquer linha de barramento na placa de circuito que possa estar conectada ao aterramento. Para evitar isso facilmente, instalei meu capacitor em um ângulo de 45 graus no centro da placa. Esse arranjo garante que um curto entre a energia e o aterramento como esse provavelmente não acontecerá.

Etapa 4: instalar o soquete

A próxima coisa a instalar é a tomada fêmea para o plugue de alimentação. Coloque-o no mesmo lado da placa que o cabo de aterramento do capacitor. Coloque-o em algum lugar no meio com o recuo da aba do plugue voltado para fora da placa. Observe que há algo preso sob a placa na imagem da solda. Isso serve para segurar o componente no lugar enquanto eu o soldo.

Etapa 5: Mudar

Instale o botão liga / desliga na lateral da placa oposta ao soquete do carregador.

Etapa 6: fios

Retire cerca de uma polegada de isolamento da extremidade do fio de núcleo sólido. Conecte o fio não isolado a um dos terminais do motor de vibração. Repita este processo para o outro terminal.

Etapa 7: Ligue o motor

Coloque o motor centralizado na borda da placa de forma que seu contrapeso fique pendurado na borda. Insira cada fio do motor através de um dos soquetes em seus respectivos lados da placa de circuito e solde-os no lugar.

Etapa 8: mais fiação

Conecte os fios de aterramento pretos entre o soquete fêmea de 2 pinos, o pino de aterramento no capacitor e um dos pinos do motor. É fundamental que a conexão entre o pino de aterramento no soquete e o supercapacitor esteja correta. Se você inverter e carregar o capacitor para trás, coisas muito ruins podem acontecer. Então … verifique isso e certifique-se de que você está entendendo corretamente. Quando o plugue é inserido, o pino de aterramento deve ser conectado ao pino com a marcação negativa no capacitor. Depois de ter certeza absoluta de que as conexões de aterramento estão corretas, solde um fio vermelho entre o pino central na chave e o pino positivo no capacitor. Solde também um fio vermelho entre um dos pinos externos da chave e o motor. Por fim, solde um fio ao redor do corpo do motor. Isso não deve ser conectado eletricamente a nada. Ele apenas mantém o motor no lugar.

Etapa 9: Resistor de carga

Solde um resistor de 100 ohm entre o pino de tensão no soquete de alimentação e o pino não utilizado na chave. Este resistor é usado para carregar. Se não usarmos o resistor, o supercapacitor tentará tirar o máximo de corrente possível do carregador. Esse surto repentino será essencialmente como um fio curto e possivelmente o danificará ou, se tiver um circuito de proteção, não fará nada. O resistor que estamos usando foi calculado usando a Lei de Ohm. Por segurança, aumentei um pouco o valor, pois os resistores não são perfeitos e não custa nada ter um pouco mais. Dito isso, o supercapacitor específico que está sendo usado aqui tem uma resistência interna relativamente alta. O que isso significa é que ele não retira energia de uma carga tão rápida quanto um supercapacitor normal. Na verdade, leva um tempo excepcionalmente longo para carregar (cerca de uma hora em vez de 10 segundos). O resistor que estamos usando pode não ser necessário e pode, na verdade, diminuir um pouco o tempo de carregamento. No entanto, incluí o resistor para o caso de alguém decidir usar um supercapacitor diferente. Você pode estar se perguntando por que escolhi usar este se ele carrega tão lentamente. Bem, ele tem 15F de potência e é uma fração do tamanho dos supercondensadores normais. Basicamente, esta pequena tampa contém 3X mais potência do que um supercapacitor que tem 5X o tamanho. Pode demorar um pouco para carregar, mas pode funcionar por um tempo relativamente longo.

Etapa 10: Corte os fios

Corte quatro fios de núcleo sólido de 4 para serem usados como pernas do robô.

Etapa 11: prenda as pernas

Solde ambas as extremidades de cada fio nos cantos da placa de circuito para criar quatro laços de fio. Eles não devem ser conectados eletricamente a nenhum componente real da placa de circuito.

Etapa 12: dê forma às pernas

Moldar todos os quatro fios em pernas como achar melhor. Eu dei a cada um pequenos pés de laço, mas talvez haja outro design que funcione melhor. Sinta-se à vontade para experimentar a forma e a estética. Não existe uma resposta verdadeira e certa.

Etapa 13: determinar a polaridade

Vamos usar um conversor de CA para CC de 'verruga de parede' para carregar o vibrobot. Para fazer isso, precisamos primeiro determinar a polaridade do plugue conectado à verruga da parede para determinar qual extremidade é positiva e qual é aterrada. Conecte o adaptador de 2 fios no soquete na extremidade do cabo. Use a configuração de voltagem em seu multímetro para medir a voltagem saindo do adaptador. Se você vir uma tensão positiva, o fio conectado à ponta de prova vermelha é positivo e o fio conectado à ponta de prova preta é aterrado. Marque esses fios para diferenciá-los, caso ainda não estejam marcados.

Etapa 14: Conector

Solde os soquetes de metal para o conector fêmea de 2 pinos na extremidade de cada fio do adaptador de energia de 2 fios. Anote a guia de alinhamento no plugue. Se a guia de alinhamento estiver voltada para você e o conector apontando para cima, o aterramento deve estar à esquerda e a alimentação à direita. Comprima as abas de metal na extremidade de cada pino e, em seguida, insira ambas no soquete adequado do plugue pressionando-as com firmeza. Se você não tiver certeza, pode conectar o adaptador de alimentação e medir com o multímetro para ter certeza de que isso certo.

Etapa 15: carregue-o

Para carregá-lo, certifique-se de que o interruptor está na posição de carregamento (ou seja, o motor não está funcionando) e conecte a verruga na tomada. Você pode deixá-lo conectado ao carregador pelo tempo que desejar. O capacitor irá parar de consumir energia assim que estiver carregado e estará bem. Capacitores não são como baterias cuja vida útil diminui se você deixá-los carregando por muito tempo sem circuitos de proteção.

Etapa 16: Solar

Se você quiser tirar seu robô da rede, pode adicionar um pequeno painel solar para carregar o capacitor quando o motor não estiver em uso. Essa adição é opcional.

Etapa 17: Expandindo o circuito

Para tornar este circuito alimentado por energia solar, precisamos adicionar dois componentes adicionais, um painel solar e um diodo. O painel solar deve ser classificado para menos tensão do que o capacitor e colocado em paralelo com o capacitor. Como nosso capacitor é classificado para 5,6 V, usar um painel solar de 4 V deve ser seguro para carregá-lo. Também precisaremos adicionar um diodo ao circuito entre o fio positivo no painel solar e o capacitor. Ainda não se preocupe muito com o que são os diodos. Eles serão discutidos muito mais em uma lição futura. Por enquanto, você só precisa saber que tudo o que o diodo está fazendo é evitar que a eletricidade do capacitor flua para trás através do painel solar quando não há luz solar atingindo-o.

Etapa 18: Adicionando um diodo

Simplesmente conecte a extremidade do diodo com a faixa ao pino na chave onde o resistor de 100 ohms está conectado. Conecte o outro pino de diodo a qualquer almofada de solda não utilizada na placa.

Etapa 19: Fiação do painel solar

Conecte um fio de núcleo sólido vermelho ao terminal positivo no painel solar e um fio preto ao negativo. A razão pela qual estamos substituindo o fio existente por fios de núcleo sólido é porque esses novos fios mais rígidos manterão o painel solar no lugar vertical acima do superfície da placa.

Etapa 20: Conecte o painel solar

Conecte o fio vermelho do painel solar ao pino não utilizado do diodo. Conecte o fio preto do painel solar a qualquer uma das outras conexões de aterramento na placa. Seu robô agora é alimentado por energia renovável. Agora é hora de ligar seu robô e deixá-lo solto.

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