PowerPlant personal: 27 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

El personal powerPlant és un dispositiu portàtil que aprofita l’electricitat a través d’una cèl·lula solar i un generador de manetes manuals, en una bateria de NiMH. El dispositiu també inclou un multímetre visual que controla la quantitat d'energia emmagatzemada. El powerPlant personal es pot utilitzar per alimentar aplicacions de fins a 8V a 70 mA. Dissenyat per: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell amb Mike Dory @ Eyebeam per al Taller d'Energia Alternativa 06.23.07eyebeam ********

Pas 1: materials

Electrònica per al circuit PowerPlant1 - Motor pas a pas (Japó Servo KP4M4-029 12VDC) 1 - Panell solar (8V) 1 - Bateria NiMH (7,2V, 70 mA) 8 - 1N4001 Diodes3 - Terminals1 - Capçal masculí de 5 pins 18 o 20 fils de calibre sòlid (vermell, negre, blau, verd) Per al multímetre visual1 - LED vermell, 1,5V1 - LED groc, 1,5 V1 - LED verd, 1,5 V1 - resistència de 100 Ohm1 - resistència de 150 Ohm1 - 1N4730 (3,9V) diode zener1 - 1N4733 (5,1V) zener diode1 - 1N4737 (7,5V) zener diode1 - commutador momentani Hardware 1 - 2.5 "x1.75" PCB prototyping board1 - Diagrama imprès de la placa (descarregar pdf a continuació) Diagrama de circuits esquemàtics de referència (descarregar pdf a continuació) (descarregueu dwg / pdf a continuació) 1 - 3,5 "x3,5" x4,5 "Caixa acrílica1 - 3/16" x1 "Post d'enquadernació amb cargol3 - 3/16" x1 / 4 "Post d'enquadernació amb cargol3 - # 10 SAE Washer2 - # 4 cargols de cargol per a màquina Plantilla d'engranatges (opcional, descarregueu dwg / pdf a continuació) 1 - 4 "x5" x1 / 8 "full de plexiglàs per engranatges (opcional) d) Exacto Knife and BladePlaces per trobar subministraments: Home DepotRadio ShackBotiga de contenidorsElectronics GoldmineSolarboticsJameco Electronics

Pas 2: diagrama del tauler imprès

Imprimiu una còpia del diagrama del tauler imprès i retalleu-la. Col·loqueu el diagrama al costat de la placa de prototipatge de PCB sense anells de soldadura de coure. El diagrama us mostrarà com col·locar els components per un costat i, per l’altre, soldareu els components a la placa de prototipatge.

Pas 3: bobina 1 rectificador

Inseriu 4 dels díodes 1N4001 al seu lloc, tal com es mostra a continuació. Els díodes s’han d’inserir en la direcció indicada al diagrama del tauler imprès; en cas contrari, no funcionaran correctament. Col·locant els 4 díodes tal com s’indica, rectifiqueu (girant la potència de 2 fases del motor pas a pas de 4 fases de corrent altern a corrent continu) Bobina 1.

Pas 4: rectificador de bobina 2

Introduïu altres 4 díodes 1N4001 al lloc, tal com es mostra a continuació. Col·locant aquests 4 díodes tal com s’indica, rectifiqueu (girant la potència de 2 fases d’un motor pas a pas de 4 fases de corrent altern a corrent continu) Bobina 2.

Pas 5: bobineu els cables 1 i 2 i la capçalera

Talla dos pessics de filferro blau i dos pessics de filferro verd amb els separadors de filferro. Tireu cada extrem de cada tros de filferro. Inseriu el filferro al lloc tal com es mostra.

Introduïu la capçalera masculina de 5 pins tal com s’indica, amb el costat curt dels passadors cap avall a la placa de prototipatge. Aquí és on el motor estarà connectat al circuit.

Pas 6: soldar

Gireu el tauler i comenceu a soldar les connexions tal com es mostra al diagrama del tauler imprès amb el vostre soldador i soldador. És més fàcil soldar si els cables s’encreuen prèviament. Assegureu-vos d’unir les connexions amb una bona quantitat de soldadura. Eviteu les juntes fredes (quan la soldadura apareix mat).

Pas 7: Acabeu el circuit del motor pas a pas (generador)

Quan hàgiu acabat de soldar el circuit del motor pas a pas (generador), la part posterior de la vostra placa de prototipatge hauria d'aparèixer tal com es mostra.

Pas 8: terminals

Inseriu 2 terminals, un als dos extrems de la placa de prototipatge en la direcció que es mostra. Si les perforacions són massa petites, utilitzeu el ganivet Exacto per ampliar el forat. Tallar dues longituds de 3 de filferro (qualsevol color) i utilitzar separadors de filferro per despullar els cables completament. Aquests cables funcionaran al costat oposat de la placa de prototipatge (amb anells de soldadura de coure), del positiu al positiu de cada terminal i negatiu a costat negatiu de cada terminal. El terminal de l’esquerra s’utilitzarà per introduir cables de la bateria. El terminal de la dreta s’utilitzarà per introduir cables del panell solar.

Pas 9: Terminals de soldadura

Gireu la placa de prototipatge. Introduïu els cables pelats als forats tal com s’indica (consulteu el diagrama del tauler imprès a l’altra cara). Els cables poden endinsar-se i sortir-ne de nou per apropar-se al màxim al terminal i mantenir-se al seu lloc, tal com es mostra. Soldeu els dos nodes nord i sud dels rectificadors per a les bobines 1 i 2 als cables oberts que van de terminal a terminal. Això uneix els rectificadors als terminals per completar el circuit del motor pas a pas (generador). Assegureu-vos de mantenir els cables oberts lluny de les altres connexions.

Pas 10: proves

Ara ja esteu a punt per provar el circuit amb el motor pas a pas per assegurar-vos que totes les connexions estan soldades correctament i que tots els components es col·loquen correctament.

Introduïu els cables del motor pas a pas a la capçalera masculina de 5 pins. El cable negre del motor pas a pas s’ha de col·locar al passador que no estigui etiquetat com a bobina 1 o bobina 2. Utilitzeu el multímetre (ajustat a la tensió CC) per mesurar la tensió que produeix el generador quan gireu l’eix. Col·loqueu la sonda positiva (vermella) del multímetre al cargol positiu de qualsevol dels terminals i la sonda negativa (negra) al cargol negatiu del mateix terminal. Girar l’eix a mà hauria de cedir a les rodalies de 4-8 volts. Si no veieu resultats, aquí teniu alguns consells de resolució de problemes: 1) Comproveu totes les connexions de soldadura per assegurar-vos que tot estigui totalment soldat i connectat entre si. Per contra, assegureu-vos que les connexions que no haurien de tocar no estiguin juntes. 2) Assegureu-vos que tots els díodes estiguin apuntats en la direcció adequada tal com s’indica al diagrama del tauler imprès. 3) Comproveu que els cables del motor estiguin inserits correctament; el cable negre del motor no s'ha de col·locar a cap dels pins de la bobina 1 i 2.

Pas 11: multímetre visual

El multímetre visual integrat us permetrà veure quanta energia s’emmagatzema de les fonts d’energia alternatives sense haver d’utilitzar un multímetre.

Introduïu els díodes zener en la direcció adequada tal com es mostra al diagrama del tauler imprès i segons la clau tal com es mostra a la part inferior. Els números de la clau es correspondran amb els números impresos als díodes zener. Introduïu les resistències a les ranures amb els colors corresponents (en aquest cas la direcció no importa). Talleu una peça de filferro negre i desproveu-ne els dos extrems, inseriu-los al costat de les resistències com es mostra. A continuació, inseriu els tres LED en l'ordre que es mostra: verd, groc, vermell (taronja).

Pas 12: multímetre visual de soldadura

Gireu el tauler de prototipatge i soldeu el multímetre visual al lloc tal com s’indica. Consulteu l’esquema del tauler imprès al revers. Creueu els cables per mantenir-los al seu lloc i facilitar la soldadura. Eviteu les connexions fredes (d’aspecte mat). Assegureu-vos de mantenir separades les connexions que no haurien d’estar juntes, ja que aquesta zona està ben organitzada.

Pas 13: Prova del multímetre visual

Proveu el multímetre visual per assegurar-vos que funciona.

Col·loqueu els cables del motor pas a pas a la capçalera masculina. Gireu l’eix del motor pas a pas (generador) i vegeu que els LED s’encenen en conseqüència. El llum verd indica un voltatge de fins a ~ 5,6, el llum groc indica un voltatge de fins a ~ 6,8. Tots dos LED calculen el voltatge en funció de la seva brillantor. Per exemple, si la bateria manté 6,1 V, la llum verda serà brillant i la llum groga es difuminarà. El LED vermell (que es mostra en taronja aquí) només s’encendrà per sobre dels 9,2 volts. Per a aquesta aplicació, la bateria utilitzada és de 7,2 volts i 70 mA. Si el LED vermell s’encén, la bateria estarà a ple rendiment. No continueu carregant la bateria amb el LED vermell encès, ja que es pot sobrecarregar i funcionar malament. Si no veieu resultats, aquí teniu alguns consells de resolució de problemes: 1) Comproveu totes les connexions de soldadura per assegurar-vos que tot estigui totalment soldat i connectat entre si. Per contra, assegureu-vos que les connexions que no haurien de tocar no estiguin juntes. 2) Assegureu-vos que tots els díodes zener estiguin apuntats en la direcció adequada tal com s’indica al diagrama de la placa impresa. 3) Comproveu els números dels díodes zener per assegurar-vos que estiguin en l’ordre adequat tal com s’indica al diagrama de la placa impresa. * En aquesta imatge hem afegit un interruptor i hem connectat la bateria abans (i després les hem tret) per veure com funcionava. Això no és necessari, però és divertit.

Pas 14: commutador i terminal momentanis de soldadura

Tallar 2 llargs llargs de filferro vermell i dos llargs de filferro negre. Tireu els dos extrems de cada filferro. Emboliqueu un extrem d’un cable vermell i un extrem d’un cable negre als cables de l’interruptor momentani. Emboliqueu un extrem d’un fil vermell i un extrem d’un fil negre als cables del terminal. Soldeu els 4 cables als cables. L’interruptor momentani engegarà el multímetre visual i el terminal s’utilitzarà com a sortida per a la powerPlant personal.

Pas 15: soldar el panell solar

Tallar 2 llargs llargs de filferro, un de vermell i un de negre. Retireu els dos extrems de cada filferro amb els separadors de filferro. Soldeu l'extrem del fil negre al cable negatiu del panell solar (s'ha d'indicar al panell amb "-"). Soldeu un extrem del cable vermell al cable positiu del panell solar (s’ha d’indicar al panell amb "+").

Pas 16: Cas: Obertures

Utilitzeu la plantilla de casos proporcionada (que es pot descarregar al pas 1) per determinar i tallar els forats necessaris per als components. Hem utilitzat un tallador làser per puntuar els forats per obtenir una precisió (ja que a aquest tipus d’acrílic no li agrada tallar-lo al tallador làser), i després hem perforat els forats en conseqüència.

Pas 17: engranatges (opcional)

Aquest pas no és necessari, però és un bon complement al powerPlant personal. Els engranatges ajuden a una rotació més ràpida de l’eix del motor pas a pas, donant més potència.

Utilitzeu la plantilla d'engranatges proporcionada (descarregueu-la al pas 1) per tallar un engranatge petit i gran en una làmina de plexiglàs de 4 "x5" x1 / 8 ". Hem utilitzat un tallador làser, ja que és molt més precís. Atès que aquests engranatges són petits rodes dentades, no es recomana tallar a mà. Una alternativa a aquest conjunt d’engranatges és comprar engranatges ja fets.

Pas 18: Estoig: motor pas a pas i engranatge petit

Introduïu el motor pas a pas a la caixa tal com es mostra amb els cargols del motor cap a fora de la caixa. Col·loqueu els cargols a la caixa amb 2 cargols de cargol # 4. Col·loqueu una arandela número 10 a l’eix del motor que surt de la caixa i, a continuació, col·loqueu l’engranatge petit (opcional) a la part superior, tal com s’indica.

Pas 19: estoig: equip gran (opcional)

Introduïu el pal del cargol de fixació de 3/16 "x1" entre la caixa i l'engranatge gran al forat de la vora de l'engranatge gran, tal com es mostra. Inclou la visió al pal. Aquesta serà la maneta per girar l’engranatge.

A continuació, introduïu el pal d'un cargol de fixació de 3/16 "x1 / 4" a l'interior de la caixa i a través del forat tal com es mostra. Col·loqueu una arandela SAE núm. 10 al pal i col·loqueu l’engranatge gran a la part superior. Acabeu enrotllant el cargol al pal. Proveu l’engranatge amb la nansa per veure com funcionen sense problemes.

Pas 20: Cas: panell solar

Inseriu el panell solar dins de la caixa tal com es mostra amb el costat de la cel·la cap a l'exterior. Agafeu els pals de dos cargols d’aglutinant de 3/16 "x1 / 4" i feu lliscar una arandela SAE # 10 sobre cadascun. Col·loqueu els pals dins de la caixa i feu-los lliscar pels forats de cada costat del panell solar. Enrosqueu els cargols als seus respectius pals.

Pas 21: Cas: commutador i terminal

Introduïu l'interruptor i el terminal momentanis a les obertures tal com s'indica. Els cables han d’estar dins de la caixa.

Pas 22: estoig: placa de prototipatge i bateria

Col·loqueu la vostra placa de prototipatge amb els circuits acabats dins de la caixa tal com s’indica. Es pot utilitzar cinta d’escuma per assegurar el circuit a l’interior de la caixa un cop connectats els cables de la bateria, la cèl·lula solar, el motor pas a pas i el terminal de sortida. Assegureu-vos que no cinteu cap connexió soldada.

Col·loqueu la bateria a la part inferior de la caixa, al costat del motor pas a pas, tal com s’indica. Assegureu-lo amb cinta adhesiva d'escuma un cop els cables s'uneixen al circuit.

Pas 23: Terminal de sortida de soldadura

Agafeu els cables positius (vermell) i negatiu (negre) del terminal de sortida una inserció a la placa de prototipatge a les seves respectives ranures, tal com s’indica. Soldeu els cables al terminal de la bateria al revers.

Pas 24: interruptor de soldadura

Inseriu els cables del commutador a les ranures tal com s’indica (centre de la imatge). Tingueu en compte que la posició positiva i negativa no té importància per al canvi.

Assegureu-vos de soldar els cables tal com s’indica al diagrama del tauler imprès.

Pas 25: connecteu el panell solar

Afluixeu els cargols del terminal del panell solar. Introduïu cables del panell solar a les obertures del terminal amb una posició positiva i negativa tal com s’indica. Estrenyiu els cargols i comproveu que els cables estiguin ben subjectes.

Pas 26: connecteu la bateria NiMH

Afluixeu els cargols del terminal de la bateria de NiMH. Introduïu cables de la bateria de NiMH a les obertures del terminal amb una posició positiva i negativa tal com s’indica. Estrenyiu els cargols i comproveu que els cables estiguin ben subjectes.

Pas 27: acabat

Proveu el vostre powerPlant personal per veure com funciona.

Gireu la maneta durant una estona i, a continuació, premeu el botó de l'interruptor i observeu com el multímetre visual mostra la quantitat d'energia de la bateria. Configureu el vostre powerPlant al sol i controleu quanta energia recapta. A continuació, utilitzeu el vostre PowerPlant per alimentar dispositius. Hem alimentat el nostre mini arduino amb el PowerPlant, a veure què podeu alimentar! Modifiqueu el vostre powerPlant per adaptar-lo a les vostres necessitats. John O'Malley va canviar els engranatges d'una plataforma de la seva bicicleta (vegeu les imatges següents). Diverteix-te!