Personal PowerPlant - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Das Personal powerPlant ist ein tragbares Gerät, das Strom über eine Solarzelle und einen Handkurbelgenerator in eine NiMH-Batterie einspeist. Das Gerät enthält auch ein visuelles Multimeter, das die gespeicherte Energiemenge überwacht. Der persönliche powerPlant kann verwendet werden, um Anwendungen bis zu 8V bei 70 mA zu versorgen. Entworfen von: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell mit Mike Dory @ Eyebeam für den Alternative Energy Workshop 23.06.07eyebeam********

Schritt 1: Materialien

Elektronik für den powerPlant-Schaltkreis1 - Schrittmotor (Japan Servo KP4M4-029 12VDC)1 - Solarpanel (8V)1 - NiMH-Akku (7,2V, 70 mA)8 - 1N4001 Dioden3 - Klemmen1 - 5-poliger Stiftleiste18 oder 20-Gauge-Volldraht (rot, schwarz, blau, grün)Für das visuelle Multimeter1 - Rote LED, 1,5V1 - Gelbe LED, 1,5V1 - Grüne LED, 1,5V1 - 100 Ohm Widerstand1 - 150 Ohm Widerstand1 - 1N4730 (3,9V) Zenerdiode1 - 1N4733 (5,1V) Zenerdiode1 - 1N4737 (7,5V) Zenerdiode1 - Taster Hardware 1 - 2,5"x1,75" PCB Prototyping Board1 - Leiterplattendiagramm (PDF unten herunterladen)Schaltplan als Referenz (PDF unten herunterladen) Teilekoffer-Vorlage (Download dwg/pdf unten)1 - 3,5"x3,5"x4,5" Acrylbox1 - 3/16"x1" Binding Post mit Schraube3 - 3/16"x1/4" Binding Post mit Schraube3 - #10 SAE Unterlegscheibe2 - #4 MaschinenschraubenbolzenGetriebeschablone (optional, dwg/pdf unten herunterladen)1 - 4"x5"x1/8"-Plexiglas für Getriebe (optional) Ausrüstung LötkolbenLotMultimeterAbisolierzangeSchraubendreher (Phillips und Flathea.) d)Exacto Knife and BladeOrte, um Zubehör zu finden:Home DepotRadio ShackContainer StoreElektronik GoldmineSolarboticsJameco Electronics

Schritt 2: Leiterplattendiagramm

Drucken Sie eine Kopie des Leiterplattendiagramms aus und schneiden Sie es aus. Legen Sie das Diagramm auf die Seite des PCB-Prototyping-Boards ohne Kupferlötringe. Das Diagramm zeigt Ihnen, wie Sie Ihre Komponenten auf einer Seite platzieren und auf der anderen Seite werden Sie Ihre Komponenten auf die Prototyping-Platine löten.

Schritt 3: Gleichrichter der Spule 1

Setzen Sie 4 der 1N4001-Dioden wie unten gezeigt ein. Die Dioden müssen in der auf dem Leiterplattendiagramm angegebenen Richtung eingesetzt werden; andernfalls funktionieren sie nicht richtig. Indem Sie die 4 Dioden wie angegeben platzieren, richten Sie die Spule 1 gleich (Drehstrom von 2 Phasen des 4-Phasen-Schrittmotors von Wechselstrom auf Gleichstrom).

Schritt 4: Gleichrichter der Spule 2

Setzen Sie weitere 4 1N4001-Dioden ein, wie unten gezeigt. Indem Sie diese 4 Dioden wie angegeben platzieren, richten Sie die Spule 2 gleich (Strom aus 2 Phasen eines 4-Phasen-Schrittmotors von Wechselstrom auf Gleichstrom drehen).

Schritt 5: Coil 1 & 2 Drähte und Header

Schneiden Sie mit den Abisolierzangen zwei Stücke blauen Draht und zwei Stücke grünen Draht ab. Streifen Sie jedes Ende jedes Drahtstücks ab. Führen Sie den Draht wie abgebildet ein.

Stecken Sie die 5-polige Stiftleiste wie angegeben mit der kurzen Seite der Stifte nach unten in die Prototyping-Platine. Hier wird der Motor an die Schaltung angeschlossen.

Schritt 6: Löten

Drehen Sie die Platine um und beginnen Sie, die Anschlüsse wie auf dem Leiterplattendiagramm gezeigt mit Ihrem Lötkolben zu löten und zu löten. Das Löten ist einfacher, wenn die Drähte vorher gekreuzt werden. Achten Sie darauf, die Verbindungen mit einer guten Menge Lötmittel zu verbinden. Vermeiden Sie kalte Verbindungen (wenn Lot matt erscheint).

Schritt 7: Schrittmotor (Generator) Schaltung fertig stellen

Wenn Sie mit dem Löten des Schrittmotors (Generators) fertig sind, sollte die Rückseite Ihres Prototyping-Boards wie abgebildet aussehen.

Schritt 8: Anschlüsse

Setzen Sie 2 Klemmen ein, eine an jedem Ende der Prototyping-Platine in der gezeigten Richtung. Wenn die Perforationen zu klein sind, verwenden Sie Ihr Exacto Knife, um das Loch zu vergrößern. Schneiden Sie zwei 3-Zoll-Drahtlängen (beliebige Farbe) ab und verwenden Sie Abisolierzangen, um die Drähte vollständig abzuisolieren. Diese Drähte verlaufen auf der gegenüberliegenden Seite der Prototyping-Platine (mit Kupferlötringen), von der positiven zur positiven Seite jedes Anschlusses und von der negativen zu Minusseite jedes Anschlusses. Der Anschluss auf der linken Seite wird verwendet, um Drähte für die Batterie einzugeben. Der Anschluss auf der rechten Seite wird verwendet, um Drähte für das Solarpanel einzugeben.

Schritt 9: Lötanschlüsse

Drehen Sie das Prototyping-Board um. Führen Sie die abisolierten Drähte wie angegeben in die Löcher ein (siehe durchgehendes Leiterplattendiagramm auf der anderen Seite). Drähte können eingefädelt und dann wieder herausgeführt werden, um so nah wie möglich an die Klemme zu kommen und wie gezeigt an Ort und Stelle zu halten. Löten Sie die beiden Nord- und zwei Südknoten der Gleichrichter für Spule 1 und 2 an die offenen Drähte, die von Klemme zu Klemme verlaufen. Dadurch werden die Gleichrichter mit den Klemmen verbunden, um den Stromkreis für den Schrittmotor (Generator) zu vervollständigen. Achten Sie darauf, die offenen Drähte von den anderen Anschlüssen fernzuhalten.

Schritt 10: Testen

Jetzt können Sie die Schaltung mit dem Schrittmotor testen, um sicherzustellen, dass alle Ihre Verbindungen richtig gelötet sind und alle Komponenten richtig platziert sind.

Stecken Sie die Kabel des Schrittmotors auf den 5-poligen Stecker. Das schwarze Kabel des Schrittmotors sollte auf den Stift gelegt werden, der nicht mit Coil 1 oder Coil 2 beschriftet ist. Verwenden Sie Ihr Multimeter (auf Gleichspannung eingestellt), um die Spannung zu messen, die der Generator erzeugt, wenn Sie die Welle drehen. Setzen Sie die positive (rote) Sonde des Multimeters auf die positive Schraube einer der beiden Klemmen und die negative (schwarze) Sonde auf die negative Schraube derselben Klemme. Das Drehen der Welle von Hand sollte in der Nähe von 4-8 Volt nachgeben. Wenn Sie keine Ergebnisse sehen, finden Sie hier einige Tipps zur Fehlerbehebung: 1) Überprüfen Sie alle Lötverbindungen, um sicherzustellen, dass alles vollständig gelötet und miteinander verbunden ist. Stellen Sie umgekehrt sicher, dass Verbindungen, die sich nicht berühren sollten, nicht zusammen sind. 2) Stellen Sie sicher, dass alle Dioden in die richtige Richtung zeigen, wie auf dem Leiterplattendiagramm angegeben. 3) Überprüfen Sie, ob die Kabel des Motors richtig eingesteckt sind - das schwarze Kabel vom Motor sollte nicht auf einen der Pins von Spule 1 und 2 gelegt werden.

Schritt 11: Visuelles Multimeter

Mit dem integrierten visuellen Multimeter können Sie sehen, wie viel Energie von den alternativen Energiequellen gespeichert wird, ohne ein Multimeter verwenden zu müssen.

Setzen Sie die Zenerdioden in der richtigen Richtung ein, wie auf dem Platinendiagramm gezeigt, und gemäß dem Schlüssel wie auf der Unterseite gezeigt. Die Zahlen im Schlüssel entsprechen den auf den Zenerdioden aufgedruckten Zahlen. Setzen Sie die Widerstände in die Schlitze mit den entsprechenden Farben ein (in diesem Fall spielt die Richtung keine Rolle). Schneiden Sie ein Stück schwarzen Draht ab und streifen Sie beide Enden ab, fügen Sie sie wie abgebildet neben den Widerständen ein. Als nächstes fügen Sie die drei LEDs in der angezeigten Reihenfolge ein: grün, gelb, rot (orange).

Schritt 12: Visuelles Multimeter löten

Drehen Sie die Prototyping-Platine um und verlöten Sie das visuelle Multimeter wie angegeben. Siehe Leiterplattendiagramm auf der Rückseite. Kreuzen Sie die Drähte, um sie an Ort und Stelle zu halten und das Löten zu erleichtern. Vermeiden Sie kalte (mattes Aussehen) Verbindungen. Achten Sie darauf, Verbindungen getrennt zu halten, die nicht zusammen sein sollten, da dieser Bereich eng organisiert ist.

Schritt 13: Testen des visuellen Multimeters

Testen Sie das visuelle Multimeter, um sicherzustellen, dass es funktioniert.

Legen Sie die Anschlüsse des Schrittmotors auf den Stecker. Drehen Sie die Welle des Schrittmotors (Generator) und sehen Sie, wie die LEDs entsprechend leuchten. Das grüne Licht zeigt eine Spannung von bis zu ~5,6 an, das gelbe Licht zeigt eine Spannung von bis zu ~6,8 an. Beide LEDs messen die Spannung in Abhängigkeit von ihrer Helligkeit. Wenn die Batterie beispielsweise 6,1 V hält, leuchtet das grüne Licht hell und das gelbe Licht ist schwach. Die rote (hier orange dargestellte) LED leuchtet nur über ~9,2 Volt. Für diese Anwendung wird eine Batterie mit 7,2 Volt und 70 mA verwendet. Leuchtet die rote LED, ist der Akku voll aufgeladen. Laden Sie den Akku nicht weiter auf, während die rote LED leuchtet, da er sonst überladen und zu Fehlfunktionen führen kann. Wenn Sie keine Ergebnisse sehen, finden Sie hier einige Tipps zur Fehlerbehebung: 1) Überprüfen Sie alle Lötverbindungen, um sicherzustellen, dass alles vollständig gelötet und miteinander verbunden ist. Stellen Sie umgekehrt sicher, dass Verbindungen, die sich nicht berühren sollten, nicht zusammen sind. 2) Stellen Sie sicher, dass alle Zenerdioden in die richtige Richtung zeigen, wie auf dem Leiterplattendiagramm angegeben. 3)Überprüfen Sie die Nummern auf den Zenerdioden, um sicherzustellen, dass sie in der richtigen Reihenfolge sind, wie auf dem Platinendiagramm angegeben. *In diesem Bild haben wir einen Schalter hinzugefügt und die Batterie frühzeitig angebracht (und dann entfernt), um zu sehen, wie es funktioniert. Das ist nicht nötig, macht aber Spaß.

Schritt 14: Löten Sie momentanen Schalter und Anschluss

Schneiden Sie 2 lange Längen rotes Kabel und zwei lange Längen schwarzes Kabel ab. Beide Enden jedes Drahtes abisolieren. Wickeln Sie ein Ende eines roten Kabels und ein Ende eines schwarzen Kabels auf die Leitungen des Tasters. Wickeln Sie ein Ende eines roten Kabels und ein Ende eines schwarzen Kabels auf die Kabel der Klemme. Löten Sie die 4 Drähte an die Leitungen. Der Taster schaltet das visuelle Multimeter ein und das Terminal wird als Ausgang für das persönliche powerPlant verwendet.

Schritt 15: Sonnenkollektor löten

Schneiden Sie 2 lange Drahtstücke ab, ein rotes und ein schwarzes. Beide Enden jedes Drahtes mit den Abisolierzangen abisolieren. Löten Sie das eine Ende des schwarzen Kabels an die Minusleitung des Solarpanels (sollte auf dem Panel mit "-" gekennzeichnet sein). Löten Sie ein Ende des roten Kabels an den Pluspol des Solarpanels (sollte auf dem Panel mit "+" gekennzeichnet sein).

Schritt 16: Fall: Öffnungen

Verwenden Sie die mitgelieferte Fallschablone (herunterladbar in Schritt 1), um die erforderlichen Löcher für die Komponenten zu bestimmen und zu schneiden. Wir haben einen Laserschneider verwendet, um die Löcher auf Genauigkeit zu ritzen (da diese Art von Acryl nicht gerne auf dem Laserschneider geschnitten wird) und dann die Löcher entsprechend gebohrt.

Schritt 17: Zahnräder (optional)

Dieser Schritt ist nicht notwendig, aber eine schöne Ergänzung zum persönlichen powerPlant. Die Zahnräder unterstützen eine schnellere Drehung der Schrittmotorwelle, wodurch mehr Leistung erzielt wird.

Verwenden Sie die mitgelieferte Zahnradvorlage (Download in Schritt 1), um ein kleines und großes Zahnrad in eine 4 "x 5" x 1/8" große Plexiglasplatte zu schneiden. Wir haben einen Laserschneider verwendet, da dies viel genauer ist. Da diese Zahnräder klein sind Zahnräder empfehlen wir nicht, von Hand zu schneiden. Alternativ zu diesem Zahnradsatz können Sie fertige Zahnräder kaufen.

Schritt 18: Fall: Schrittmotor und kleines Getriebe

Setzen Sie den Schrittmotor wie abgebildet in das Gehäuse ein, wobei die Schrauben des Motors aus dem Karton zeigen. Befestigen Sie die Schrauben mit 2 Maschinenschrauben Nr. 4 am Gehäuse. Legen Sie eine Unterlegscheibe Nr. 10 auf die Welle des Motors, die aus der Box kommt, und legen Sie dann das kleine Zahnrad (optional) wie angegeben darauf.

Schritt 19: Fall: Großes Zahnrad (optional)

Stecken Sie den Stift der 3/16"x1" Bindungsschraube zwischen dem Gehäuse und dem großen Zahnrad in das Loch an der Kante des großen Zahnrads, wie gezeigt. Wickeln Sie die Schraube in den Pfosten. Dies ist der Griff zum Drehen des Zahnrads.

Stecken Sie dann den Pfosten einer 3/16 "x 1/4" Bindungsschraube in die Box und durch das Loch wie gezeigt. Legen Sie eine #10 SAE-Unterlegscheibe auf den Pfosten und legen Sie dann das große Zahnrad darauf. Zum Schluss die Schraube in den Pfosten schrauben. Testen Sie das Getriebe mit dem Griff, um zu sehen, wie leicht es läuft!

Schritt 20: Fall: Solarpanel

Setzen Sie das Solarpanel wie abgebildet mit der Zellenseite nach außen in die Box ein. Nehmen Sie die Pfosten von zwei 3/16 "x 1/4" Binderschrauben und schieben Sie jeweils eine #10 SAE-Unterlegscheibe auf. Setzen Sie die Pfosten in das Gehäuse ein und schieben Sie sie durch die Löcher auf beiden Seiten des Solarpanels. Wickeln Sie die Schrauben in ihre jeweiligen Pfosten.

Schritt 21: Fall: Schalter und Terminal

Stecken Sie den Taster und die Klemme wie angegeben in die Öffnungen. Die Leitungen sollten sich im Gehäuse befinden.

Schritt 22: Fall: Prototyping Board und Batterie

Platzieren Sie Ihre Prototyping-Platine mit fertiger Schaltung wie angegeben in der Box. Schaumklebeband kann verwendet werden, um den Schaltkreis an der Innenseite des Gehäuses zu befestigen, sobald die Kabel von Batterie, Solarzelle, Schrittmotor und Ausgangsanschluss angebracht sind. Achten Sie darauf, keine Lötverbindungen zu überkleben.

Legen Sie die Batterie wie angegeben auf die Unterseite des Gehäuses neben den Schrittmotor. Sichern Sie mit Schaumstoffband, sobald die Leitungen am Stromkreis befestigt sind.

Schritt 23: Lötausgangsklemme

Nehmen Sie die positiven (roten) und negativen (schwarzen) Leitungen des Ausgangsanschlusses und stecken Sie sie wie angegeben in die entsprechenden Steckplätze in die Prototyping-Platine. Löten Sie die Kabel an die Batterieklemme auf der Rückseite.

Schritt 24: Lötschalter

Führen Sie die Kabel vom Schalter wie angegeben in die Schlitze ein (Bildmitte). Beachten Sie, dass die positive und negative Platzierung für den Schalter keine Rolle spielt.

Achten Sie darauf, die Leitungen wie auf dem Platinendiagramm angegeben zu verlöten.

Schritt 25: Sonnenkollektor anbringen

Lösen Sie die Schrauben an der Klemme für das Solarpanel. Führen Sie die Kabel vom Solarpanel in die Öffnungen des Terminals mit positiver und negativer Platzierung wie angegeben ein. Ziehen Sie die Schrauben fest und prüfen Sie, ob die Kabel sicher gehalten werden.

Schritt 26: NiMH-Akku anbringen

Lösen Sie die Schrauben am Anschluss für den NiMH-Akku. Führen Sie die Kabel der NiMH-Batterie in die Öffnungen des Anschlusses mit positiver und negativer Platzierung wie angegeben ein. Ziehen Sie die Schrauben fest und prüfen Sie, ob die Kabel sicher gehalten sind.

Schritt 27: Fertig

Testen Sie Ihre persönliche powerPlant, um zu sehen, wie es funktioniert!

Drehen Sie die Handkurbel eine Weile, drücken Sie dann den Knopf am Schalter und beobachten Sie, wie das visuelle Multimeter die Batterieleistung anzeigt. Stellen Sie Ihre powerPlant in die Sonne und überwachen Sie, wie viel Energie sie sammelt. Dann verwenden Sie Ihren powerPlant, um Geräte mit Strom zu versorgen. Wir haben unser Mini-Arduino mit dem PowerPlant betrieben, sehen Sie, was Sie antreiben können! Passen Sie Ihre powerPlant an Ihre Bedürfnisse an. John O'Malley wechselte die Gänge für ein Rig an seinem Fahrrad (siehe Bilder unten). Spaß haben!