Cargador USB con alimentación de aliento: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Estas respirando ¿Tiene un dispositivo que se pueda cargar a través de un puerto USB? Bueno, si respondió que sí a ambos, entonces está de suerte. Este instructivo muestra cómo hacer un dispositivo que cargue sus dispositivos con capacidad USB mientras hace lo que hace mejor. Respirar. Usando algunas piezas extraídas de una vieja unidad de CD-ROM, un circuito electrónico simple y algunas bandas de goma, pronto estará resoplando y resoplando hasta llegar al nirvana de dispositivos electrónicos pseudo-útiles y completamente cargados.

Paso 1: Introducción y Paso 1

Este proyecto requiere una amplia gama de habilidades de "fabricante", como la fabricación de placas de PCB, desmantelamiento de componentes electrónicos, corte y perforación de plásticos, mezcla de epoxi, diseño de un tren de engranajes, ensamblaje de un montón de piezas, doblando clips de papel y arriesgando el pozo. siendo de su teléfono, cámara o PDA siempre tan caro. En general, muy divertido. Dado que todos tendrán una colección diferente de piezas basura para construir esto, solo les daré una descripción detallada de cómo lo hice y pueden aplicar estas divagaciones a su propio proyecto. Que consistirá, en términos generales, en cuatro pasos: 1. Busque algunas piezas adecuadas para el generador 2. Construya el circuito del cargador 3. Ensamble el generador, el acoplador de tórax y el retorno mecánico 4. Conecte el circuito del cargador y pruebe Paso 1: Tenía alrededor de cuatro unidades de CDROM viejas dando vueltas y desmonté algunas de ellas para ver qué partes interesantes había dentro. Resulta que hay muchos motores, engranajes y otras partes geniales en el interior que validan completamente mi insistencia de mantener esa basura por ahí. Ver los trenes de engranajes dentro de estas unidades que se utilizan para abrir la bandeja me dio la idea para este proyecto. El pequeño motor de bajo torque y altas RPM está conectado a la bandeja a través de un tren de engranajes que tiene una relación final de aproximadamente 20: 1. pero el recorrido lineal desde la expansión de su pecho no es tan grande (alrededor de una pulgada) por lo que para generar voltajes útiles, tuvo que soplar y soplar realmente. De todos modos, utilice esas unidades de CDROM, que puede encontrar en prácticamente cualquier venta de garaje, tienda de segunda mano o vertedero. La siguiente imagen muestra los resultados. Hay muchos proyectos potenciales allí. Por ahora, solo nos interesan los engranajes de plástico y los motores para abrir la bandeja y / o mover el carro láser. Examine los distintos engranajes y transmisiones e intente visualizar una forma de agregar engranajes adicionales para aumentar la relación de engranajes, o cómo agregar otro motor en serie. Quiere minimizar los cambios en el tren de engranajes. Alternativamente, puede simplemente buscar todos los engranajes y construir su caja de cambios desde cero. También necesitará al menos un motor con un pequeño engranaje o polea para poder conectarlo al tren de engranajes. Los motores de la unidad de CDROM suelen ser motores de CC de imanes permanentes simples diseñados para funcionar con 5 V, excepto el motor de husillo, que no desea usar de todos modos. En este punto, también debe pensar en lo que va a usar. para que una correa le rodee el pecho. Un cinturón viejo, unas correas, un cordón de zapato viejo, una correa de identificación o cualquier cosa que se ajuste cómodamente a su alrededor sin que se estire. Quieres que toda la expansión tenga lugar en tu generador lineal. Cualquier estiramiento que ocurra en su acoplador de tórax será energía desperdiciada.

Paso 2: construya el circuito del cargador

El circuito del cargador es bastante simple. Consiste en: 1. Un puente de diodos para convertir el voltaje de CA del generador en CC rectificado. Una batería recargable para nivelar el voltaje y retener el exceso de energía generada cuando no hay nada conectado al puerto USB. También podría usar un condensador grande, pero las baterías ofrecen un nivel de voltaje más predecible. Un convertidor de refuerzo para llevar el bajo voltaje hasta 5 VCC para carga USB 4. Un conector USB. He elaborado el circuito en EAGLE, un programa que recomiendo mucho. Puede descargarlo de forma gratuita desde cadsoft.de. Se adjunta el diseño del tablero esquemático y de una sola capa. El uso real de EAGLE y la fabricación de la tabla están más allá del alcance de este instructivo. Hay muchos instructivos excelentes para cubrir estos temas. Vea este, por ejemplo, sobre cómo hacer PCB en su cocina. Diodos de conmutación 1-ND4x 1N4148 (utilicé pequeños smds SOD523, pero puedes sustituir lo que tienes a mano) Digikey # 1N4148WTDICT-ND2x 10uF de cerámica u otros condensadores ESR bajos (usé 1206 smds) Digikey # 39901299-1-ND2x 100k delgado Resistencias de película Digikey # P100kFCT-ND1x Inductor bobinado de 10uH Digikey # 490-2519-1-ND1x Conector USB hembra tipo A smd Digikey # AE9924-ND A continuación puede ver el esquema y los archivos de placa, y los jpegs de ellos también. La parte difícil es hacer un buen PCB en su cocina que tenga trazas lo suficientemente pequeñas para el paquete TSSOP del L6920. Como puedes ver en la foto, hice 4 tablas a la vez ya que cada una es muy pequeña. El truco para armarlo es comenzar en el medio y salir, comenzar con el L6920 y agregar los discretos SMD a medida que avanza. Un par de pinzas es esencial, junto con una buena vista o una lupa, luz brillante y una mano firme. No se preocupe por recibir demasiada soldadura allí, use su mecha de soldadura para limpiar cualquier accidente y verifique su trabajo con un multímetro después de cada paso. La práctica hace la perfección.

Paso 3: construya el generador

Ahora necesitas hacer el generador. Debería jugar con los engranajes y motores hasta que obtenga una disposición satisfactoria. Querrá usar un multímetro en el motor mientras gira los engranajes para ver cuánto voltaje está recibiendo. Desea entrar en el rango de 2-3 voltios mientras mueve el engranaje lineal lentamente alrededor de una pulgada en el recorrido. Al configurar los engranajes, desea utilizar los que tienen un engranaje grande moldeado con un engranaje más pequeño. Apilados en serie, estos le darán una buena relación de transmisión como se muestra en el dibujo. (ignore el hecho de que los dientes son del tamaño incorrecto en el dibujo, fui demasiado perezoso para volver a dibujar con un paso de diente coincidente) Debería apuntar a algún lugar en el rango de 25-50: 1. Más es mejor, pero eventualmente las pérdidas en el tren de engranajes se acumulan y se vuelve demasiado difícil girar el motor y los engranajes se estropearán.

Una de las claves es encontrar una manera de usar los engranajes lineales en la bandeja del CD u otra pieza para convertir su movimiento de respiración en rotación del motor de CC. Incluí una foto de otra versión prototipo del generador de unidad de CD donde se puede ver claramente el engranaje de la bandeja lineal. También son visibles las marcas de corte en el plástico. Este prototipo también fue capaz de iluminar la matriz de LED que se muestra en la imagen. No tenga miedo de cortar esta cosa para satisfacer sus necesidades. En la otra foto, el motor de CC está montado en su lugar en el plástico del variador que canibalicé. Cerca de esto había un control deslizante lineal que usé para acoplar el movimiento de respiración al tren de engranajes. También agregué otro engranaje (ver foto) al tren de transmisión para aumentar la relación y permitir el montaje de otro motor en el futuro para aumentar la salida. El principal desafío es lograr que el esfuerzo respiratorio se traduzca en una rotación del motor de manera eficiente. También en la foto

Paso 4: Ponlo todo junto y pruébalo

Una vez que tenga una configuración satisfactoria del generador, entonces desea conectar el generador al circuito de carga, insertar la batería y usar su multímetro para probar el voltaje de salida en el puerto USB. Si no ve 5 V, entonces hay un problema. Arréglalo antes de enchufar tu costoso dispositivo al puerto USB. Abajo puedes ver mi generador USB alimentado por aliento ensamblado en todo su esplendor, arriba y abajo. Puede ver la banda de goma utilizada para el retorno, junto con el carro de engranaje lineal, la correa y el clip de papel que usé para conectar el engranaje lineal a la correa. La clave aquí es que todo el movimiento se transfiera al engranaje lineal, por lo que desea que la correa y el método de conexión sean rígidos sin ceder. La fuerza de la banda elástica o el retorno por resorte depende de usted. Mis experimentos a medias indican que puedes manejar una fuerza de 1N sin sentirte demasiado fatigado en tu respiración. Lo ideal es que desee una banda de goma tan pequeña como para devolver el engranaje lineal a la posición inicial cuando exhale. Si obtiene suficiente capacidad de generación, ya sea a través de una relación de transmisión alta, motores adicionales o un motor más grande, entonces necesitará un retorno de resorte más grande. Esencialmente, está almacenando energía mecánica durante su inhalación que se usa para encender el generador en la exhalación para que pueda generar tanto al empujar como al tirar. Necesita el puente de diodos para aprovechar con éxito, así que até esta monstruosidad y la conecté a mi confiable caja de adquisición de datos de DataQ. Se adjunta la salida del diagrama de voltaje del generador antes de la conversión ascendente al USB de 5V. Básicamente, la batería hace funcionar el convertidor elevador y el generador de respiración carga la batería. En la trama se puede ver el efecto nivelador de la batería, con los picos de voltaje cuando respiraba. En realidad me estaba acercando a la hiperventilación, pero en nombre de la ciencia. Los resultados se pueden ver en la foto del teléfono cargando. Una cosa a mencionar es que tuve que modificar un cable USB para que el RAZR se cargara como se detalla en este sitio web. No tengo cifras sólidas sobre la energía que estaba generando, todavía no he encontrado una buena manera de medir eso. El metabolismo en reposo típico es del orden de 50-75 W, de los cuales una parte sustancial se debe a la respiración. esfuerzo (he visto al norte del 50%). Entonces, si asumimos que se usan 25W de energía continua para respirar, parece razonable que podamos aumentar ese 4% para recolectar 1W para cargar un teléfono celular. Según mi teléfono celular, y estas suposiciones, tomaría aproximadamente 3 horas cargar la batería de 3.7V 800mAh. Suponiendo una eficiencia del 100%. Lamentablemente, según las pocas mediciones que pude hacer, el generador de respiración que construí produce más de 50 mW. Manera de respirar sin aliento. Cargaría el teléfono, pero la batería de NiMH haría la mayor parte del trabajo hasta que se agotara. Entonces tendrías que respirar durante un día más o menos para recargar la batería de NiMH. Planeabas hacerlo de todos modos, ¿verdad? Por tanto, hay margen de mejora. Un área que estoy investigando es el uso de nanotubos de carbono y poliuretano para hacer un generador de polímero electroactivo. Este es el tipo de tecnología que se está utilizando para fabricar generadores de impacto de arranque para el ejército. Las mejoras futuras podrían llevar este dispositivo al rango de 1W. Específicamente, usar un mejor motor de CC (voltaje más alto por revoluciones) y personalizar el tren de transmisión para que sea más cómodo y se acople mejor al movimiento respiratorio. He estado trabajando en este tipo de dispositivos en mi cocina / taller durante un tiempo y me gustaría que todo esto fuera público para que otros puedan participar. No dude en ponerse en contacto conmigo si tiene preguntas o para conversar. Como dijo el bardo, "y la domesticación del perro continuó sin cesar".