Chargeur USB alimenté par souffle : 4 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:10

Respirez-vous ? Avez-vous un gadget qui peut être chargé via un port USB ? Eh bien, si vous avez répondu oui aux deux, alors vous avez de la chance. Cette instructable montre comment faire un appareil qui chargera vos appareils compatibles USB pendant que vous faites ce que vous faites le mieux. Respirer. En utilisant des pièces récupérées d'un vieux lecteur de CD-ROM, un simple circuit électronique et quelques élastiques, vous vous frayerez bientôt un chemin jusqu'au nirvana de gadget électronique pseudo-utile entièrement chargé.

Étape 1: Introduction et Étape 1

Ce projet nécessite un large éventail de compétences de "fabricant", telles que la fabrication de cartes de circuits imprimés, le démontage de l'électronique, la découpe et le perçage des plastiques, le mélange de l'époxy, la conception d'un train d'engrenages, l'assemblage d'un tas de pièces, le pliage de trombones et le risque du puits être de votre téléphone, appareil photo ou PDA toujours aussi cher. Dans l'ensemble, bon amusement. Étant donné que tout le monde aura une collection différente de pièces indésirables à partir de laquelle construire cela, je vais juste vous donner un aperçu détaillé de la façon dont je m'y suis pris et vous pouvez appliquer ces divagations à votre propre projet. Qui consistera vaguement en quatre étapes.1. Ramassez quelques pièces appropriées pour le générateur2. Construisez le circuit du chargeur3. Assemblez le générateur, le coupleur thorax et le retour mécanique4. Connectez le circuit du chargeur et testez l'étape 1: j'avais environ quatre vieux lecteurs de CD-ROM qui traînaient et j'en ai démonté quelques-uns pour voir quelles étaient les pièces intéressantes à l'intérieur. Il s'avère qu'il y a beaucoup de moteurs, d'engrenages et d'autres pièces cool à l'intérieur qui valident pleinement mon insistance à garder une telle merde autour. Voir les trains d'engrenages à l'intérieur de ces unités utilisées pour ouvrir le plateau m'a donné l'idée de ce projet. Le petit moteur à faible couple et à haut régime est lié au plateau via un train d'engrenages qui a un rapport final d'environ 20:1 Auparavant, j'utilisais un réseau parallèle de minuscules moteurs de téléavertisseur pour générer de l'électricité à partir de la respiration (voir ci-dessous) mais le déplacement linéaire de votre expansion thoracique n'est pas si grand (environ un pouce), donc afin de générer des tensions utiles, vous deviez vraiment souffler et souffler. Quoi qu'il en soit, déchirez ces lecteurs de CD-ROM, que vous pouvez trouver dans à peu près n'importe quelle vente de garage, friperie ou décharge. La photo ci-dessous montre les résultats. Beaucoup de projets potentiels là-dedans. Pour l'instant, nous ne nous intéressons qu'aux engrenages en plastique et aux moteurs d'ouverture du plateau et/ou de déplacement du chariot laser. Examinez les différents engrenages et entraînements et essayez de visualiser un moyen d'ajouter des engrenages supplémentaires pour augmenter le rapport de démultiplication, ou comment ajouter un autre moteur en série. Vous souhaitez minimiser les modifications apportées au train d'engrenages. Alternativement, vous pouvez simplement récupérer tous les engrenages et construire votre boîte de vitesses à partir de zéro. Vous aurez également besoin d'au moins un moteur avec un petit engrenage ou une petite poulie pour pouvoir le connecter au train d'engrenages. Les moteurs du lecteur de CD-ROM sont généralement de simples moteurs à courant continu à aimants permanents conçus pour fonctionner sur 5 V, à l'exception du moteur à broche, que vous ne souhaitez pas utiliser de toute façon. À ce stade, vous devez également réfléchir à ce que vous allez utiliser. pour qu'une sangle fasse le tour de votre poitrine. Une vieille ceinture, de la sangle, un vieux lacet, une sangle pour badge nominatif ou tout ce qui s'adaptera confortablement autour de vous sans aucun étirement. Vous voulez que toute l'expansion ait lieu dans votre générateur linéaire. Tout étirement qui se produit dans votre coupleur thoracique sera un gaspillage d'énergie.

Étape 2: Construire le circuit du chargeur

Le circuit du chargeur est assez simple. Il se compose de:1. Un pont de diodes pour transformer la tension alternative du générateur en DC.2 redressé. Une batterie rechargeable pour niveler la tension et maintenir l'excès de puissance générée lorsque rien n'est connecté au port USB. Vous pouvez également utiliser un gros condensateur, mais les batteries offrent un niveau de tension plus prévisible.3. Un convertisseur boost pour amener la basse tension jusqu'à 5VDC pour le chargement USB4. Une prise USB. J'ai tracé le circuit dans EAGLE, un programme que je recommande vivement. Vous pouvez le télécharger gratuitement sur cadsoft.de. Le schéma et la disposition de la carte à une seule couche sont joints. L'utilisation réelle d'EAGLE et la fabrication de la planche dépassent le cadre de cette instructable. De nombreux excellents instructables sont disponibles pour couvrir ces sujets. Voir celui-ci par exemple, sur la façon de fabriquer des PCB dans votre cuisine. La liste des pièces pour le circuit du chargeur (quantités en gras):1x L6920 Convertisseur DC élévateur de sortie réglable (entrée minimum 1V, Fiche technique ici)Digikey# 497-4593- 1-ND4x 1N4148 diodes de commutation (j'ai utilisé de minuscules SOD523 smds, mais vous pouvez utiliser ce que vous avez sous la main)Digikey# 1N4148WTDICT-ND2x 10uF céramique ou d'autres condensateurs à faible ESR (j'ai utilisé 1206 smds)Digikey# 39901299-1-ND2x 100k d'épaisseur résistances à filmDigikey# P100kFCT-ND1x 10uH inductance filaireDigikey# 490-2519-1-ND1x connecteur USB femelle type A smdDigikey# AE9924-ND Ci-dessous, vous pouvez voir les fichiers de schéma et de carte, ainsi que leurs jpegs. La partie difficile est de faire un bon PCB dans votre cuisine qui a des traces suffisamment petites pour le package TSSOP du L6920. Comme vous pouvez le voir sur la photo, j'ai fait 4 planches à la fois car chacune est si petite. L'astuce pour l'assembler est de commencer au milieu et de sortir, de commencer par le L6920 et d'ajouter les discrets SMD au fur et à mesure. Une pince à épiler est indispensable, de bons yeux ou une loupe, une lumière vive et une main ferme. Ne vous inquiétez pas si vous y mettez trop de soudure, utilisez votre mèche à souder pour nettoyer tout accident et vérifiez votre travail avec un multimètre après chaque étape. C'est en forgeant qu'on devient forgeron.

Étape 3: Construire le générateur

Maintenant, vous devez faire le générateur. Vous devriez jouer avec les engrenages et les moteurs jusqu'à ce que vous obteniez un arrangement satisfaisant. Vous voudrez utiliser un multimètre sur le moteur tout en tournant les engrenages pour voir la tension que vous obtenez. Vous voulez entrer dans la plage de 2-3 volts tout en déplaçant lentement l'engrenage linéaire d'environ un pouce de course. Lors de la configuration des engrenages, vous souhaitez utiliser ceux qui ont un grand engrenage moulé avec un engrenage plus petit. Empilés en série, ils vous donneront un bon rapport de démultiplication, comme indiqué sur le dessin. (ignorez le fait que les dents ne sont pas de la bonne taille sur le dessin, j'étais trop paresseux pour redessiner avec un pas de dent correspondant) Vous devriez viser quelque part dans la plage 25-50:1. Plus c'est mieux, mais finalement les pertes dans le train d'engrenages s'accumulent et il devient trop difficile de faire tourner le moteur et les engrenages se dénudent.

L'une des clés est de trouver un moyen d'utiliser les engrenages linéaires du plateau de CD ou d'une autre pièce pour transformer votre mouvement de respiration en rotation du moteur à courant continu. J'ai inclus une photo d'une autre version prototype du générateur de lecteur de CD où vous pouvez voir clairement l'engrenage du plateau linéaire. Les marques de coupe dans le plastique sont également visibles. Ce prototype était également capable d'éclairer la matrice LED illustrée. N'ayez pas peur de découper cette chose en fonction de vos besoins. Dans l'autre photo, le moteur à courant continu est monté en place dans le plastique du lecteur que j'ai cannibalisé. Près de cela se trouvait un curseur linéaire que j'ai utilisé pour coupler le mouvement de respiration au train d'engrenages. J'ai également ajouté un autre engrenage (voir photo) à la transmission afin d'augmenter le rapport et de permettre le montage d'un autre moteur à l'avenir pour augmenter la puissance. Le principal défi est de traduire efficacement l'effort respiratoire en rotation du moteur de manière efficace. Également sur la photo

Étape 4: assemblez le tout et testez-le

Une fois que vous avez une configuration de générateur satisfaisante, vous souhaitez connecter le générateur au circuit de charge, insérer la batterie et utiliser votre multimètre pour tester la tension de sortie sur le port USB. Si vous ne voyez pas 5V, il y a un problème. Réparez-le avant de brancher votre gadget coûteux sur le port USB. Ci-dessous, vous pouvez voir mon générateur USB alimenté par souffle assemblé dans toute sa splendeur, en haut et en bas. Vous pouvez voir l'élastique utilisé pour le retour, ainsi que le chariot à engrenage linéaire, la sangle et le trombone que j'ai utilisé pour connecter l'engrenage linéaire à la sangle. La clé ici est que tous les mouvements soient transférés à l'engrenage linéaire afin que vous souhaitiez que la sangle et la méthode de connexion soient rigides sans céder. La force de l'élastique ou du ressort de rappel dépend de vous. Mes expériences insensées indiquent que vous pouvez à peu près gérer une force de 1N sans vous sentir trop laborieux dans votre respiration. Idéalement, vous voulez un élastique aussi petit qu'il ramènera l'engrenage linéaire à la position de départ lorsque vous expirez. Si vous obtenez une capacité de production suffisante, que ce soit grâce à un rapport de transmission élevé, des moteurs supplémentaires ou un moteur plus gros, vous aurez besoin d'un ressort de rappel plus important. Essentiellement, vous stockez de l'énergie mécanique pendant votre inspiration qui est utilisée pour activer le générateur sur l'expiration afin que vous puissiez générer à la fois en poussant et en tirant. Vous avez besoin du pont de diodes pour en profiter avec succès. J'ai donc attaché cette monstruosité et l'ai connectée à ma fidèle boîte d'acquisition de données de DataQ. Ci-joint la sortie du tracé de tension du générateur avant la conversion accélérée vers l'USB 5V. Fondamentalement, la batterie fait fonctionner le convertisseur élévateur et le générateur de souffle charge la batterie. Dans l'intrigue, vous pouvez voir l'effet de nivellement de la batterie, avec les pics de tension lorsque je respirais. En fait, j'approchais de l'hyperventilation, mais au nom de la science. Les résultats sont visibles sur la photo du téléphone en charge. Une chose à mentionner est que j'ai dû modifier un câble USB pour que le RAZR se charge comme indiqué sur ce site Web. Je n'ai pas de chiffres solides sur la puissance que je produisais, je n'ai pas encore trouvé de bon moyen de la mesurer. Le métabolisme au repos typique est de l'ordre de 50-75W dont une partie substantielle est due à la respiration effort (j'ai vu au nord de 50%). Donc, si nous supposons une énergie continue de 25 W utilisée pour la respiration, il semble raisonnable que nous puissions augmenter ces 4% pour récolter 1 W pour charger un téléphone portable. Sur la base de mon téléphone portable et de ces hypothèses, il faudrait environ 3 heures pour charger la batterie 3,7 V 800 mAh. En supposant une efficacité de 100%. Malheureusement, sur la base des quelques mesures que j'ai pu faire, le générateur respiratoire que j'ai construit produit plutôt 50mW. Manière de respirer sans souffle. Cela chargerait le téléphone, mais la batterie NiMH ferait l'essentiel du travail jusqu'à ce qu'elle soit vide. Ensuite, vous auriez à respirer pendant une journée ou deux pour recharger la batterie NiMH. Vous aviez prévu de le faire de toute façon, n'est-ce pas ? Il y a donc place à amélioration. Un domaine dans lequel je me penche est l'utilisation de nanotubes de carbone et de polyuréthane pour fabriquer un générateur de polymère électroactif. C'est le type de technologie qui est utilisé pour fabriquer des générateurs d'amorçage pour l'armée. Des améliorations futures pourraient porter cet appareil dans la gamme 1W. Plus précisément, en utilisant un meilleur moteur à courant continu (tension plus élevée par tour) et en construisant sur mesure la transmission pour qu'elle soit plus confortable et mieux couplée au mouvement respiratoire. Je travaille sur ce type d'appareils dans ma cuisine/atelier depuis un certain temps et j'aimerais rendre tout cela public afin que d'autres puissent s'y joindre. N'hésitez pas à me contacter pour des questions ou pour une discussion. Comme l'a dit le barde, "et la domestication du chien s'est poursuivie sans relâche".