Persoonlijke PowerPlant: 27 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

De persoonlijke powerPlant is een draagbaar apparaat dat elektriciteit via een zonnecel en een handslingergenerator omzet in een NiMH-batterij. Het apparaat bevat ook een visuele multimeter die de hoeveelheid opgeslagen energie bewaakt. De persoonlijke powerPlant kan worden gebruikt voor het voeden van toepassingen tot 8V bij 70 mA. Ontworpen door: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell met Mike Dory @ Eyebeam voor de Alternative Energy Workshop 06.23.07eyebeam********

Stap 1: Materialen

Elektronica Voor het powerPlant circuit1 - Stappenmotor (Japan Servo KP4M4-029 12VDC)1 - Zonnepaneel (8V)1 - NiMH-batterij (7,2V, 70 mA)8 - 1N4001 Diodes3 - Klemmen1 - 5-pins mannelijke header18 of 20 gauge massieve draad (rood, zwart, blauw, groen)Voor de visuele multimeter1 - Rode LED, 1.5V1 - Gele LED, 1.5 V1 - Groene LED, 1.5 V1 - 100 Ohm weerstand1 - 150 Ohm weerstand1 - 1N4730 (3,9V) zenerdiode1 - 1N4733 (5.1V) zenerdiode1 - 1N4737 (7.5V) zenerdiode1 - momentschakelaar Hardware 1 - 2.5"x1.75" PCB-prototypingbord1 - Printed Board Diagram (download pdf hieronder) Schematisch schakelschema voor referentie (download pdf hieronder) Onderdelen Case Template (download dwg/pdf hieronder)1 - 3,5"x3,5"x4,5" acryldoos1 - 3/16"x1" inbindpaal met schroef3 - 3/16"x1/4" inbindpaal met schroef3 - #10 SAE sluitring2 - #4 machineschroefbouten Tandwielsjabloon (optioneel, download dwg/pdf hieronder)1 - 4"x5"x1/8" plaat plexiglas voor tandwielen (optioneel) Apparatuur SoldeerboutSoldeerMultimeterDraadstripperSchroevendraaiers (Phillips en Flathea d)Exacto mes en mesPlaatsen om benodigdheden te vinden:Home DepotRadio ShackContainer StoreElectronics GoldmineSolarboticsJameco Electronics

Stap 2: Printplaatdiagram

Print een kopie van het Printed Board Diagram uit en knip het uit. Plaats het diagram aan de zijkant van de PCB Prototyping Board zonder koperen soldeerringen. Het diagram laat zien hoe u uw componenten aan de ene kant plaatst en aan de andere kant soldeert u uw componenten op het prototyping-bord.

Stap 3: spoel 1 gelijkrichter

Plaats 4 van de 1N4001-diodes op hun plaats zoals hieronder weergegeven. De diodes moeten worden geplaatst in de richting die is aangegeven op het printplaatdiagram; anders zullen ze niet goed functioneren. Door de 4 diodes te plaatsen zoals aangegeven, richt je spoel 1 gelijk (stroom van 2 fasen van 4 fasen stappenmotor van AC naar DC stroom).

Stap 4: spoel 2 gelijkrichter

Plaats nog eens 4 1N4001 Diodes op hun plaats zoals hieronder getoond. Door deze 4 diodes te plaatsen zoals aangegeven richt je spoel 2 gelijk (stroom van 2 fasen van een 4 fase stappenmotor van AC naar DC stroom).

Stap 5: Spoel 1 & 2 draden en header

Knip twee stukken blauwe draad en twee stukken groene draad af met de draadstrippers. Strip elk uiteinde van elk stuk draad. Steek de draad op zijn plaats zoals afgebeeld.

Steek de 5-pins mannelijke kop zoals aangegeven, met de korte kant van de pinnen naar beneden in het prototypebord. Dit is waar de motor aan het circuit wordt bevestigd.

Stap 6: Solderen

Draai het bord om en begin met het solderen van de verbindingen zoals weergegeven op het printplaatdiagram met je soldeerbout en soldeer. Het is gemakkelijker om te solderen als de draden vooraf gekruist zijn. Zorg ervoor dat u de verbindingen verbindt met een goede hoeveelheid soldeer. Vermijd koude verbindingen (wanneer soldeer mat lijkt).

Stap 7: Voltooi het circuit van de stappenmotor (generator)

Wanneer u klaar bent met het solderen van het stappenmotor (generator) circuit, zou de achterkant van uw prototyping-bord eruit moeten zien zoals weergegeven.

Stap 8: Aansluitingen

Steek 2 klemmen in, één aan elk uiteinde van het prototypebord in de richting zoals afgebeeld. Als de perforaties te klein zijn, gebruikt u uw Exacto-mes om het gat te vergroten. Knip twee stukken draad van 3 inch (elke kleur) en gebruik draadstrippers om de draden volledig te strippen. Deze draden lopen aan de andere kant van het prototypebord (met koperen soldeerringen), van de positieve naar de positieve kant van elke aansluiting en negatief naar negatieve kant van elke terminal. De terminal aan de linkerkant wordt gebruikt om draden voor de batterij in te voeren. De terminal aan de rechterkant wordt gebruikt om draden voor het zonnepaneel in te voeren.

Stap 9: Soldeeraansluitingen

Draai het prototypebord om. Steek de gestripte draden in de gaten zoals aangegeven (raadpleeg overal het gedrukte diagram aan de andere kant). Draden kunnen naar binnen en vervolgens weer naar buiten worden geleid om zo dicht mogelijk bij de aansluiting te komen en op hun plaats te houden zoals afgebeeld. Soldeer de twee noordelijke en twee zuidelijke knooppunten van de gelijkrichters voor spoel 1 & 2 aan de open draden die van terminal naar terminal lopen. Dit verbindt de gelijkrichters met de klemmen om het circuit voor de stappenmotor (generator) te voltooien. Zorg ervoor dat u de open draden uit de buurt van de andere aansluitingen houdt.

Stap 10: Testen

Nu bent u klaar om het circuit met de stappenmotor te testen om er zeker van te zijn dat al uw verbindingen goed zijn gesoldeerd en alle componenten correct zijn geplaatst.

Steek de draden van de stappenmotor op de 5-pins mannelijke header. De zwarte draad van de stappenmotor moet op de pin worden geplaatst die niet is gelabeld met spoel 1 of spoel 2. Gebruik uw multimeter (ingesteld op gelijkspanning) om de spanning te meten die de generator produceert wanneer u de as draait. Plaats de positieve (rode) sonde van de multimeter op de positieve schroef van beide aansluitingen en de negatieve (zwarte) sonde op de negatieve schroef van dezelfde aansluiting. Het met de hand draaien van de as zou in de buurt van 4-8 volt moeten opleveren. Als u geen resultaten ziet, volgen hier enkele tips voor het oplossen van problemen: 1) Controleer alle soldeerverbindingen om er zeker van te zijn dat alles volledig is gesoldeerd en met elkaar verbonden. Zorg er daarentegen voor dat verbindingen die elkaar niet mogen raken, niet samen zijn. 2) Zorg ervoor dat alle diodes in de juiste richting wijzen, zoals aangegeven op het diagram op de printplaat. 3) Controleer of de draden van de motor goed zijn geplaatst - de zwarte draad van de motor mag niet op een van de pinnen van spoel 1 en 2 worden geplaatst.

Stap 11: visuele multimeter

Met de ingebouwde visuele multimeter kunt u zien hoeveel energie is opgeslagen uit de alternatieve energiebronnen zonder dat u een multimeter hoeft te gebruiken.

Plaats de zenerdiodes in de juiste richting zoals aangegeven op het printplaatje, en volgens de sleutel zoals aangegeven op de onderkant. De nummers in de sleutel komen overeen met de nummers die op de zenerdiodes zijn gedrukt. Plaats de weerstanden in de sleuven met bijbehorende kleuren (in dit geval maakt de richting niet uit). Knip een stuk zwarte draad af en strip beide uiteinden, plaats deze naast weerstanden zoals afgebeeld. Plaats vervolgens de drie LED's in de weergegeven volgorde: groen, geel, rood (oranje).

Stap 12: Soldeer visuele multimeter

Draai het prototypebord om en soldeer de visuele multimeter op zijn plaats zoals aangegeven. Raadpleeg het diagram op de gedrukte kaart op de achterkant. Kruis de draden om ze op hun plaats te houden en het solderen te vergemakkelijken. Vermijd koude (matte) verbindingen. Houd verbindingen die niet bij elkaar horen gescheiden, want dit gebied is strak georganiseerd.

Stap 13: Visuele multimeter testen

Test de visuele multimeter om te controleren of deze werkt.

Plaats de draden van de stappenmotor op de mannelijke header. Draai aan de as van de stappenmotor (generator) en zie de LED's overeenkomstig oplichten. Het groene lampje geeft een spanning aan tot ~5.6, het gele lampje geeft een voltage aan tot ~6.8. Beide LED's meten de spanning afhankelijk van hun helderheid. Als de batterij bijvoorbeeld 6,1 V vasthoudt, is het groene licht helder en het gele licht gedimd. De rode (hier oranje weergegeven) LED zal alleen oplichten boven ~9,2 volt. Voor deze toepassing is de gebruikte batterij 7,2 volt en 70 mA. Als de rode LED brandt, is de batterij op volle capaciteit. Laad de batterij niet verder op terwijl de rode LED brandt, anders kan deze overladen en defect raken. Als u geen resultaten ziet, volgen hier enkele tips voor het oplossen van problemen: 1) Controleer alle soldeerverbindingen om er zeker van te zijn dat alles volledig is gesoldeerd en met elkaar verbonden. Zorg er daarentegen voor dat verbindingen die elkaar niet mogen raken, niet samen zijn. 2) Zorg ervoor dat alle zenerdiodes in de juiste richting wijzen, zoals aangegeven op het diagram op de printplaat. 3)Controleer de nummers op de zenerdiodes om er zeker van te zijn dat ze in de juiste volgorde staan, zoals aangegeven op het diagram op de printplaat. *In deze afbeelding hebben we een schakelaar toegevoegd en de batterij vroeg bevestigd (en vervolgens verwijderd) om te zien hoe het werkte. Dit hoeft niet, maar is wel leuk.

Stap 14: Soldeer Momentary Switch en Terminal

Knip 2 lange stukken rode draad en twee lange stukken zwarte draad af. Strip beide uiteinden van elke draad. Wikkel het ene uiteinde van een rode draad en het ene uiteinde van een zwarte draad op de draden van de momentschakelaar. Wikkel een uiteinde van een rode draad en een uiteinde van een zwarte draad op de draden van de aansluiting. Soldeer de 4 draden aan de draden. De momentschakelaar schakelt de visuele multimeter in en de terminal wordt gebruikt als uitgang voor de persoonlijke powerPlant.

Stap 15: Soldeer zonnepaneel

Knip 2 lange stukken draad af, een rode en een zwarte. Strip beide uiteinden van elke draad met de draadstrippers. Soldeer het ene uiteinde van de zwarte draad aan de negatieve draad op het zonnepaneel (moet op het paneel worden aangegeven met "-"). Soldeer het ene uiteinde van de rode draad aan de positieve draad op het zonnepaneel (moet op het paneel worden aangegeven met "+").

Stap 16: Case: openingen

Gebruik de meegeleverde Case Template (downloadbaar in stap 1) om de benodigde gaten voor componenten te bepalen en uit te snijden. We gebruikten een lasersnijder om de gaten voor nauwkeurigheid te scoren (omdat dit type acryl er niet van houdt om door de lasersnijder te worden gesneden), en vervolgens de gaten dienovereenkomstig geboord.

Stap 17: Versnellingen (optioneel)

Deze stap is niet noodzakelijk, maar is een mooie aanvulling op de persoonlijke powerPlant. De tandwielen helpen een snellere rotatie van de stappenmotoras, wat meer vermogen oplevert.

Gebruik de meegeleverde tandwielsjabloon (download in stap 1) om een klein en groot tandwiel in een 4"x5"x1/8" vel plexiglas te snijden. We gebruikten een lasersnijder, omdat dit veel nauwkeuriger is. Aangezien deze tandwielen kleine tandwielen, raden we af om met de hand te snijden. Een alternatief voor deze tandwielset is om kant-en-klare tandwielen aan te schaffen.

Stap 18: Case: stappenmotor en kleine versnelling

Plaats de stappenmotor in de behuizing zoals afgebeeld met de schroeven van de motor naar buiten gericht. Bevestig de schroeven aan de behuizing met 2 #4 machineschroefbouten. Plaats een #10 ring op de as van de motor die uit de doos komt, en plaats dan het kleine tandwiel (optioneel) bovenop zoals aangegeven.

Stap 19: Case: grote versnelling (optioneel)

Steek de paal van de 3/16"x1" bevestigingsschroef tussen de behuizing en het grote tandwiel in het gat aan de rand van het grote tandwiel, zoals afgebeeld. Wikkel de schroef in de paal. Dit wordt het handvat om de versnelling te draaien.

Steek vervolgens de paal van een 3/16"x1/4" bindschroef in de doos en door het gat zoals afgebeeld. Plaats een #10 SAE-ring op de paal en plaats vervolgens het grote tandwiel erop. Werk af door de schroef in de paal te draaien. Test de versnelling met het handvat om te zien hoe soepel ze lopen!

Stap 20: Case: Zonnepaneel

Plaats het zonnepaneel in de doos zoals afgebeeld met de celzijde naar buiten gericht. Neem de palen van twee 3/16 "x1/4" bindschroeven en schuif op elk een #10 SAE-ring. Plaats de palen in de behuizing en schuif ze door de gaten aan weerszijden van het zonnepaneel. Wikkel de schroeven in hun respectieve posten.

Stap 21: Case: schakelaar en terminal

Steek de momentschakelaar en klem in de openingen zoals aangegeven. De kabels moeten in de behuizing zitten.

Stap 22: Case: Prototyping Board en batterij

Plaats uw Prototyping Board met afgewerkte circuits in de doos zoals aangegeven. Schuimtape kan worden gebruikt om het circuit aan de binnenkant van de behuizing te bevestigen zodra de kabels van de batterij, zonnecel, stappenmotor en uitgangsklem zijn bevestigd. Zorg ervoor dat u geen gesoldeerde verbindingen plakt.

Plaats de batterij op de bodem van de behuizing, naast de stappenmotor zoals aangegeven. Zet vast met schuimtape zodra de draden aan het circuit zijn bevestigd.

Stap 23: Soldeeruitgangsaansluiting

Neem de positieve (rode) en negatieve (zwarte) draden van de uitgangsaansluiting en steek ze in het prototypebord in hun respectievelijke sleuven zoals aangegeven. Soldeer de draden aan de accupool aan de achterkant.

Stap 24: Soldeerschakelaar

Steek de draden van de schakelaar in de sleuven zoals aangegeven (midden van de afbeelding). Merk op dat positieve en negatieve plaatsing niet van belang zijn voor de schakelaar.

Zorg ervoor dat u de draden soldeert zoals aangegeven op het diagram op de printplaat.

Stap 25: Zonnepaneel bevestigen

Draai de schroeven op de terminal voor het zonnepaneel los. Steek de draden van het zonnepaneel in de openingen van de terminal met positieve en negatieve plaatsing zoals aangegeven. Draai de schroeven vast en controleer of de kabels goed vastzitten.

Stap 26: NiMH-batterij bevestigen

Draai de schroeven op de aansluiting voor de NiMH-batterij los. Steek de draden van de NiMH-batterij in de openingen van de terminal met positieve en negatieve plaatsing zoals aangegeven. Draai de schroeven vast en controleer of de kabels goed vastzitten.

Stap 27: Klaar

Test je persoonlijke powerPlant om te zien hoe het werkt!

Draai de handslinger een tijdje en druk dan op de knop op de schakelaar en kijk hoe de visuele multimeter de hoeveelheid stroom van de batterij weergeeft. Zet uw powerPlant in de zon en controleer hoeveel energie hij verzamelt. Gebruik dan je powerPlant om apparaten van stroom te voorzien. We hebben onze mini-arduino aangedreven met de powerPlant, kijk wat je kunt aandrijven! Pas uw powerPlant aan uw behoeften aan. John O'Malley verwisselde de versnellingen voor een tuigje op zijn fiets (zie afbeeldingen hieronder). Veel plezier!