अपनी बाइक की सवारी करके किसी भी यूएसबी डिवाइस को कैसे चार्ज करें: 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

शुरू करने के लिए, यह परियोजना तब शुरू हुई जब हमें लेमेल्सन-एमआईटी कार्यक्रम से अनुदान मिला। (जोश, अगर आप इसे पढ़ रहे हैं, तो हम आपसे प्यार करते हैं।)

6 छात्रों और एक शिक्षक की एक टीम ने इस परियोजना को एक साथ रखा, और हमने इसे लेजर कटर, या कम से कम एक टी-शर्ट जीतने की उम्मीद में इंस्ट्रक्शंस पर डालने का फैसला किया है। इस प्रकार, हमारी प्रस्तुति और मेरे अपने निजी नोट्स का संकलन है। मुझे आशा है कि आपने इस निर्देश का उतना ही आनंद लिया जितना हमने किया। मैं मिंटीबूस्ट सर्किट के निर्माता लिमोर फ्राइड को भी धन्यवाद देना चाहता हूं। इसने हमारी परियोजना में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। जेफ ब्रुकिन्स डिवाइन चाइल्ड इनवेंट टीम के सदस्य

चरण 1: हमारा मूल इरादा …

हमारा मूल प्रोजेक्ट एक ऐसा उत्पाद विकसित करना था जो फैराडे सिद्धांत का उपयोग करता हो ताकि धावक दौड़ते समय अपने आईपोड को चार्ज कर सकें। यह अवधारणा उसी तरह बिजली उत्पन्न करेगी जैसे फैराडे फ्लैशलाइट करती है।

हालाँकि, हमें एक समस्या थी। मेरी टीम के साथी निक सियारेली को उद्धृत करने के लिए, "सबसे पहले हमने उन शेक-अप फ्लैशलाइट्स में से एक के समान डिज़ाइन का उपयोग करने और इसे परिवर्तित करने पर विचार किया ताकि एक धावक इसे चलाने के लिए पट्टा कर सके और अपने आईपॉड या किसी भी डिवाइस को चार्ज करने के लिए ऊर्जा प्राप्त कर सके। उपयोग करें। शेक-अप टॉर्च को अपनी ऊर्जा टॉर्च में चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र और ट्यूब के चारों ओर लिपटे तार के तार की बातचीत से प्राप्त होती है जिससे चुंबक स्लाइड करता है। गतिशील चुंबकीय क्षेत्र के कारण कुंडल में इलेक्ट्रॉनों को साथ ले जाया जाता है तार, एक विद्युत प्रवाह बना रहा है। इस धारा को तब बैटरी में संग्रहीत किया जाता है, जो तब फ्लैशलाइट बल्ब/एलईडी के उपयोग के लिए उपलब्ध होता है। हालांकि, जब हमने गणना की कि हम एक रन से कितनी ऊर्जा प्राप्त कर पाएंगे, तो हमने निर्धारित किया कि एक एए बैटरी चार्ज करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करने के लिए 50 मील की दौड़ लगेगी। यह अनुचित था इसलिए हमने अपनी परियोजना को बाइक सिस्टम में बदल दिया।" इसके बाद हमने इसके बजाय बाइक-माउंटेड सिस्टम का उपयोग करने का निर्णय लिया।

चरण 2: हमारा आविष्कार वक्तव्य और अवधारणा विकास

हमने शुरू में साइकिल पर उपयोग के लिए एक पुनर्योजी ब्रेकिंग सिस्टम के विकास और व्यवहार्यता का सिद्धांत दिया था। यह प्रणाली राइडर द्वारा ले जाए जाने वाले पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बैटरी लाइफ को बढ़ाने के लिए एक मोबाइल पावर स्रोत बनाएगी।

प्रयोग के चरण के दौरान, पुनर्योजी ब्रेकिंग सिस्टम एक साथ अपने दोहरे कार्यों को पूरा करने में असमर्थ पाया गया। यह न तो बाइक को रोकने के लिए पर्याप्त टॉर्क पैदा कर सका और न ही बैटरी को रिचार्ज करने के लिए पर्याप्त शक्ति उत्पन्न कर सका। इसलिए टीम ने सिस्टम के ब्रेकिंग पहलू को छोड़ने का फैसला किया, पूरी तरह से एक सतत चार्जिंग सिस्टम के विकास पर ध्यान केंद्रित करने के लिए। यह प्रणाली, एक बार निर्मित और शोध के बाद, वांछित उद्देश्यों को प्राप्त करने में पूरी तरह से सक्षम साबित हुई।

चरण 3: एक सर्किट डिजाइन करें

शुरू करने के लिए, हमें एक सर्किट डिजाइन करना था जो मोटर से ~ 6 वोल्ट ले सकता था, इसे स्टोर कर सकता था, और फिर इसे 5 वोल्ट में बदल सकता था जो हमें यूएसबी डिवाइस के लिए चाहिए था।

हमने जो सर्किट डिजाइन किया है, वह मिन्टीबूस्ट यूएसबी चार्जर के कार्य को पूरा करता है, जिसे मूल रूप से एडफ्रूट इंडस्ट्रीज के लिमोर फ्राइड द्वारा विकसित किया गया है। पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को चार्ज करने के लिए MintyBoost AA बैटरी का उपयोग करता है। हमारा स्वतंत्र रूप से निर्मित सर्किट एए बैटरी की जगह लेता है और मिन्टीबूस्ट को बिजली की आपूर्ति करता है। यह सर्किट मोटर से ~6 वोल्ट को घटाकर 2.5 वोल्ट कर देता है। यह मोटर को BoostCap (140 F) को चार्ज करने की अनुमति देता है, जो बदले में MintyBoost सर्किटरी को बिजली की आपूर्ति करता है। अल्ट्राकैपेसिटर यूएसबी डिवाइस को लगातार चार्ज करने के लिए ऊर्जा स्टोर करता है, भले ही बाइक गति में न हो।

चरण 4: शक्ति प्राप्त करना

मोटर का चयन करना अधिक चुनौतीपूर्ण कार्य साबित हुआ।

महंगे मोटर्स ने ब्रेकिंग स्रोत बनाने के लिए आवश्यक उचित टॉर्क प्रदान किया, हालांकि लागत निषेधात्मक थी। एक किफायती और प्रभावी उपकरण बनाने के लिए एक और समाधान आवश्यक था। परियोजना को निरंतर चार्जिंग सिस्टम के रूप में फिर से डिजाइन किया गया था, सभी संभावनाओं में से मैक्सन मोटर अपने छोटे व्यास के कारण बेहतर विकल्प होगा। मैक्सन मोटर ने 6 वोल्ट भी प्रदान किए जबकि पिछली मोटरों ने हमें 20 वोल्ट से ऊपर दिया। बाद वाले मोटर के लिए ओवर-हीटिंग एक बहुत बड़ी समस्या होगी। हमने अपने मैक्सन 90 के साथ रहने का फैसला किया, जो एक सुंदर मोटर थी, भले ही इसकी लागत $ 275 थी। (इस परियोजना को बनाने के इच्छुक लोगों के लिए, एक सस्ती मोटर पर्याप्त होगी।) हमने इस मोटर को मोटर और फ्रेम के बीच मीटर स्टिक के एक टुकड़े का उपयोग करके सीधे बाइक फ्रेम पर रियर ब्रेक माउंट के करीब एक स्पेसर के रूप में कार्य करने के लिए संलग्न किया, फिर इसके चारों ओर 2 नली-क्लैंप कस दिए।

चरण 5: वायरिंग

मोटर से सर्किट तक वायरिंग के लिए कई विकल्पों पर विचार किया गया: मॉक अप, टेलीफोन कॉर्ड और स्पीकर वायर के लिए एलीगेटर क्लिप।

मगरमच्छ क्लिप नकली डिजाइन और परीक्षण उद्देश्यों के लिए अच्छी तरह से काम करने के लिए साबित हुए लेकिन वे अंतिम डिजाइन के लिए पर्याप्त स्थिर नहीं थे। टेलीफोन का तार नाजुक साबित हुआ और उसके साथ काम करना मुश्किल हो गया। इसके स्थायित्व के कारण स्पीकर तार का परीक्षण किया गया था इसलिए यह पसंद का कंडक्टर बन गया। हालांकि यह फंसे हुए तार थे, लेकिन इसके बड़े व्यास के कारण यह अधिक टिकाऊ था। हमने फिर जिप-टाई का उपयोग करके तार को फ्रेम से जोड़ दिया।

चरण 6: वास्तविक सर्किट

सर्किटरी से निपटना प्रक्रिया की सबसे कठिन चुनौती थी। मोटर से बिजली पहले एक वोल्टेज नियामक के माध्यम से यात्रा करती है जो लगातार पांच amp वर्तमान की अनुमति देगा; अन्य नियामकों की तुलना में एक बड़ा करंट गुजरेगा। वहां से वोल्टेज को 2.5 वोल्ट तक नीचे ले जाया जाता है जो अधिकतम BOOSTCAP स्टोर कर सकता है और सुरक्षित रूप से संभाल सकता है। एक बार जब BOOSTCAP 1.2 वोल्ट प्राप्त कर लेता है, तो इसमें मिन्टीबूस्ट को चार्ज किए जा रहे डिवाइस के लिए 5 वोल्ट स्रोत प्रदान करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त शक्ति होती है।

इनपुट तारों पर हमने 5A डायोड संलग्न किया ताकि हमें "असिस्टेड-स्टार्ट इफेक्ट" न मिले, जहां मोटर संग्रहीत बिजली का उपयोग करके घूमना शुरू कर दे। हमने 2200uF संधारित्र का उपयोग वोल्टेज नियामक को बिजली के प्रवाह को समान करने के लिए किया। हमारे द्वारा उपयोग किया जाने वाला वोल्टेज नियामक, एक LM338, इस पर निर्भर करता है कि आप इसे कैसे सेट करते हैं, जैसा कि हमारे सर्किट आरेख में देखा गया है। हमारे उद्देश्यों के लिए, नियामक से जुड़े दो प्रतिरोधों, 120ohm और 135 ओम की तुलना आउटपुट वोल्टेज को निर्धारित करती है। हम इसका उपयोग वोल्टेज को ~ 6 वोल्ट से 2.5 वोल्ट तक कम करने के लिए करते हैं। फिर हम 2.5 वोल्ट लेते हैं और मैक्सवेल टेक्नोलॉजीज द्वारा बनाए गए हमारे अल्ट्राकैपेसिटर, 140 फैराड, 2.5 वोल्ट बूस्टकैप को चार्ज करने के लिए इसका इस्तेमाल करते हैं। हमने BOOSTCAP को चुना क्योंकि इसकी उच्च धारिता हमें बाइक को लाल बत्ती पर रुकने पर भी चार्ज करने की अनुमति देगी। इस सर्किट का अगला भाग कुछ ऐसा है जो मुझे यकीन है कि आप सभी Adafruit MintyBoost से परिचित हैं। हमने इसका उपयोग अल्ट्राकैपेसिटर से 2.5 वोल्ट लेने और इसे स्थिर 5 वोल्ट, यूएसबी मानक तक ले जाने के लिए किया। यह 22uH प्रारंभ करनेवाला के साथ मिलकर MAX756, 5 वोल्ट बूस्ट कनवर्टर का उपयोग करता है। एक बार जब हम अल्ट्राकैपेसिटर में 1.2 वोल्ट प्राप्त कर लेते हैं, तो मिन्टीबूस्ट 5 वोल्ट का उत्पादन शुरू कर देगा। हमारा सर्किट मिन्टीबूस्ट यूएसबी चार्जर के कार्य को पूरा करता है, जिसे मूल रूप से एडफ्रूट इंडस्ट्रीज के लिमोर फ्राइड द्वारा विकसित किया गया है। पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को चार्ज करने के लिए MintyBoost AA बैटरी का उपयोग करता है। हमारा स्वतंत्र रूप से निर्मित सर्किट एए बैटरी की जगह लेता है और मिन्टीबूस्ट को बिजली की आपूर्ति करता है। यह सर्किट मोटर से ~6 वोल्ट को घटाकर 2.5 वोल्ट कर देता है। यह मोटर को BoostCap (140 F) को चार्ज करने की अनुमति देता है, जो बदले में MintyBoost सर्किटरी को बिजली की आपूर्ति करता है। अल्ट्राकैपेसिटर यूएसबी डिवाइस को लगातार चार्ज करने के लिए ऊर्जा स्टोर करता है, भले ही बाइक गति में न हो।

चरण 7: संलग्नक।

सर्किट को बाहरी तत्वों से बचाने के लिए, एक बाड़े की आवश्यकता थी। पीवीसी टयूबिंग और एंड कैप की एक "गोली" चुनी गई, जिसका व्यास 6 सेमी और लंबाई 18 सेमी है। जबकि सर्किट की तुलना में ये आयाम बड़े हैं, इसने निर्माण को और अधिक सुविधाजनक बना दिया है। एक उत्पादन मॉडल बहुत छोटा होगा। पीवीसी को स्थायित्व, लगभग सही मौसम-प्रूफिंग, वायुगतिकीय आकार और कम लागत के आधार पर चुना गया था। एपॉक्सी में भिगोए गए कच्चे कार्बन फाइबर से तैयार किए गए कंटेनरों पर भी प्रयोग किए गए। यह संरचना मजबूत और हल्के वजन दोनों साबित हुई। हालांकि, निर्माण प्रक्रिया बेहद समय लेने वाली और मास्टर करने में मुश्किल थी।

चरण 8: परीक्षण

कैपेसिटर के लिए, हम दो अलग-अलग प्रकारों का परीक्षण करते हैं, BOOSTCAP और एक सुपर कैपेसिटर।

पहला ग्राफ सुपरकैपेसिटर के उपयोग को दर्शाता है, जिसे सर्किट के साथ एकीकृत किया जाता है ताकि जब मोटर सक्रिय हो, तो कैपेसिटर चार्ज होगा। हमने इस घटक का उपयोग नहीं किया क्योंकि, जबकि सुपरकैपेसिटर अत्यधिक गति से चार्ज होता है, यह हमारे उद्देश्यों के लिए बहुत जल्दी डिस्चार्ज हो जाता है। लाल रेखा मोटर के वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करती है, नीली रेखा सुपरकैपेसिटर के वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करती है, और हरी रेखा यूएसबी पोर्ट के वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करती है। दूसरा ग्राफ BOOSTCAP अल्ट्राकैपेसिटर के साथ एकत्र किया गया डेटा है। लाल रेखा मोटर के वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करती है, नीला अल्ट्राकैपेसिटर का वोल्टेज है, और हरी रेखा यूएसबी पोर्ट के वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करती है। हमने अल्ट्राकैपेसिटर का उपयोग करना चुना क्योंकि, जैसा कि यह परीक्षण इंगित करता है, सवार के रुकने के बाद भी अल्ट्राकैपेसिटर अपना चार्ज जारी रखेगा। USB वोल्टेज में उछाल का कारण यह है कि अल्ट्राकैपेसिटर MintyBoost को सक्रिय करने के लिए आवश्यक वोल्टेज सीमा तक पहुंच गया है। इन दोनों परीक्षणों को 10 मिनट की अवधि में आयोजित किया गया था। सवार ने पहले ५ के लिए पेडल किया, फिर हमने देखा कि अंतिम ५ मिनट के लिए वोल्टेज कैसे प्रतिक्रिया करेगा। आखिरी तस्वीर एक Google धरती शॉट है जहां हमने अपना परीक्षण किया था। इस तस्वीर से पता चलता है कि हमने अपने स्कूल से शुरुआत की, और फिर लेवागुड पार्क में 1 मील की कुल अनुमानित दूरी के लिए दो चक्कर लगाए। इस नक्शे के रंग सवार की गति के अनुरूप हैं। बैंगनी रेखा लगभग 28.9 मील प्रति घंटे, नीली रेखा 21.7 मील प्रति घंटे, हरी रेखा 14.5 मील प्रति घंटे और पीली रेखा 7.4 मील प्रति घंटे है।

चरण 9: भविष्य की योजनाएं

उपभोक्ता उत्पाद के रूप में डिवाइस को अधिक आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए, मौसम-प्रूफिंग, सर्किट स्ट्रीमलाइनिंग और लागत में कमी के क्षेत्रों में कई सुधार किए जाने चाहिए। यूनिट के दीर्घकालिक संचालन के लिए वेदर-प्रूफिंग महत्वपूर्ण है। मोटर के लिए विचार की जाने वाली एक तकनीक इसे नलगीन कंटेनर में बंद करना था। ये कंटेनर वाटरप्रूफ और लगभग अविनाशी होने के लिए जाने जाते हैं। (हां, हम बिना किसी दुष्प्रभाव के एक कार से भागे।) प्रकृति की ताकतों के खिलाफ अतिरिक्त सुरक्षा मांगी गई थी। विस्तार फोम इकाई को सील कर देगा, हालांकि सामग्री की सीमाएं हैं। न केवल ठीक से स्थिति बनाना मुश्किल है, बल्कि यह डिवाइस के समग्र संचालन के लिए आवश्यक वेंटिलेशन को भी रोकेगा।

सर्किट को सुव्यवस्थित करने के लिए, संभावनाओं में एक मल्टीटास्किंग वोल्टेज रेगुलेटर चिप और एक कस्टम प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) शामिल हैं। चिप कई वोल्टेज नियामकों को बदल सकता है, इससे उत्पाद का आकार और गर्मी उत्पादन दोनों कम हो जाएंगे। पीसीबी का उपयोग करना अधिक स्थिर आधार प्रदान करेगा क्योंकि कनेक्शन सीधे बोर्ड पर होंगे और इसके नीचे नहीं तैरेंगे। बोर्ड में कॉपर ट्रेसिंग के कारण एक सीमित सीमा तक यह हीट सिंक के रूप में कार्य करेगा। यह परिवर्तन अत्यधिक वेंटिलेशन की आवश्यकता को कम करेगा और घटक जीवन में वृद्धि करेगा। लागत में कमी अब तक का सबसे महत्वपूर्ण और कठिन परिवर्तन है जिसे डिजाइन में किया जाना चाहिए। सर्किट अपने आप में बेहद सस्ता है, हालांकि मोटर की कीमत $ 275 है। एक अधिक लागत कुशल मोटर की खोज चल रही है जो अभी भी हमारी बिजली की जरूरतों को पूरा करेगी।

चरण 10: समाप्त करें

हमारे निर्देश को पढ़ने के लिए धन्यवाद, यदि आपके कोई प्रश्न हैं तो बेझिझक पूछें।

एमआईटी में हमारी प्रस्तुति से कुछ तस्वीरें यहां दी गई हैं।