Ang Easter Solar Engine: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:16

Ang Solar Engine ay isang circuit na tumatagal at nag-iimbak ng elektrikal na enerhiya mula sa mga solar cell, at kapag naipon ang isang paunang natukoy na halaga, ito ay lilipat upang magmaneho ng motor o iba pang actuator. Ang isang solar engine ay hindi talaga isang 'engine' sa kanyang sarili, ngunit iyon ang pangalan nito sa pamamagitan ng itinatag na paggamit. Nagbibigay ito ng lakas na motibo, at gumagana sa isang paulit-ulit na pag-ikot, kaya't ang pangalan ay hindi isang kumpletong maling pagkakamali. Ang kabutihan nito ay nagbibigay ito ng magagamit na lakas na mekanikal kapag kakaunti o mahina ang antas ng sikat ng araw, o artipisyal na ilaw ng silid, ang naroroon. Nag-aani o nangangalap, tulad nito, mga bungkos ng mababang antas ng enerhiya hanggang sa may sapat na para sa isang enerhiya na nagbibigay ng pagkain para sa isang motor. At kapag nagastos ng motor ang paghahatid ng enerhiya, ang circuit ng solar engine ay bumalik sa mode ng pagtitipon nito. Ito ay isang mainam na paraan upang paulit-ulit na i-power ang mga modelo, laruan, o iba pang maliliit na gadget sa napakababang antas ng ilaw. Ito ay isang magandang ideya kung saan unang naisip at binawasan upang maisagawa ng isang Mark Tilden, isang siyentista sa Los Alamos National Laboratory. Nakuha niya ang isang elegante na simpleng two-transistor solar engine circuit na ginawang posible ang maliliit na robot na pinalakas ng solar. Simula noon, ang isang bilang ng mga taong mahilig ay naisip ang mga circuit ng solar engine na may iba't ibang mga tampok at pagpapabuti. Ang inilarawan dito ay napatunayan ang sarili nitong napaka-maraming nalalaman at matatag. Pinangalanan ito matapos ang araw kung saan ang circuit diagram nito ay natapos at naipasok sa Workshop Notebook ng may-akda, Easter Sunday, 2001. Sa mga nakaraang taon, ang may-akda ay gumawa at sumubok ng dosenang iba`t ibang mga aplikasyon at setting. Gumagana ito nang maayos sa mababang ilaw o mataas, na may malaking imbakan ng mga capacitor o maliit. At ang circuit ay gumagamit lamang ng mga karaniwang discrete electronic sangkap: diode, transistors, resistors at isang capacitor. Inilalarawan ng Instructable na ito ang pangunahing circuit ng Easter Engine, kung paano ito gumagana, mga mungkahi sa konstruksyon, at nagpapakita ng ilang mga application. Ipinapalagay ang isang pangunahing pamilyar sa electronics at paghihinang na mga circuit. Kung hindi mo nagawa ang anumang katulad nito ngunit sabik kang magkaroon ng isang lakad, mas mabuti na magturo muna ng mas simple. Maaari mong subukan ang The FLED Solar Engine in Instructables o ang "Solar Powered Symet" na inilarawan sa librong "Junkbots, Bugbots, & Bots on Wheels", na isang mahusay na pagpapakilala sa paggawa ng mga proyekto tulad ng isang ito.

Hakbang 1: Easter Engine Circuit

Ito ang diagram ng eskematiko para sa makina ng Pasko kasama ang isang listahan ng mga elektronikong sangkap na bumubuo dito. Ang disenyo ng circuit ay inspirasyon ng "Micropower Solar Engine" ni Ken Huntington at ng "Suneater I" ni Stephen Bolt. Karaniwan sa kanila, ang engine ng Pasko ng Pagkabuhay ay may isang seksyon na dalawang-transistor trigger-and-latch, ngunit may isang kakaibang pagkakaiba ng resistor network na magkakaugnay sa kanila. Ang seksyon na ito ay gumagamit ng napakakaunting lakas sa sarili nito kapag naaktibo, ngunit pinapayagan ang sapat na kasalukuyang ilabas upang magmaneho ng isang solong transistor na lumilipat sa isang tipikal na karga ng motor. Narito kung paano gumagana ang engine ng Easter. Dahan-dahang sinisingil ng solar cell SC ang storage capacitor C1. Ang mga Transistors Q1 at Q2 ay bumubuo ng isang latching gatilyo. Ang Q1 ay na-trigger kapag ang boltahe ng C1 ay umabot sa antas ng conductance sa pamamagitan ng diode string D1-D3. Na may dalawang diode at isang LED tulad ng ipinakita sa diagram, ang boltahe ng pag-trigger ay halos 2.3V, ngunit mas maraming mga diode ang maaaring ipasok upang itaas ang antas na ito kung nais. Kapag ang Q1 ay nakabukas, ang base ng Q2 ay hinila sa pamamagitan ng R4 upang i-on din ito. Kapag ito ay nasa, pinapanatili nito ang kasalukuyang kasalukuyang sa pamamagitan ng R1 hanggang sa Q1 upang mapanatili ito. Ang dalawang transistors ay sa gayon naka-latched hanggang sa ang boltahe ng suplay mula sa C1 ay nahuhulog sa paligid ng 1.3 o 1.4V. Kapag ang parehong Q1 at Q2 ay na-latched, ang base ng "power" transistor QP ay hinila pababa sa pamamagitan ng R3, i-on ito upang himukin ang motor M, o iba pang load device. Nililimitahan din ng Resistor R3 ang kasalukuyang base bagaman QP, ngunit ang ipinakitang halaga ay sapat upang buksan ang pag-load nang sapat na mahirap para sa karamihan ng mga layunin. Kung ang isang kasalukuyang higit sa sinasabi na 200mA sa pag-load ay ninanais, ang R3 ay maaaring mabawasan at ang isang mas mabibigat na tungkulin na transistor ay maaaring gamitin para sa QP, tulad ng isang 2N2907. Ang mga halaga ng iba pang mga resistors sa circuit ay pinili (at nasubukan) upang limitahan ang kasalukuyang ginagamit ng aldaba sa isang mababang antas.

Hakbang 2: Layout ng Stripboard

Ang isang napaka-compact na sagisag ng engine ng Pasko ng Pagkabuhay ay maaaring maitayo sa ordinaryong stripboard tulad ng ipinakita sa ilustrasyong ito. Ito ay isang pagtingin mula sa bahagi ng bahagi na may mga track ng tanso na strip sa ibaba na ipinapakita sa kulay-abo. Ang board ay 0.8 "by 1.0" lamang, at apat lamang sa mga track ang dapat i-cut tulad ng ipinakita ng mga puting bilog sa mga track. Ang circuit na itinatanghal dito ay may isang berdeng LED D1 at dalawang diode D2 at D3 sa trigger string para sa isang turn-on voltage na halos 2.5V. Ang mga diode ay nakaposisyon nang patayo na ang katod ay nagtatapos paitaas, iyon ay, nakatuon sa negatibong strip ng bus sa kanang kamay ng board. Ang isang karagdagang diode ay maaaring mai-install nang madali sa lugar ng jumper na ipinapakita mula sa D1 hanggang D2 upang ma-bump up ang turn-on point. Ang boltahe ng turn-off ay maaari ding itaas tulad ng inilarawan sa susunod na hakbang. Siyempre, maaaring magamit ang ibang mga format ng board. Ang pang-apat na larawan sa ibaba ay nagpapakita ng isang makina ng Pasko ng Pagkabuhay na itinayo sa isang maliit na pangkalahatang layunin na prototyping board. Hindi ito kasing siksik at maayos tulad ng layout ng stripboard, ngunit sa kabilang banda ay nag-iiwan ito ng maraming silid para sa pagtatrabaho, at puwang para sa pagdaragdag ng mga diode o maraming mga capacitor ng imbakan. Maaari ding gamitin ng isa ang payak na butas na butas na phenolic board na may mga kinakailangang koneksyon na naka-wire at na-solder sa ibaba.

Hakbang 3: Mga Trigger Voltage

Ipinapakita ng talahanayan na ito ang tinatayang mga turn-on voltages para sa iba't ibang mga kumbinasyon ng mga diode at LED na sinubukan sa trigger string ng iba't ibang mga makina ng Pasko ng Pagkabuhay. Ang lahat ng mga kumbinasyong ito ay maaaring magkasya sa layout ng stripboard ng nakaraang hakbang, ngunit ang 4-diode at 1 LED na kumbinasyon ay kailangang magkaroon ng isang diode-to-diode joint na solder sa itaas ng board. Ang mga LED na ginamit sa paggawa ng mga sukat sa talahanayan ay mas matanda na mababa ang mga pulang pula. Karamihan sa iba pang mga mas bagong mga pulang LED na sinubukan ay gumagana nang pareho, na marahil ay isang pagkakaiba-iba lamang tungkol sa plus o minus 0.1V sa kanilang antas ng pag-trigger. Ang kulay ay may impluwensya: isang berdeng LED ang nagbigay ng isang antas ng pag-trigger ng halos 0.2V na mas mataas kaysa sa maihahambing na pula. Ang isang puting LED na walang mga diode sa serye ay nagbigay ng isang turn-on point na 2.8V. Ang mga flashing LED ay hindi naaangkop para sa circuit ng engine na ito. Ang isang kapaki-pakinabang na tampok ng Easter engine ay ang pagtaas ng boltahe na maaaring itaas nang hindi nakakaapekto sa antas ng pag-on sa pamamagitan ng pagpasok ng isa o higit pang mga diode sa serye na may base ng Q2. Sa isang solong 1N914 diode na konektado mula sa kantong ng R4 at R5 sa base ng Q2, ang circuit ay papatayin kapag ang boltahe ay bumaba sa paligid ng 1.9 o 2.0V. Sa dalawang diode, ang boltahe ng turn-off ay sinusukat ng humigit-kumulang na 2.5V; na may tatlong mga diode, naka-off ito sa halos 3.1V. Sa layout ng stripboard, ang diode o diode string ay matatagpuan sa lugar ng jumper na ipinakita sa itaas ng risistor R5; ang pangalawang ilustrasyon sa ibaba ay nagpapakita ng isang diode D0 kaya naka-install. Tandaan na ang dulo ng cathode ay dapat pumunta sa base ng Q2. Sa gayon posible na mabisang gamitin ang Easter engine na may mga motor na hindi tumatakbo nang maayos malapit sa pangunahing turn-off na mga 1.3 o 1.4V. Ang solar engine sa laruang SUV sa mga larawan ay ginawa upang i-on sa 3.2V at i-off sa 2.0V dahil sa saklaw na boltahe na ang motor ay may mahusay na lakas.

Hakbang 4: Mga Capacitor, Motors, at Solar Cell

Ang capacitor na ginamit sa toy SUV ay tulad ng ipinakita sa kaliwa sa ilustrasyon sa ibaba. Ito ay isang buong 1 Farad na na-rate para magamit hanggang sa 5V. Para sa mas magaan na mga application ng tungkulin o mas maikli na pagpapatakbo ng motor, ang mas maliit na mga capacitor ay nagbibigay ng mas maikling oras ng pag-ikot at, syempre, mas maikli na pagpapatakbo. Ang boltahe na nakalista sa isang kapasitor ay ang maximum na boltahe kung saan dapat itong singilin; ang lumalagpas sa rating na iyon ay nagpapapaikli sa buhay ng capacitor. Marami sa mga sobrang capacitor na partikular na inilaan para sa pag-backup ng memorya ay may isang mas mataas na panloob na paglaban at sa gayon ay hindi palabasin ang kanilang lakas na sapat na mabilis upang magmaneho ng isang motor. Ang isang solar engine tulad ng Easter engine ay mainam para sa pagmamaneho ng mga motor na may panloob na static na paglaban ng halos 10 Ohms o higit pa. Ang pinakakaraniwang pagkakaiba-iba ng mga laruang motor ay may mas mababang panloob na paglaban (tipikal ang 2 Ohms) at sa gayon ay maubos ang lahat ng enerhiya mula sa imbakan ng kapasitor bago pa talaga tumakbo ang motor. Ang mga motor na ipinakita sa pangalawang larawan sa ibaba ng lahat ay maayos. Madalas silang matagpuan bilang sobra o bago mula sa mga elektronikong tagapagtustos. Ang mga angkop na motor ay maaari ding matagpuan sa mga junked tape recorder o VCRs. Kadalasan maaari silang maiisa bilang pagkakaroon ng isang diameter na mas malaki kaysa sa haba nito. Pumili ng isang solar cell o mga cell na magbibigay ng isang boltahe na medyo mas mataas kaysa sa turn-on point ng iyong engine sa ilalim ng mga antas ng ilaw na makikita ng iyong application. Ang tunay na kagandahan ng solar engine ay maaari itong mangolekta ng mababang marka na walang silbi na enerhiya at pagkatapos ay palabasin ito sa mga kapaki-pakinabang na dosis. Ang mga ito ay pinaka-kahanga-hanga kapag, mula sa pag-upo lamang sa isang lamesa o mesa ng kape o kahit na sa sahig, bigla silang bumuhay. Kung nais mong gumana ang iyong makina sa loob ng bahay, o sa maulap na araw, o sa lilim pati na rin sa bukas, gumamit ng mga cell na idinisenyo para sa panloob na paggamit. Ang mga cell na ito ay karaniwang ng walang hugis na manipis na pelikula sa pagkakaiba-iba ng salamin. Nagbibigay ang mga ito ng isang malusog na boltahe sa ilalim ng mababang ilaw, at ang kasalukuyang tumutugma sa antas ng pag-iilaw at ang kanilang laki. Ginagamit ng mga solar calculator ang ganitong uri ng cell, at maaari mong kunin ang mga ito mula sa mga luma (o bago!) Mga calculator, ngunit ang mga ito ay medyo maliit sa mga araw na ito at sa gayon ang kanilang kasalukuyang output ay mababa. Ang boltahe ng mga cell ng calculator ay umaabot mula 1.5 hanggang 2.5 volts sa mababang ilaw, at halos isang kalahating volt na higit pa sa araw. Gusto mo ng isang bilang ng mga ito na konektado sa serye-parallel. Ang Wire Glue ay mahusay para sa paglakip ng pinong mga wire na humahantong sa mga cell ng salamin. Ang ilang mga solar rechargeable keychain flashlight ay may isang malaking cell na gumagana nang maayos sa loob ng mga solar engine. Sa kasalukuyang panahon, ang Images SI Inc. ay nagdadala ng mga bagong panloob na cell na may sukat na angkop para sa direktang pagmamaneho ng isang solar engine mula sa isang solong cell. Ang kanilang "panlabas" na solar cell ng parehong uri ay gumagana rin sa loob ng bahay. Ang mas karaniwang magagamit mula sa maraming mga mapagkukunan ay ang mala-kristal o polycrystalline na uri ng solar cell. Ang mga uri na ito ay naglalagay ng maraming kasalukuyang sa sikat ng araw, ngunit partikular na inilaan para sa buhay sa araw. Ang ilan ay mahinhin nang maayos sa mas mababang ilaw, ngunit ang karamihan ay medyo malungkot sa isang silid na naiilawan ng mga flourescent.

Hakbang 5: Mga Panlabas na Koneksyon

Upang makagawa ng mga koneksyon mula sa circuit board hanggang sa solar cell at motor, ang mga pin ng socket ng buntot na kinuha mula sa mga inline strip ay napaka-maginhawa. Ang mga socket ng pin ay madaling mapalaya mula sa setting ng plastik kung saan nagmumula ang mga ito sa pamamagitan ng maingat na paggamit ng mga tsinelas. Ang mga buntot ay maaaring snip off pagkatapos ng mga pin ay solder sa board. Ang mga solidong 24 gage wire plugs sa mga socket ay maganda at ligtas, ngunit kadalasan ang mga panlabas ay konektado sa pamamagitan ng may kakayahang umangkop na hookup wire. Ang parehong mga socket ay maaaring soldered sa mga dulo ng mga wire na ito upang maghatid ng maliit na "plugs" na magkasya sa mga sockets sa board nang maganda. Ang mga board sockets ay maaari ring ibigay kung saan maaaring i-plug ang capacitor ng imbakan. Maaari itong direktang i-mount sa mga socket, o malayo na matatagpuan at konektado sa pamamagitan ng mga wire lead na naka-plug sa board. Ginagawa nitong posible na madaling baguhin at subukan ang iba't ibang mga capacitor hanggang sa ang pinakamahusay ay matatagpuan para sa aplikasyon at sa average na mga kondisyon ng pag-iilaw. Matapos ang pinakamahusay na halaga ng C1 ay natagpuan, maaari pa rin itong permanenteng solder sa lugar, ngunit bihira na ito ay matagpuan na kinakailangan kung ginamit ang mabuting kalidad ng mga socket.

Hakbang 6: Mga Aplikasyon

Marahil ang aming paboritong aplikasyon ng isang makina ng Pasko ng Pagkabuhay ay nasa laruang Jeepster SUV na nakalarawan sa Hakbang 3. Ang isang manipis na ilalim ng playwud ay pinutol upang magkasya ang katawan, at ang mga malalaking gulong na foam ay ginawa upang bigyan ito ng hitsura na "Monster Wheel", ngunit sa pagpapatakbo nito ay medyo masunurin. Ang ilalim ay ipinapakita sa larawan sa ibaba. Ang mga axle ay nakatakda upang mapatakbo ang kotse sa isang masikip na bilog (dahil mayroon kaming isang maliit na sala) at ang pag-set ng front wheel drive ay lubos na tumutulong na dumikit ito sa inilaan na paikot na landas. Ang gear train ay kinuha mula sa isang komersyal na hobby motor unit na ipinakita sa susunod na larawan, ngunit nilagyan ito ng isang 13 Ohm motor. Ang isang 1 Farad super capacitor ay nagbibigay sa kotse mga 10 segundo ng run time bawat cycle, na halos buong paligid ng isang 3 talampakan na bilog na bilog. Ito ay tumatagal ng ilang sandali upang singilin hanggang sa maulap na araw o kapag ang kotse ay nangyari upang huminto sa isang madilim na lugar. Kahit saan mula 5 hanggang 15 minuto ay karaniwan sa araw sa aming sala. Kung mahahanap nito ang direktang sikat ng araw na darating sa isang window, muling nag-recharge ito sa loob ng dalawang minuto. Naglalakad ito sa isang sulok ng silid at nag-log ng maraming mga rebolusyon mula pa noong itinayo noong 2004. Ang isa pang nakakaaliw na aplikasyon ng makina ng Pasko ay ang "Walker", isang mala-robot na nilalang na gumagalaw sa pamamagitan ng dalawang braso, o sa halip, mga binti. Gumagamit siya ng parehong pag-set up ng motor at gear train bilang Jeepster na may parehong 76: 1 ratio. Ang isang binti niya ay sadyang mas maikli kaysa sa isa pa kaya't lumalakad siya sa isang bilog. Nagdadala rin si Walker ng isang kumikislap na LED upang malaman natin kung nasaan siya sa sahig pagkatapos ng dilim. Ang isang simpleng paggamit para sa isang solar engine ay bilang isang flag waver o spinner. Ang isa na ipinakita sa ika-5 larawan sa ibaba ay maaaring umupo sa isang mesa o istante at bawat ngayon at pagkatapos ay bigla itong, at sa halip ay ligaw, paikutin ang isang maliit na bola sa paligid ng isang string sa gayong paraan makaakit ng pansin sa sarili nito. Ang ilang mga sagisag ng mga simpleng spinner ay nagkaroon ng isang jingle bell sa string. Ang iba ay mayroong isang nakatigil na kampanilya na naka-mount sa malapit upang masugod ito sa pamamagitan ng flailing ball - ngunit malamang na nakakainis pagkatapos ng ilang maaraw na araw!

Hakbang 7: NPN Easter Engine

Ang Easter engine ay maaari ring gawin sa pantulong o 'dalawahan' na bersyon, na may dalawang NPN transistor at isang PNP. Ang kumpletong eskematiko ay ipinapakita sa unang ilustrasyon dito. Ang layout ng stripboard ay maaaring magkaroon ng parehong mga lokasyon ng sangkap at magkaparehong mga pagbawas ng track tulad ng una o 'PNP' na bersyon, ang mahahalagang pagbabago na pinalitan ng mga uri ng transistor at nabaligtad na polarity ng solar cell, storage capacitor, diode at LEDs. Ang layout ng NPN stripboard ay ipinapakita sa pangalawang ilustrasyon at isinasama ang isang dagdag na diode D4 para sa isang mas mataas na boltahe ng turn-on, at isang diode D0 mula sa base ng transistor Q2 hanggang sa kantong ng resistors R4 at R5 para sa isang mas mataas na boltahe ng turn-off bilang well