مشخصات طراح

استاد راهنما: خانم دکتر نجمه چراغی شیرازی

سازندگان: مجتبی حیدری واحد و حسین مموئی

رشته: مهندسی برق

ایمیل: [e-mail] 

مقدمه

آیا می دانستید در حین راه رفتن هم می شود برق تولید کرد؟ در این وبلاگ طرز ساخت یک کفپوش را می آموزید که با ساختن آن می توانید کف هر کجا که خواستید را تبدیل به یک مولد الکتریکی کنید.اگر دلتان می خواهد برق تولید کنید و با آن دستگاه های الکترونیکی را شارژ کنید، نحوه ساخت این کفپوش  کمک زیادی به شما خواهدکرد.

با این کفپوش مولد برق میتوانید قدم هایتان را تبدیل به الکتریسیته کنید

ایده اصلی ساخت این کفپوش مولد برق ، استفاده از پیزوالکتریسیته است. پیزوالکتریسیته یا اثر فشار برقی که از اواسط قرن هجدهم کشف شد، همان بار الکتریکی است که در اثر ایجاد فشار مکانیکی در برخی از مواد جامد (مثل کرسیتال و سرامیک) انباشته می شود. اگر یک هدفون قدیمی را از 20 سال پیش نگه داشته اید، با باز کردن آن میتوانید المنت های پیزو را در آن ببینید.

این پروژه بیشتر یک آزمایش علمی است و سعی دارد انگیزه ساخت کفپوش مولد برق و تولید برق با استفاده از پیزوالکتریسیته را در علاقه مندان ایجاد کند. ممکن است نتیجه کار بخوبی یک محصول نهایی نباشد.در ضمن هر سه عبارت دیسک پیزو، المنت پیزو و مبدل پیزو به یک قطعه اشاره دارند.

شاید پیزوالکتریسته یکی از قدیمی ترین روش های تولید انرژی تجدیدپذیر باشد اما به این معنی نیست که به اندازه روش های جدید مثل پنل های خورشیدی کارایی ندارد. به همین خاطر در این پروژه از مواد پیزوالکتریک استفاده شد است. پیزوالکتریسته که با نام اثر پیزوالکتریک هم شناخته می شود، به قابلیت برخی از مواد در تولید یک ولتاژ جریات متناوب اطلاق می شود؛ سرامیک، نمک روشل و بسیاری از جامدات دیگر این قابلیت را دارند.

پیزوالکتریک – به معنای ماده ای که در واکنش به تغییر دما پتانسیل الکتریکی تولید می کند – در اوسط قرن هجدهم توسط کارل لینه و فرانتس اپینوس مورد مطالعه قرار گرفت. براساس همین مطالعات محققان بعدی هم فرض را بر این گذاشتند که بین فشار مکانیکی و بار الکتریکی رابطه وجود دارد؛ اما نتایج آزمایشات نشان می داد که قطعیتی در این زمینه وجود ندارد. اثر مستقیم پیزوالکتریک در سال 1880 توسط دو برادران پیر کوری و ژاک کوری مورد مطالعه قرار گرفت. این دو محقق دانش پیزوالکتریسیته را با سازه های کریستالی اساسی ترکیب کردند. همین اقدام منجر به توانایی پیش بینی رفتار کریستال و استفاده از این اثر با استفاده از کریستال های مختلف شد.

با این کفپوش مولد برق می توانید باتری های لیتیومی و خازن هایی با ظرقیت بالا را شارژ کنید. همچنین می توانید از برقی که با این کفپوش تولید می کنید برای تغذیه مدارهای کم مصرف مثل MCU و انتقال دهنده بلوتوثی TTL استفاده کنید.

بلوک دیاگرام کلی پروژه

شکل زیر نحوه اتصالات مدار را نشان می دهد:

گام اول : وسایل و ابزار موردنیاز

وسایل موردنیاز

• 9 عدد مبدل پیزوالکتریک
• 36 عدد دیود یکسو کننده 1N4148 یا 1N4007
• باتری لیتیومی یا پاور بانک USB معمولی
• سیم برق
• دو صفحه 30*20 ام دی اف
• 4 عدد پیچ و مهره
• فوم
• سیم لحیم
• چسب

وسایل اختیاری

• خازن مایلار 100nF (برای آزمایش)
• نشانگرهای LED (برای آزمایش)
• رگولاتور سوئیچینگ 5 ولتی

وسایل جایگزین پیشنهادی

• پاور بانک = باتری گوشی های قدیمی به همراه یک مبدل 5 ولتی
• مبدل پیزو = چند جفت هدفون قدیمی

ابزار موردنیاز

• مولتیمتر دیجیتال
• هویه
• ابزار کار با سیم (سیم چین و …)
• دریل همه کاره

هزینه وسایل مورد استفاده

قابل توجه علاقه مندان به ساخت این پروژه هزینه وسایل و مکان خرید هر کدام در پایین قابل رویت می باشد:

گام دوم : لحیم کاری

المنت های پیزو را یکی پس ازدیگری  مطابق با شکل زیر لحیم کاری کنید.

گام سوم : پوشاندن دیسک های پیزو با فوم

برای اینکه در هنگام فشار آمدن به دیسک های پیزو آسیپ کمتری به آنها وارد شود لازم است که آنها را با فوم بپوشانید.

مطابق شکل زیر فوم را برش دهید و دیسک های پیزو را با آن بپوشانید.

گام چهارم : آماده سازی صفحات ام دی اف و مشخص کردن جای دیسک های پیزو

بعد از اینکه صفحات ام دی اف را با دریل و مته مناسب سوراخ کردید دیسک های پیزو را در کنار هم صف دهید و سیم های آن را به پشت صفحه زیرین کفپوش انتقال دهید برای وصل کردن به پل دیودی .(بدلیل اینکه ته پیچ ها چند سانتی  صفحات ام دی اف را از سطح زمین بالاتر نگه میدارند مشکلی برای سیم و دیود ها پیش نمی آید.)

سپس به تعداد دیسک های پیزو تعدادی پوشر فومی (می توان از  ضربه گیر هایی که بین شیشه ها استفاده می شود  و یا فوم هایی که بر روی درب خودرهای نو چسبانده می شود هم استفاده کرد) در قسمت داخلی صفحه رویی با چسب بچسبانید تا فشار را بر روی دیسک های پیزو متمرکز کند.

برای اینکه بعد از فشار آمدن به صفحه رویی دومرتبه به جای خود برگردد می توان از فنر استفاده کرد و در صورت در دسترس نبودن فنر می توان چندین لایه از همان فوم هایی که  برای پوشاندن دیسک های پیزو  استفاده کردیم( بدلیل اینکه قابلیت ارتجایی دارد)دور تا دور صفحه پایینی ام دی اف  استفاده کرد.

مطابق با شکل زیر:

گام پنجم : پل دیودی بسازید

وقتی روی المنت های پیزو فار مکانیکی اعمال شود، جریان AC تولید می شود. همانطور که می دانید دستگاه های USB برای شارژ به جریان DC نیاز دارند. برای فیلتر کردن و تبدیل جریان AC به DC می توانید از پل دیودی استفاده کنید.

برای ساخت پل دیودی از شماتیکی که در بالا می بینید، استفاده کنید . بخاطر داشته باشید که جریان AC قطب ندارد و می توانید سیم ها رابه جای یکدیگر وصل کنید.

گام ششم : المنت ها را بصورت موازی به یکدیگر وصل کنید

همه المنت های پیزو را بصورت موازی به یکدیگر وصل کنید. دقت کنید که المنت ها را بصورت سری وصل نکنید زیرا بیشتر به جریان نیاز دارید تا ولتاژ و این المنت های پیزو اگر در یک زمان فعال نشوند، خروجی برق یکدیگر را کنسل خواهند کرد.

المنت های پیزو جریان برق AC تولید می کنند. برخلاف جریان DC نمی توان این نوع جریان را بصورت مستقیم بکار برد چون جریان های AC همیشه قطب بندی متناوب دارند. درست مثل ژنراتورهای برق – چه خورشیدی باشد و چه بنزینی – نمی توانید بدون هماهنگ کردن فاز موج AC از آن استفاده کنید چون ژنراتور یکدیگر را کنسل می کنند (مثلاً منفی به مثبت و مثبت به منفی میرسد). بخاطر این ویژگی ها موازی کاری بهترین روش برای انجام این مرحله از ساخت کفپوش مولد برق است.

گاهی اوقات پیش می آید که حتی بعد از اتصال المنت های پیزو بصورت موازی، باز هم خروجی یکدیگر را کنسل می کنند (وقتی همزمان فعال نشوند). اگر به این مشکل برخوردید می توانید به ازای هر دیسک پیزو از یک پل دیودی استفاده کنید.که ما در اینجا برای هر دیسک پیزو از یک پل دیودی استفاده کرده ایم ،سپس خروجی هر یک از پل های دیودی رابصودت موازی در زیر کفپوش به هم وصل کردیم .بعد از آن یک لایه فوم هم بر روی یکسوکننده ها وسیم ها کشیده ایم که هم از آنها در برابر فشار های احتمالی محافظت کرده باشیم  و هم کف کفپوش یکدست بنظر بیاید .

گام هفتم : آزمایش

کفپوش مولد برق را با ولت سنج امتحان کنید

در این مرحله از ساخت کفپوش مولد برق باید کارایی تئوری را بسنجید. یک دستگاه آزمایش دیجیتال بردارید و آن را روی  DC  تنظیم کنید. دقت داشته باشید که وقتی دیسک های پیزو را فشار می دهید، مقدار کمی جریان ایجاد خواهد شد. با اضافه کردن یک خازن 100nF میتوانید به خوانش دقیق تر و قابل اعتمادتری برسید.

نتیجه ولت متر کفپوش مولد برق در بیشترین حالت 50v را نشان میدهد و این یعنی هر یک از دیسک ها یه چیزی حدود 5v Dc را تولید می کنند.

گام هشتم : باتری لیتیومی یا پاور بانک را اضافه کنید

برای اینکه بدانیم این کفپوش مولد برق قادر به شارژ کردن باتری لیتومی و یا پاور بانک هست ،دستگاه اندازه گیری را بر روی میکرو آمپر گذاشته و نتیجه را مشاهده

می کنیم.نتیجه بیانگر این است که با هر بار بالا و پایین آمدن جریان باتری هم افزایش می یابد و این نشان دهنده این است که کفپوش مولد برق ما به خوبی دارد کار می کند اگر این کار به مدت بیشتر و تعداد گام های بیشتر صورت بگیرد باتری بصورت کامل می تواند شارژ شود.

کفپوش مولد برق آماده است

 براحتی می توانید این پروژه  را ارتقا دهید و کارایی آن را افزایش دهید. مثلاً می توانید تعداد دیسک های پیزو را بیشتر کنید. تصور کنید با گذاشتن 40 دیسک پیزو  چه کارهایی می توانید بکنید.معمولا از این دست پروژه ها برای مکان های پر تردد مثل پیاده رو های شلوغ،مراکز خرید،فروشگاه ها و ... مناسب است.

ایده های خودتان برای بهبود این کفپوش مولد برق را با سایر خوانندگان در میان بگذارید.

دانلود فایل های پروژه

فایل مدار:

بروی لینک زیر کلیک کنید

دیتا شیت دیود 1N4148:

بروی لینک زیر کلیک کنید

دیتا شیت دیود 1N40001-1N4007:

بروی لینک زیر کلیک کنید