کفش تولیدکننده برق: با هر قدم باتری شارژ کن!

+1

قطعه اصلی ما برای این پروژه دیسک‌های پیزوالکتریک هستن. این دیسک‌ها وقتی تحت فشار قرار می‌گیرن، می‌تونن برق تولید کنن. ایده اصلی اینه که هرچی از دیسک‌های بیشتری استفاده کنیم، توان خروجی هم بالاتر می‌ره.

این دیسک‌ها همون قطعاتی هستن که توی بازرها (Buzzer) پیدا می‌شن. بازرها در حالت عادی وقتی بهشون برق وصل می‌شه صدا تولید می‌کنن، اما اینجا ما برعکس عمل می‌کنیم و با اعمال فشار مکانیکی، ازشون برق می‌گیریم.

برای شروع باید سیم‌ها رو به دیسک‌ها لحیم کنیم. بخش مرکزی دیسک قطب مثبت و حلقه طلایی‌رنگ دور اون قطب منفیه. اگر یک ال‌ای‌دی به خروجی این سیم‌ها وصل کنی و با انگشت روی دیسک فشار بیاری، می‌بینی که ال‌ای‌دی برای یک لحظه روشن می‌شه!

البته چون فشار قدم‌های ما موقع راه رفتن ثابت نیست، برقی که تولید می‌شه هم نوسان داره. برای حل این مشکل و تثبیت ولتاژ، توی مراحل بعدی از مدار یکسوکننده و دیودها استفاده می‌کنیم تا جریان یک‌دست بشه.

+1

اول از همه باید یک کفی پلاستیکی بسازیم که کمی کوچیک‌تر از کفی اصلی کفش باشه. برای این کار، کفی کفش رو روی یک کاغذ سفید بذار و با مداد دورش خط بکش تا الگوی اولیه به دست بیاد.

حالا یک خط دیگه به موازات خط اول، اما کمی داخل‌تر بکش. این الگوی کوچیک‌تر رو روی یک ورق پلاستیکی نیمه‌منعطف پیاده کن. این ورق قراره پایه نگهدارنده سنسورهای پیزوی ما باشه.

من از یک طلق پلاستیکی خیلی نازک استفاده کردم که راحت با قیچی بریده می‌شه. مزیت این پلاستیک نازک اینه که موقع راه رفتن کاملا با حرکات پا خم می‌شه و هیچ آسیبی به قطعات داخلی یا پای تو نمی‌رسونه.

بهتره این کفی پلاستیکی رو به دو بخش مجزا (جلو و عقب پا) تقسیم کنی. بیشترین فشاری که موقع قدم برداشتن به زمین وارد می‌شه دقیقا روی همین دو نقطه‌ست؛ پس نصب سنسورها توی این دو ناحیه بالاترین بازدهی رو بهمون می‌ده.

+4

همون‌طور که گفتیم کفی رو به دو بخش پاشنه و پنجه تقسیم کردیم. روی هر قسمت 3 تا دیسک پیزوالکتریک قرار می‌دیم و اون‌ها رو با هم سری می‌کنیم تا ولتاژ بره بالا.

در نهایت این دو بخش هم ترکیب می‌شن تا مجموعا 6 دیسک داشته باشیم و بتونیم انرژی رو به‌صورت مداوم‌تر و قوی‌تر دریافت کنیم.

برای اینکه بیشترین فشار ممکن به مرکز دیسک‌ها وارد بشه و راندمان کار بالا بره، یک ترفند عالی داریم! یک تکه کوچیک از چسب حرارتی جامد رو ببر، دقیقا وسط دیسک بچسبون و روی اون یک صفحه پلاستیکی کوچیک قرار بده. این کار رو برای تمام دیسک‌ها تکرار کن تا بریم سراغ ساخت مدار یکسوکننده.

+2

دیودها اینجا دو تا وظیفه خیلی مهم دارن: اول تنظیم ولتاژ، و دوم تبدیل جریان متناوب (AC) تولیدشده توسط پیزوها به جریان مستقیم (DC) و پایدار.

با استفاده از دیودها یک مدار پل دیودی (یکسوکننده) بساز. سیم‌های خروجی دیسک‌های پیزو رو به پایه‌های ورودی پل دیودی وصل کن و پایه‌های خروجی اون رو به پین‌های ورودی ماژول شارژ باتری لحیم کن.

برای اتصالات این بخش حتما از سیم‌های نازک استفاده کن. بعد از لحیم‌کاری، حتما قسمت‌های اضافی سیم‌ها رو بچین تا بعدا زیر فشار پا باعث اتصالی نشن. هرچقدر لحیم‌کاری رو تمیزتر انجام بدی، مدارت دوام بیشتری زیر پا خواهد داشت.

یکی از راه‌هایی که می‌تونی پروژه‌ات رو حرفه‌ای‌تر کنی، اینه که ماژول شارژ و پل دیودی رو روی یک تکه برد سوراخ‌دار خیلی کوچیک لحیم کنی تا فضای کمتری بگیره و در برابر ضربه مقاوم‌تر باشه. مدارهای فشرده خیلی راحت‌تر داخل لایه‌های کفی کفش یا کناره‌های اون جاسازی می‌شن و احتمال قطعی سیم‌ها رو به حداقل می‌رسونن.

همیشه یادت باشه که توی پروژه‌های پوشیدنی (Wearable)، انعطاف‌پذیری و مقاومت فیزیکی مدارت دقیقا به اندازه خود قطعات الکترونیکی اهمیت داره.

در نهایت وقتی تمام اتصالات پل دیودی و ماژول شارژ رو انجام دادی، می‌تونی روی پایه‌ها رو با کمی چسب حرارتی بپوشونی تا همه‌چیز کاملا در برابر رطوبت و فشار مقاوم و عایق بشه.

این مرحله خیلی حساسه! باید تمام قطعات الکترونیکی رو طوری داخل کفش جاسازی کنی که هم خود قطعات ایمن بمونن و هم به هیچ وجه پای تو رو موقع راه رفتن اذیت نکنن. هیچ قطعه برجسته یا تیزی نباید از کفی بیرون بزنه.

من مدارها و سنسورها رو دقیقا زیر کفی اصلی جاسازی کردم. وقتی با دست روی سنسورها فشار آوردم حدود 5 ولت خروجی داد؛ اما وقتی اون‌ها رو داخل کفش گذاشتم و با وزن بدنم قدم برداشتم، خروجی به نزدیک 7 ولت رسید که برای شارژ باتری کاملا ایده‌آل و عالیه!

برای نگهداری باتری موقع شارژ شدن، می‌تونی از یک جاباتری پلاستیکی استفاده کنی و اون رو با چسب دوطرفه قوی به لبه بیرونی یا پشت کفش بچسبونی. این سیستم روی هر نوع کفش ورزشی یا روزمره‌ای قابل اجراست.

دیگه کار ساخت تموم شده و فقط کافیه یک مسیر خوب برای پیاده‌روی پیدا کنی! پیشنهاد می‌کنم حتما موقع استفاده از این کفش جوراب بپوشی تا راحت‌تر باشی. باتری لیتیومی 18650 رو داخل جاباتری قرار بده و شروع به راه رفتن کن.

ماژول شارژی که استفاده کردیم معمولا یک ال‌ای‌دی آبی داره که وقتی باتری وصل نیست روشنه. اما وقتی باتری رو قرار می‌دی و شروع به قدم زدن می‌کنی، یک ال‌ای‌دی قرمز روی ماژول شروع به چشمک زدن می‌کنه.

این چشمک زدن یعنی سیستم به درستی کار می‌کنه و انرژی جنبشی قدم‌های تو داره به برق تبدیل می‌شه! بعدا می‌تونی از همین باتری شارژشده برای روشن کردن پروژه‌های دیگه‌ات یا شارژ گوشیت استفاده کنی.

به همین سادگی تونستی یک کفش تولیدکننده برق بسازی! فکرش رو بکن وقتی با یک پیاده‌روی آروم اینقدر انرژی تولید می‌شه، موقع دویدن چقدر باتری سریع‌تر شارژ می‌شه. حتما این پروژه رو برای خودت پیاده‌سازی کن و اگر موقع لحیم‌کاری یا نصب مدارها سوالی برات پیش اومد، توی بخش نظرات ازم بپرس تا سریع راهنماییت کنم. مرسی که تا آخر این آموزش با آیسی‌مدار همراه بودی؛ موفق باشی!