只要還有一口氣在……我就要充電到底！手工電子DIY教程

製作時間: 1天 製作難度: ★★★★☆ GEEK指數: ★★★★★

你會呼吸麼？你有能夠通過USB介面充電的小玩意兒麼？如果你對這兩個問題的答案都是肯定的話，那麼祝賀你！你完全可以通過你自打孃胎裡出來就熟練掌握的本領——呼吸——來為你的各種電子產品充電。怎麼樣，好主意吧？你只需要找到一個廢舊的光碟機，搭一個簡單的電路，弄些橡皮繩，很快你就能夠一邊喘氣兒一邊給你的電子產品充電了，嗯，聽起來真是個厲害的招式哈！

這個製作還真是頗為需要作為一個“DIYer”的各種技術的，諸如印刷電路板的製作，電子裝置的拆卸，塑料切割與鑽孔，混合強力膠，設計齒輪組，組裝零件，扭曲回形針，並且拿你昂貴的手機、相機什麼的來冒險。總而言之就是各種歡樂啊。

話說回來，每個人開始時所準備的原材料大概都不會相同，所以在這裡我只是給出了我的製作過程給大家做一個參考。每個人都可以找到和自己對路的方法～～簡要地說，整個過程包括大概四步：

● 為發電裝置攢夠各種電機和齒輪等小零件；

● 搭建充電電路；

● 把電機、胸部聯結器和齒輪裝置組裝起來；

● 接入充電電路，開始測試！

 

1   工具和材料 

○ 廢舊光碟機（越多越好）

○ 各種電氣元件（步驟中有詳細清單）

○ 焊錫

○ 製作印刷電路板的各種材料

● 美工刀

● 膠水

● 電烙鐵

● 鑷子

 

2   部件大收集！● 我找來四個舊光碟機拆開想看看裡面有些什麼帥氣的部件兒——有很多很酷的馬達呀齒輪呀什麼的，還有各種小東西，這些都證實了我堅持留下這堆電子垃圾是明智的。事實上正是看到這些齒輪之後，我才真正有了製造這個裝置的想法。通過把幾個低扭矩，高轉速的小馬達用齒輪組聯動來獲取20:1的最終轉速比——這樣胸部在呼吸時的擴張——儘管那並不顯著——便可以轉化成足夠強大的電能為你服務了。

 

● 無論如何拆開光碟機盒，你總能夠找到有價值的部件兒。圖片裡面看得很清楚，很多很多潛在的寶貝啊。不過現在，我們尤其關注那些齒輪和傳動的托盤……

 

● 俯瞰著這些可愛的齒輪們，我得好好考慮傳動的問題。我想盡量減少對這些組合的改變以便好好利用這現成的齒輪箱。

● 電機可是必不可少的。光碟機里正好有你可以利用的簡易的永磁體5V電機，還客氣什麼，用吧！

● 這個時候別忘了你還得想想用什麼東西把這個裝飾綁在你的胸口上。一根舊的書包帶，舊編織袋，舊鞋帶，或者舊的胸卡帶，都可以試一試，只要能讓胸部舒適地進行呼吸的擴張。別選有彈性的東西，那樣可是會浪費你的能量的……

 

3   搭建充電電路● 充電電路非常簡單，它包括：

● 二極體整流橋將發電機產生的交流電轉換成直流電；

● 可充電的鎳氫電池用來穩定輸出電壓以及儲存多餘的能量。你也可以用一個大電容，不過電池提供一個更穩定的電壓。

● 升壓轉換器用來獲得USB充電用的5V直流電

● 一個USB接頭。

 

原理圖

 

PCB佈局

 

● 我用一個叫做“鷹”（EAGLE）的軟體畫好了電路圖（我強烈推薦這款軟體哦——你可以在免費下載使用）。原理圖和電路板佈局都在圖片中給出了。

國內最流行的設計印製電路板（PCB）的軟體是protel，目前的名字叫Altium Designer。 

● 充電電路部件清單：

● 1個L6920可調輸出升壓直流轉換器（最小輸入1V， 資料手冊見此 ）——Digikey＃497-4593-1-ND

● 4個1N4148開關二極體——Digikey＃1N4148WTDICT-ND（我用的是SOD523封裝的貼片版本，不過其實任何封裝都是可以的）

● 2個10u的陶瓷電容——Digikey＃39901299-1-ND

● 2個100K的薄膜電阻——Digikey＃P100kFCT-ND

● 1個10uH繞線電感——Digikey＃490-2519-1-ND

● 1個USB接頭母頭——Digikey＃AE9924-ND

 

● 製作印刷電路板還真是一件富有挑戰性的事情，不過別擔心，你能做到。正如你在圖片上所看到的，因為這個電路很小，我在一塊板子上一次性做了四塊。

自己在家制作印製板的技術我們會在之後的文章中公佈，現在暫時不會的同學就先用洞洞板手工連線吧~ 效果差不了多少的 

● 焊接也是挺需要技巧的。當然，一個鑷子也是必不可少的，再加上一雙好眼睛或放大鏡的幫助，明亮的光線，和穩健的雙手，我相信這個任務你能完成得很好。焊錫弄多了也沒關係，你可以把它清理掉。每完成一步後都用萬用表來測試一下再開始下一步。總而言之，熟能生巧嘛。

 

● 焊接完成的樣子～～

 

4   建立機械裝置● 現在開始製作發電機。在這個過程中你得不斷地除錯相互之間的位置以得到一個最讓人滿意的佈置。轉動齒輪的時候你可以用萬用表上來測試一下電機的輸出，看看能得到多高的電壓。我想慢速地拉動一英寸的距離如果可以產生2-3V的電壓應該就是OK的。像圖中所畫的那樣，裝配齒輪組的時候要儘量獲取一個較大的傳輸倍率（圖中齒輪的齒比例畫得不對，但我貌似有點懶……就沒有改，領會精神哈……）這個倍率可以控制在25:1到50:1之間。理論上倍率越大越好，那如果齒輪太多多恐怕驅動起來會比較困難。

 

● 這裡的關鍵點是要找到一種方法把胸部的擴張運動轉變成電動機的旋轉運動。圖片中你可以清晰地看到原型中的齒條，它和齒輪的配合可以把直線運動轉變成旋轉運動。你一定也注意到了塑料切割的痕跡了吧：為了適應需求，要敢於對它們進行切割修改。

 

● 這個原型也可以用來驅動圖中的LED陣列。

 

● 看看細節吧……

 

● 我還添加了另一個齒輪（見圖片），以增加變速倍率，並且可以在之後安裝其他電機來增加產能。這個步驟中最大的挑戰就是要儘量地提高從胸部擴張運動到電機轉動的轉化效率。加油吧！

 

5   組合起來，開始測試！● 一旦你弄好了一個滿意的發電裝置，你就可以把充電電路連線到整個裝置中來，並放入電池，用萬用表測試USB埠的輸出電壓。如果電壓不到5V的話就肯定是有點兒問題了——在接上你那些昂貴的電子產品之前可得把問題都解決嘍。

 

● 在圖中你可以從各個方向來觀察它。你可以看到橡皮繩，齒輪組，皮帶，還有用來固定的回形針。 這個裝置的關鍵之處在於要儘可能地把胸部的運動轉換成機械裝置內齒輪的轉動。不過橡皮繩和彈簧的力度就完全由你自己掌握了。我那並不嚴謹的實驗表明在胸口加上1牛頓左右的力並不會讓人感到吃力或者不舒服。理想情況下你要想獲得更高的電能你就得做快速的深呼吸；當然你也可以通過增加電機、增大變速倍率來做到這些。你還可以通過加入二極體整流橋來改進電路，使得你無論是吸氣還是呼氣，胸部擴張時的機械能都可以轉化成電能。

 

● 我現在把這個裝置綁在胸口上，並把它連線到DataQ的資料採集盒上。後面我給出了轉換到5V的USB介面之前的輸出電壓的波形圖。基本上，電池維持著轉換器的工作，而這個裝置又在給電池充電。圖中你可以看到在我呼吸過程中電平的變化——注意那個週期變化的峰值——事實上我想說的是，整個過程我已經快喘不過氣來了，不過，都是為了科學嘛！

 

● 這是輸出電壓的電平圖。

 

● 這是正在給手機充電的照片。

● 一般的靜止狀態下的新陳代謝更夠提供50-75W的功率，其中很大一部分是供給呼吸作用的（至少一半以上吧）。所以，假如我們獲取了25W連續的能量以供呼吸，從中支取4%也就是1W的能量來給手機充電也是完全可以理解的。拿我的手機為例，給3.7V,800mAH的電池充電也就需要3個小時吧！當然，前提是在效率百分百的理想狀態下。

● 讓人遺憾的是，通過一些基本的測量和計算，我的這個裝置大約產生50mW的功率——這意味著實際上充電的過程基本上是鎳氫電池完成的，直到它的電能被耗盡。然你需要劇烈呼吸一天左右的時間來為這個鎳氫電池充電...

● 什麼，儘管如此你還是打算開工？嗯，進步的空間還是有的！我正在嘗試著使用碳奈米管和聚氨酯來製造電活性聚合物發電機。這可是用來製造軍用發電裝置的技術哦！祝我好運吧！

● 通過改進我想今後可以弄出功率在1W左右的裝置。具體來說，可以使用更好的直流電動機和更覺有效而舒適的傳動系統。

● 所以我一直在繼續學習探索，並希望把我所知道的告訴大家，讓所有感受到DIY的快樂。歡迎和我聯絡，大家一起討論。正所謂“學習不斷，進步不止”哈～～