Lampu Perhiasan Vorteks Dari Putaran Medan Magnet
WEDNESDAY, JANUARY 12, 2011.Label: Elektrik / Elektronik, Inovasi, Lampu, Mekanikal, Projek dan Rekaan
Rekacipta lampu perhiasan dari bahan terbuang yang menghasilkan efek vorteks daripada pusaran air. Sumber pencahayaan adalah daripada LED dan pusaran air (vorteks) dihasilkan oleh logam yang diputarkan oleh medan magnet tanpa sentuhan secara langsung (direct contact).
Saya tertarik dengan rekabentuk TV Box rekaan watak Edward Nigma / Riddler di dalam filem Batman Forever di mana bentuk TV Box tersebut dirasakan cukup unik untuk diolah menjadi lampu perhiasan.
Manakala idea bagi manggabungkan rekabentuk lampu dan vorteks pusaran air pula timbul di hujung minggu yang bosan :)
Jika dilihat dari rajah skematik di bawah, konsep rekaan lampu ini sebenarnya adalah mudah. Mohon maaf kerana rajah di dalam bahasa inggeris. Ini kerana rekaan ini pada asalnya telah saya terbitkan di laman Instructables pada 2008.
Kipas penyejuk dijadikan sebagai pemutar. Magnet dari jenis Neodymium dilekatkan tengah-tengah kipas. Daripada rajah skematik, dapat dilihat objek yang di label sebagai stirrer. Ia adalah jalur logam (besi) yang berputar bersama putaran magnet. Ianya disaluti epoxy bagi mengelakkannya dari berkarat.
Menguji vorteks yang terhasil. Air suling digunakan bagi mengelakkan air menjadi keruh bagi tempoh masa panjang
.
Rekaan Pemantul Parabolik Untuk Isyarat 3G, EDGE, Wi-Fi,
dsb
THURSDAY, JANUARY 6, 2011
.Label: Antenna, Inovasi, Projek dan Rekaan
Rekaan pemantul parabolik untuk menambahbaik penerimaan isyarat RF ini dihasilkan oleh seorang hammer Malaysia dengan callsign 9W2BSR. Digunakan bersama dongleUSB, pemantul berbentuk parabolik bertindak memfokus isyarat ke satu titik fokus seterusnya meningkatkan keamatannya (intensity).
Bergantung kepada peranti RF yang digunakan, pemantul parabolik ini berupaya menambahbaik penerimaan isyarat EDGE, GPRS, 3G, HSDPA, Wi-Fi, WiMAX, dsb.
Kunci rekaan ini adalah kelengkungan permukaan pemantul parabolik, posisi dongleUSB di titik fokus parabola dan bahan yang digunakan sebagai elemen pemantul (reflector element).
Kerangka asas dibina baripada plat acrylic manakala elemen pemantul terdiri daripada kerajang aluminum (aluminum foil).
Selain kerajang aluminum, sebagai alternatif, jejaring logam (wire mesh) juga boleh digunakan sebagai elemen pemantul.
WobblyBot - Rekacipta Robot Pengimbang Diri Domo
Kun
THURSDAY, APRIL 21, 2011
.Label: Inovasi, Mekanikal, Projek dan Rekaan, Robot
Rekacipta robot yang berupaya bergerak dan mengimbangkan diri di atas dua roda tanpa penggunaan meter pecutan (accelerometer), giroskop (gyroscope) dan pengawal mikro
(microcontroller). Robot ini dinamakan WobblyBot (Wobbly + Robot) kerana ia berayun mengikut daya-daya gerakkan yang dikenakan kepadanya.
Menukar rekaan robot menjadi watak karikatur Jepun Domo Kun pula adalah satu idea whimsical sekadar suka-suka :) Video demonstrasi boleh disaksikan di bawah.
Rekacipta ini asalnya adalah rekaan yang dihasilkan atas dasar penerokaan dan permainan idea semata-mata, namun tanpa disangka ianya telah mendapat liputan meluas laman-laman teknologi/rekacipta terkenal
antarabangsa seperti Hacked Gadget, Hack A Day, Instructables dan Engadget :)
Latar Belakang
kesemuanya mengaplikasikan konsep bandul terbalik (inverted pendulum) dimana keseimbangan dicapai dengan memastikan kedudukan roda robot senantiasa berada di bawah pusat graviti melalui pacuan motor yang dikawal dengan bantuan accelerometer, gyroscope dan microcontroller.
Saya sebaliknya mensasarkan rekaan robot yang lebih ringkas. Cabaran utama adalah untuk merekabentuk robot yang dapt mencapai keseimbangan yang sama dengan hanya memaipulasi dimensi dan daya fizik asas semata-mata. Oleh kerana rekaan robot sebegini tidak wujud sebelum ini, saya tidak menggunakan kit-kit robotik sedia ada sebaliknya perlu merekabentuk bahagian-bahagian robot secara scratch-build.
Setelah bermain dengan pelbagai idea dan percubaan-percubaan yang gagal, akhirnya
keseimbangan dicapai melalui dimensi robot yang merendahkan pusat graviti agar berada di bawah titik pangsi (pivot) serta dengan bantuan beban penimbal (counter-weight) yang bertindak melawan daya putaran (torque) yang dihasilkan oleh motor pemacu.
Lakaran rekabentuk kerangka asas robot. Perisian yang digunakan untuk lakaran adalah Google SketchUp.
Lakaran rekabentuk kerangka asas robot. Fail SketchUp boleh dimuat turun di sini.
Pelantar berayun (cradle) bagi robot ini diperbuat daripada kombinasi stok Medium Density
Nota: Dalam konteks rekacipta dan kejuruteraan, “stok” adalah terma umum yang merujuk kepada bahan binaan / pembuatan berbentuk generik tidak kira sama ada daripada logam, kayu, polimer dan sebagainya. Definisi dari wikipedia:
Building stock, in whichever material, can be plain sheets, strips, bars, tubes, rods, or even structural shapes such as L or T girders. Stock can also be extruded, embossed or textured to replicate a certain prototype material.
Panjang pelantar adalah terpulang kepada kretiviti anda, namun lebarnya dibentuk untuk memuatkan bateri bersaiz D. Kedudukan bateri perlu berada di tengah-tengah pelantar kerana ia mempunyai dua fungsi, sebagai pembekal tenaga elektrik, dan sebagai ballast, atau beban penimbal (counter-weight) kepada robot.
DC Geared Motor digunakan sebagai pemacu roda. Rating motor yang digunakan adalah 12V, 100mA, 130RPM dan Torque 58.8mN.m. Motor sebegini digunakan kerana RPM operasinya adalah rendah dan berupaya menghasilkan torque yang tinggi untuk memacu robot.
Motor dipaut secara terus kepada Flat Bar aluminum yang telah dibengkokkan. Shaft motor merupakan titik pangsi bagi robot, dan pusat graviti (pelantar) perlu berada di bawah titik ini.
Saya menghabiskan begitu banyak masa bagi mencari roda yang menepati dimensi ukuran yang diperlukan (diameter luaran 110mm dan diameter pautan shaft 3mm) namun tidak berjaya. Akhirnya saya mengambil keputusan untuk menghasilkan sendiri roda tersebut secara scratch-build daripada stok MDF berketebalan 1cm menggunakan peralatan Circle Cutter dan Drill Press. Lapisan luran roda dilapisi jalur getah yang diregangkan daripada tiub tayar motosikal yang dipotong.
Litar kawalan RC dipaut pada plaform diatas pemegang bateri. Litar sebegini boleh dihasilkan sendiri, atau dengan cara yang lebih mudah iaitu melalui peleraian komponen permainan kerata permainan kawalan jauh (RC Car).
Pemilihan bahan yang bersesuaian untuk kerangka badan robot adalah penting untuk keseimbangan dan kestabilan.
Kerangka bahagian badan robot diperbuat daripada kayu Balsa, sejenis kayu yang boleh diperolehi daripada kedai pembekal alat kesenian (Art Store) tertentu. Balsa adalah sesuai kerana ianya bahan kerangka paling ringan berbanding penggunaan aluminum, plastik, dan jenis-jenis kayu yang lain, tetapi lebih kukuh daripada bahan seperti busa Styrene atau PolyStyrene.
Jika tiada akses kepada kayu Balsa, mungkin boleh menggunakan bahan lain seperti dawai untuk kerangka, tetapi anda juga perlu menambah beban penimbal tambahan pada pelantar untuk mengekalkan keseimbangan.
Beban penimbal tambahan yang saya gunakan adalah daripada plumbum atau timah pengimbang yang biasa digunakan bagi mengimbang tayar kereta (wheel balancing).
Ia ditampal secara terus kepada pelantar berayun. Semakin berat beban penimbal yang ditambah kepada pelatan, semakin kurang ayunan robot, tetapi semakin tinggi beban yang perlu ditampung oleh motor pemacu.
Jumlah berat beban penimbal yang sesuai untuk rekaan anda bergantung kepada rekabentuk yang anda gunakan. Anda mungkin memerlukan beberapa percubaan dan pengujian sebelum dapat menetukan berat yang sesuai. Saya berpuas hati dengan berat tambahan 250 gram setelah beberapa percubaan dan pengujian.
Ini adalah langkah optional. Pengawal (controller) robot yang diubahsuai daripada alat kawalan RC agar lebih intuitif. 4 suis SPST (single pole single throw) dari jenispush ON release OFF digunakan. 2 suis di bahagian atas pengawal perlu ditekan serentak untuk robot bergerak lurus ke hadapan, dan dua suis di bagagian bawah pengawal pula ditekan serentak untuk bergerak lurus ke balakang. Gerakkan membelok dan berpusing pula terhasil dengan menekan kombinasi suis-suis tersebut.
Perumah diperbuat daripada cardboard.
Litar Pemodulatan Lebar Denyut (PWM)
TUESDAY, JANUARY 4, 2011.Label: Eksperimen dan Panduan, Elektrik / Elektronik
Litar Pemodulatan / Modulasi Lebar Denyut (Pulse Width Modulation – PWM) rekaan sendiri mengunakan IC pemasa 555 untuk kawalan kelajuan motor, pencahayaan dan lain-lain lagi.
Terdapat banyak rekaan litar PWM di luar sana, namum berbeza dengan kebanyakkan rekaan litar lain, litar ini direkabentuk untuk menggunakan jumlah komponen yang paling minimum seterusnya mengecilkan saiz papan litar yang diperlukan. Ia juga mudah diubahsuai, serta murah untuk
dihasilkan.
Litar PWM pada dasarnya berfungsi untuk menghasilkan denyutan (pulse) tenaga elektrik dalam frekuensi tertentu. Pendekatan ini digunakan secara meluas dialam litar komersil seperti pemalap lampu (light dimmer), pengawal kelajuan motor dan sebagainya.
Senarai Komponen 1. IC Pemasa 555 - 1
2. Perintang boleh laras 100k - 1 3. Diod 1N4148 - 2
4. Kapasitor 100nF - 2
Bagaimana Litar Berfungsi
Bayang tindakan menyalakan sebuah mentol lampu pijar (incandescent bulb) di rumah. Jika diperhatikan dengan teliti, anda akan dapati mentol tersebut tidak menyala ke kecerahan penuh dengan serta merta apabila suis dihidupkan (ON). Sebaliknya ia akan mengambil masa beberapa saat (sekitar 2 saat) untuk mencapai tahap kecerahan penuh.
Begitu juga apabila mematikan suis (OFF), mentol tidak akan terpadam dengan serta merta,
sebaliknya akan mgambil masa (juga beberapa saat) untuk padam sepenuhnya. Bayangkan pula jika anda berupaya menghidupkan dan mematikan suis berulangkali dengan pantas (contohnya 30 kali sesaat). Mentol tersebut tidak akan berkelip sebaliknya ia akan memalap.
Kitaran menghidup dan mematikan suis (ON / OFF) ini dikenali sebagai duty cycle. Kadar dan tempoh masa duty cycle menentukan kadar kemalapan / keterangan mentol tersebut.
Dengan merujuk kepada rajah skematik litar, apabila litar dibekalkan kuasa, kapasitor C1 pada mulanya akan berada dalam keadaan nyahcas. Maka pin Trigger (pin 2) akan berada dalam keadaan LOW seterusnya memacu pin Output (pin 3) ke keadaan HIGH. Pin Discharge (pin 7) akan turut ke keadaan HIGH mewujudkan litar pintas ke bumi (Ground).
Apabila pengecasan kapasitor C1 mencapai 2/3 nilai voltan bekalan kuasa (nilai +V), pin Treshold (pin 6) akan diaktifkan dan memacu pin Output (pin 3) dan pin Discharge (pin 7) ke keadaan LOW. Masa yang diambil untuk C1 mengecas bergantung kepada kedudukan perintang boleh laras R1. Pada ketika ini, pin Output (pin 3) akan berada dalam keadaan LOW. Oleh itu kapasitor C1 akan mula dinyahcas melalui diod D2 dan perintang boleh laras R1. Apabila nyahcas kapasitor C1 menurun sehingga 1/3 nilai voltan bekalan kuasa (nilai +V), pin Trigger (pin 2) akan sekali lagi ke keadaan LOW, seterusnya memacu pin Output (pin 3) ke keadaan HIGH. Pin Discharge (pin 7) akan turut ke
keadaan HIGH mewujudkan litar pintas ke bumi (Ground). Kitaran berulang.
Kitaran diatas berulang sebanyak 144 kali setiap saat memberikan frekuensi 144Hz.
Litar ini mampu menampung voltan antara +3V hingga +18V dan arus sehingga 200mA (max)
Panduan Pengubahsuaian
Secara ringkasnya, ubah nilai R1 atau C1 atau kedua-duanya bagi mendapatkan frekuensi yang anda ingini. Sebagai contoh, menggandakan nilai R1 akan merendahkan frekuensi kepada 1/2, begitu juga dengan menggandakan nilai C1. Menggandakan kedua-dua nilai R1 dan C1 akan merendahkan frekuensi kepada 1/4 dan seterusnya.
Bagi meningkatkan nilai voltan dan arus yang boleh ditampung oleh litar, anda boleh menambahkan FET atau transistor kuasa kepada litar.
Bagi masih baru dengan IC pemasa 555 dan litar PWM, berdasarkan penerangan di atas, mungkin dilihat rekaan litar ini begitu rumit, namun setelah anda membina dan melihat sendiri bagaimana litar ini brfungsi, segala penerangan di atas akan menjadi lebih jelas. Bermain dan bereksperimenlah dengan pelbagai kombinasi
komponen.
Alat Pengaduk / Pengocak Untuk Membangun Papan Litar
Bercetak (PCB)
SATURDAY, JUNE 4, 2011
.Label: Elektrik / Elektronik, Inovasi, Mekanikal, Projek dan Rekaan
Rekacipta alat pengaduk / pengocak (agitator). Fungsi utama alat ini adalah untuk membangunkan papan litar bercetak (PCB) dengan lebih pantas.
Namun demikian, selain untuk pembangunan papan litar, alat ini juga boleh digunakan di dalam makmal-makmal, hospital, di dapur atau dalam apa sahaja aplikasi yang memerlukan adukkan cecair secara konsisten untuk sesuatu tempoh masa.
Latar Belakang
Proses punaran (etching) di dalam membangunkan papan litar bercetak (Printed Circuit Board - PCB) biasanya melibatkan penggunaan larutan punaran (etching solution) seperti Ferric Chloride. Konsep di sebalik teknik ini ialah larutan punaran ini akan menghakis lapisan tembaga yang terdedah, manakala permukaan tembaga yang terlindung akan terpelihara membentuk jalur litar yang diingini.
Tindakbalas menghakis ini adalah proses kimia yang perlahan jika tiada campur tangan manusia. Bergantung kepada ketebalan lapisan tembaga, proses ini boleh mengambil masa berjam-jam lamanya.
Bagi mempercepatkan tindakbalas kimia yang berlaku, larutan perlu diaduk secara berterusan. Dengan adukkan berterusan, masa yang diperlukan untuk proses punaran dapat dipendekkan sehingga 10-15 minit sahaja.
Saya merekabentuk alat ini memandangkan tempoh masa 10-15 minit juga boleh dikira tempoh masa yang panjang (dan memenatkan) untuk mengaduk larutan secara berterusan dengan tangan. Bak kata pepatah "Kemalasan Keperluan Adalah Punca Kepada Penciptaan" :)
Rekaan ini pada dasarnya merubah daya emparan yang dihasilkan oleh motor penggetar (vibrator motor) kepada pergerakkan linear / lateral. Kelajuan putaran motor menentukan amplitud gerakan linear yang terhasil. Semakin laju putaran motor, semakin tinggi daya linear, tetapi semakin rendah amplitudnya. Jalur polimerABS (berwarna hitam) mempunyai 3 fungsi. Sebagai penyokong pelantar, sebagai pengekang / pengubah daya emparan serta sebagai pelibas yang membawa pelantar kembali kedudukan asal.
Pelantar adukkan dilapisi dengan Anti-Slip Mat bagi mengelakkan bekas adukkan dari tergelincir. Sumber elektrik diperolehi daripada AC-DC Adapter 12V.
Litar Pulse Width Modulation (PWM) berasaskan IC pemasa 555 digunakan untuk mengawal kelajuan motor. Butiran rekaan litar ini pernah diterbitkan di laman ini satu ketika dahulu dan boleh dirujuk di
sini.
Pemasa (timer) mekanikal digunakan untuk mengawal tempoh masa adukkan. Pemasa mekanikal boleh diperolehi daripada pembekal/ kedai yang menjual komponen peralatan elektrikal. Pemasa di
bawah adalah model pemasa yang digunakan di dalam ketuhar elektrik (electric oven). Selain daripada ketuhar, toaster serta mesin basuh model lama juga menggunakan pemasa mekanikal
Oleh kerana adukkan akan mengasilkan getaran, pelekap (suction cup) getah digunakan bagi melekapkan agitator ini ke permukaan meja atau lantai. Ia juga mengingkatkan kecekapan agitator
dengan memastikan daya yang terhasil daripada motor ditukar kepada amplitud linear / lateral dengan lebih cekap.
Dua tombol digunakan, satu untuk mengawal kelajuan, dan satu lagi untuk mengawal tempoh masa adukkan. Setelah tamat tempoh masa yang ditetapkan, bekalan tenaga elektrik akan diputuskan dan agitator akan berhenti dengan sendirinya
Rekacipta Lampu Solar
MONDAY, AUGUST 8, 2011.Label: Elektrik / Elektronik, Lampu, Projek dan Rekaan, Teknologi Hijau, Tenaga Solar
Rekaan lampu berasaskan LED yang dikuasakan oleh tenaga matahari (lampu solar) untuk pencahayaan kawasan kediaman. Walaupun versi ini direkabentuk untuk pautan pada dinding, ianya boleh diubahsuai dengan mudah untuk lain-lain bentuk pemasangan.
Menghasilkan rekacipta berasaskan tenaga boleh baharu (renewable energy / teknologi hijau) bukanlah perkara yang sukar. Sesiapa sahaja mampu berekacipta asalkan mempunyai kemahuan. Rekaan lampu solar ini diharap dapat memberi inspirasi kepada anda untuk bereksperimentasidan bermain dengan idea rekacipta
berasaskan tenaga boleh baharu.
Rekaan lampu solar ini menggunakan solar panel (panel Photovoltaic / PV) buatan sendiri yang digunakan untuk mengecas bateri Asid-Plumbum (Lead-Acid) melalui teknik yang dikenali sebagai Trickle Charging.
Artikel Berkaitan: Panduan Praktikal Sel Solar (Photovoltaic Cell)
Litar pensuisan bertindak mengecas bateri di waktu siang dan akan menyalakan lampu LED secara automatik apabila mengesan cahaya persekitaran menjadi malap. Tahap sensitiviti / kepekaan pengesanan cahaya pula boleh dilaras melalui tombol pada bahagian hadapan lampu.
Lampu LED menyala apabila persekitaran menjadi malap/gelap. Semakin gelap keadaan persekitaran, semakin terang cahaya lampu.
Pemasangan lampu solar di dinding rumah.
Kedudukan dan penghalaan lampu boleh dilaras pada paksi mendatar dan menegak bagi membolehkan fokus pencahayaan di tempat yang anda ingini.
Bahagian-bahagian pada lampu solar yang telah siap. Tali yang dapat dilihat pada lampu membolehkan lampu dimatikan dan dinyalakan (secara manual) apabila dipaut pada tempat tinggi. Tarik untuk ON, dan tarik sekali lagi untuk OFF (Pull ON - Pull OFF switch). Klik imej di bawah untuk
paparan yang lebih besar.
Solar Panel Ready Made vs Solar Panel Buatan Sendiri
Anda boleh dikira amat bernasib baik jika menemui panel solar yang memberikan rating voltan dan arus yang sepadan dengan keperluan rekaan anda.
Realitinya, panel solar ready-made yang boleh diperolehi di pasaran Malaysia datang dengan pilihan-pilihan rating kuasa yang begitu terhad (5W, 10W, 20W, 30W dsb). Satu contoh solar panel 5W yang boleh diperolehi di pasaran memberikan rating 17.82V dan 285mA (rating voltan dan arus ini berbeza-beza bergantung kepada jenis dan pengeluar).
Kerapkali rating ini tidak berpadanan dengan keperluan rekaan anda. Untuk tujuan pemadanan, tenaga elektrik yang dijana oleh solar panel tersebut perlu melalui proses perubahan (conversion) agar menepati keperluan litar. Malangnya prosesconversion bukanlah suatu proses yang cekap dan
akan mengakibatkan kehilangan tenaga (loss) yang tinggi.
Anda boleh membuat tempahan solar panel yang menepati keperluan rekaan
anda secara terus dari pengeluar namun melainkan anda mempunyai wang saku yang banyak, kos yang terlibat adalah terlalu tinggi dan tidak masuk akal untuk projek sebegini.
Atas faktor-faktor yang dinyatakan inilah pendekatan menghasilkan panel solar sendiri adalah pilihan yang lebih praktikal.
Solar panel dibina menggunakan unit-unit kecil sel solar dengan rating 5V, 50mA.
Unit sel solar ini memberikan prestasi lebih baik berbanding sel solar yang diuji sebelum ini dimana di bawah matahari yang terik, ia mampu menjana sekitar 5.13V dan 57mA. Pelantar panel diperbuat daripada plat akrilik (Acrylic) yang dipotong menjadi segiempat sama dan digerudi untuk memberikan akses kepada contact pointsetiap sel solar.
TIPS: Sel solar yang mudah diperolehi di Malaysia mempunyai rating 5V-30mA, 5V-50mA, 5V-100mA, 12V-50mA dan 12V-100mA. Uji terlebih dahulu sel solar tersebut sebelum membuat pembelian dalam jumlah banyak kerana kerapkali prestasi sel solar yang dijual tidak berupaya mencapai rating yang dijanjikan.
Sebelum membina panel, bahagian belakang sel solar disusun dan ditampal dengan pita pelekat bagi mengelakkan ia bergerak. Sel-sel ini kemudiannya dilekatkan pada permukaan plat akrilik.
Panel solar yang telah siap. Sisi solar panel di rivetkan dengan stok aluminum “L” bar. Bahagian atas solar panel diletakkan Phototransistor untuk pensuisan dan pengesanan cahaya. Di bawah sinaran matahari terik, solar panel ini mampu menjana sekitar 2.6 Watt.
Pemilihan Bateri Simpanan Tenaga
Bateri simpanan berfungsi menyimpan tenaga elektrik yang dijana oleh solar panel di waktu siang, dan berfungsi membekalkan tenaga yang tersimpan tersebut untuk menyalakan lampu LED di waktu malam.
Terdapat pelbagai jenis bateri di luar sana, namun bateri-bateri daripada jenis Asid Plumbum (Lead-Acid), Nickel Cadmium (Ni-Cad), Lithium-Ion (Li-Ion), Lithium Polymer (Li-Po) dan Nickel-Metal Hydride (Ni-Mh) boleh dicas semula (rechargeable).
Daripada kesemua jenis bateri ini pula, bateri jenis Ni-Cad dan Li-Ion memerlukan arus dan voltan yang malar serta litar kawalan pengecasan agar ianya dapat dicas dengan selamat tanpa risiko terlebih cas (overcharging). Kedua-dua bateri ini tidak begitu sesuai digunakan untuk aplikasi rekacipta berkaitan solar kerana keamatan cahaya matahari sentiasa berubah-ubah dan tertakluk kepada keadaaan cuaca.
Contoh-contoh bateri yang boleh dicas semula (rechargeable). Contoh bateri Ni-Cad dalam foto di atas dileraikan daripada sebuah lampu solar murahan dari China yang hanya dapat bertahan sekitar
2 bulan sebelum rosak.
Bateri Ni-Mh dan Lead-Acid pula mempunyai toleransi yang tinggi terhadap arus pengecasan yang berubah-ubah. Dengan menggunakan teknik yang dikenali sebagaiTrickle Charging, bateri Ni-Mh dan Lead-Acid dapat dicas dengan selamat (tanpa risiko terlebih cas) tanpa menggunakan litar kawalan selagi arus pengecasan adalah tidak melebihi 10% rating arus bateri tersebut.
Jika dibandingkan prestasi antara bateri Ni-Mh dan Lead-Acid, bateri jenis Lead-Acidmempunyai keupayaan kapasiti menyimpan cas yang lebih tinggi berbanding Ni-Mh. Mengambilkira kesemua faktor ini, bateri Lead-Acid adalah pilihan paling ideal untuk untuk rekacipta sebegini, dan tidak hairanlah ia juga digunakan dengan meluas di dalam aplikasi-aplikasi tenaga solar komersil.
Bateri Lead-Acid yang mudah diperolehi di pasaran Malaysia adalah dengan rating 6V dan 12V (dengan dimensi fizikal dan rating arus yang berbeza).
Perumah lampu yang memuatkan litar dan bateri. Saya memilih bateri Lead-Acid 6V (rating paling rendah dan agak mudah diperolehi). Rating arus bagi bateri ini adalah 4.5AH (Amp Hour). Maka ianya
dapat dicas melalui teknik Trickle Charging dengan arus tidak melebihi 450mA ( 10% rating arus bateri).
Nilai voltan dan arus yang dilabelkan di bahagian Charging Instruction bateri di atas adalah panduan bagi penggunakan litar pengecasan dari sumber elektrik malar (contohnya pengecas komersil yang menggunakan bekalan elektrik dari soket dinding) dan tidak boleh diaplikasikan secara terus untuk konteks Trickle Chargingdan janakuasa tenaga boleh baharu.
Litar pengecasan / pensuisan lampu solar.
Rajah skematik litar. Tujuh butir LED putih yang disambung secara selari membentuk lampu LED. UPDATE - Mac 2012: Atas permintaan para pembaca, berikut adalah litar pengesacan solar paling ringkas yang boleh dibina. Ia merupakan litar pensuisan secara manual (menggunakan suis Single Pole Double Throw - SPDT). Secara idealnya, voltan daripada solar panel perlu
Contoh litar pengecasan solar yang ringkas.
Contoh suis Single Pole Double Throw (SPDT). Weather Proofing
Pengkalisan cuaca atau wheather proofing adalah langkah tambahan bagi lampu solar yang akan diletakkan di persekitaran yang terdedah kepada elemen cuasa (seperti hujan, panas dan
kelembapan). Cara paling mudah dan murah adalah dengan menyaluti komponen eletronik serta menutup segala lubang dan penyambungan dengan menggunakan hot melt glue / glue gun.
Eksperimen Turbin Janakuasa Angin
SUNDAY, NOVEMBER 7, 2010.Label: Eksperimen dan Panduan, Teknologi Hijau, Turbin Angin
Eksperimen bagi merekabentuk turbin janakuasa angin. Menghasilkan tenaga elektrik daripada angin merupakan proses mengubah tenaga kinetik kepada tenaga elektrik. Untuk menghasilkan rekaan
turbin yang melaksanakan perubahan asas ini sebenarnya satu proses yang mudah, yang sukar adalah bagaimana untuk memaksimumkan kecekapan, terutama di kawasan berpotensi kelajuan angin rendah seperti di Malaysia.
Artikel berkaitan:
Turbin Janakuasa Angin Mikro V1.0
Panduan Praktikal Sel Solar (Photovoltaic Cell)
Tiada sistem turbin yang 100% efisyen, yakni tenaga 100% tenaga kinetik daripada angin dapat diubah kepada tenaga elektrik. Bahkan sistem yang 50% efisyen juga adalah mustahil berdasarkan teknologi semasa. Namun diharap ianya tidak melunturkan semangat anda untuk bereksperimentasi :)
Perkara penting yang harus dipertimbangkan adalah lokasi pemasangan dan potensi kelajuan angin di kawasan tersebut. Sekiranya anda tinggal di bandar atau sub-bandar, anda juga perlu
mengambilkira faktor keluasan halaman rumah, hadangan bangunan dan lain-lain.
Rapid Prototype golongan yang kurang mampu :) Rekaan di atas adalah binaan ala kadar untuk bereksperimen.
Generator
Pemilihan dan rekaan generator boleh menentukan sejauh mana keberjayaan atau kegagalan sesuatu rekaan turbin. Semua generator terdiri daripada magnet kekal dengan gegelung wayar kuprum berenamel (enamelized copper wire). Arus yang terhasil akan mengikut Hukum Tangan Kanan Fleming (Fleming Right Hand Rule). Terdapat dua pilihan iaitu menghasilkan generator sendiri, atau mengunakan motor magnet kekal sebagai generator.
Motor magnet kekal sebenarnya adalah penjana yang berfungsi secara terbalik. Gandar atau axle motor tersebut akan berputar apabila tenaga elektrik dibekalkan. Sebaliknya jika axle diputarkan, tenaga elektrik akan
dihasilkan.
Secara jujurnya pilihan menghasilkan generator sendiri adalah lebih menarik sebagai projek eksperimentasi terutama jika anda mempunya akses kepada kemudahan fabrikasi atau wang saku yang agak banyak.
Saya sepertimana ramai rakyat Malaysia yang lain tidak mempunyai akses kepada kemudahan bengkel / makmal fabrikasi, maka hanya perlu berpuas hati dengan komponen ready-made yang diubahsuai.
Meskipun generator asas dapat dihasilkan sendiri dengan mudah dengan merujuk kepada Fleming Right Hand
Rule, namun jika membandingkan generator pada saiz yang sama, saya dapati prestasi menggunakan motor
magnet kekal sebagai generator sebenarnya adalah lebih baik daripada generator hasilan sendiri (yang dibina tanpa kemudahan fabrikasi dan peralatan terhad).
Pemilihan Motor Magnet Kekal Yang Sesuai
Semua jenis DC motor yang mempunyai magnet kekal boleh digunakan untuk tujuan ini. Brushless DC motor seperti yang digunakan sebagai kipas penyejukkan komputer juga boleh digunakan untuk tujuan ini (model terntentu sahaja, dan sila rujuk kekangan yang mungkin timbul di bahagian seterusnya). Motor AC daripada peralatan rumah seperti kipas angin, pengisar (blender) dan sebagainya umumnya adalah dari jenis induksi dan ianya tidak sesuai untuk tujuan penjaan tenaga.
sumber kereta mainan kawalan jauh, kipas penyejuk (cooling fan) dan sebagainya mempunyai rating RPM yang tinggi, bermakna ianya direka untuk operasi pada kelajuan tinggi. Bagi motor jenis ini, saya dapati untuk menghasilkan cukup tenaga untuk menyalakan sebutir LED 5mm dengan malap
memerlukan putaran axle yang amat pantas.
Kelajuan ini adalah jauh lebih tinggi daripada putaran yang dapat dihasilkan oleh tiupan angin yang biasa. Sebagai contoh, DC motor daripada model kereta kawalan jauh mempunyai RPM sekitar 20000 atau lebih.
Saya dapati bahawa motor daripada dek pemain kaset (bagi pembaca daripada generasi iPod, dek pemain kaset digunakan secara meluas pada era 80an - 90an sebelum wujudnya CD, MP3 Player dan iTunes) memberikan prestasi yang lebih baik daripada kebanyakan DC motor yang lain kerana ianya direka untuk beroperasi sekitar 2000 – 3000 RPM . Lebih baik, namun masih tidak memuaskan hati.
Adakalanya jika bernasib baik, rating RPM motor akan dilabel pada motor. Adakalanya hanya model motor sahaja yang tertulis dan anda perlu merujuk kepadadatasheet yang dimuat turun secara online (Google adalah rakan anda).
Selalunya, tiada sebarang label terdapat pada motor, maka anda perlu mengagak berdasarkan saiz motor dan kegunaannya. Motor daripada alatan permainan, dan alatan elektrik yang menggunakan bateri umumnya mempunyai rating RPM tinggi.
Berdasarkan pengalaman, motor DC dengan RPM rendah begitu sukar diperolehi dari pembekal Malaysia (online mahupun offline) melainkan dari jenis DC motor bergear (DC geared motor). Malangnya motor dari jenis bergear, meskipun mempunyai RPM rendah (serendah 60rpm) ianya tidak sesuai kerana mekanisma gear di dalam motor menghalang putaran bebas axle.
Jika anda mempunyai akses kepada komponen kereta, motor power window mungkin sesuai sebagai generator. Saya tidak berpeluang mengujinya kerana ianya memerlukan peralatan pemotongan logam untuk
mengakses axle secara terus. Selain itu geseran ataupun dragdaripada motor jenis ini juga adalah tinggi.
Rating Voltan dan Arus
Selain RPM rendah, voltan dan arus operasi (operating voltage / current) juga memainkan peranan penting, tetapi ianya bukanlah keperluan.
Perkara yang harus diingat adalah, semakin tinggi voltan operasi, semakin tingi arus operasi dan semakin rendah rating RPM, maka semakin baik fungsi motor tersebut sebagai generator.
Stepper motor merupakan pilihan terbaik berdasar eksperimentasi terhad yang dilakukan, ini adalah kerana meskipun model yang saya gunakan adalah mempunyai rating 12V dan 900mA, stepper motor direka untuk operasi pada RPM rendah. Harus diambilkira bahawa meskipun ia dioperasikan oleh arus DC, arus yang dijana pula adalah arus AC. Maka litar rektifikasi adalah diperlukan. Walaupun terdapat beberapa pilihan stepper motor di dalam simpanan, saya memilih untuk
menggunakan stepper motor dari jenis Bipolar. Motor dari jenis ini umumnya mempunya 4 wayar (foto di bawah). Sementara motor dari jenis Unipolar umumnya mempunyai 5 atau 6 wayar. Tujuannya adalah untuk mempermudahkan litar rektifikasi yang perlu dibina.
Sumber stepper motor Bipolar ini adalah daripada sebuah mesin pencetak (printer) HP yang rosak. Sekiraya anda tidak mempunyai akses kepada pencetak yang boleh dileraikan, boleh mencuba mesin faks, tetapi sumber terbaik untuk stepper motoradalah mesin fotokopi (sukar untuk ditemui dalam keadaan terbuang, namun jika nasib anda cukup baik, mesin fotokopi merupakan sumber berharga untuk pelbagai komponen yang sukar diperolehi di pasaran).
Sekiranya anda mempunyai pilihan beberapa stepper motor, selain daripada Unipolardengan 4 wayar, anda juga disaran untuk memilih stepper motor yang mempunyacogging yang kecil. Cogging terhasil daripada tarikan magnet kekal terhadap amature di dalam motor. Cogging yang kecil
membolehkan bilas kipas beputar pada tork pemula yang rendah. Tork (torque) adalah daya memutar yang terhasil daripada putaran bilah turbin. Jika cogging adalah tinggi, maka sukar untuk bilah turbin ini untuk mula berputar.
Cara mudah untuk mengesan cogging adalah dengan memutar axle dengan jari. Semakin tinggi cogging semakin tersekat-sekat putaran axle. Pilih Unipolar stepper motor yang mempunyai cogging yang rendah. Stepper motor yang mempunyai darjah putaran yang kecil
(contohnya 1.8 degree per step) mempunyai cogging yang rendah. Nilai degree per step ini biasanya terdapat pada stepper motor, jika tiada, anda perlu merujuk datasheet online.
Konfigurasi Turbin
Terdapat dua konfigurasi di dalam rekaan turbin sama ada mengunakan paksi mendatar (horizontal axis wind turbine - HAWT) atau paksi menegak (vertical axis wind turbine - VAWT).
Diringkaskan, rekaan VAWT tidak perlu mengambilkira arah tiupan angin. Ia mampu berputar dengan angin dari semua arah. Pendekatan HAWT pula adalah sedikit mencabar dari segi rekaan. Ia
memerlukan sirip ekor (tail fin) bagi memastikan bilah turbin senantiasa selari dengan arah tiupan angin. Galas (bearing) membolehkan putaran paksi rewang (yaw) dan HAWT juga memerlukan mekanisma sama ada dalam bentuk slip rings atau cummutator bagi mengelakkan wayar daripada berpintal apabila turbin beralih arah berulang kali.
Oleh kerana saya mensasarkan kegunaan pada kelajuan angin rendah, saya memilih konfigurasi HAWT kerana dari segi prestasi, ianya lebih cekap menukar tiupan angin kepada daya putaran. Jenis Bilah Bagi Konfigurasi HAWT
memberikan tork yang rendah meskipun menggunakan bilah yang mempunyai sudut lengkungan (pitch) yang tinggi. Ia direkabentuk untuk memberikan tujahan pada kelajuan angin tinggi. Namun daya putaran yang dihasilkan pada angin rendah tidak memadai untuk melawan cogging motor yang saya gunakan, maka bilah hanya kekal kaku. Secara teori, bilah yang lebih panjang mampu
mengatasi masalah ini (dan tiupan angin yang kuat), namun ianya menjadikan saiz keseluruhan turbin menjadi besar.
Bilah axial flow daripada kipas angin elektrik memberikan prestasi terbaik pada angin rendah. Oleh kerana bilah axial flow direkabentuk untuk menggerakkan isipadu udara yang maksimum, ia mampu menghasilkan tork yang mencukupi pada kelajuan angin rendah.
Namun jika di kawasan yang mempunyai purata kelajuan angin yang tinggi, bilah jenis propeller adalah lebih efisyen. Turbin angin yang sering kita lihat di wind farmkomersil menggunakan variasi bilah jenis propeller atas sebab tersebut.
Idea Penambahbaikan
Magnet Berkuasa Tinggi
Magnet yang digunakan di dalam motor elektrik biasanya adalah daripada jenis Ferrite. Bagi
meningkat potensi janaan tenaga turbin, rekaan generator sendiri dengan magnet berkuasa tinggi dari jenis Neodymium Iron Boron (NIB) dengan nilai gred antara 30-52 boleh digunakan.
Neodymium gred N52 mempunyai kekuatan tertinggi, tetapi mudah dilemahkan sekiranya terdedah kepada haba kepanasan (demagnetization). Magnet Neodymiumdi dalam cakera keras (hard drive) bergantung kepada model dan pengeluar adalah dari gred sekitar N30 – N40 dan berupaya menahan kepanasan sehingga 80 darjah Celsius. Tetapi satu cakera keras umumnya hanya mempunyai 2 butir magnet sahaja, anda perlu meleraikan antara 4 hingga 5 cakera keras untuk memperolehi jumlah magnet yang mencukupi untuk projek turbin.
Jalan terakhir adalah pembekal online dari luar negara.
Artikel berkaitan:
Panduan Magnet Ferrite, Alnico dan Neodymium Untuk Projek RekaciptaMenggunakan gear untuk menaikkan RPM. Kombinasi gear dari jenis spur mahupunpinion dengan nisbah 1:10 contohnya mampu meningkatkan RPM sehingga 10 kali ganda. Tetapi harus
diingat bahawa tork yang diperlukan untuk memutar bilah turbin akan turut meningkat.
Saya ada berkunjung ke beberapa kedai yang menjual komponen permainan kawalan jauh bagi mencari kombinasi gear yang bersesuaian (dan tepat) bagistepper motor yang saya gunakan tetapi gagal. Jika tiada sumber gear ready-madeyang tepat, sebaiknya anda mengelak daripada
mengunakan gear sama sekali kerana ia akan mengakibatkan loss yang agak tinggi.
Jika anda mempunyai akses kepada mesin pemotong laser (Laser Cutter) resolusi tinggi, masalah dapat diselesaikan dengan mudah dengan merekabentuk sendiri kombinasi gear yang anda perlukan.
Sekiranya anda ada menemui sumber tempatan untuk membeli / membuat tempahan pelbagai jenis gear (pada harga berpatutan), sila berkongsi di ruangan komen.
Motor yang cukup terkenal di kalangan mereka yang bereksperimen dengan turbin angin adalah motor pemacu pita maknetik (magnetic tape drive) komputer kerangka utama (mainframe) dari era 70an-80an daripada pengeluar Ametek. Ianya beroperasi pada arus dan voltan tinggi (sehingga 50V) pada RPM rendah.
Menghasilkan Rekacipta Elektronik Menggunakan
Photo-Interrupter
SATURDAY, MAY 21, 2011
Panduan bagi memahami fungsi photo-interrupter dan mengaplikasikannya di dalam projek rekacipta elektronik anda.
Contoh sebuah photo-interrupter. Unit di atas diperolehi daripada peleraian sebuah mesin pencetak.
Bagaimana Photo-Interrupter Berfungsi
Photo-interrupter merupakan sejenis komponen elektronik yang terdiri daripada dua komponen utama iaitu LED infra merah (IR / infrared LED) dan pengesan cahaya (biasanya dalam
bentuk phototransistor).
Ia berfungsi dengan mengesan sebarang hadangan terhadap pancaran cahaya IR LED. Sekiranya pancaran cahaya terhalang oleh sesuatu objek, phototransistor akan berhenti mengalirkan arus elektrik.
Oleh kerana sifat dan fungsi photo-interrupter, ia digunakan secara meluas di dalam aplikasi
pengesan objek, sebagai alternatif kepada suis penghad (limit switch), pengesan gerakkan, pengesan kelajuan serta sebagai pembilang.
Sebuah mesin pencetak sebagai contoh, menggunakan photo interrupter untuk mengesan kehadiran kertas di dalam paper feed tray, mengesan kemasukkan kertas (ketika mula mencetak) dan pengeluaran kertas (sesudah selesai cetakan), menesan penutup yang terbuka, serta bagi mengesan kertas yang tersangkut di dalam mesin. Di dalam sebuah tetikus bebola trek (trackball mouse) pula, photo-interrupter berfungsi sebagai pembilang gerakkan pada satah X dan satah Y. Gerakkan yang dibilang diterjemahkan menjadi gerakkan mouse
pointer pada skrin komputer. Malangnya trackball mouse kini tidak lagi dihasilkan (teknologi kini beralih kepada
penggunaan optical mouse) dan ia hanya boleh diperolehi dalam bentuk surplus.
Litar asas menggunakan photo-interrupter.
LED biru digunakan sebagai indicator. LED tersebut akan menyala apabila tiada objek yang menghalang pancaran IR LED photo-interrupter, dan akan terpadam apabila wujudnya halangan.
TIPS: Cahaya dalam spektrum infra merah (infrared) tidak dapat dilihat oleh mata kasar manusia. Untuk mengesahkan photo-interrupter anda beroperasi atau tidak, gunakan kamera digital atau kamera telefon bimbit anda untuk melihat pancaran IR LED yang terhasil. Jika photo-interruptorberfungsi dengan baik, anda akan berupaya melihat cahaya ungu kebiruan (yang malap) di celahan photo-interrupter menerusi skrin kamera / telefon anda.
Contoh Rekacipta Menggunakan Photo-Interrupter
Dengan menggantikan LED Biru dengan sebuah piezoelectic buzzer. Litar terdahulu diubahsuai menjadi sebuah litar penggera ringkas.
Penggera sebegini dengan mudah juga dapat dihasilkan menggunakanlimit switch mekanikal sebagai pengganti photo interrupter.
TIPS: Photo-interrupter boleh diperolehi di keda-kedai menjual komponen elektronik. Namun jika anda tidak mempunyai akses kepada photo-interrupter ready-made, anda boleh menghasilkannya sendiri dengan mengunakan kombinasi IR LED dan phototransistor yang dibeli secara berasingan.
