Electricity Gene Schuhe - Strom erzeugen zu Fuß (Konzept)

16 Schritt:Schritt 1: Das Projekt wurde / wird zu sehen sein Schritt 2: Science Fair Project - Coverage Schritt 3: Das Konzept hinter (das Verständnis der wichtigsten Grundlagen) Schritt 4: Teile und Materialien Schritt 5: Mess Ihre Sole Schritt 6: Suchen Sie und schneiden ein ideales Material (Blatt / Platte) Schritt 7: Schleifen Löcher auf PVC-Pads Schritt 8: Kleben der piezoelektrischen Elemente Schritt 9: Löten Die Piezos Together Schritt 10: eine Brücke Diode Schritt 11: Hinzufügen Foams Drücker Schritt 12: Beobachtung und Testing Schritt 13: Installieren der Brandsohle Schritt 14: Hinzufügen eines Powerbank + Löten Schritt 15: Schlussfolgerung / Ergebnisse Schritt 16: Zukünftige Prototypen - Entwicklung von besseren,

Electricity Gene Schuhe - Strom erzeugen zu Fuß (Konzept)

Wussten Sie, dass man Strom aus nur zu Fuß zu produzieren? Hier ist ein kleines wissenschaftliches Experiment, zeigen Ihnen ein kleines Geheimnis zu machen Einlegesohlen, die USB-Geräte aufladen können! Die Herausforderung besteht darin, ein Slip-on-Innensohle, die genug Strom produzieren kann, die Batterien / USB-Geräte laden zu machen.

Google Messe 2014:
Dies ist mein Beitrag für den Google-2014 Science Fair. Bitte unterstützen Sie uns, indem Sie das wie und Share-Taste auf unserem YouTube-Video. Der Wettbewerb wird YouTube basiert so immer einen fairen Betrag von Vorlieben und Zuschauer würde eine Menge bereit und haben uns durch den Wettbewerb zu helfen.
Danke Jungs für die Unterstützung! Das Projekt wurde für den regionalen Finalisten qualifiziert und gewann eine Auszeichnung in lokalen GSF 2014! : D




Entwicklung des Projekts:
Die Energieerzeugungs Sohlen sind eine meiner ersten Konzept Projekte. Ich begann meine erste Prototyp vor fünf Jahren, obwohl es war eine sehr primitive, im Vergleich zu meinem aktuellen Design. Mein alter Prototyp hatte zwei TO-3 Kunststoff-Abstandhalter zwischen zwei Piezoscheiben eingeklemmt. Es produziert einen fairen Betrag von Strom, genug, um ein Nokia 3310 zu berechnen.

5 Jahre später, kam ich auf die Idee mit dem eingeklemmt piezo-Setup, dieses Mal mit einem Ladungssammler und power integriert zurück. Also dachte ich, warum nicht fügen Sie 2 weitere Paare? Schließlich ist besser.

Konzept hinter dem Projekt:
Piezoelektrizität war seit Mitte des 18. Jahrhunderts allgegenwärtig. Piezoelektrizität ist die elektrische Ladung, die in bestimmten festen Materialien (wie zB Kristalle, bestimmte Keramiken in Reaktion auf angelegte mechanische Spannung ansammelt. Das klingt vertraut! Ja, sie tun, die Sie tatsächlich diese Piezoelemente in Ihr altes / veraltete Ohrhörer aus den 90er Jahren zu finden.

Warum nicht Dynamos?
So viel wie möglich, habe ich versucht zu vermeiden, mit Dynamos. Ja Dynamos produzieren mehr Strom, aber es wird sich wie Sie einen Stein im Schuh gestopft. Vergessen Sie nicht, Dynamos wird eine Menge Lärm zu erstellen.

Alle praktischen Einsatz?
So lustig, wie es klingt, Aufladen eines Telefons mit Ihrem Schuh ist nicht wirklich Spaß. Wer weiß, vielleicht eines Tages Schuh-Unternehmen wie Nike, diese Einlegesohle Generatoren an die Macht Fitness-Chips (Innenschuhe), die auf das Telefon drahtlos synchronisieren würde benutzen konnten. Auf diese Weise müssen Sie nicht auf Ihre Smart-Schuhe nur aufladen, um sie mit dem Telefon synchronisieren.
Disclaimer: Dies ist nur ein kleines wissenschaftliches Experiment. Es zeigt Ihnen das Konzept der Erzeugung von Strom mit piezoelektrischen Elementen. Gehen Sie nicht davon, dass in der Nähe zu einem Produkt.
GMA News Network / Empfangsbereich:

Schritt 1: Das Projekt wurde / wird zu sehen sein




Leute haben mir gesagt, um eine Liste der Seiten, zu schreiben / zeigt, wo das Projekt Favoriten / ausgestrahlt.
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National Television / TV Shows / Nachrichten Kanäle:
- Jimmy Fallon Tonight Show (Pending)
- ABS-CBN FSK-K Show (15. Juni)
- GMA News & Unang Hirit
Tageszeitung (national):
- Manila Bulletin Newpaper (Juni 18)
Newsletter und Blogs:
- IFL Science Newsletter & FB
- TV5 Interaksyon Newsletter
- Philnews Newsletter
- GMA News Network
- Yahoo Homepage
- Yahoo News PH
- DamnGeeky
- TreeHugger
- GIZMODO
- Yugatech
- Etc ... Schritt 2: Science Fair Project - Coverage

Electricity Gene Schuhe - Strom erzeugen zu Fuß (Konzept)

Ich verwende Google Science Fair-Format. Das ist mein instructable Version. Es liegt in einem weniger formellen Weise geschrieben, so dass Bastler könnte ein besseres Verständnis über dieses Thema haben.

Eine Frage, die mich stört A Lot:
Warum nicht traditionellen erneuerbaren Energiequellen? Ja, ich weiß nicht piezoelectricty sowie jener solarbetriebene Geräte zu entwickeln, sondern als eine neugierige Wesen, ich bin offen für die Entdeckung potenziellen Energiequellen. Ja, Schuherzeuger klingt verrückt und lächerlich, aber es gibt noch mehr als das, was auf den ersten Blick! Diese dünnen Einlegesohle Generatoren haben genug Kraft, um niedrige Stromgeräte liefern.
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Problem:
Kohlekraft ist die häufigste Energiequelle in den Philippinen verwendet wird, auch in der Welt. Für den letzten zehn Jahren hat unser Land zu erneuerbaren Energien tippen worden obwohl es nicht frei gemacht und sein Preis kontinuierlich ändert (Philippine Star, Januar 2014). Die meisten Freiflächen, speziell Provinzen, haben keinen Zugang zu Elektrizität. Für die Menschen, die in der Vorstadt lebt, Lade ein Telefon oder eine Lampe ist eine große Sache für sie

In den vergangenen Jahren waren meine wissenschaftliche Experimente vor allem über erneuerbare Energien. Ich begann meine erste Science Fair Experiment, wenn ich in der dritten Klasse war, es meine erste Miniatur-Modell eines Sonnen Auto war. Die zurückweichenden Jahren meines Science Fair Einträge waren meist über Wind, Sonne, Wasserkraft und chemische Energie.

Mein Ziel ist es, eine neue Quelle für erneuerbare Energie, etwas, das nicht auf Wind, Wasser oder Sonne abhängt finden. Ich habe einige zufällige Forschung und I durch Tonnen von Öko-Energieproduktion Artikel kam. Ich sagte mir, wenn ich mit einem anderen Solar / Wind Experiment zu gehen, wird es nicht genug Innovation nur durch remaking ein Projekt aus dem Internet. Wie alle Wissenschaftler, musste ich aus der Box zu denken.

Fragen zum Nachdenken auf:
- Hat es genug Leistung, um Strom für niedrigen Verbrauch Module liefern?
- Wird es genug Leistung, um USB-Geräte laden zu produzieren?
- Es kann die USB-Standards zu erreichen?
- Kann die Macht es eine Reihe von LEDs?
Zukunft Praktische Anwendungen:
- Versorgung an Bord / unabhängige Strom für smarts Schuhe und Kleidung.
- Beihilfe outdoorsmen / Wanderer, mit GPS-Tracking-Schuhe, auf ihrer Reise in die Wildnis.
- Sehr geeignet für Bereiche, in denen Strom knapp ist. - Selbstspeisung Rettungs Chips in Schuhen.

Forschung:
Das Projekt wird durch Verwendung von piezoelektrischen Materialien erreicht werden. Piezoelektrizität, auch der piezoelektrische Effekt genannt wird, ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, um eine Wechselstromspannung erzeugen, wenn actuated.Certain Keramik, Rochelle-Salze, und andere verschiedene Feststoffe diese Wirkung zeigen. Zum Beispiel (Pb [ZrxTi1-x] O3 wo 0≤x≤1), auch als PZT, messbare Strom zu erzeugen, wenn ihre Struktur wird von etwa 0,1% der ursprünglichen Dimension (International AAAI Konferenz über soziale Medien und Weblogs verformt 2012). In diesem Projekt wird der erzeugte Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgezeichnet und festzustellen, ob es ausreichen würde, um einen Lithium-Ionen-Batterie oder eine hohe Kapazität Kondensator vollständig aufgeladen sein.
Das Projekt wird durch Verwendung von piezoelektrischen Materialien erreicht werden. Piezoelektrizität, auch der piezoelektrische Effekt genannt wird, ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, um eine Wechselstromspannung erzeugen, wenn actuated.Certain Keramik, Rochelle-Salze, und andere verschiedene Feststoffe diese Wirkung zeigen. Zum Beispiel (Pb [ZrxTi1-x] O3 wo 0≤x≤1), auch als PZT, messbare Strom zu erzeugen, wenn ihre Struktur wird von etwa 0,1% der ursprünglichen Dimension (International AAAI Konferenz über soziale Medien und Weblogs verformt 2012). In diesem Projekt wird der erzeugte Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgezeichnet und festzustellen, ob es ausreichen würde, um einen Lithium-Ionen-Batterie oder eine hohe Kapazität Kondensator vollständig aufgeladen sein.

Der piezoelektrische Effekt, nach dem ein Material, ein elektrisches Potential in Reaktion auf eine Temperaturänderung erzeugt, wurde von Franz Carl Linnaeus und Aepinus in der Mitte des 18. Jahrhunderts untersucht. Aufbauend auf diesem Wissen, sowohl René Nur Haüy und Antoine César Becquerel postuliert eine Beziehung zwischen mechanischer Beanspruchung und elektrische Ladung; jedoch Experimente sowohl bewiesen schlüssig. Die erste Demonstration der direkte piezoelektrische Effekt wurde 1880 von den Brüdern Pierre Curie und Jacques Curie. Sie haben ihr Wissen von Pyroelektrizität mit ihrem Verständnis der zugrunde liegenden Kristallstrukturen, die zu Pyroelektrizität gab Kristallverhalten vorherzusagen, und zeigte die Auswirkungen mit Kristalle von Turmalin, Quarz, Topas, Rohrzucker, und Rochelle-Salz (Natriumkaliumtartrat Tetrahydrat). Quarz und Seignettesalz zeigten die meisten Piezoelektrizität.
Eine piezoelektrische Scheibe eine Spannung bei Verformung erzeugt (Änderung in der Form ist stark übertrieben) Die Curies, jedoch nicht die umgekehrte piezoelektrische Effekt vorherzusagen. Der umgekehrte Effekt wurde mathematisch aus grundlegenden thermodynamischen Prinzipien von Gabriel Lippmann 1881 abgeleitet Die Curies bestätigt sofort die Existenz des umgekehrten Effekt, und ging auf quantitative Nachweis der komplette Reversibilität der elektro elasto-mechanischen Verformungen in piezoelektrische Kristalle zu erhalten. Für die nächsten Jahrzehnte, Piezoelektrizität blieb etwas von einem Labor Neugier. Mehr Arbeit getan war, zu erforschen und zu definieren, die Kristallstrukturen, die Piezoelektrizität ausgestellt. Dies gipfelte im Jahr 1910 mit der Veröffentlichung von Woldemar Voigt Lehrbuch der Kristallphysik (Lehrbuch der Kristallphysik), der die 20 natürlichen Kristallklassen in der Lage Piezoelektrizität beschrieben und streng definiert die piezoelektrischen Konstanten mit Tensoranalysis.

Verfahren / Tests und Redesign:
Finden Sie im Abschnitt # 3 finden Sie in Abschnitt 14 #
Ergebnisse:
Ein Arduino Entwicklungsboard wurde verwendet, um einen einfachen Oszillographen Setup zu etablieren. Es wurde an den Computer angeschlossen ist, die eingebaute TTL wurde verwendet, um die serielle Kommunikation zwischen dem PC und Arduino etablieren. Eine Skizze wurde hochgeladen, mit der Arduino IDE, um den Analog Stift, wo der Brandsohle Generator verbunden wurde überwachen. Ein separates Programm, genannt "processing 2.0", wurde verwendet, um die Welligkeit durch die konvertierte AC►DC Ausgang des Generators gegeben überwachen.
Schlussfolgerung / Report:
Die aktuellen Ergebnisse zeigen, dass das Produkt hat das Potenzial, Lithium-Batterien aufzuladen. Zwar gibt es Raum für Verbesserungen, zeigte es positive Anzeichen dafür weiter ausgebaut werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse hat der Einlegesohle Generator genügend Leistung, um Spannung zu schwacher Stromversorgung Schaltungen wie MCUs liefern (Micro-Controller Units -. Ex ATtiny) und TTL-Bluetooth-Sender. Jetzt kann ich sagen, dass das Produkt ist bereit für die Produktion und ist sehr geeignet für intelligente Kleidung / Schuhe. Aufladen von USB-Geräten wird nur noch nicht ausreichen, die Ladezeit ist einfach nicht ideal.
Weitere Pläne:
Wenn eine ganze Einlegesohle war es, mit einem dünnen flexiblen Folie aus Metall gefertigt und mit einem doppelseitigen piezoelektrischen Elementen verglast werden dann wäre es wahrscheinlich zu produzieren genug Strom, um ein Handy aufzuladen. Eine standardisierte Opensource 3D-Design bedruckt wird sicherlich eine neue Energie-Produktionskonzept einzuführen, um die DIY-Community. Wenn jeder hat Zugang zu einer Opensource-Projekt großen Ideen gedeihen!

Glossar / AGB, dem Sie begegnen:

Piezoelektrizitäts - ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, ein AC (Wechselstrom) Spannung zu erzeugen, wenn sie mechanischen Belastungen oder Vibrationen ausgesetzt sind, oder zu vibrieren, wenn eine Wechselspannung oder beides unterzogen wird. Die häufigste piezoelektrische Material Quarz ist. Bestimmte Keramiken, Rochelle-Salze und verschiedene andere Feststoffe diesen Effekt ebenfalls betätigt -.. Verursachen eine Maschine zu bedienen / work / erzeugen Piezo - Kurzform für piezoelektrische AC Strom - der Fluss des elektrischen Ladung periodisch die Richtung umkehrt. Piezoelemente erzeugen diese Ströme DC Strom -. Die Strömung der elektrischen Ladung ist nur in eine Richtung. Batterien erzeugen diese Ströme Brücke Diode -. In der Regel aus vier Gleichrichterdioden, die AC-Ströme zu filtern und sie in Gleichströme Piezo Disc / Element / Transducer zusammengesetzt - sie sind alle gleich, es bezieht sich auf die diskrete Komponente, die Strom erzeugt, wenn sie betätigt. Sie werden auch als keramische Wandler bekannt und werden in der Regel in veraltet Paare Hörmuschel gefunden. Schritt 3: Das Konzept hinter (das Verständnis der wichtigsten Grundlagen)

Schritt 4: Teile und Materialien

Electricity Gene Schuhe - Strom erzeugen zu Fuß (Konzept)

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Teile / Materialien:
- Billig / Generic USB Powerbank
- Piezoelektrische Wandler (6x)
- 1N4007 Gleichrichterdioden (4x)
- Hookup Draht (mindestens 12 ")
- Altes Paar Schuhe
- Kontaktkleber

Tools & Equipment:
- Digital-Multimeter
- Multitool (w / Zange)
- Drehwerkzeug
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Optional:
- 100 nF Mylar Kondensator (zum Testen)
- Reifen & Klettverschluss (Velcro)
- LED-Anzeigen (zum Testen)
- Sekundenkleber (für die Festsetzung Drähte)
- Smartphone Sport Strap
- 5 V Schaltregler (w / Supercap)

Alternativen: (da nicht alle sie sich leisten können)
- Powerbank> Alt-Akkus + 5V Recycled Inverter
- Peizo Transducer> Ein Paar alte und veraltete Hörmuschel
- Drehwerkzeug> Hot Nail (zum Schmelzen Kunststoff)
- Multitool> Eine Zange tun

Schritt 5: Mess Ihre Sole

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Holen Sie sich die Größe und Form von Ihrer Schuheinlage erhalten dann ein Paar von Hochleistungsschere / Schnitzel und schneiden Sie vorsichtig die PVC-Material. Die Platte wird als primäre Halterung der piezoelektrischen Scheiben / Elemente wirken.

Denken Sie daran: Dicke Sache, müssen Sie mindestens 2-5 mm. Wenn Ihr Material zu dick ist, wird die Piezoelemente durch zu viel Biegen brechen. Wenn Ihr Material zu dünn ist, wird das Piezoelement nicht verbiegen überhaupt damit Umwandlung weniger power.Step 6: Finden und schneiden Sie ein ideales Material (Blatt / Platte)

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Jetzt umgeben die PVC-Platte mit drei Piezoscheiben. Woher weiß ich, wo die Mitte ist? Das "Zentrum", die ich mich beziehe, ist Bereich, in dem der ganze Druck wird durch den Fuß, können Sie dadurch zurückgezogen.

Nachdem ich ein Update Vorschau des Setups, einen Bleistift und verfolgen die Piezoscheiben. Schließlich verwenden Kompass, kleinere Kreise zu zeichnen, etwa 2 mm kleiner im Radius. Die 2 mm Abstand wird als Marge handeln.

Welches Material soll ich verwenden?
Basierend auf meiner Design, brauchte ich eine Platte, die 2-5mm dick, leicht, steif ist und kann eine Menge von Biegen durchzuhalten. Metalle sind zu steif, während Kohlenstofffaser ist zu dünn. Nach dem Spiel mit einem Bündel von Materialien, habe ich herausgefunden, dass PVC passt am besten in meiner Anwendung.

Wurden hast du den PVC-Material zu bekommen?
PVC-Materialien sind überall um uns herum. Sie können sie in Ihrem örtlichen Baumarkt, sondern in Form von Rohren zu finden. Ich habe mir von unserer Überangebot von PVC-Rohren, wenn unser Haus gebaut wurde. Recycling bedeutet frei $$$ für mich! :) Schritt 7: Schleifen Löcher auf PVC-Pads

Electricity Gene Schuhe - Strom erzeugen zu Fuß (Konzept)

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In diesem Schritt, Schleifen mit Bohrung / Bohrer runde Löcher erforderlich. Da ich keine großen Bohrer (so groß wie die markierte Fläche), habe ich der Möglichkeit, sauber geschnitten Löcher gedacht und das ist durch die Verwendung meiner handlichen Drehwerkzeug.

Wenn Sie nicht über ein Drehwerkzeug, können Sie immer noch sauber geschnitten den Kunststoff, indem sie es "die altmodische Art und Weise", durch Erhitzen eines Eisennagel und Schmelzen des plastic.Step 8: Kleben der piezoelektrischen Elemente

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Diese Piezoscheiben müssen eine Menge aushalten Walk da Sie auf sie treten wiederholt werden! Sekundenkleber verwenden Sie niemals, wenn Sie dies tun, sobald Sie auf Ihrem Sohle Schritt die Piezoscheiben wird abknicken die PVC-Pad. Verwenden Sie stattdessen diese Schnelleinstellung "Haftkleber". Ihre gummiartige Eigenschaft macht sie ideal für dieses Projekt, da sie zu strecken, wenn sie bent.Step 9: Löten Die Piezos Together

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Verlöten Sie alle Piezoelemente miteinander parallel. In Serie zu löten Sie sie nicht, weil Sie mehr Strom als Spannung benötigen und diese piezoelektrischen Scheiben wird jeweils anderen Leistungsabgabe abbrechen, wenn nicht gleichzeitig betätigt werden.

Piezoelemente erzeugen Wechselströme. Im Gegensatz zu Gleichströmen, man kann nicht einfach in der Zeile tippen. da Wechselströme werden immer abwechselnder Polarität. Genau wie Stromgeneratoren, ob es können Solar-oder Benzin sein, können Sie nicht nur direkt tippen, um den Stromleitungen ohne Ausrichten Phase der AC Wellen sonst der Generator gegenseitig aufheben. (Bsp. Negative erfüllt Positive - Positive erfüllt Negative). Dies folgert, dass parallel am besten für unser Projekt.

Verbesserungen:
Durch diesen Prozess des Experimentierens, habe ich erkannt, dass selbst wenn sie parallel sind, verhakt sich die piezoelektrischen Elemente können weiterhin gegenseitig aufheben Ausgang abgeschaltet (wenn er nicht gleichzeitig betätigt werden). Dies führt zur Schlussfolgerung, dass Sie benötigen, um eine Brückendiode pro Piezoelement / disc.Step geben 10: eine Brücke Diode

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Peizoelectric Elemente produzieren AC, wenn sie mechanisch belastet werden. Leider müssen USB-Geräte und nicht DC-AC. Ein Brückendiode erforderlich ist, um zu filtern und konvertieren Wechselstrom in Gleichstrom.

Bauplan:
Folgen Sie einfach dem Schaltplan oben. Löten Sie die peizo Scheiben, um Ihre Brückendiode. Denken Sie daran, AC hat keine Polarität, können Sie die Leitungen zu invertieren oder so. Die (als Widerstand dargestellt) Last stellt Ihr Gerät.

Recycling:
CFL Lampen enthalten elektronische Vorschaltgeräte, jedes Vorschaltgerät enthält mindestens sechs bis acht Gleichrichterdioden. Diese Dioden sind mit unserem Projekt kompatibel. Bitte achten Sie darauf, in der Demontage CFL Birnen, ich bin nicht verantwortlich, wenn jemand von euch bekommen injured.Step 11: Hinzufügen Foams Drücker

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Kleben Sie nun ein kleines kleines Stück Schaumstoff auf dem Zentrum jedes Piezoscheibe. Diese Schäume werden als Drücker zu handeln. Diese Schäume werden die Piezoscheiben nach innen (wie Sandwichs) drücken, während walking.Step 12: Beobachtung und Testing

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Schließlich werden wir die Gültigkeit oder Theorie zu testen. Beginnen Sie, indem Sie einen Digital-Tester und schalten Sie es an die 2-stellige DC-Bereich. Denken Sie daran, Piezoelemente erzeugen einen kurzen Stromstoß dem Moment drücken Sie sie so das Hinzufügen einer 100nF Kondensator sollte die Messwerte viel besser lesbar zu machen.

Meine Voltmeter angezeigt:
Durch Drücken von Hand = 15,03 Volt (2 mA)
Gehen Zu Fuß = 18,53 Volt (5 mA)
Laufende Zu Fuß = 27,89 Volt (11mA) Schritt 13: Installieren der Brandsohle

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Schieben Sie die Innensohle Generator zwischen dem Schuh und dem insole.Step 14: Hinzufügen eines Powerbank + Löten

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Die Brandsohle Generator Spitzen eine Spannung von 28 Volt ist, kann der Strom klein sein, aber die Spannung genügt, 5v Ladegerät den powebank ist (Schaltungsanordnung) beschädigen. Ich nicht verwenden die 7805, da es ziemlich alt und ineffizient ist. Im Moment ist meine Sohle Generator direkt mit Lithium-Batterie meines power verlötet. Es funktioniert, aber es ist nicht ganz sicher nicht. Dies ist nur ein Prototyp so erwarten eine weitere Instructable tutorial / write-up der nächsten Woche.

UPDATE: Verabschieden Sie sich von der großen Wölbung powerbanks! Ich habe eine neue Version des Projekts wird das powerbank jetzt mit der Innensohle integriert. Ich habe auch eine Ladungskollektor circuit.Step 15: Schlussfolgerung / Ergebnisse

Schritt 16: Zukünftige Prototypen - Entwicklung von besseren,

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