Diseño de un fuerte soporte para dispositivos electrónicos

Voy a abordar el problema más amplio de hacer que el sistema sea robusto y confiable, en lugar de centrarme solo en las baterías. Los principales problemas que veo son: robustez, impermeabilidad, batería/carga y el "chasis".

Si estuviera construyendo estas cosas yo mismo, usaría tubería de PVC como chasis. Pero más sobre esto en un momento.

Para aumentar la robustez, encajonaría la PCB en "resina de fundición". Simplemente busque en Google "resina de fundición". Esencialmente, es un epoxi que puede verter en la tubería de PVC para revestir las PCB para impermeabilizarlas y sostener la PCB contra golpes y vibraciones. La resina de vaciado está disponible en muchas tiendas de pasatiempos/artesanías como Michaels y Hobby Lobby. Simplemente coloque sus dispositivos electrónicos en la tubería de PVC, mezcle la resina y viértala en la tubería. Nota importante: la resina de fundición viene en 2 partes y la proporción de las dos partes afecta el tiempo que tarda en endurecerse. Cuanto más rápido se endurece, MÁS CALIENTE se pone durante el proceso de curado. Desea que se endurezca lo más lentamente posible, de lo contrario, podría calentarse lo suficiente como para dañar los componentes electrónicos. La experimentación con la resina es importante para hacerlo bien.

La resina fundida funcionará mejor si sus baterías son recargables y están completamente recubiertas de resina. Sin embargo, yo no haría eso. Las baterías se comportan de manera extraña cuando están cargadas. En el mejor de los casos, sus baterías podrían calentarse y no poder disipar el calor debido a la resina. En el peor de los casos, sus baterías acumulan cierta presión interna que no se puede manejar debido a que están encerradas. Como alternativa, podría usar algunos supercondensadores. La utilidad de los supercaps dependerá de su consumo de energía y de una variedad de otras cuestiones, pero los he usado para varias aplicaciones y funcionan bastante bien. Esencialmente, los supercaps se comportan como baterías recargables, excepto que no tienen tanta energía, pero se pueden cargar y descargar casi un número ilimitado de veces.

Si no puede usar supercapacitores, entonces las baterías recargables con lengüetas/clavijas/cables ya conectados serían su segunda mejor opción. La tercera opción sería pilas AA estándar o recargables. Con los AA, personalmente no pasaría mucho tiempo haciendo que el resorte mantuviera un buen contacto. Eso es una gran pérdida de tiempo porque hagas lo que hagas, ¡no será lo suficientemente bueno! En cambio, su diseño debe tener eso en cuenta. La mejor manera de hacer esto es simplemente colocar tapas grandes en su circuito para que, si las baterías pierden momentáneamente el contacto, el circuito permanezca encendido.

Si usa supercaps o baterías recargables, luego viene el sistema de carga. Simplemente podría tener un conector que vaya a un cargador. Por supuesto que no es muy resistente al agua. Una forma genial sería tener un cargador inductivo sin contacto. Imagine un transformador con dos bobinas de alambre. AC entra en una bobina y sale por la otra bobina. Un cargador inductivo es lo mismo, excepto que una bobina está en la base de su bastón y la otra bobina está en la "estación de carga".

En el mejor de los casos, todo, incluidas las súper tapas, la bobina de carga y las PCB, podría estar encerrado en resina de fundición. ¡Sin costuras, no hay forma de que el agua entre en el circuito! Y con todo encerrado y totalmente soportado, todo es muy robusto mecánicamente. Con un poco de trabajo, ni siquiera necesitaría tapas en los extremos de la tubería de PVC. De esa forma tu bastón sería una simple y suave vara. Apuesto a que podrías tomar esto y tirarlo desde un avión en vuelo bajo y sobreviviría.

Además, la resina de fundición es transparente como el agua. Su circuito puede tener LED de estado que se pueden ver a través de la resina.

De los siguientes métodos, usar un tubo con 4 celdas sin pestañas comprimidas dentro, con orificios de enfriamiento si es necesario, probablemente sea la solución más barata y fácil. Espuma fuerte o resortes solo en cada extremo: precargue y luego enganche en su lugar, debería funcionar bien. El "cierre" puede ser tan simple como un disco empujado en su lugar y luego un pasador empujado hacia afuera. O un alambre rígido (por ejemplo, con el grosor de un sujetapapeles+ que se puede empujar a través de los orificios transversales y luego doblarlo.

Los resortes son una mala idea a menos que pueda garantizar una fuerza de retención que exceda la fuerza del resorte en todas las situaciones.

4 en un tubo: si coloca 4 baterías en serie en un tubo y luego aplica un poco de fuerza en ambos extremos, debería poder hacer una batería que pueda soportar cualquier fuerza aplicada sensible y que quepa dentro de su bastón.

Si encuentra un tubo de plástico o incluso de cartón un poco más grande que el diámetro de la batería, si es necesario, puede cortar agujeros en los lados del tubo en numerosos lugares para permitir el enfriamiento. Esto no debería ser necesario con tasas de descarga modestas.

Las celdas sin tabulación estándar "terminadas en pezón" deberían poder usarse de esta manera. Las baterías pueden tener un resorte o un taco de espuma rígida en cada extremo. Las baterías se presionan en el tubo con un resorte, etc. en un extremo, luego se agrega un disco final y luego un pasador, alambre o tornillo en todo el tubo para mantener las baterías en su lugar y mantener la compresión del resorte.

Ilustración esquemática del esquema a continuación. No se muestran los contactos: agregue discos finales con cables.
No se requieren conexiones entre baterías (contacto de fricción).
La espuma o la presión del resorte deben resistir la aceleración en el impacto cuando se dejan caer longitudinalmente.
El tubo puede ser tan fuerte como se desee.

Negro - tubo de cuerpo.
Naranja: espuma o resortes para proporcionar compresión.
Rojo - disco, diámetro del cuerpo apropiado. Probablemente no conductor.
Azul: clavijas o alambre que atraviesan agujeros en lados opuestos del tubo.

Inserte espuma + disco + pasador en un extremo.
Inserte el contacto (no se muestra).
Inserte 4 baterías. Insertar contacto + 2º espuma + 2º disco.
Empuje hacia abajo hasta que se pueda insertar el segundo pasador

Doble los pasadores por seguridad O use tornillo + tuerca, digamos de 2 mm a 3 mm.
Tuercas Nylock para puntos extra.

El tubo debe ser lo suficientemente resistente para soportar las fuerzas de compresión de la espuma + caídas +...
El tubo PUEDE necesitar ventilación. Probablemente no.

¿Células con pestañas?: El uso de pilas AA con pestañas te permitirá soldar un paquete con la forma que elijas. Las celdas con pestañas son generalmente (no invariablemente) recargables. Según la hoja de datos del módulo bluetooth, parece que 4 x NimH sería demasiado bajo. PERO si puede omitir el regulador integrado de BT, PUEDE funcionar con 4 x NimH.

Iones de litio: el contenido de energía en celdas de 4 x 1000 mAh (ver más abajo) es de aproximadamente 4 x 1000 mAh x 1,2 V (digamos) =~ 5 vatios hora. Una sola celda LiIon 18650 ofrece alrededor de 2000 mAh x 3,6 V = más de 7 vatios hora. SI puede usar el voltaje que entrega un LiIon, entonces un solo 18650 recargable funcionaría bien.

Prefabricados: Puede comprar paquetes NimH prefabricados de 3 y 4 celdas hechos para teléfonos inalámbricos.

Su módulo bluetooth necesita 5 V a una corriente que varía ampliamente según el modo. Hoja de datos de Bluetooth aquí .

Su informe dice que las baterías más baratas duraron 50 horas.
A 2000 mAh, 50 horas = 40 mA promedio.
A 1000 mAh (más probable para las baterías más baratas) = ​​promedio de 20 mA.

4 Las baterías alcalinas o de zinc NO proporcionarán 5 V cuando estén agotadas (totalmente descargadas). 5V/4 = 1,25V = 50%-60% descargado.
El módulo Bluetooth tiene un regulador lineal. Vout no se especifica, PERO si es 3V3, entonces se pueden usar 3 baterías con una celda LDO de aproximadamente 1.133 V. (3 x 1,1333 = 3,4 V = 3,3+ 0,1 V de espacio libre en el peor de los casos. (Muy ajustado).

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Montaje de placa de circuito impreso:

El consejo de @David Kessner sobre la colocación de PCB, etc., suena bien y en años anteriores habría estado de acuerdo en que esa era la mejor manera de hacerlo. Mis experiencias de los últimos años indican que se pueden obtener excelentes resultados más fácilmente.
Si necesita algo mejor que excelente, intente macetas.

Hemos descubierto que una PCB semiflotante funciona de maravilla.
Tenemos una luz con la placa de circuito impreso a lo largo del eje largo y montada en ranuras con una tapa en el extremo, la capacidad de moverse ligeramente hacia adelante y hacia atrás y un pequeño acolchado en los extremos. Tiene algunos circuitos integrados SMD y un pequeño inductor de núcleo de ferrita, además de componentes discretos y algunos adhesivos. Puede dejar caer la luz con carcasa de ABS 100 veces desde 1,5 metros sobre hormigón en todos los ejes, o decir 20 veces desde 2 a 3 metros o decir 5 veces desde 5 metros sin daños, en muchas pruebas. La prueba de 5 metros rompe de manera confiable parte de la carcasa, pero nada más: la energía de caída debe ser suficiente para impactar de manera confiable más allá del punto de ruptura. La luz sigue funcionando pero ya no puedes colgarla ;-).

Es solo una idea, por lo que puede omitirla.

¿Si transformas ese problema de temblar en una ventaja? Puede comprar un dispositivo de carga con una bobina y un núcleo móvil (también hay linternas con él, por lo que se reduce el esfuerzo de búsqueda). Un ejemplo es este .

Entonces necesitas una batería de respaldo, que puedes soldar para asegurar que sea estable, y obtienes una herramienta perfectamente autónoma.

Sobre las baterías, tenga en cuenta esto: cuanta más energía ahorre, necesitará baterías más pequeñas, y baterías más pequeñas significa menos energía de inercia y menos riesgo de romper el soporte.

También te puede interesar esto (recolección de energía a partir de vibraciones) o, más en general, este sitio sobre recolección de energía.

Pero pensándolo bien, si es un aparato que se usa una vez al año, quizás no sea el caso en el que gastarás en una cosechadora, e incluso en sofisticadas baterías; en ese caso, solo puedo sugerir que intente ahorrar la mayor cantidad de energía posible y haga un buen estuche para 2 baterías.

Aquí hay un truco que es barato y fácil de probar.

Coloque el módulo Bluetooth y el portapilas en el tubo bastón y llénelos con espuma aislante expansiva. (Probablemente después de envolver el circuito con algo para protegerlo).

Eso debería protegerlo de los golpes y evitar que algo se mueva dentro del tubo.

Puede hacer pruebas con una placa de circuito de tamaño similar y ver cuánto abuso puede soportar.