Wednesday, 13 August 2025

PROJEK IZZUL 1: Projek pelajar bertajuk Small Smart Electric Generator-siri 2

Small Smart Electric Generator – Student Project Pack

1) Objektif & Spesifikasi Minimum

Menjana tenaga daripada putaran mekanikal (tangan/roda/turbin kecil) dan mengecas bateri 18650.
Pintar (smart): papar voltan, arus, kuasa & tenaga terkumpul (Wh) pada OLED; perlindungan beban rendah.
Output pengguna: USB 5V (maks ~1A) untuk LED/kipas kecil/telefon (slow charge).

Sasaran prestasi: 3–15 W bergantung kepada kelajuan putaran dan jenis generator.

2) Senibina Sistem (Blok Diagram)

[ Sumber Putaran ] --> [ DC Motor/Generator ] --> [ Penerus (Bridge) ] --+--> [ DC-DC (Buck/Boost ~5.2V) ] --> [ TP4056 Charger + Protection ] --> [ 18650 Battery ]
                                    |                                    |
                                    |                                    +--> [ INA219 Sensor (V/I/P) ] -- I2C --> [ Arduino/ESP32 ] -- I2C --> [ OLED 0.96" ]
                                    |                                                                 |
                                    |                                                                 +--> [ Kawalan Beban (MOSFET/Relay) ] --> [ Beban: USB/LED ]

3) Skematik Ringkas & Pendawaian

3.1 Rangkaian Kuasa

Generator ➜ Penerus: DC motor/stepper ➜ jambatan diod (MB6S atau 4× 1N5819).
Pelicin: kapasitor elektrolit 1000–2200 µF / 25V pada output jambatan (paralel 0.1 µF).
Penstabil: modul buck/boost set ~5.2V menuju modul pengecas TP4056 + protection (DW01 + 8205).
Bateri: 18650 dalam holder ➜ dari modul TP4056 (BAT+ / BAT-).
Output pengguna: dari bateri ➜ modul step-up 5V USB (jika perlu), lalui MOSFET/relay untuk kawalan beban.

Nota: Letak fius 2A pada talian bateri; gunakan diod Schottky (jatuhan voltan rendah) untuk kecekapan.

3.2 Sensor & Kawalan (Arduino Nano atau ESP32 DevKit)

INA219 (I2C): VCC 5V (atau 3.3V jika ESP32), GND ke GND, SDA ke SDA (A4 pada Nano / GPIO21 ESP32), SCL ke SCL (A5 Nano / GPIO22 ESP32). Sambung shunt INA219 di antara penerus/penstabil dan input TP4056 untuk ukur kuasa masuk.
OLED 0.96" SSD1306 (I2C): VCC 5V/3.3V ikut papan, SDA/SCL selari dengan INA219.
Pembaca voltan bateri: pembahagi voltan ke A0 (Nano) atau ADC GPIO34 (ESP32). Guna 100kΩ ke BAT+ dan 33kΩ ke GND ➜ tap ke pin ADC.
Kawalan beban: Gate MOSFET N-channel (modul) ke D6 (Nano) / GPIO27 (ESP32), Source ke GND, Drain ke beban (atau ikut modul). Buzzer ke D5 (Nano) / GPIO26 (ESP32).

3.3 Susunan Pin (contoh Arduino Nano)

Modul	Pin Modul	Pin Arduino
INA219	VCC	5V
	GND	GND
	SDA	A4
	SCL	A5
OLED SSD1306	VCC	5V
	GND	GND
	SDA	A4
	SCL	A5
MOSFET/Relay	IN	D6
Buzzer	+	D5
Buzzer	-	GND
Pembahagi Voltan	Tap	A0

4) Senarai Komponen (BOM) + Anggaran Harga (MYR)

Anggaran Malaysia (2025); harga berbeza ikut jenama/kualiti/kedai. Pilih salah satu bagi item bertanda (pilih).

#	Item	Spesifikasi/Nota	Kuantiti	Anggaran (RM)
1	DC Motor/Generator (pilih)	Motor DC 12–24V (contoh RS-775) atau stepper NEMA17 + rectifier	1	25–60
2	Jambatan Diod	MB6S atau 4× 1N5819 Schottky	1	1–6
3	Kapasitor pelicin	1000–2200 µF, 25V + 0.1 µF	2	2–5
4	Modul DC-DC (pilih)	Boost MT3608 (jika voltan rendah) atau Buck XL4015 (jika voltan tinggi)	1	5–12
5	Modul Pengecas	TP4056 + protection (DW01+8205)	1	3–6
6	Sel 18650 + Holder	2000–3000 mAh (utamakan yang berkualiti)	1	12–30
7	Modul USB 5V	Step-up 5V 1A/2A (port USB-A)	1	5–10
8	Sensor INA219	I2C current/voltage/power	1	8–15
9	Papan Mikro (pilih)	Arduino Nano (murah & mudah) atau ESP32 DevKit (WiFi/BLE)	1	15–40
10	Paparan OLED 0.96"	SSD1306, I2C	1	10–15
11	MOSFET/Relay Modul	N‑MOSFET logic level atau relay 5V	1	6–12
12	Buzzer aktif kecil	5V	1	1–2
13	Suis gelangsar & jack	On/Off & pilihan beban	2	2–6
14	Fius + pemegang	2A	1	3–6
15	Rintangan	100kΩ & 33kΩ (pembahagi), lain‑lain	Beberapa	2–4
16	Wayar, PCB berlubang, skru	—	—	10–25
17	Kotak projek	3D print/akrilik/kayu	1	15–40
	Jumlah Anggaran	bergantung pilihan		~RM140 – RM220

Tip: jika mahu ringkas & murah, guna Arduino Nano + MT3608 + TP4056 + MOSFET.

5) Prosedur Pembinaan (Langkah Demi Langkah)

Uji generator: Putar motor dan ukur voltan AC/DC selepas jambatan diod; pastikan >6V pada kelajuan biasa.
Tambah pelicin & DC-DC: Laras modul buck/boost kepada ~5.2V tanpa beban.
Sambung TP4056 & bateri: Pastikan polariti betul; LED merah = mengecas, biru/hijau = penuh.
Pasang INA219 di talian dari penstabil ke TP4056.
Pendawaian I2C & OLED ke Arduino/ESP32; sambung buzzer & modul MOSFET.
Muat naik kod (seksyen 6). Periksa bacaan pada OLED.
Uji beban: Sambung beban USB melalui MOSFET. Uji fungsi cut‑off bila voltan bateri rendah (cth <3.3V).
Kemas & perumah: Pasang fius, susun kabel, pastikan ventilasi.

6) Kod Arduino (contoh, Arduino Nano)

Memerlukan perpustakaan: Adafruit_SSD1306, Adafruit_GFX, Adafruit_INA219.

#include <Wire.h>

#include <Adafruit_GFX.h>

#include <Adafruit_SSD1306.h>

#include <Adafruit_INA219.h>

// --- Paparan ---

#define SCREEN_WIDTH 128

#define SCREEN_HEIGHT 64

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

// --- Sensor INA219 ---

Adafruit_INA219 ina219;

// --- Pin ---

const int PIN_BUZZ = 5; // buzzer

const int PIN_LOAD = 6; // MOSFET/relay

const int PIN_BAT_ADC = A0; // pembahagi voltan 100k:33k

// --- Parameter ---

const float R1 = 100000.0; // ohm (ke BAT+)

const float R2 = 33000.0; // ohm (ke GND)

const float VREF = 5.0; // rujukan ADC Arduino Nano

const float ADC_MAX = 1023.0;

const float VLOW_CUTOFF = 3.30; // V (cut load)

const float VLOW_WARN = 3.50; // V (buzzer berkelip)

// integrasi tenaga

float wattHours = 0.0;

unsigned long lastMs = 0;

void setup() {

pinMode(PIN_BUZZ, OUTPUT);

pinMode(PIN_LOAD, OUTPUT);

digitalWrite(PIN_LOAD, HIGH); // HIDUP beban pada mula

Wire.begin();

ina219.begin();

if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { for(;;); }

display.clearDisplay();

display.setTextSize(1);

display.setTextColor(SSD1306_WHITE);

display.setCursor(0,0);

display.println("Smart Gen");

display.display();

delay(800);

lastMs = millis();

}

float readBatteryVoltage() {

int adc = analogRead(PIN_BAT_ADC);

float vTap = (adc / ADC_MAX) * VREF; // volt di titik tap

float vBat = vTap * ((R1 + R2) / R2); // pulangkan voltan bateri sebenar

return vBat;

}

void buzzerBeep(int t){ digitalWrite(PIN_BUZZ, HIGH); delay(t); digitalWrite(PIN_BUZZ, LOW); }

void loop() {

// Bacaan kuasa masuk dari generator (sebelum TP4056)

float busV = ina219.getBusVoltage_V(); // volt pada input charger

float shuntV = ina219.getShuntVoltage_mV()/1000.0;

float loadV = busV + shuntV; // anggaran sebelum shunt

float current = ina219.getCurrent_mA()/1000.0; // A

float power = ina219.getPower_mW()/1000.0; // W

// Integrasi tenaga

unsigned long now = millis();

float dt_h = (now - lastMs) / 3600000.0; // jam

wattHours += power * dt_h; // Wh

lastMs = now;

// Bateri

float vBat = readBatteryVoltage();

// Perlindungan beban

if (vBat <= VLOW_CUTOFF) {

digitalWrite(PIN_LOAD, LOW); // MATI beban

} else {

digitalWrite(PIN_LOAD, HIGH); // HIDUP beban

}

// Amaran rendah

if (vBat <= VLOW_WARN && vBat > VLOW_CUTOFF) {

buzzerBeep(50);

}

// Paparan

display.clearDisplay();

display.setCursor(0,0);

display.print("Vin:"); display.print(loadV,2); display.println("V");

display.print("Iin:"); display.print(current,2); display.println("A");

display.print("Pin:"); display.print(power,2); display.println("W");

display.print("Energy:"); display.print(wattHours,2); display.println("Wh");

display.print("Vbat:"); display.print(vBat,2); display.println("V");

display.print("Load:"); display.println(digitalRead(PIN_LOAD)?"ON":"OFF");

display.display();

delay(300);

}

7) Ujian & Demonstrasi (Cadangan Aktiviti Makmal)

Kalibrasi kelajuan: kaitkan RPM kepada kuasa; bentangkan graf RPM vs Watt.
Perbandingan sumber putaran: crank tangan vs roda basikal vs kipas; mana paling efisien?
Analisis tenaga: guna bacaan Wh untuk kira masa mengecas LED/telefon.
Refleksi kejuruteraan: bincang kerugian (diod, DC-DC), cara naikkan kecekapan.

8) Keselamatan & Amalan Baik

Jangan cas sel tanpa modul perlindungan; elak litar pintas.
Gunakan fius, penebatan panas pada sambungan, dan pengudaraan mencukupi.
Elak over‑speed motor; pasang had mekanikal jika digerakkan mesin.
Gunakan sel 18650 yang berkualiti (bukan terpakai).

9) Pembentangan Pelajar (Rubrik Ringkas)

Reka bentuk (20%): kemasan, susun letak, keselamatan.
Prestasi (30%): kuasa maksimum, kestabilan 5V, masa cas.
Ciri pintar (30%): paparan data, cut‑off berfungsi, pengiraan Wh.
Dokumentasi (20%): skematik, gambar binaan, analisis data.

10) Pilihan Peningkatan (Opsyen “Smart+”)

Tambah SD card untuk data logging.
Guna ESP32 + MQTT/WiFi untuk paparan data di telefon.
Tambah sensor suhu sel bateri untuk hadkan arus cas jika panas.
Guna MPPT mini (buck/boost dengan kawalan duty cycle) untuk kecekapan lebih baik.

POLYCC Politeknik Tuanku Sultanah Bahiyah PTSB kulim belajar baca motivasi kerja dan puisi