Νυχτερινό φως USB/ Δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας μπαταρίας (δύο σχέδια): 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Λίγο καιρό πριν, ανακάλυψα την ανάγκη για ένα νυχτερινό φως με μπαταρία για το δωμάτιό μου. Η ιδέα ήταν ότι δεν ήθελα να σηκωθώ από το κρεβάτι κάθε φορά που ήθελα να σβήσω το φως μου για να πάω για ύπνο. Χρειαζόμουν επίσης ένα φως που δεν ήταν τόσο φωτεινό όσο το φως του υπνοδωματίου μου, επειδή το να πηγαίνεις από πραγματικά φωτεινό σε πραγματικά σκοτεινό δεν είναι πολύ διασκεδαστικό στα μάτια. Και επιπλέον, η εταιρεία ηλεκτρικής ενέργειας είχε ένα χρονικό διάστημα όπου η ισχύς μας θα σβήνει κάθε δύο εβδομάδες για αρκετά λεπτά τη φορά… πολλές φορές τη συγκεκριμένη εβδομάδα. Η σκέψη μου ήταν ότι εάν το ρεύμα απενεργοποιηθεί τυχαία χωρίς λόγο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, όλες τις εποχές, πώς θα ήταν το χειμώνα;

Εδώ είναι μερικές από τις ανάγκες μου:

• Πρώτον, χαμηλή ισχύς. Εξακολουθώ να δουλεύω σε αυτό το κομμάτι, αλλά είναι ήδη αρκετά χαμηλό.
• Αισθάνομαι ότι θα μπορούσα να τα πάω καλύτερα ενώ ταυτόχρονα το έκανα φθηνότερο, που ήταν ο δεύτερος στόχος.
• Επίσης, φυσικά, με μπαταρία.
• Φωτεινότητα - περίπου ένα μεσαίο χαμηλό επίπεδο. αρκετά φωτεινό για να δει τι είναι όλα. Πόσο φωτεινό είναι αυτό για εσάς, θα πρέπει να το δοκιμάσετε. Εάν είναι πολύ φωτεινό, θα είναι λίγο δύσκολο για τα μάτια σας-ειδικά αν πρέπει να το ενεργοποιήσετε ξανά μετά από απενεργοποίηση για λίγο!
• Συμπαγής σχεδιασμός - wantedθελα αυτό να κάθεται στην άκρη ενός ακατάστατου γραφείου γιατί αυτό συμβαίνει εκεί που κάθεται το κρεβάτι μου. Όχι στο γραφείο-δίπλα.
• Ελάχιστα μέρη λόγω του προηγούμενου στοιχείου στη λίστα και βοηθά το τρίτο στοιχείο.

Σκέφτηκα ένα εξαιρετικά βασικό σχέδιο. Το σκέφτηκα και κατέληξα σενάρια που θα κάνουν το σχέδιο ενοχλητικό στη χρήση. Για παράδειγμα, εάν το ρεύμα έσβηνε ενώ ήταν σκοτεινό, θα χρειαζόμουν έναν τρόπο για να δω τον διακόπτη τροφοδοσίας για να τον ενεργοποιήσω. Σκέφτηκα να χρησιμοποιήσω έναν διακόπτη με έναν φωτισμένο ενεργοποιητή και έβαλα μόνο αρκετό ρεύμα μέσα του για να λάμψει. Θα χρησιμοποιούσε λίγο περισσότερη ισχύ, αλλά ίσως αυτό θα μπορούσε να αντισταθμιστεί αργότερα στο σχεδιασμό. Και, σχετικά, δεν θα περίμενα μέχρι να σκοτεινιάσει εντελώς πριν το ενεργοποιήσω. Θα το έκανα κάποια στιγμή πριν πραγματικά χρειαστεί. Επίσης, τι κι αν ξέχασα να το σβήσω πριν πάω για ύπνο; Χρειαζόμουν έναν τρόπο προστασίας της μπαταρίας.

Μετά από αρκετή σκέψη, κατέληξα σε ένα βασικό σχέδιο που θα έλυνε πολλά από αυτά. Meantταν γραφτό να συνδεθεί στον τοίχο για να ανιχνεύσει εάν υπάρχει διακοπή ρεύματος μέσω κυκλώματος τρανζίστορ. Αποφάσισα να το χρησιμοποιήσω για να τροφοδοτήσω ένα ρελέ αντ 'αυτού και το ρελέ θα επιλέξει μεταξύ των μπαταριών και μιας άλλης πηγής ενέργειας (συγκεκριμένα, αυτή που τροφοδοτεί το ρελέ) για τα LED.

Όταν ανέφερα αυτό το έργο σε μερικούς ανθρώπους, παραδέχτηκαν ότι φοβούνται το σκοτάδι και κάτι τέτοιο θα ήταν χρήσιμο. Αυτό μου έδωσε κίνητρο να συνεχίσω να εργάζομαι στο έργο. Έκτοτε βρήκα τη Σύνθετη έκδοση που είναι (ως επί το πλείστον) φιλική προς το breadboard, αλλά πήγα κατευθείαν να το βάλω σε μια προσαρμοσμένη πλακέτα κυκλώματος, οπότε δεν έχω οδηγίες συναρμολόγησης ψωμιού. Εάν γνωρίζετε πώς να κάνετε breadboard και μπορείτε να ακολουθήσετε τα σχήματα, δεν θα πρέπει να έχετε πρόβλημα να το συνδέσετε.

Προμήθειες:

Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε τη Βασική έκδοση με την οποία ξεκίνησα, χρησιμοποιήστε αυτήν τη λίστα:

1. Ένας κονδυλώματος τοίχου ac (θυμηθείτε παλιό φορτιστή τηλεφώνου ή ένα από τα εκατοντάδες μπλοκ τροφοδοσίας που έχετε σε ένα συρτάρι ή κουτί κάπου που δεν έχετε ιδέα σε τι πηγαίνουν)
2. Ένα ρελέ SPDT βαθμολογημένο με την τάση του προηγούμενου στοιχείου. Χρησιμοποίησα ένα παλιό ρελέ HVAC που αντικατέστησε ένας τεχνικός πριν από πολλά χρόνια (προσωπικά δεν βρήκα τίποτα κακό σε αυτό). Τα ρελέ HVAC είναι λίγο άβολα: είναι DPST, αλλά το ένα σύνολο επαφών είναι κανονικά ανοιχτό και το άλλο σύνολο είναι κανονικά κλειστό. Είναι επίσης βαθμολογημένα για 24 VAC και το επιλεγμένο βύσμα τοίχου σβήνει 12 VDC.
3. Μία λευκή μπάρα LED 12 Volt: Χρησιμοποίησα μία από αυτές, αλλά ο ιστότοπος δεν τις πουλάει πια. Είστε πάντα ελεύθεροι να προσαρμοστείτε σε αυτό που έχετε ή μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση ή ακόμη και να σχεδιάσετε το δικό σας.
4. Ένας διακόπτης SPST
5. Μία ή περισσότερες μπαταρίες. Χρησιμοποίησα δύο μπαταρίες φαναριών 6 Volt σε σειρά, αν και ήθελα να χρησιμοποιήσω μία μπαταρία φανάρι 12 Volt.
6. Κάποιος τρόπος για να τα συνδέσετε όλα μαζί

Εάν θέλετε να δημιουργήσετε τη Βελτιωμένη έκδοση, χρησιμοποιήστε αυτήν τη λίστα:

1. Μία εξωτερική πηγή ισχύος 5 VDC. Αυτός ο σχεδιασμός πήγε απευθείας στο PCB (περισσότερα για αυτό αργότερα), οπότε χτύπησα ένα θηλυκό βύσμα USB τύπου Β εκεί. Μπορείτε να κόψετε το άκρο ενός καλωδίου USB Sacrificial and και να αφαιρέσετε τα καλώδια (χρειάζεστε μόνο το καλώδιο 5 Volt και το GND)
2. Μία εφεδρική πηγή ενέργειας, δηλαδή η μπαταρία
3. Ένα ρελέ DPDT 5 Volt. Χρησιμοποίησα αυτό. Είναι φιλικό προς το ψωμί!
4. Ένας διακόπτης DPST
5. Ένας ρυθμιστής τάσης LM7805 (εδώ)
6. Ένας πυκνωτής 0,22uF (προαιρετικός). Το φύλλο δεδομένων υπονοεί ότι πρέπει να είναι κεραμικού τύπου, αλλά δεν λέει ρητά ότι πρέπει να είναι όπως για τον πυκνωτή εξόδου (που δεν πρόσθεσα)
7. Πέντε αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος για τα LED ή (κατά προτίμηση) ένα δίαυλο αντίστασης. Οι λυχνίες LED αυτής της λίστας έχουν πτώση τάσης 3,3V και υπολόγισα 85 Ohms ως την απαιτούμενη αντίσταση. Χρησιμοποίησα ένα δίαυλο αντίστασης με αντίσταση 150 Ohms, που βρέθηκε εδώ.
8. Μία δίοδος 1N4004
9. Πέντε λευκές λυχνίες LED (3v3 @ 20mA)
10. Ένας τρόπος να τα συνδέσετε όλα μαζί

Αν θέλετε την έκδοση πλακέτας κυκλώματος, είναι γενικά η ίδια λίστα παραπάνω, αλλά με μερικές διαφορές:

1. Προφανώς, το PCB. Ο σχεδιασμός ανεβαίνει προς το παρόν μόνο στο OSH Park και πωλούν σανίδες σε παρτίδες τριών. Μπορείτε να πάρετε τον πίνακα εδώ.
2. Έχει μια θέση για μπλοκ ακροδεκτών, αλλά τα καλώδια μπορούν να κολληθούν απευθείας στον πίνακα. Χρησιμοποίησα αυτό το στυλ.
3. Ένα κλιπ μπαταρίας (χρησιμοποίησα μπαταρία 9V)
4. Η υποδοχή USB που αναφέρθηκε προηγουμένως. Επέλεξα τον τύπο Β και όχι τον μίνι ή τον μικροβ, γιατί αυτοί οι δύο είναι λίγο πολύ εύθραυστοι για την προτίμησή μου.

Βήμα 1: Η εξαιρετικά βασική έκδοση

Λόγω αυτού που δούλευα τότε, είχα πολλές προκλήσεις να αντιμετωπίσω. Το ρελέ που είχα αναγράφεται στην πρώτη φωτογραφία. Ενώ αυτό που κατέληξα δεν ήταν καθόλου ιδανικό, λειτούργησε (δεύτερη φωτογραφία). Μετέτρεψα το άβολο ρελέ μου DPST σε SPDT βραχυκυκλώνοντας δύο ακροδέκτες μαζί για να δημιουργήσω μια κοινή καρφίτσα. Αυτή η σύνδεση πήγε στον διακόπτη, στη συνέχεια στη γραμμή LED και στη συνέχεια στη γείωση. Η τράπεζα μπαταριών που έφτιαξα-η θετική πλευρά πήγε στη σύνδεση NC στο ρελέ. Το πηνίο του ρελέ ήταν συνδεδεμένο με την εξωτερική τροφοδοσία, το οποίο θα διατηρούσε το ρελέ στη θέση "on". Το τροφοδοτικό συνδέεται επίσης με τη σύνδεση NO στο ρελέ. Όλοι οι λόγοι συνδέονται μεταξύ τους.

Η θεωρία είναι ότι ενώ παίρνει εξωτερική ισχύ, το ρελέ παραμένει στην κατάσταση "on", έτσι η σύνδεση NO κλείνει και η σύνδεση NC είναι ανοιχτή. Αυτό σημαίνει ότι η κοινή σύνδεση παίρνει ενέργεια από την εξωτερική πηγή. Εάν χαθεί η ισχύς, το ρελέ επιστρέφει στην "απενεργοποιημένη" κατάσταση και η κοινή σύνδεση αρχίζει να τροφοδοτείται από τις μπαταρίες. Όποια και αν είναι η πηγή, ο διακόπτης ελέγχει την ισχύ στη γραμμή LED. Ο κοινός τόπος μεταξύ όλων επιτρέπει ένα πλήρες κύκλωμα σε κάθε περίπτωση.

Χρησιμοποίησα πραγματικούς συνδετήρες καλωδίων στο μεγαλύτερο μέρος του κυκλώματος, ώστε να μην χρειαστεί να κολλήσω τίποτα. Για να συνδέσω τις μπαταρίες (έχουν ακροδέκτες ελατηρίου), χρησιμοποίησα δοκιμαστικούς αγωγούς Sacrificial ((συνδετήρες αλιγάτορα με συνδεδεμένα καλώδια) κόβοντας το ένα στο μισό και αφαιρώντας τα καλώδια (και πρόσθετα καλώδια σύνδεσης). Αυτή που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση και των δύο μπαταριών είναι ακόμα σε ένα κομμάτι. Όλα είναι τοποθετημένα σε ένα κόκκινο κουτί αποστολής SparkFun.

Δεν έχω φωτογραφίες από το τελικό προϊόν, αλλά θα τραβήξω μερικές αν μου ζητηθεί.

Βήμα 2: Η προηγμένη έκδοση

Finallyμουν τελικά σε θέση να παραγγείλω τα μέρη που χρειάζονται για να φτιάξουμε μια πραγματικά καλή έκδοση του κυκλώματος (που είχα ήδη βγάλει). Οι σημαντικές αλλαγές που έγιναν σε αυτόν τον σχεδιασμό ήταν ο σχεδιασμός του να λειτουργεί από ρυθμιζόμενη παροχή 5V και επίσης το ρελέ να μην τροφοδοτείται συνεχώς. Έπρεπε επίσης να αλλάξω το διακόπτη για έναν τύπο DPST. Η θεωρία της λειτουργίας είναι απλώς μια πινελιά πιο περίπλοκη.

Κοιτάζοντας τη μισή μπαταρία του κυκλώματος, ας πούμε ότι ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος. Το ρελέ εξακολουθεί να είναι καλωδιωμένο έτσι ώστε η "απενεργοποιημένη" κατάσταση να προκαλεί τη σύνδεση της μπαταρίας στον ρυθμιστή 5 Volt, στη συνέχεια η έξοδος του ρυθμιστή επαναφέρεται στο ρελέ (μία από τις συνδέσεις NC) και στη συνέχεια LED. Ο διακόπτης συνδέεται μεταξύ της μπαταρίας και του ρελέ για να σπάσει το κύκλωμα και να μην ρέει το ρεύμα. Εάν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, τότε το ρεύμα θα μπορεί να ρέει μέσω του κυκλώματος.

Κοιτάζοντας το άλλο μισό του κυκλώματος, βλέπουμε ότι η τροφοδοσία από το USB περνάει αμέσως στον διακόπτη, στη συνέχεια το πηνίο του ρελέ και μία από τις συνδέσεις NO στο ρελέ. Ο κοινός πείρος αυτής της σύνδεσης είναι κοινός με την προηγουμένως αναφερθείσα σύνδεση NC, επομένως αυτό είναι το σύνολο επαφών που αλλάζουν πραγματικά μεταξύ τροφοδοτικών. Το άλλο σύνολο επαφών είναι για την προστασία του ρυθμιστή τάσης. Εάν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, το ρελέ ενεργοποιείται και στέλνει την εξωτερική ισχύ στα LED.

Η δίοδος συνδέεται παράλληλα (αλλά αντίστροφα) με το ρελέ για να μειώσει την τάση πίσω πτήσης όταν το ρελέ αλλάξει από τη θέση "ενεργοποίησης" σε "απενεργοποίηση" στην απώλεια ισχύος. Αυτό γίνεται για την προστασία της πηγής τροφοδοσίας: δηλαδή, φορτιστή τηλεφώνου USB ή θύρα USB υπολογιστή.

Ο πυκνωτής μπορεί να αποκλειστεί. Το φύλλο δεδομένων για τη ρυθμιστική αρχή δεν προσδιορίζει πόσο μακριά είναι "μακριά από το φίλτρο τροφοδοσίας", οπότε σκέφτηκα ότι θα μπορούσα να το συμπεριλάβω ούτως ή άλλως.

Βήμα 3: Η έκδοση PCB

Η έκδοση PCB είναι ακριβώς η ίδια με την προηγμένη έκδοση, αλλά σε πλακέτα κυκλώματος. Όλα τα μέρη είναι τοποθετημένα στο πάνω μέρος της πλακέτας και φέρουν ετικέτα με τους αριθμούς εξαρτημάτων (ή κάποιες άλλες σημαντικές πληροφορίες), ώστε να μπορείτε να βρείτε ανταλλακτικά ή ανταλλακτικά, όπως απαιτείται ή επιθυμείτε. Η είσοδος της μπαταρίας (απομονωμένη από την είσοδο του διακόπτη) έχει είσοδο (+) και είσοδο (-). Η (+) πλευρά επισημαίνεται με (+).

Η είσοδος του διακόπτη είχε ένα τμήμα Α και ένα τμήμα Β, τα οποία επισημαίνονται με Α και Β. Οι δύο ακροδέκτες που περιβάλλουν το "Α" είναι η είσοδος Α. Ομοίως, οι ακροδέκτες Β περιβάλλουν το "Β".

Επίσης, εμφανίζονται δύο οπές στερέωσης κοντά στο βύσμα USB. Δεν έχουν ηλεκτρικές συνδέσεις σε τίποτα, ούτε καν μεταξύ τους.

Οι τρεις φωτογραφίες τραβήχτηκαν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Το πρώτο είναι ο κενός πίνακας. Το δεύτερο είναι ένας μερικώς κατοικημένος πίνακας με μικτά μέρη. Ο τρίτος είναι ο ολοκληρωμένος πίνακας που χρησιμοποιεί όλα τα μέρη που ζητούνται.

Επεξεργασία πριν από τη δημοσίευση:

Προσπάθησα να επισυνάψω τα αρχεία KiCAD (ως zip) αλλά πήρα ένα σφάλμα. Θα βρει άλλο τρόπο να επισυνάψει αργότερα.