Πώς έκανα τον πιο προηγμένο φακό ποτέ: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Ο σχεδιασμός PCB είναι το αδύναμο σημείο μου. Συχνά παίρνω μια απλή ιδέα και αποφασίζω να την υλοποιήσω όσο το δυνατόν πιο περίπλοκη και τέλεια.

Έτσι, κάποτε κοίταξα έναν παλιό "στρατιωτικό" φακό 4.5V με κανονικό λαμπτήρα που μάζευε σκόνη α. Η έξοδος φωτός από αυτόν τον λαμπτήρα ήταν αρκετά άθλια και οι μπαταρίες δεν ήταν επαναφορτιζόμενες, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας ήταν ανύπαρκτη. Αλλά η υπόθεσή του ήταν ωραία.

Έτσι αποφάσισα να του δώσω μια νέα καρδιά υψηλής τεχνολογίας.

Έτσι αναρωτήθηκα: "Πόσες λειτουργίες θέλω να ενσωματώσω;" και είπα: "Ναι. Όλες".

:)

Wantedθελα:- εξαιρετική διάρκεια ζωής της μπαταρίας η οποία αρχειοθετήθηκε με επαναφορτιζόμενη μπαταρία ιόντων λιθίου 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A). Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας κυμαίνεται από 20 ώρες έως 6 ώρες, ανάλογα με τη ρύθμιση ισχύος.

- υψηλότερη δυνατή απόδοση διόδου LED που θα μπορούσα να βρω - Εξαιρετικά αποδοτικό Cree XP -G3 (187lm/W)

- υψηλότερη δυνατή απόδοση IC οδηγού LED (περισσότερο από 90%) - οι οδηγοί LED καταναλωτών είναι μόνο περίπου 60% αποδοτικοί

- wantedθελα να το φορτίσω μέσω USB και με εξωτερικό προσαρμογέα έως 40V, ώστε να μπορώ να το φορτίζω οπουδήποτε με οτιδήποτε

- Iθελα να χρησιμεύσει και ως powerbank, ώστε να μπορώ να φορτίζω το τηλέφωνό μου με αυτό

- wantedθελα μια ένδειξη κατάστασης φόρτισης, ώστε να μπορώ να δω πόσο χυμός είναι ακόμα μέσα

- και ήθελα να χωρέσω τα πάντα μέσα σε αυτή τη μικρή θήκη

Έτσι χρειάστηκε να σχεδιάσω ένα προσαρμοσμένο PCB που θα χωρούσε μέσα στη θήκη του και έπρεπε να χωρέσω όλα όσα περιγράφονται παραπάνω σε αυτόν τον πίνακα.

Παρακάτω είναι ένα βίντεο που δείχνει όλη τη διαδικασία σχεδιασμού. Μη διστάσετε να παρακολουθήσετε, να μοιραστείτε, να κάνετε like και να εγγραφείτε στο κανάλι μου στο youtube:)

Θα περιγράψω περαιτέρω τα βήματα σχεδιασμού σε αυτό το διδακτικό.

Ας ελπίσουμε ότι αυτό το διδακτικό θα δώσει σε κάποιους προοπτική για το τι μπορεί να γίνει και πόση δουλειά χρειάζεται για να γίνει αυτό και ίσως ακόμη και να εμπνεύσει μερικά παιδιά να γίνουν ηλεκτρολόγοι μηχανικοί:)

Βήμα 1: Ο παλιός φακός

Αυτό ήταν ένα φθηνό φως, με μπαταρία 4,5V και ήταν τόσο φωτεινό όσο ένα κανονικό κερί.

Είχε δροσερά, χειροκίνητα κόκκινα και πράσινα φίλτρα που ήταν πολύ δροσερά.

Βήμα 2: Αποκόλληση του φακού

Έσπασα όλα τα μέρη και μέτρησα τις εσωτερικές διαστάσεις. Χρειάστηκε να σχεδιάσω τον πίνακα που θα ταιριάζει απόλυτα.

Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω 3 μπαταρίες λιθίου παράλληλα. Η θήκη ήταν πολύ μικρή για να χρησιμοποιήσει τα κλασικά κελιά 18650. Έτσι αποφάσισα να χρησιμοποιήσω λίγο πιο κοντές κυψέλες 18500 - Panasonic NCR18500A με περίπου 2000mAh το καθένα. Έτσι είχα αρκετά καλή χωρητικότητα 6Ah συνολικά

Αυτό σήμαινε ότι ο χώρος για το PCB ήταν μάλλον μικρός. Αλλά λένε: "θα μπορούσε να τα καταφέρει αν προσπαθούσε":)

Βήμα 3: Το σχηματικό

Έτσι έφτιαξα αυτό το απίστευτα πολύπλοκο σχηματικό. Μη με ρωτάτε για τις ώρες που πέρασα για αυτό:)

Έψαχνα και διάλεγα τα κατάλληλα εξαρτήματα για αρκετές ημέρες, πριν καταλήξω στο συμπέρασμα. Αυτό σημαίνει περιήγηση στον ιστότοπο του κατασκευαστή (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) για τα IC ανά κατηγορία και επιλογή ενός που ταιριάζει στις ανάγκες μου. Και το IC πρέπει να είναι διαθέσιμο για να αγοράζει ποσότητες μυρωδιάς σε ιστότοπους όπως οι Farnell, Mouser και Digikey.

Η καλωδίωση όλων των IC δεν είναι τόσο δύσκολη όσο φαίνεται, επειδή οι κατασκευαστές περιλαμβάνουν πάντα ένα βασικό διάγραμμα καλωδίωσης στο φύλλο δεδομένων IC. Δεν θα μπω σε λεπτομέρειες εδώ για το σχηματικό, αν προκύψει οποιαδήποτε ερώτηση, μη διστάσετε να ρωτήσετε στα σχόλια.

Το σχήμα περιλαμβάνει τα ακόλουθα υπο-κυκλώματα:

-Προστασία υπερφόρτισης/υπερφόρτισης και υπερφόρτισης μπαταρίας που διατηρεί την μπαταρία εντός ασφαλών ορίων λειτουργίας.

- Ελεγκτής αργής φόρτισης USB - χρησιμοποιείται για αργή φόρτιση του φακού μέσω θύρας micro USB. Αυτό προσθέτει ευκολία, αλλά ο φακός θα μπορούσε να φορτιστεί για έως και 12 ώρες μέσω αυτής της επιλογής πρόσθεσα ένα διακόπτη για να επιλέξω το ρεύμα φόρτισης μεταξύ 100mA (όριο ρεύματος USB 1.0), 500mA (τυπικό ρεύμα USB) και 800mA (φορτιστής τοίχου)

- Ελεγκτής γρήγορης φόρτισης - αυτό το IC ελέγχει τη φόρτιση μέσω της υποδοχής υποδοχής DC που είναι τοποθετημένη στη θήκη της μπαταρίας. Μπορεί να χειριστεί τάση εισόδου από 5V έως 40V, έχει προστασία αντίστροφης πολικότητας και μπορεί να φορτίσει την μπαταρία σε λίγες ώρες το πολύ. Πρόσθεσα ένα διακόπτη για να επιλέξετε δύο διαφορετικά ρεύματα φόρτισης ανάλογα με τον περιορισμό της πηγής ισχύος. Το ρεύμα είναι επιλέξιμο μεταξύ 1Α και 3Α. Με αυτόν τον τρόπο δεν μπορείτε να υπερφορτώσετε έναν προσαρμογέα τοίχου DC χαμηλότερης ισχύος. Το ήθελα καθολικό:)

- Πρόγραμμα οδήγησης LED - επέλεξα ένα πρόγραμμα οδήγησης LED υψηλής απόδοσης (90%), ικανό να οδηγήσει το LED με ρεύμα έως 1Α (περίπου 3W). Αυτή είναι αρκετά χαμηλή ισχύς, αλλά επέλεξα την υψηλότερη απόδοση LED που μπορούσα να βρω - Cree XP -G3 (187lm/W) που αντισταθμίζει τη χαμηλή ισχύ οδήγησης. Wantedθελα την υψηλότερη δυνατή απόδοση και διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Το πρόγραμμα οδήγησης υποστηρίζει 4 ρυθμιζόμενες ρυθμίσεις ισχύος. Επέλεξα Off, 1W, 2W και 3W.

- Ο περιστρεφόμενος διακόπτης σε δυαδικό αποκωδικοποιητή - αυτό συμβαίνει επειδή οι έξοδοι ισχύος του οδηγού LED ήταν δυαδική κωδικοποίηση και έπρεπε να μετατρέψω την έξοδο από έναν διακόπτη σε δυαδικό κώδικα 2 bit με διπλό IC πύλης OR.

- Ένδειξη μετρητή καυσίμου μπαταρίας σχεδίασα διακριτικά με 4 συγκριτές, αναφορά τάσης ακριβείας και διαχωριστικά αντίστασης ακριβείας. Έδειξε την υπόλοιπη χωρητικότητα με βάση την τάση της μπαταρίας. Βρήκα μια καμπύλη τάσης εκφόρτισης για μια παρόμοια κυψέλη μπαταρίας και υπολόγισα τα διαχωριστικά αντίστασης έτσι ώστε να ανάβουν ανάλογα τα LED.

- Λειτουργία powerbank USB και ελεγκτής γρήγορης φόρτισης. Το πρώτο IC παράγει ένα σταθερό 5V IC από την τάση της μπαταρίας 2,5V - 4,2V. Το δεύτερο IC είναι μια ωραία προσθήκη - είναι ένας ελεγκτής φόρτισης USB. Όταν συνδέετε το τηλέφωνο στη θύρα φόρτισης, αυτό το IC επικοινωνεί με το τηλέφωνο και του λέει τι είναι μια έξυπνη θύρα φόρτισης και λέει στο τηλέφωνο ότι μπορεί να πάρει έως και 1,5Α ρεύματος φόρτισης. Χωρίς αυτό το IC πολλά τηλέφωνα θα φορτίζονταν μόνο με το προεπιλεγμένο ρεύμα USB των 500mA. Όταν καθιερωθεί η γρήγορη φόρτιση, ανάβει μια λυχνία LED, ώστε να μπορείτε να δείτε ότι το τηλέφωνο φορτίζει γρήγορα. Ένας μικρός διακόπτης στο PCB χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει τη λειτουργία του powerbank.

Εάν πιστεύετε ή όχι, σε αυτό το σχηματικό υπάρχουν 125 στοιχεία:)

Παραγγέλνω να τα τοποθετήσω σε έναν πολύ μικρό πίνακα έπρεπε να χρησιμοποιήσω παθητικά εξαρτήματα μικροσκοπικού μεγέθους 0402 - ένα μέγεθος αντίστασης είναι 1mm x 0.5mm ή 0.04 επί 0.02 ίντσες. Εξ ου και το μέγεθός τους 0402.

Βήμα 4: Το PCB

Στη συνέχεια, όταν ολοκληρωθεί το διάγραμμα, είναι καιρός να διαμορφώσετε την περιοχή του PCB στις επιθυμητές διαστάσεις και να τοποθετήσετε τα εξαρτήματα στο PCB.

Αυτό είναι αρκετά μακρύ έργο, αλλά θα το απολαύσετε. Είναι μια ωραία και χαλαρωτική δουλειά.

Λίγη γνώση σχετικά με συγκεκριμένες τοποθετήσεις εξαρτημάτων είναι χρήσιμη. Λαμβάνεται κυρίως με βιβλία και σεμινάρια και μερικά έρχονται στην πράξη. Όσο περισσότερα PCB θα κάνετε τόσο καλύτερα θα γίνετε.

Χρησιμοποιώ το Altium Designer που είναι επαγγελματικό πρόγραμμα και παίρνω άδεια από τη δουλειά μου. Αλλά για έναν χομπίστα, το Eagle, το Kicad, το designspark PCB και πολλά άλλα είναι μια καλύτερη λύση αφού είναι πολύ πιο εύκολο να ξεκινήσετε.

Δουλεύω με στοιχεία που έχουν επίσης σχεδιαστεί σε 3D, κάτι που βοηθά πολύ στην απεικόνιση και στο σχεδιασμό των περιβλημάτων, επειδή γνωρίζετε πού βρίσκονται τα πράγματα και πόσο ψηλά είναι. Αλλά η σχεδίαση των αποτυπωμάτων των τμημάτων με τρισδιάστατα σώματα απαιτεί 3 φορές περισσότερη δουλειά. Αλλά αξίζει τον κόπο μακροπρόθεσμα.

Ακολουθούν τα δεδομένα σχεδιασμού PCB που περιλαμβάνουν ζέρμπερ, μεγαλύτερα σχηματικά αρχεία, συναρμολόγηση και νομοσχέδιο υλικών:

Χρησιμοποιώ το JLCPCB για την κατασκευή των σανίδων μου. Το κόστος αυτού του πίνακα είναι μόνο μερικά $ για 5 τεμάχια (συν τα μεταφορικά) που είναι μια συμφωνία! Εγγραφείτε για να λάβετε κουπόνια νέου χρήστη 18 δολαρίων:

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον κωδικό κουπονιού "JLCPCBcom" στο ταμείο για μια μικρή έκπτωση.

Βήμα 5: Κατασκευή του PCB

Οι ημέρες χάραξης του PCB στο σπίτι είναι μετρημένες. Στο λύκειο πριν από 10 χρόνια συνήθιζα να χαράζω τα PCB μου στο σπίτι. Wasταν πολύ φθηνότερο έτσι. Αλλά τότε δεν υπήρχαν κινεζικές εταιρείες που προσέφεραν PCB δωρεάν.:)

Τώρα μπορείτε να αποκτήσετε PCB 2 επιπέδων για αποστολή 2USD + σε ιστότοπους όπως το JLCPCB.com. Είναι πολύ πιο βολικό με αυτόν τον τρόπο και παίρνετε επαγγελματικές τάβλες.

Απλώς πρέπει να εξάγετε τα αρχεία gerber (τα οποία περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τα στρώματα χαλκού στο PCB) και να τα ανεβάσετε στον ιστότοπό τους και να περιμένετε μερικές εβδομάδες μέχρι ο αγαπημένος σας ταχυδρόμος να παραδώσει το αριστούργημά σας.

Βήμα 6: Συγκόλληση

Η συγκόλληση εξαρτημάτων τόσο μικρού μεγέθους δεν είναι εύκολη υπόθεση. Αλλά με καλό κολλητήρι και καλή όραση μπορεί να γίνει.

Χρησιμοποιώ τον σταθμό συγκόλλησης Ersa Icon που κάνει τη δουλειά πολύ καλά.

Για αυτό το έργο επέλεξα γελοία μικρά εξαρτήματα επειδή είχα πολύ χαμηλό χώρο. Διαφορετικά θα επέλεγα 0603 ή 0805 εξαρτήματα που είναι πολύ πιο εύκολο να κολληθούν.

Βήμα 7: Η ψύκτρα για LED

Χρειάστηκε να τοποθετήσω κάποια μάζα αλουμινίου στο περίβλημα για να διανείμει τη θερμότητα από το LED.

Δεδομένου ότι είχα το μοντέλο 3D της πλακέτας μου, θα μπορούσα εύκολα να μοντελοποιήσω το κομμάτι σε 3D και να το κατασκευάσω με το χόμπι δρομολογητή μου.

Θα μπορούσα να κόψω όλες τις τρύπες και τις εγκοπές για να ταιριάζει απόλυτα.

Βήμα 8: Έναρξη συναρμολόγησης

Τότε άρχισε η συναρμολόγηση και όλα ξαφνικά ταίριαξαν τέλεια.

Κάτω από το PCB έγραψα την ταινία Kapton έτσι ώστε ο πίνακας να είναι ηλεκτρικά απομονωμένος από το αλουμίνιο, ώστε να μην μπορούν να προκύψουν βραχυκυκλώματα.

Βήμα 9: Λίγες ώρες καλωδίων που πιέζουν αργότερα…

Το θηρίο ήταν σχεδόν ολοκληρωμένο!

Έσφιξα τα καλώδια, τοποθέτησα το διακόπτη και το φις τροφοδοσίας, ένωσα όλα τα πράγματα, τοποθέτησα τον φακό για το LED και τοποθέτησα τις μπαταρίες μέσα στις θήκες της μπαταρίας, κόλλησα τα θερμίστορ για τη μέτρηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας. Τα IC φόρτισης κρατούν την μπαταρία μέσα στα ασφαλή όρια. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή ή πολύ ζεστή, το ρεύμα φόρτισης μειώνεται για να μην καταστραφεί η μπαταρία.

Βήμα 10: Και μετά…

Πεπερασμένος!

Ο φακός ήταν πλήρης! Δείτε το βίντεο στο επάνω μέρος του οδηγού για να το δείτε σε δράση και πόσο λαμπερό λάμπει!

Το μόνο που χρειάζεται αναβάθμιση είναι ότι πρέπει με κάποιο τρόπο να σφραγίσω την τρύπα γύρω από τους συνδετήρες USB για σκόνη.

Αλλά δεν έχω καταλάβει ακόμα πώς να το κάνω σωστά. Αν έχετε κάποια ιδέα, πείτε την στα σχόλια.

Έτσι.. Τώρα νομίζετε ότι είμαι επαγγελματίας και δεν είστε σε θέση να δημιουργήσετε κάτι τέτοιο. Αλλά κάνεις λάθος. Όταν ξεκίνησα με τα ηλεκτρονικά στο γυμνάσιο, επίσης δεν είχα ιδέα για το τι έκανα. Έψαχνα στο διαδίκτυο για σχηματικά και προσπάθησα να τα κολλήσω όταν δεν ήξερα καν τι είναι ένα τρανζίστορ και πώς λειτουργεί. Φυσικά οι περισσότεροι δεν λειτούργησαν. Μέσα από δοκιμές και λάθη γινόμουν όλο και καλύτερος. Διάβασα μερικά βιβλία, πήγα να σπουδάσω ηλεκτρολόγος μηχανικός και άρχισα να φτιάχνω πολλά PCB. Με το καθένα έγινα καλύτερος. Και έτσι μπορείτε!

Σας ευχαριστώ που διαβάσατε το διδακτικό μου! Παρακαλώ ελέγξτε επίσης τις άλλες οδηγίες μου!

Μπορείτε να με ακολουθήσετε στο Facebook και το Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

για σπόιλερ σε αυτό που δουλεύω αυτήν τη στιγμή, στα παρασκήνια και άλλα πρόσθετα!

Δεύτερος στην πρόκληση σχεδίασης PCB