Noćno svjetlo sa USB napajanjem i sigurnosna kopija baterije (dva dizajna): 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Malo prije sam otkrio potrebu za noćnom svjetiljkom na baterijsko napajanje za svoju sobu. Ideja je bila da ne želim ustajati iz kreveta svaki put kad bih htio ugasiti svjetlo za odlazak u krevet. Trebalo mi je i svjetlo koje nije bilo tako sjajno kao svjetlo moje spavaće sobe jer prelazak sa zaista svijetlog na zaista mračno nije baš zabavno za oči. I povrh svega, naša elektroenergetska kompanija imala je period u kojem bi nam struja nestajala svakih nekoliko sedmica po nekoliko minuta … više puta te sedmice. Mislio sam: ako bi se napajanje bez ikakvog razloga nasumično prekinulo tokom ljeta, svih vremena, kako bi bilo zimi?

Evo nekoliko mojih potreba:

• Prvo, male snage. Još uvijek radim na ovom dijelu, ali već je prilično nizak.
• Osećam se kao da bih mogao bolje, a istovremeno učiniti jeftinijim, što je bio drugi cilj.
• Naravno, i na baterije.
• Osvjetljenje - otprilike na srednjem -niskom nivou; dovoljno svetla da vidi šta je sve. Koliko vam je ovo svijetlo, morat ćete to testirati. Ako je presvijetlo, bit će vam malo teško za oči-pogotovo ako ga morate ponovo uključiti nakon što je neko vrijeme bio isključen!
• Kompaktan dizajn - želio sam da ovo sjedi na rubu pretrpanog stola jer se tu slučajno nalazi moj krevet. Ne na stolu-pored njega.
• Minimalni dijelovi zbog prethodne stavke na listi i pomaže trećoj stavci.

Došao sam do izuzetno osnovnog dizajna. Razmišljao sam o tome i smislio sam scenarije koji bi dizajn učinili dosadnim za upotrebu. Na primjer, ako je nestalo struje dok je bio mrak, trebao bi mi način da vidim prekidač za napajanje kako bih ga uključio. Razmišljao sam o korištenju prekidača s osvijetljenim aktuatorom i stavio kroz njega samo toliko struje da svijetli. Potrošilo bi samo malo više energije, ali možda bi se to moglo nadoknaditi kasnije u dizajnu. S tim u vezi, ne bih čekao da se potpuno smrači prije nego što ga upalim. Ja bih u nekom trenutku prije nego što je to zaista bilo potrebno. Šta ako zaboravim da ga isključim prije spavanja? Trebao mi je način da zaštitim bateriju.

Nakon još razmišljanja, smislio sam osnovni dizajn koji bi riješio mnogo toga. Trebalo je biti spojen na zid kako bi otkrio da li je došlo do nestanka struje kroz tranzistorsko kolo. Odlučio sam upotrijebiti ovo za napajanje releja, a relej bi odabrao između baterija i drugog izvora napajanja (posebno onog koji napaja relej) za LED diode.

Kad sam spomenuo ovaj projekt par ljudi, priznali su da se plaše mraka i tako nešto bi bilo korisno. To mi je dalo motivaciju za nastavak rada na projektu. Od tada sam smislio naprednu verziju koja je (uglavnom) prilagođena matičnoj ploči, ali odmah sam prešao na postavljanje na prilagođenu ploču, tako da nemam upute za sastavljanje matične ploče. Ako znate napraviti ploču i možete slijediti sheme, ne biste trebali imati problema s povezivanjem.

Potrošni materijal:

Ako želite koristiti osnovnu verziju s kojom sam započeo, upotrijebite ovu listu:

1. Jedna zidna bradavica Sacrificial ™ (pomislite na stari punjač za telefon ili jedan od stotina blokova za napajanje koji imate u ladici ili kutiji negdje u koje nemate pojma u šta idu)
2. Jedan relej SPDT nominalnog napona iz prethodne stavke. Koristio sam stari relej HVAC -a koji je tehničar zamijenio prije mnogo godina (osobno nisam našao ništa loše u tome). HVAC releji su pomalo neugodni: oni su DPST, ali jedan skup kontakata je normalno otvoren, a drugi je normalno zatvoren. Oni su također ocijenjeni za 24 VAC i moj odabrani zidni utikač gasi 12 VDC.
3. Jedna bijela LED traka od 12 volti: koristio sam jednu od ovih, ali web stranica ih više ne prodaje. Uvijek se možete prilagoditi onome što imate ili čemu možete pristupiti, ili čak sami dizajnirati.
4. Jedan SPST prekidač
5. Jedna ili više baterija. Koristio sam dvije baterije sa lančanikom od 6 volti u seriji, iako sam želio koristiti jednu bateriju sa svjetiljkom od 12 volti.
6. Na neki način da sve to povežete

Ako želite napraviti poboljšanu verziju, upotrijebite ovu listu:

1. Jedan vanjski izvor napajanja od 5 VDC. Ovaj dizajn je otišao direktno na PCB (više o tome kasnije), pa sam tamo udario USB ženski utikač tipa B. Možete odrezati kraj Sacrificial ™ USB kabela i ogoliti žice (potrebna vam je samo žica od 5 V i GND)
2. Jedan rezervni izvor napajanja, odnosno baterija
3. Jedan relej DPDT sa 5 volti. Koristio sam ovo. Prilagođen je matičnoj ploči!
4. Jedan DPST prekidač
5. Jedan regulator napona LM7805 (ovdje)
6. Jedan kondenzator od 0,22 uF (opcionalno). Tehnički list implicira da bi trebao biti keramičkog tipa, ali ne kaže izričito da bi trebao biti kao za izlazni kondenzator (koji nisam dodao)
7. Pet otpornika za ograničavanje struje za LED diode ili (po mogućnosti) sabirnicu otpornika. LED diode na ovoj listi imaju pad napona od 3,3 V, a ja sam izračunao 85 Ohma kao potreban otpor. Koristio sam sabirnički otpornik sa otporom od 150 Ohma, koji se nalazi ovdje.
8. Jedna 1N4004 dioda
9. Pet bijelih LED dioda (3v3 @ 20mA)
10. Način da sve to povežete

Ako želite verziju tiskane ploče, to je općenito isti gornji popis, ali s nekim razlikama:

1. Očigledno, PCB. Dizajn je trenutno postavljen samo u OSH Park, a ploče se prodaju u trojkama. Ploču možete nabaviti ovdje.
2. Ima mjesto za priključne blokove, ali žice se mogu lemiti direktno na ploču. Koristio sam ovaj stil.
3. Jedna kopča za bateriju (koristio sam bateriju od 9V)
4. USB konektor koji je prethodno spomenut. Odabrao sam tip B, a ne mini ili mikro B jer su ta dva previše krhka za moj ukus.

Korak 1: Ekstremno osnovna verzija

Zbog onoga s čime sam tada radio, morao sam se suočiti s mnogo izazova. Štafeta koju sam imao izvučena je na prvoj slici. Iako ono što sam smislio nije bilo idealno, uspjelo je (druga slika). Pretvorio sam svoj neugodni DPST relej u SPDT kratkim spojem dva terminala kako bih napravio zajednički pin. Ova veza je išla do prekidača, zatim do LED trake, zatim uzemljenja. Banku akumulatora koju sam napravio-pozitivna strana je otišla na NC vezu na releju. Zavojnica releja bila je spojena na vanjsko napajanje, što bi držalo relej u položaju "uključeno". Napajanje se također spaja na NO vezu na releju. Svi osnovi povezani su zajedno.

Teorija je da, dok dobiva vanjsko napajanje, relej ostaje u "uključenom" stanju, pa je NO veza zatvorena, a NC veza otvorena. To znači da se uobičajena veza napaja iz vanjskog izvora. Ako nestane napajanja, relej se vraća u stanje "isključeno" i uobičajena veza počinje dobivati energiju iz baterija. Bez obzira na izvor, prekidač kontrolira napajanje LED trake. Zajednička tačka između svega omogućava potpuni sklop u svakoj situaciji.

Koristio sam stvarne žičane konektore na većini kola tako da ne bih morao ništa lemiti. Za spajanje baterija (imaju opružne stezaljke) upotrijebio sam ispitne vodiče Sacrificial ™ (aligatorske kopče s pričvršćenim žicama) tako što sam ih prepolovio i ogolio žice (i dodao žice). Ona koja se koristi za povezivanje obje baterije još je uvijek u jednom komadu. Sve je montirano na crvenu kutiju za isporuku SparkFun.

Nemam slike konačnog proizvoda, ali ću ih uzeti ako se zatraži.

Korak 2: Napredna verzija

Konačno sam uspio naručiti dijelove potrebne za izradu zaista dobre verzije kola (koje sam već izvukao). Važne promjene koje su napravljene u ovom dizajnu bile su njegovo projektiranje tako da radi od reguliranog 5V napajanja, a relej se nije stalno napajao. Morao sam i prekidač zamijeniti za DPST tip. Teorija rada je samo dodir složeniji.

Gledajući bateriju na pola kola, recimo da je prekidač isključen. Relej je i dalje ožičen tako da njegovo stanje "isključeno" dovodi do spajanja baterije na regulator od 5 V, zatim se izlaz regulatora vraća natrag u relej (jedan od NC priključaka), zatim LED diode. Prekidač je ožičen između baterije i releja kako bi prekinuo krug i spriječio protok struje. Ako je prekidač uključen, struja će moći teći kroz krug.

Gledajući drugu polovicu kola, vidimo da se napajanje iz USB -a odmah prenosi u prekidač, zatim u zavojnicu releja i jednu od NO veza na releju. Zajednički pin ove veze dijeli se s prethodno spomenutom NC vezom, pa je ovo skup kontakata koji se zapravo prebacuju između izvora napajanja. Drugi skup kontakata služi za zaštitu regulatora napona. Ako je prekidač uključen, relej se uključuje i šalje vanjsko napajanje LED diodama.

Dioda je spojena paralelno (ali obrnuto) s relejem kako bi se smanjio povratni napon pri prelasku releja iz položaja "uključeno" u "isključeno" pri gubitku snage. Ovo služi za zaštitu izvora napajanja: USB punjača za telefon ili računarskog USB porta.

Kondenzator se može isključiti. Tehnički list za regulator ne navodi koliko je "daleko od filtera za napajanje", pa sam zaključio da bih ga ipak mogao uključiti.

Korak 3: Verzija PCB -a

Verzija PCB -a je potpuno ista kao i napredna verzija, ali na pločici. Svi dijelovi su montirani na vrh ploče i označeni su brojevima dijelova (ili nekim drugim važnim podacima) tako da možete pronaći zamjenske ili zamjenske dijelove prema potrebi ili želji. Ulaz baterije (izoliran od prekidačkog ulaza) ima (+) ulaz i (-) ulaz. (+) Strana je označena sa (+).

Ulaz prekidača imao je A sekciju i B sekciju, koje su označene sa A i B. Dva terminala koja okružuju "A" je A ulaz. Slično, terminali B okružuju "B."

Također su predstavljene dvije montažne rupe blizu USB utikača. Nemaju nikakve električne veze, čak ni međusobno.

Tri fotografije su snimljene u različito vrijeme. Prva je prazna ploča. Druga je djelomično naseljena ploča sa mješovitim dijelovima. Treći je dovršena ploča koja koristi sve potrebne dijelove.

Uređivanje prije objave:

Pokušao sam priložiti KiCAD datoteke (kao zip), ali sam dobio grešku. Kasnije ćete pronaći drugi način za pričvršćivanje.