USB-drevet natlys m/ batteribackup (to designs): 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

For et stykke tid siden opdagede jeg et behov for et batteridrevet natlys til mit værelse. Ideen var, at jeg ikke ville rejse mig ud af sengen, hver gang jeg ville slukke mit lys for at gå i seng. Jeg havde også brug for et lys, der ikke var så lyst som mit soveværelseslys, fordi det ikke er særlig sjovt at gå fra virkelig lyst til virkelig mørkt. Og oven i det havde vores elselskab en periode, hvor vores strøm ville gå ud hvert par uger i flere minutter ad gangen … flere gange den pågældende uge. Min tanke var, om strømmen bare tilfældigt ville slukke uden grund i løbet af sommeren, altid, hvordan ville det være om vinteren?

Her er et par af mine behov:

• For det første lav effekt. Jeg arbejder stadig på denne del, men den er allerede rimelig lav som den er.
• Jeg føler, at jeg kunne gøre det bedre og samtidig gøre det billigere, hvilket var det andet mål.
• Også selvfølgelig batteridrevet.
• Lysstyrke - cirka et mellem lavt niveau; lyse nok til at se, hvad alt er. Hvor lyst dette er for dig, skal du teste for det. Hvis det er for lyst, bliver det lidt hårdt for dine øjne-især hvis du skal tænde det igen, efter det har været slukket et stykke tid!
• Kompakt design - jeg ville have, at dette skulle sidde på kanten af et rodet skrivebord, fordi det tilfældigvis var her, min seng sidder. Ikke på skrivebordet-ved siden af.
• Minimale dele på grund af det forrige element på listen, og det hjælper det tredje element.

Jeg kom med et ekstremt grundlæggende design. Jeg tænkte over det, og jeg kom med scenarier, der ville gøre designet lidt irriterende at bruge. For eksempel, hvis strømmen gik ud, mens det var mørkt, havde jeg brug for en måde at se afbryderen for at tænde den. Jeg overvejede at bruge en kontakt med en oplyst aktuator og satte kun nok strøm igennem den til at få den til at lyse. Det ville bruge lidt mere strøm, men det kan måske opvejes senere i designet. Og relateret, jeg ville ikke vente, indtil det var helt mørkt, før jeg tænder det. Jeg ville på et tidspunkt, før det faktisk var nødvendigt. Og hvad nu hvis jeg glemte at slukke det, inden jeg gik i seng? Jeg havde brug for en måde at beskytte batteriet på.

Efter lidt mere tænkning kom jeg på et Basic Design, der ville løse meget af dette. Det var meningen, at den skulle tilsluttes væggen for at opdage, om der er strømafbrydelse via et transistorkredsløb. Jeg besluttede at bruge dette til at drive et relæ i stedet, og relæet ville vælge mellem batterierne og en anden strømkilde (specifikt den der driver relæet) til LED'erne.

Da jeg nævnte dette projekt for et par mennesker, indrømmede de at være bange for mørket, og sådan noget ville være nyttigt. Dette har givet mig motivation til at fortsætte arbejdet med projektet. Jeg er siden kommet med den avancerede version, der er (for det meste) brødbræt venlig, men jeg sprang direkte til at lægge den på et brugerdefineret printkort, så jeg har ikke monteringsvejledning til brødbræt. Hvis du ved, hvordan du brænder og kan følge skemaer, bør du ikke have et problem med at tilslutte det.

Tilbehør:

Hvis du vil bruge den grundlæggende version, jeg begyndte med, skal du bruge denne liste:

1. Én Sacrificial ™ vægvorte (tænk på en gammel telefonoplader eller en af de hundredvis af strømblokke, du har i en skuffe eller kasse et sted, som du ikke aner, hvad de går til)
2. Et SPDT -relæ, der er vurderet til spændingen i det forrige element. Jeg brugte et gammelt HVAC -relæ, som en tekniker udskiftede for mange år siden (jeg fandt personligt ikke noget galt med det). HVAC -relæer er lidt akavede: de er DPST, men et sæt kontakter er normalt åbne, og det andet sæt er normalt lukket. De er også klassificeret til 24 VAC, og mit valgte vægstik satte 12 VDC ud.
3. En 12 Volt hvid LED -bjælke: Jeg brugte en af disse, men webstedet sælger dem ikke længere. Du er altid fri til at tilpasse dig det, du har eller kan få adgang til, eller endda designe dit eget.
4. Én SPST switch
5. Et eller flere batterier. Jeg brugte to 6 Volt lanterne batterier i serie, selvom jeg ville bruge et enkelt 12 Volt lanterne batteri.
6. En eller anden måde at forbinde det hele sammen

Hvis du vil lave den forbedrede version, skal du bruge denne liste:

1. Én ekstern 5 VDC strømkilde. Dette design gik direkte til PCB (mere om dette senere), så jeg slog et USB type B hunstik der. Du kan hugge enden af et Sacrificial ™ USB -kabel og fjerne ledningerne (du skal kun bruge 5 Volt -ledningen og GND)
2. Én backup strømkilde, dvs. batteriet
3. Et DPDT -relæ på 5 volt. Jeg brugte dette. Det er brødbræt venligt!
4. Én DPST switch
5. En LM7805 spændingsregulator (her)
6. En 0,22uF kondensator (valgfri). Databladet indebærer, at det skal være en keramisk type, men det siger ikke eksplicit, at det skal være som det gør for udgangskondensatoren (som jeg ikke tilføjede)
7. Fem strømbegrænsende modstande til lysdioderne eller (helst) en modstandsbus. Lysdioderne på denne liste har et 3.3V spændingsfald, og jeg beregnede 85 Ohm som den nødvendige modstand. Jeg brugte en modstandsbus med 150 Ohms modstand, fundet her.
8. En 1N4004 diode
9. Fem hvide lysdioder (3v3 @ 20mA)
10. En måde at forbinde det hele sammen

Hvis du vil have printkortversionen, er det generelt den samme liste ovenfor, men med nogle forskelle:

1. Naturligvis PCB. Designet uploades i øjeblikket kun til OSH Park, og de sælger tavler i partier med tre. Du kan få tavlen her.
2. Det har et sted til terminalblokke, men ledninger kan loddes direkte til brættet. Jeg brugte denne stil.
3. Et batteriklip (jeg brugte et 9V batteri)
4. USB -stikket nævnt før. Jeg valgte type B og ikke mini eller mikro B, fordi disse to er lidt for skrøbelige efter min smag.

Trin 1: Den ekstremt grundlæggende version

På grund af det, jeg arbejdede med dengang, havde jeg mange udfordringer. Det relæ, jeg havde, er trukket ud på det første billede. Selvom det jeg kom frem til på ingen måde var ideelt, fungerede det (andet billede). Jeg konverterede mit akavede DPST -relæ til SPDT ved at kortslutte to terminaler sammen for at lave en fælles pin. Denne forbindelse gik til kontakten, derefter til LED -bjælken og derefter jorden. Batteribanken lavede jeg-den positive side gik til NC-forbindelsen på relæet. Relæets spole var forbundet til den eksterne forsyning, hvilket ville holde relæet i sin "tændte" position. Strømforsyningen tilsluttes også til NO -forbindelsen på relæet. Alle grunde er forbundet med hinanden.

Teorien er, at mens det får ekstern strøm, forbliver relæet i tilstanden "tændt", og dermed er NO -forbindelsen lukket, og NC -forbindelsen er åben. Det betyder, at den fælles forbindelse får strøm fra den eksterne kilde. Hvis strømmen går tabt, falder relæet tilbage i sin "slukkede" tilstand, og den fælles forbindelse begynder at få strøm fra batterierne. Uanset kilden styrer kontakten strømmen til LED -bjælken. Den fælles grund mellem alt muliggør et komplet kredsløb i begge situationer.

Jeg brugte egentlige ledningsstik på det meste af kredsløbet, så jeg ikke skulle lodde noget. For at tilslutte batterierne (de har fjederterminaler) brugte jeg Sacrificial ™ testledninger (krokodilleklip med ledninger fastgjort) ved at hakke en i halvdelen og fjerne ledningerne (og tilføjede ledningsstik). Den, der bruges til at forbinde begge batterier sammen, er stadig i ét stykke. Alt er monteret på en rød SparkFun -forsendelsesæske.

Jeg har ingen billeder af det endelige produkt, men jeg vil tage nogle, hvis det ønskes.

Trin 2: Den avancerede version

Jeg var endelig i stand til at bestille de dele, der var nødvendige for at lave en faktisk god version af kredsløbet (som jeg allerede havde tegnet). De vigtige ændringer, der blev foretaget i dette design, var at designe det til at fungere uden for en reguleret 5V forsyning, og relæet blev ikke konstant drevet. Jeg var også nødt til at skifte kontakten til en DPST -type. Operationsteorien er bare et strejf mere kompleks.

Når vi ser på batteriets halvdel af kredsløbet, lad os sige, at kontakten er slukket. Relæet er stadig kablet, så dets "off" -tilstand får batteriet til at tilsluttes 5 Volt -regulatoren, derefter føres output fra regulatoren tilbage til relæet (en af NC -forbindelserne), derefter LED'er. Kontakten er forbundet mellem batteriet og relæet for at bryde kredsløbet og forhindre strøm i at flyde. Hvis kontakten er tændt, vil strømmen kunne strømme gennem kredsløbet.

Når vi ser på den anden halvdel af kredsløbet, ser vi, at strømmen fra USB straks løber ind i kontakten, derefter relæets spole og en af NO -forbindelserne på relæet. Denne forbindelses fælles pin deles med den tidligere nævnte NC -forbindelse, så dette er det sæt af kontakter, der faktisk skifter mellem strømforsyninger. Det andet sæt kontakter er til beskyttelse af spændingsregulatoren. Hvis kontakten er tændt, tændes relæet og sender den eksterne strøm til lysdioderne.

Dioden er forbundet parallelt (men omvendt) til relæet for at reducere tilbageslagsspænding, når relæet skifter fra sin "tændt" til "slukket" position ved strømtab. Dette er for at beskytte strømkilden: dvs. en USB -telefonoplader eller en pc -USB -port.

Kondensatoren kan muligvis udelukkes. Databladet til regulatoren angiver ikke, hvor langt "langt fra strømforsyningsfilteret" er, så jeg regnede med, at jeg lige så godt kunne inkludere det alligevel.

Trin 3: PCB -versionen

PCB -versionen er nøjagtig den samme som den avancerede version, men på et printkort. Alle dele er monteret på toppen af brættet og er mærket med varenumre (eller andre vigtige oplysninger), så du kan finde udskiftnings- eller udskiftningsdele efter behov eller ønske. Batteriindgangen (isoleret fra switchindgangen) har en (+) indgang og en (-) indgang. Siden (+) er mærket med en (+).

Kontaktindgangen havde en A -sektion og en B -sektion, der er mærket med A og B. De to terminaler, der omgiver "A", er A -indgangen. På samme måde omgiver B -terminalerne "B."

Der er også to monteringshuller tæt på USB -stikket. De har ingen elektriske forbindelser til noget, ikke engang hinanden.

De tre billeder blev taget på forskellige tidspunkter. Det første er det tomme bræt. Den anden er et delvist befolket bræt med blandede dele. Den tredje er det færdige bord med alle nødvendige dele.

Rediger før post:

Jeg forsøgte at vedhæfte KiCAD -filerne (som en zip), men jeg fik en fejl. Vil finde en anden måde at vedhæfte senere.