Sådan lavede jeg den mest avancerede lommelygte nogensinde: 10 trin (med billeder)

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

PCB -design er mit svage punkt. Jeg får ofte en simpel idé og beslutter mig for at realisere den så kompleks og perfekt som muligt.

Så jeg så engang en gammel "militær" 4.5V lommelygte med almindelig pære, der opsamlede støv a. Lysudbyttet fra den pære var temmelig elendigt, og batterierne var ikke genopladelige, batteriets levetid var ikke eksisterende. Men sagen var fin.

Så jeg besluttede at give det et nyt højteknologisk hjerte.

Så jeg spurgte mig selv: "Hvor mange funktionaliteter vil jeg bygge ind?" Og jeg sagde: "Ja. Alle sammen."

:)

Jeg ville have:- fremragende batterilevetid, som blev arkiveret med 3,7V 6000mAh (3x NCR18500A) genopladeligt Li-Ion-batteri. Batteriets levetid varierer fra 20 timer til 6 timer, afhængigt af strømindstillingen.

- højest mulige effektivitets LED -diode jeg kunne finde - Ultraeffektiv Cree XP -G3 (187lm/W)

- højest mulig effektivitet LED driver IC (mere end 90%) - forbruger LED drivere er kun omkring 60% effektive

- Jeg ville oplade det via USB og med ekstern adapter op til 40V, så jeg kunne oplade det hvor som helst med hvad som helst

- Jeg ville også have, at den skulle fungere som powerbank, så jeg kunne oplade min telefon med den

- Jeg ville have en indikator for ladningstilstand, så jeg kunne se, hvor meget juice der stadig er indeni

- og jeg ville passe alt inde i den lille sag

Så jeg havde brug for at designe et brugerdefineret printkort, der ville passe ind i etuiet, og jeg skulle passe alt det, der er beskrevet ovenfor på dette bord.

Ovenfor er en video, der viser hele designprocessen. Se, del, like og abonner gerne på min youtube kanal:)

Jeg vil yderligere beskrive designtrinnene i denne instruktive.

Forhåbentlig vil denne instruktive give nogle mennesker perspektiv på, hvad der kan gøres, og hvor meget arbejde det tager at gøre det og måske endda inspirere nogle børn til at blive elektriske ingeniører:)

Trin 1: Den gamle lommelygte

Dette var et billigt lys, der kørte fra et 4,5V batteri og var så lyst som et almindeligt lys.

Den havde seje, manuelt betjente røde og grønne filtre, som var meget fede.

Trin 2: Lukning af lommelygten

Jeg slog alle delene ud og målte de indvendige dimensioner. Jeg havde brug for at designe tavlen, der ville passe perfekt ind.

Jeg besluttede at bruge 3 litiumbatterier parallelt. Sagen var for lille til at bruge de klassiske 18650 celler. Så jeg besluttede mig for at bruge lidt kortere 18500 celler - Panasonic NCR18500A med omkring 2000mAh hver. Så jeg havde en ret god kapacitet på i alt 6Ah

Dette betød, at en plads til printkortet var ret lille. Men de siger: "man kunne klare sig hvis han prøvede":)

Trin 3: Skematisk

Så jeg lavede dette utroligt komplekse skematisk. Spørg mig ikke om timer, jeg har brugt på dette:)

Jeg søgte og valgte de passende komponenter i nogle dage, før jeg besluttede mig for at konkludere. Det betyder, at du søger på producentens (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) sider efter IC'erne efter kategorien og vælger en, der passer til mine behov. Og IC skal være tilgængelig for at købe lugtmængder på steder som Farnell, Mouser og Digikey.

Tilslutning af alle IC'er er ikke så svært som det ser ud, fordi producenterne altid inkluderer et grundlæggende ledningsdiagram i IC -databladet. Jeg vil ikke gå i detaljer her på skematikken, hvis der opstår spørgsmål, er du velkommen til at stille i kommentarerne.

Skematikken indeholder følgende underkredsløb:

-Batterioveropladning/overladning og overstrømsbeskyttelse, der holder batteriet inden for sikre driftsgrænser.

- USB langsom oplader controller - bruges til at oplade lommelygten langsomt via mikro USB port. Dette er tilføjet bekvemmelighed, men lommelygten kan oplades i op til 12 timer via denne mulighed. Jeg tilføjede en switch til at vælge ladestrømmen mellem 100mA (USB 1.0 strømgrænse), 500mA (standard USB -strøm) og 800mA (vægoplader)

- Hurtigopladningscontroller - denne IC styrer opladningen via DC -stikket monteret på batterikassen. Den kan håndtere indgangsspænding fra 5V til 40V, har omvendt polaritetsbeskyttelse og kan oplade batteriet på få timer max. Jeg tilføjede en switch til at vælge to forskellige opladningsstrømme afhængigt af strømkildens begrænsning. Strømmen kan vælges mellem 1A og 3A. På denne måde kan du ikke overbelaste en lavere strømforsyning til DC -væg. Jeg ville have det universelt:)

- LED -driver - Jeg valgte en højeffektiv (90%) LED -driver, der kunne køre LED'en med op til 1A strøm (omkring 3W). Dette er temmelig lav effekt, men jeg valgte den højeste effektivitets LED, jeg kunne finde - Cree XP -G3 (187lm/W), som udgør en lav køreeffekt. Jeg ønskede den højest mulige effektivitet og batterilevetid. Driveren understøtter 4 indstillelige strømindstillinger. Jeg valgte Off, 1W, 2W og 3W.

- Den roterende switch til binær dekoder - det er fordi LED -driverens effektudgange var binært kodet, og jeg havde brug for at konvertere output fra en switch til 2 bit binær kode med dual OR gate IC.

- Batteri brændstofmåler indikator Jeg designede diskret med 4 komparatorer, præcisionsspændingsreference og præcisionsmodstandsdelinger. Det angav den resterende kapacitet baseret på batterispænding. Jeg fandt en afladningsspændingskurve for en lignende battericelle og beregnede modstandsdelingerne, så de tænder lysdioderne i overensstemmelse hermed.

- USB powerbank funktion og hurtig opladning controller. Den første IC genererer en stabil 5V IC fra 2,5V - 4,2V batterispænding. Den anden IC er en god tilføjelse - det er en USB -opladningscontroller. Når du slutter telefonen til opladningsporten, kommunikerer denne IC telefonen og fortæller den, hvad det er en smart opladningsport og fortæller telefonen, at den kan tage op til 1,5A ladestrøm. Uden denne IC ville mange telefoner kun oplades med USB -standardstrømmen på 500mA. Når hurtig opladning er etableret, lyser den en LED, så du kan se, at telefonen oplades hurtigt. En lille switch på printkortet bruges til at aktivere powerbank -funktionalitet.

Hvis du tror eller ej, er der 125 komponenter på denne skematik:)

Jeg bestilte dem på et meget lille bræt. Jeg var nødt til at bruge passive komponenter i miniature 0402 - en modstandsstørrelse er 1 mm x 0,5 mm eller 0,04 x 0,02 tommer. Derfor deres størrelse 0402.

Trin 4: PCB

Når skematikken derefter er færdig, er det tid til at forme printkortområdet til de ønskede dimensioner og placere komponenterne på printkortet.

Dette er en ganske lang opgave, men du vil nyde at gøre det. Det er et dejligt og afslappende job.

Lidt viden om bestemte komponentplaceringer kommer godt med. Det opnås for det meste med bøger og selvstudier, og nogle kommer i praksis. Jo flere PCB du vil gøre, jo bedre bliver du til at gøre det.

Jeg bruger Altium Designer, som er et professionelt program, og jeg får licens fra mit job. Men for en hobby er en Eagle, Kicad, designspark PCB og mange andre en bedre løsning, da det er meget lettere at komme i gang.

Jeg arbejder med komponenter, der også er tegnet i 3D, hvilket hjælper meget til visualisering og design af kabinetterne, fordi du ved, hvor tingene er, og hvor høje de er. Men at tegne komponentens fodaftryk med 3D -kroppe tager 3 gange så meget arbejde. Men det er det værd i længden.

Her er PCB-designdataene inklusive gerber, større skematiske filer, samling og materialekartotek:

Jeg bruger JLCPCB til at lave mine plader. Omkostningerne ved dette bræt er kun et par dollars for 5 stk. (Plus forsendelse), hvilket er en god handel! Tilmeld dig for at få $ 18 nye brugerkuponer:

Du kan bruge kuponkoden "JLCPCBcom" ved kassen for en lille rabat.

Trin 5: Fremstilling af printkortet

Dagene for ætsning af PCB derhjemme er talte. I gymnasiet for 10 år siden plejede jeg at æde mine PCB'er derhjemme. Det var langt billigere på den måde. Men så var der ingen kinesiske virksomheder, der tilbød PCB'er næsten gratis.:)

Nu kan du få 2 -lags PCB'er lavet til 2usd + forsendelse på websteder som JLCPCB.com. Det er langt mere bekvemt på denne måde, og du får professionelle tavler.

Du skal bare eksportere gerber -filer (som indeholder oplysninger om kobberlag på printkortet) og uploade dem til deres websted og vente et par uger på, at dit foretrukne postbud leverer dit mesterværk.

Trin 6: Lodning

Denne lille lodning er ingen let opgave. Men med et godt loddejern og et godt syn kan det lade sig gøre.

Jeg bruger Ersa Icon loddemetal, som gør jobbet meget godt.

Til dette projekt valgte jeg latterligt små komponenter, fordi jeg havde meget plads. Ellers ville jeg vælge 0603 eller 0805 komponenter, som er meget lettere at lodde.

Trin 7: Kølelegemet til LED

Jeg havde brug for at passe lidt aluminiumsmasse ind i kabinettet for at distribuere varmen fra LED'en.

Da jeg havde 3D -modellen af mit bord, kunne jeg let modellere stykket i 3D og fremstille det med min hobbyrouter.

Jeg kunne skære alle huller og udskæringer ud, så de passede perfekt.

Trin 8: Start af samlingen

Så startede samlingen, og alt passede pludselig perfekt.

Under printet tapede jeg Kapton -båndet, så brættet blev elektrisk isoleret fra aluminiumet, så der ikke kunne forekomme kortslutninger.

Trin 9: Et par timers kabeltryk senere …

Dyret var næsten fuldstændigt!

Jeg krympede kablerne, monterede kontakten og strømstikket, tilsluttede alle tingene, monterede linsen til LED'en og monterede batterierne inde i batteriholderne, limede termistorerne til måling af batteriets temperatur. Opladnings -IC'erne holder batteriet inden for de sikre grænser. Hvis temperaturen er for lav eller for varm, reduceres ladestrømmen for ikke at beskadige batteriet.

Trin 10: Og så …

Færdig!

Lommelygten var komplet! Se videoen øverst på instruktionsbogen for at se den i aktion, og hvor lyst den skinner!

Det eneste, der skal opgraderes, er, at jeg på en eller anden måde skal forsegle hullet omkring USB -stikket for støv.

Men jeg har endnu ikke fundet ud af, hvordan jeg gør det ordentligt. Hvis du har en ide, fortæl det i kommentarerne.

Så.. Nu tror du, at jeg er professionel, og du er ikke i stand til at skabe sådan noget. Men du tager fejl. Da jeg startede med elektronik i mellemskolen, havde jeg heller ingen idé om, hvad jeg lavede. Jeg ledte efter skemaer online, og jeg forsøgte at lodde dem, da jeg ikke engang vidste, hvad en transistor var, og hvordan den fungerede. Selvfølgelig fungerede de fleste af dem ikke. Gennem forsøg og fejl blev jeg bedre og bedre. Jeg læste nogle bøger, studerede elektroteknik og begyndte at lave mange PCB'er. Med hver enkelt blev jeg bedre. Og det kan du også!

Tak fordi du læste min instruktive! Tjek venligst også mine andre instruktioner!

Du kan følge mig på Facebook og Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

til spoilere om det, jeg arbejder på i øjeblikket, bag kulisserne og andre statister!

Runner Up i PCB Design Challenge