Iluminare de noapte alimentată prin USB cu backup de baterie (două modele): 3 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Cu ceva timp în urmă, am descoperit nevoia unei lumini de noapte cu baterie pentru camera mea. Ideea era că nu voiam să mă ridic din pat de fiecare dată când voiam să-mi sting lumina pentru a mă culca. De asemenea, aveam nevoie de o lumină care să nu fie la fel de strălucitoare ca lumina dormitorului meu, deoarece trecerea de la foarte strălucitoare la foarte întunecată nu este foarte distractivă pentru ochi. Și, pe deasupra, compania noastră de energie electrică a avut o perioadă de timp în care puterea noastră ar ieși la fiecare două săptămâni timp de câteva minute la rând … de mai multe ori în acea săptămână. Gândul meu a fost dacă puterea se va pierde în mod aleatoriu fără niciun motiv în timpul verii, din toate timpurile, cum ar fi iarna?

Iată câteva dintre nevoile mele:

• În primul rând, putere redusă. Încă lucrez la această parte, dar este deja destul de scăzută ca atare.
• Mă simt ca și cum aș putea face mai bine, în același timp făcând-o mai ieftină, care a fost al doilea obiectiv.
• De asemenea, desigur, alimentat cu baterie.
• Luminozitate - aproximativ un nivel mediu-scăzut; suficient de luminos pentru a vedea ce este totul. Cât de strălucitor este acest lucru pentru tine, va trebui să îl testezi. Dacă este prea strălucitor, îți va fi puțin greu pentru ochi - mai ales dacă trebuie să-l repornești după ce a fost oprit pentru o vreme!
• Design compact - am vrut ca acest lucru să stea pe marginea unui birou aglomerat, deoarece se întâmplă să fie locul în care stă patul meu. Nu pe birou - lângă el.
• Părți minime datorită elementului anterior din listă și ajută al treilea element.

Am venit cu un design Extremely Basic. M-am gândit la asta și am venit cu scenarii care ar face ca designul să fie deranjant de utilizat. De exemplu, dacă curentul s-a stins în timp ce era întuneric, aș avea nevoie de un mod de a vedea comutatorul de alimentare pentru al porni. M-am gândit să folosesc un întrerupător cu un actuator iluminat și am introdus doar suficient curent prin el pentru a-l face să strălucească. Ar folosi doar puțin mai multă putere, dar poate că ar putea fi compensată mai târziu în proiectare. Și, în legătură cu asta, nu aș aștepta până nu va fi complet întuneric înainte de al porni. Aș face la un moment dat înainte de a fi de fapt nevoie. De asemenea, dacă am uitat să o opresc înainte de culcare? Aveam nevoie de o modalitate de a proteja bateria.

După mai multe gândiri, am venit cu un design de bază care să rezolve multe din acestea. Acesta a fost menit să fie conectat la perete pentru a detecta dacă există o întrerupere a curentului printr-un circuit de tranzistor. Am decis să folosesc acest lucru pentru a alimenta un releu în schimb, iar releul va alege între baterii și o altă sursă de alimentare (în mod specific, cea care alimentează releul) pentru LED-uri.

Când am menționat acest proiect pentru câțiva oameni, aceștia au recunoscut că se tem de întuneric și așa ceva ar fi util. Acest lucru mi-a dat motivația de a continua să lucrez la proiect. De atunci am venit cu versiunea avansată care este (în cea mai mare parte) prietenoasă cu panourile, dar am sărit direct să o pun pe o placă de circuit personalizată, deci nu am instrucțiuni de asamblare a panoului de pană. Dacă știți cum să faceți un panou și puteți urmări schemele, nu ar trebui să aveți o problemă la conectarea acestuia.

Provizii:

Dacă doriți să utilizați versiunea de bază cu care am început, utilizați această listă:

1. O verucă de perete Sacrificial ™ (gândiți-vă la încărcătorul de telefon vechi sau la unul dintre sutele de blocuri de alimentare pe care le aveți într-un sertar sau cutie undeva pe care nu aveți idee la ce se îndreaptă)
2. Un releu SPDT evaluat la tensiunea articolului anterior. Am folosit un releu HVAC vechi pe care un tehnician l-a înlocuit acum mulți ani (personal nu am găsit nimic în neregulă cu el). Releele HVAC sunt puțin ciudate: sunt DPST, dar un set de contacte este normal deschis și celălalt set este normal închis. De asemenea, acestea sunt evaluate pentru 24 VAC, iar fișa de perete aleasă de mine a stins 12 VDC.
3. O bară LED albă de 12 volți: am folosit una dintre acestea, dar site-ul web nu le mai vinde. Ești întotdeauna liber să te adaptezi la ceea ce ai sau poți avea acces sau chiar să-ți proiectezi propriile.
4. Un comutator SPST
5. Una sau mai multe baterii. Am folosit două baterii de lanternă de 6 volți în serie, deși am vrut să folosesc o singură baterie de lanternă de 12 volți.
6. O modalitate de a conecta totul împreună

Dacă doriți să faceți versiunea îmbunătățită, utilizați această listă:

1. O sursă externă de alimentare de 5 VDC. Acest design a intrat direct în PCB (mai multe despre asta mai târziu), așa că am pus o mufă de tip USB de tip femelă acolo. Puteți tăia capătul unui cablu USB Sacrificial ™ și dezbrăcați firele (aveți nevoie doar de cablul de 5 volți și GND)
2. O sursă de alimentare de rezervă, adică bateria
3. Un releu DPDT de 5 volți. Am folosit asta. Este prietenos cu panourile!
4. Un singur comutator DPST
5. Un regulator de tensiune LM7805 (aici)
6. Un condensator de 0,22 uF (opțional). Fișa tehnică presupune că ar trebui să fie de tip ceramic, dar nu spune în mod explicit că ar trebui să fie așa cum este pentru condensatorul de ieșire (pe care nu l-am adăugat)
7. Cinci rezistențe care limitează curentul pentru LED-uri sau (de preferință) o magistrală de rezistență. LED-urile din această listă au o cădere de tensiune de 3,3V și am calculat 85 Ohmi ca rezistență necesară. Am folosit o magistrală de rezistență cu rezistență de 150 Ohmi, găsită aici.
8. O diodă 1N4004
9. Cinci LED-uri albe (3v3 @ 20mA)
10. O modalitate de a conecta totul împreună

Dacă doriți versiunea plăcii de circuite, este în general aceeași listă de mai sus, dar cu unele diferențe:

1. Evident, PCB-ul. În prezent, designul este încărcat doar în OSH Park și vând plăci în loturi de trei. Puteți obține tabloul aici.
2. Are un punct pentru blocuri de borne, dar firele pot fi lipite direct pe placa. Am folosit acest stil.
3. Un clip pentru baterie (am folosit o baterie de 9V)
4. Conectorul USB menționat anterior. Am ales tipul B și nu mini sau micro B pentru că cele două sunt puțin prea fragile pentru gustul meu.

Pasul 1: Versiunea extrem de bază

Din cauza la care lucram la acea vreme, am avut o mulțime de provocări cu care m-am confruntat. Releul pe care l-am avut este extras în prima poză. Deși ceea ce am venit nu a fost ideal în niciun caz, a funcționat (a doua imagine). Mi-am convertit releul DPST incomod în SPDT scurtcircuitând două terminale împreună pentru a face un pin comun. Această conexiune a mers la comutator, apoi la bara LED, apoi la masă. Banca de baterii pe care am făcut-o - partea pozitivă s-a dus la conexiunea NC de pe releu. Bobina releului a fost conectată la sursa externă, care ar menține releul în poziția „pornit”. Sursa de alimentare se conectează, de asemenea, la conexiunea NO de pe releu. Toate terenurile sunt conectate între ele.

Teoria este că, în timp ce primește energie externă, releul rămâne în starea „pornit”, astfel conexiunea NO este închisă și conexiunea NC este deschisă. Aceasta înseamnă că conexiunea obișnuită obține energie de la sursa externă. Dacă se pierde curentul, releul cade din nou în starea „oprit” și conexiunea comună începe să alimenteze bateriile. Indiferent de sursă, comutatorul controlează alimentarea cu bara LED. Punctul comun dintre toate permite un circuit complet în ambele situații.

Am folosit conectori reali pe cea mai mare parte a circuitului, așa că nu ar trebui să lipesc nimic. Pentru a conecta bateriile (au terminale cu arc), am folosit cabluri de testare Sacrificial ™ (agrafe de aligator cu fire atașate), tăind una în jumătate și dezbrăcând firele (și conectorii de sârmă adăugați). Cel folosit pentru a conecta ambele baterii împreună este încă într-o singură bucată. Totul este montat pe o cutie roșie de transport SparkFun.

Nu am nicio poză cu produsul final, dar voi lua câteva dacă mi se va cere.

Pasul 2: Versiunea avansată

În cele din urmă am reușit să comand piesele necesare pentru a realiza o versiune foarte bună a circuitului (pe care o desenasem deja). Modificările importante făcute în acest design au fost proiectarea acestuia pentru a funcționa dintr-o sursă reglementată de 5V și, de asemenea, releul nu este alimentat în mod constant. A trebuit să schimb și comutatorul cu un tip DPST. Teoria operației este doar o atingere mai complexă.

Privind la jumătatea circuitului bateriei, să presupunem că comutatorul este oprit. Releul este încă cablat, astfel încât starea sa „oprit” face ca bateria să fie conectată la regulatorul de 5 volți, apoi ieșirea regulatorului este alimentată înapoi în releu (una dintre conexiunile NC), apoi LED-uri. Comutatorul este cablat între baterie și releu pentru a întrerupe circuitul și a împiedica curgerea curentului. Dacă comutatorul este pornit, atunci curentul va putea să circule prin circuit.

Privind cealaltă jumătate a circuitului, vedem că puterea de pe USB este imediat executată în comutator, apoi bobina releului și una dintre conexiunile NO ale releului. Pinul comun al acestei conexiuni este partajat cu conexiunea NC menționată anterior, deci acesta este setul de contacte care comută efectiv între surse de alimentare. Celălalt set de contacte este pentru protejarea regulatorului de tensiune. Dacă comutatorul este pornit, releul pornește și trimite puterea externă la LED-uri.

Dioda este conectată paralel (dar invers) la releu pentru a reduce tensiunea de întoarcere atunci când releul trece de la poziția sa „pornit” la „oprit” la pierderea de energie. Aceasta este pentru a proteja sursa de alimentare: adică un încărcător de telefon USB sau un port USB pentru computer.

Condensatorul ar putea fi exclus. Fișa tehnică pentru regulator nu specifică cât de departe este „departe de filtrul de alimentare cu energie”, așa că m-am gândit că aș putea să-l includ oricum.

Pasul 3: Versiunea PCB

Versiunea PCB este exact la fel ca versiunea avansată, dar pe o placă de circuit. Toate piesele sunt montate în partea superioară a plăcii și sunt etichetate cu numerele pieselor (sau alte informații importante), astfel încât să puteți găsi piese de schimb sau înlocuitoare, după cum doriți sau doriți. Intrarea bateriei (izolată de intrarea comutatorului) are o intrare (+) și o intrare (-). Partea (+) este etichetată cu un (+).

Intrarea comutatorului avea o secțiune A și o secțiune B, care sunt etichetate cu A și B. Cele două terminale care înconjoară „A” sunt intrarea A. La fel, terminalele B înconjoară „B.”

De asemenea, sunt prezentate două găuri de montare aproape de mufa USB. Nu au conexiuni electrice cu nimic, nici măcar unul cu celălalt.

Cele trei poze au fost realizate în momente diferite. Primul este tabloul gol. A doua este o placă parțial populată cu părți mixte. A treia este placa completată care folosește toate părțile solicitate.

Editare pre-postare:

Am încercat să atașez fișierele KiCAD (sub formă de zip), dar am primit o eroare. Voi găsi o altă modalitate de a atașa mai târziu.