מנורת לילה המופעלת באמצעות USB וגיבוי סוללה (שני עיצובים): 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

לפני זמן מה גיליתי צורך בחדר מנורת לילה המונע באמצעות סוללות. הרעיון היה שאני לא רוצה לקום מהמיטה בכל פעם שאני רוצה לכבות את האור כדי ללכת לישון. הייתי צריך גם אור שלא היה בהיר כמו האור שלי בחדר השינה כי מעבר מבהיר באמת לחושך ממש לא כיף בעיניים. ובנוסף לזה, לחברת החשמל שלנו הייתה פרק זמן שבו הכוח שלנו ייכבה כל שבועיים במשך מספר דקות בכל פעם … מספר פעמים באותו שבוע מסוים. המחשבה שלי הייתה אם הכוח יסתלק באופן אקראי ללא סיבה במהלך הקיץ, בכל הזמנים, איך זה יהיה בחורף?

להלן כמה מהצרכים שלי:

• ראשית, הספק נמוך. אני עדיין עובד על החלק הזה, אבל הוא כבר נמוך למדי כפי שהוא.
• אני מרגיש שאני יכול לעשות טוב יותר ובמקביל להפוך אותו לזול יותר, וזה היה המטרה השנייה.
• כמו כן, כמובן, מופעל באמצעות סוללה.
• בהירות - בערך ברמה בינונית -נמוכה; בהיר מספיק כדי לראות מה הכל. כמה זה בהיר בשבילך, תצטרך לבדוק את זה. אם הוא בהיר מדי, זה יהיה קצת קשה בעיניך-במיוחד אם תצטרך להפעיל אותו מחדש לאחר שהוא כבוי לזמן מה!
• עיצוב קומפקטי - רציתי שזה יושב על קצה שולחן העבודה העמוס כי זה המקום שבו המיטה שלי יושבת. לא על השולחן-לידו.
• חלקים מינימליים בגלל הפריט הקודם ברשימה וזה עוזר לפריט השלישי.

מצאתי עיצוב בסיסי במיוחד. חשבתי על זה והגעתי לתרחישים שיהפכו את העיצוב למעצבן לשימוש. לדוגמה, אם החשמל נכבה כשהיה חשוך, הייתי צריך דרך לראות את מתג ההפעלה כדי להפעיל אותו. שקלתי להשתמש במתג עם מפעיל מואר ולהכניס דרכו רק מספיק זרם כדי להאיר אותו. זה היה משתמש רק קצת יותר כוח, אבל אולי זה יכול לקזז מאוחר יותר בעיצוב. ובקשר, לא הייתי מחכה עד שיהיה חשוך לגמרי לפני שהדלקה מופעלת. הייתי עושה זאת בשלב כלשהו לפני שזה היה נחוץ בפועל. מה גם אם שכחתי לכבות אותו לפני השינה? הייתי צריך דרך להגן על הסוללה.

לאחר עוד מחשבה, מצאתי עיצוב בסיסי שיפתור הרבה מזה. הוא נועד להיות מחובר לקיר כדי לזהות אם יש הפסקת חשמל באמצעות מעגל טרנזיסטור. החלטתי להשתמש בזה כדי להפעיל ממסר במקום זאת והממסר יבחר בין הסוללות למקור חשמל אחר (במיוחד זה שמפעיל את הממסר) עבור נוריות ה- LED.

כשהזכרתי את הפרויקט הזה בפני כמה אנשים, הם הודו שהם מפחדים מהחושך ומשהו כזה יהיה שימושי. זה נתן לי מוטיבציה להמשיך לעבוד על הפרויקט. מצאתי מאז את הגרסה המתקדמת שהיא (לרוב) ידידותית ללוח הלחם, אבל קפצתי ישר להעלות אותה על לוח מעגלים מותאם אישית, כך שאין לי הוראות הרכבה ללוח. אם אתה יודע איך אפשר ללוח ולוח אחר סכמטים, לא אמורה להיות לך בעיה לחבר אותו.

אספקה:

אם אתה רוצה להשתמש בגרסה הבסיסית שבה התחלתי, השתמש ברשימה זו:

1. יבלת קיר אחת של Sacrificial ™ (תחשוב מטען טלפון ישן או אחד ממאות גושי החשמל שיש לך במגירה או בתיבה במקום כלשהו שאין לך מושג למה הם הולכים)
2. ממסר SPDT אחד מדורג למתח של הפריט הקודם. השתמשתי בממסר HVAC ישן שטכנאי החליף לפני שנים רבות (אני אישית לא מצאתי בזה שום דבר רע). ממסרי HVAC מעט מביכים: הם DPST, אך קבוצה אחת של אנשי קשר פתוחה בדרך כלל והערכה השנייה סגורה בדרך כלל. הם מדורגים גם עבור 24 VAC ותקע הקיר שבחרתי הוציא 12 VDC.
3. מוט LED לבן אחד של 12 וולט: השתמשתי באחד מאלה, אך האתר אינו מוכר אותם יותר. אתה תמיד חופשי להסתגל למה שיש לך או שאתה יכול לקבל גישה אליו, או אפילו לעצב בעצמך.
4. מתג SPST אחד
5. סוללה אחת או יותר. השתמשתי בשתי סוללות עששיות של 6 וולט, למרות שרציתי להשתמש בסוללת פנס אחת של 12 וולט.
6. דרך כלשהי לחבר את הכל ביחד

אם ברצונך ליצור את הגרסה המשופרת, השתמש ברשימה זו:

1. מקור כוח חיצוני אחד של 5 VDC. העיצוב הזה עבר ישר ל- PCB (עוד על כך מאוחר יותר), אז סטקתי שם על תקע נקבה מסוג USB B. אתה יכול לחתוך את הקצה של כבל USB Sacrificial ™ ולפשט את החוטים (אתה צריך רק את חוט 5 וולט ו- GND)
2. מקור כוח אחד לגיבוי, כלומר הסוללה
3. ממסר DPDT בעל דירוג 5 וולט. השתמשתי בזה. זה ידידותי ללוח לחם!
4. מתג DPST אחד
5. ווסת מתח אחד LM7805 (כאן)
6. קבל 0.22uF אחד (אופציונלי). גליון הנתונים מרמז שהוא צריך להיות מסוג קרמיקה, אך הוא אינו אומר במפורש שהוא צריך להיות כמו בקבל הפלט (שלא הוספתי)
7. חמישה נגדים המגבילים זרם לנוריות או (רצוי) אוטובוס נגדים. לנורות ברשימה זו יש ירידת מתח של 3.3V וחישבתי 85 אוהם כעמידות הנדרשת. השתמשתי באוטובוס נגדים עם התנגדות של 150 אוהם, שנמצא כאן.
8. דיודה 1N4004 אחת
9. חמישה נוריות לבנות (3v3 @ 20mA)
10. דרך לחבר את הכל ביחד

אם אתה רוצה את גירסת לוח המעגלים, בדרך כלל אותה רשימה למעלה אך עם כמה הבדלים:

1. ברור שה- PCB. העיצוב מועלה כרגע רק לפארק OSH והם מוכרים לוחות במנות שלשות. אתה יכול להשיג את הלוח כאן.
2. יש לו מקום לאבני מסוף אך ניתן להלחם חוטים ישירות ללוח. השתמשתי בסגנון הזה.
3. קליפ סוללה אחד (השתמשתי בסוללה 9V)
4. מחבר ה- USB שהוזכר קודם לכן. בחרתי סוג B ולא מיני או מיקרו B כי השניים האלה קצת שבירים מדי לטעמי.

שלב 1: הגרסה הבסיסית ביותר

בגלל מה שעבדתי אז, היו לי הרבה אתגרים להתמודד איתם. הממסר שהיה לי מצויר בתמונה הראשונה. אמנם מה שהבאתי לא היה אידיאלי בשום צורה, אבל זה עבד (תמונה שנייה). הפכתי את ממסר ה- DPST המגושם שלי ל- SPDT על ידי קיצור שני מסופים יחדיו כדי ליצור סיכה משותפת. חיבור זה עבר למתג, ואז לסרגל ה- LED, ואז לקרקע. בנק הסוללות שהכנתי-הצד החיובי הלך לחיבור ה- NC בממסר. סליל הממסר היה מחובר לאספקה החיצונית, מה שישאיר את הממסר במצב "מופעל" שלו. ספק הכוח מתחבר גם לחיבור NO בממסר. כל השטח מחובר יחד.

התיאוריה היא שבעוד שהוא מקבל כוח חיצוני, הממסר נשאר במצב "מופעל", ולכן חיבור ה- NO נסגר וחיבור ה- NC פתוח. המשמעות היא שהחיבור הנפוץ מקבל חשמל מהמקור החיצוני. אם החשמל מאבד, הממסר חוזר למצב "כבוי" והחיבור המשותף מתחיל לקבל כוח מהסוללות. לא משנה מה המקור, המתג שולט בהספק לסרגל ה- LED. המשותף בין הכל מאפשר מעגל שלם בכל אחד מהמצבים.

השתמשתי במחברי חוט בפועל ברוב המעגלים כך שלא אצטרך להלחם שום דבר. כדי לחבר את הסוללות (יש להן מסופי קפיץ), השתמשתי בכבלי בדיקה ™ Sacrificial ™ (קליפים של תנינים עם חוטים מחוברים) על ידי חיתוך אחד לחצי והפשטת החוטים (והוספתי מחברי חוטים). זו המשמשת לחיבור שתי הסוללות יחד עדיין נמצאת בחתיכה אחת. הכל מותקן על קופסת משלוח אדומה של SparkFun.

אין לי תמונות של המוצר הסופי, אבל אני אקח כמה אם תתבקש.

שלב 2: הגרסה המתקדמת

סוף סוף הצלחתי להזמין את החלקים הדרושים ליצירת גרסה טובה למדי של המעגל (שכבר ציירתי). השינויים החשובים שנעשו בעיצוב זה היו עיצובו כך שהוא יפעל מתוך אספקת 5V מוסדרת וגם הממסר שאינו מופעל כל הזמן. הייתי צריך להחליף את המתג גם לסוג DPST. תורת הפעולה היא רק מגע מורכב יותר.

בהסתכלות על מחצית הסוללה של המעגל, נניח שהמתג כבוי. הממסר עדיין מחובר כך שמצב "כבוי" שלו גורם לחיבור הסוללה לווסת ה -5 וולט, ואז פלט הרגולטור מוזרם בחזרה אל הממסר (אחד מחיבורי ה- NC), ולאחר מכן נוריות LED. המתג מחובר בין הסוללה והממסר כדי לשבור את המעגל ולמנוע מהזרם לזרום. אם המתג מופעל, אז הזרם יוכל לזרום דרך המעגל.

כשמסתכלים על החצי השני של המעגל, אנו רואים שהכוח מה- USB מיד רץ לתוך המתג, ואז סליל הממסר ואחד מחיבורי NO בממסר. הסיכה הנפוצה של חיבור זה משותפת עם חיבור ה- NC שהוזכר לעיל, ולכן זוהי קבוצת אנשי הקשר שעוברת למעשה בין ספקי כוח. קבוצת המגעים האחרת מיועדת להגנה על ווסת המתח. אם המתג מופעל, הממסר נדלק ושולח את הכוח החיצוני לנוריות.

הדיודה מחוברת במקביל (אך הפוך) לממסר כדי להפחית את מתח החזרה כאשר הממסר עובר ממצב "ההפעלה" ל"כבוי "שלו על אובדן חשמל. זה כדי להגן על מקור החשמל: כלומר, מטען טלפון USB או יציאת USB למחשב.

ניתן להוציא את הקבל. גליון הנתונים של הרגולטור אינו מציין כמה רחוק הוא "רחוק ממסנן אספקת החשמל", כך שחשבתי שאפשר לכלול אותו בכל זאת.

שלב 3: גרסת ה- PCB

גרסת ה- PCB זהה לחלוטין לגרסה המתקדמת, אך על לוח מעגלים. כל החלקים מותקנים בחלק העליון של הלוח ומסומנים במספרי החלקים (או במידע חשוב אחר) כך שתוכל למצוא חלקים חלופיים או מחליפים לפי הצורך או הרצוי. לכניסת הסוללה (מבודדת מכניסת המתג) יש כניסת (+) וכניסת (-). הצד (+) מסומן עם (+).

לכניסת המתג היו קטע A וקטע B, המסומנים ב- A ו- B. שני הטרמינלים המקיפים את ה- "A" הם כניסת A. באופן דומה, מסופי B מקיפים את ה"ב ".

כמו כן מוצגים שני חורי הרכבה הקרובים לתקע ה- USB. אין להם חיבורים חשמליים לשום דבר, אפילו לא אחד לשני.

שלוש התמונות צולמו בזמנים שונים. הראשון הוא הלוח הריק. השני הוא לוח מאוכלס חלקית עם חלקים מעורבים. השלישי הוא הלוח שהושלם באמצעות כל החלקים המתבקשים.

עריכה לפני פוסט:

ניסיתי לצרף את קבצי KiCAD (כקובץ zip) אך קיבלתי שגיאה. ימצא דרך אחרת לצרף בהמשך.