איך הכנתי את הפנס המתקדם ביותר אי פעם: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

עיצוב PCB הוא נקודת התורפה שלי. לעתים קרובות אני מקבל רעיון פשוט ומחליט לממש אותו מורכב ומושלם ככל האפשר.

אז פעם הסתכלתי בפנס ישן "צבאי" 4.5V עם נורה רגילה שאוספת אבק א. תפוקת האור מאותה נורה הייתה די עלובה והסוללות לא נטענות, חיי הסוללה לא היו קיימים. אבל המקרה שלו היה נחמד.

אז החלטתי לתת לו לב חדש בהייטק.

אז שאלתי את עצמי: "בכמה פונקציות אני רוצה לבנות?" ואמרתי: "כן. כולן".

:)

רציתי:- חיי סוללה מצוינים שהועברו לארכיון עם סוללת ליתיום נטענת 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A). אורך חיי הסוללה נע בין 20 שעות ל -6 שעות, בהתאם להגדרת הכוח.

- דיודת LED היעילה ביותר שאפשר למצוא - Cree XP -G3 יעילה במיוחד (187lm/W)

- IC נהג LED היעילות הגבוהה ביותר האפשרית (יותר מ 90%) - נהגי LED לצרכנים יעילים בסביבות 60% בלבד

- רציתי לטעון אותו באמצעות USB ועם מתאם חיצוני עד 40V, כדי שאוכל לטעון אותו בכל מקום עם כל דבר

- רציתי שזה ישמש גם כפאנקבנק, כדי שאוכל לטעון איתו את הטלפון שלי

- רציתי מחוון מצב טעינה, כדי שאוכל לראות כמה מיץ עדיין נמצא בפנים

ורציתי להתאים הכל בתוך המארז הקטן הזה

אז הייתי צריך לעצב PCB מותאם אישית שיתאים בתוך המארז שלו והייתי צריך להתאים את כל מה שתואר לעיל על הלוח הזה.

למעלה סרטון המציג את כל תהליך העיצוב. אתם מוזמנים לצפות, לשתף, לעשות לייק ולהירשם לערוץ היוטיוב שלי:)

עוד אתאר את שלבי העיצוב במדריך זה.

אני מקווה שההנחיה הזו תיתן לאנשים מסוימים נקודת מבט על מה שאפשר לעשות וכמה עבודה נדרשת לעשות את זה ואולי אפילו לעורר כמה ילדים להפוך למהנדסי חשמל:)

שלב 1: הפנס הישן

זה היה מנורה זולה, שהורדה מסוללה של 4.5V והיה בהיר כמו נר רגיל.

היו בו מסננים אדומים וירוקים מגניבים המופעלים באופן ידני שהיו מגניבים מאוד.

שלב 2: סגירת הפנס

שפשפתי את כל החלקים ומדדתי את הממדים הפנימיים. הייתי צריך לעצב את הלוח שיתאים בצורה מושלמת.

החלטתי להשתמש ב -3 סוללות ליתיום במקביל. המארז היה קטן מכדי להשתמש בתאים 18650 הקלאסיים. אז החלטתי להשתמש במעט 18500 תאים קצרים יותר - Panasonic NCR18500A עם כל 2000mAh כל אחד. אז היה לי קיבולת די טובה של 6Ah בסך הכל

המשמעות היא שמקום ה PCB היה די קטן. אבל הם אומרים: "אפשר היה להסתדר אם הוא ינסה":)

שלב 3: סכמטי

אז הכנתי סכמטי מורכב להפליא. אל תשאל אותי על שעות שהשקעתי בשביל זה:)

חיפשתי ובחרתי את המרכיבים המתאימים לא מעט ימים, לפני שהגעתי למסקנה. המשמעות היא לדפדף באתרי היצרנים (טקסס אינסטרומנטס, מיקרו -שבב, התקנים אנלוגיים …) לפי הקטגוריה ולבחור אחד שמתאים לצרכים שלי. ועל ה- IC להיות זמין לרכישת כמויות ריח באתרים כמו Farnell, Mouser ו- Digikey.

חיווט כל מחשבי ה- IC אינו קשה כפי שהוא נראה, מכיוון שהיצרנים תמיד כוללים תרשים חיווט בסיסי אחד בגיליון הנתונים של IC. לא אכנס כאן לפרטי הסכימה, אם תתעורר שאלה כלשהי, אל תהסס לשאול בתגובות.

התרשים כולל את תת-מעגלים הבאים:

-טעינת יתר/פריקה יתר של סוללה והגנה על זרם יתר השומרת על הסוללה בתוך גבולות הפעלה בטוחים.

- בקר טעינה איטית USB - משמש לטעינת הפנס לאט באמצעות יציאת מיקרו USB. זה הנוחות הנוספת, אך הפנס יכול להיטען עד 12 שעות באמצעות אפשרות זו הוספתי מתג לבחירת זרם הטעינה בין 100mA (מגבלת זרם USB 1.0), 500mA (זרם USB סטנדרטי) לבין 800mA (מטען קיר)

- בקר טעינה מהירה - IC זה שולט בטעינה באמצעות מחבר שקע DC המותקן על מארז הסוללה. הוא יכול להתמודד עם מתח כניסה מ 5V עד 40V, בעל הגנה על קוטביות הפוכה ויכול לטעון את הסוללה תוך מספר שעות מקסימלי. הוספתי מתג לבחירת שני זרמי טעינה שונים בהתאם למגבלת מקור החשמל. ניתן לבחור את הזרם בין 1A ל- 3A. בדרך זו לא תוכל להעמיס על מתאם קיר בעל מתח נמוך יותר. רציתי שזה אוניברסלי:)

- נהג LED - בחרתי במנהל LED בעל יעילות גבוהה (90%), המסוגל להניע את הנורית עם עד 1A זרם (בסביבות 3W). זהו הספק די נמוך, אך בחרתי בנורית היעילות הגבוהה ביותר שיכולתי למצוא - Cree XP -G3 (187lm/W) שמפצה על הספק נהיגה נמוך. רציתי יעילות וחיי סוללה גבוהים ביותר. מנהל ההתקן תומך ב 4 הגדרות כוח ניתנות להגדרה. בחרתי ב Off, 1W, 2W ו- 3W.

- המתג המסתובב למפענח בינארי - הסיבה לכך היא שתפוקות הכוח של מנהל ההתקן LED היו מקודדות בינאריות והייתי צריך להמיר את הפלט ממתג לקוד בינארי עם 2 ביט עם IC כפול או שער.

- מחוון מד הדלק של הסוללה תכננתי בדיסקרטיות עם 4 משווים, התייחסות למתח מדויק ומפרידי נגדים מדויקים. זה ציין את הקיבולת שנותרה בהתבסס על מתח הסוללה. מצאתי עקומת מתח פריקה לתא סוללה דומה וחישבתי את מחיצות הנגדים כך שידליקו את נוריות LED בהתאם.

- פונקציית USB powerbank ובקר טעינה מהירה. ה- IC הראשון מייצר IC 5V יציב ממתח הסוללה 2.5V - 4.2V. ה- IC השני הוא תוספת נחמדה - זהו בקר טעינת USB. כאשר אתה מחבר את הטלפון ליציאת הטעינה, ה- IC הזה מתקשר את הטלפון ואומר לו מהי יציאת טעינה חכמה ואומר לטלפון שהוא יכול לקחת עד 1.5A של זרם טעינה. ללא IC זה טלפונים רבים היו נטעינים רק עם זרם ברירת המחדל של USB של 500mA. כאשר נקבעת טעינה מהירה הוא מדליק נורית כך שתוכל לראות שהטלפון נטען במהירות. נעשה שימוש במתג קטן על הלוח כדי לאפשר פונקציונליות של powerbank.

אם אתה מאמין או לא, בסכימה זו ישנם 125 רכיבים:)

אני מורה להתאים אותם על לוח קטן מאוד והייתי צריך להשתמש ברכיבים פסיביים בגודל 0402 בגודל - גודל הנגד אחד הוא 1 מ"מ על 0.5 מ"מ או 0.04 על 0.02 סנטימטרים. מכאן שגודלן 0402.

שלב 4: ה- PCB

לאחר מכן, כשהסכימה הושלמה, הגיע הזמן לעצב את שטח ה- PCB למידות הרצויות ולהניח את הרכיבים על ה- PCB.

זו משימה די ארוכה, אבל אתה תיהנה לעשות אותה. זו עבודה נחמדה ומרגיעה.

מעט ידע אודות מיקומי רכיבים מסוימים מועיל. זה מתקבל בעיקר עם ספרים והדרכות וחלקם באים בפועל. ככל שתעשו יותר PCB כך תשתפרו בכך.

אני משתמש באלטיום מעצב שהיא תוכנית מקצועית ואני מקבל רישיון מהעבודה שלי. אבל עבור חובב, נשר, Kicad, designspark PCB ועוד רבים אחרים הם פתרון טוב יותר מכיוון שקל הרבה יותר להתחיל.

אני עובד עם רכיבים מצויירים גם בתלת מימד, מה שעוזר מאוד לוויזואליזציה ולעיצוב המארזים, כי אתה יודע איפה הדברים וכמה הם גבוהים. אבל ציור עקבות הרכיב עם גופים תלת -ממדיים דורש פי 3 יותר עבודה. אבל זה שווה את זה בטווח הארוך.

להלן נתוני עיצוב ה- PCB הכוללים גרברים, קבצים סכמטיים גדולים יותר, הרכבה וחשבון חומרים:

אני משתמש ב- JLCPCB להכנת הלוחות שלי. עלות הלוח הזה היא רק כמה דולרים עבור 5 יחידות (בתוספת משלוח) וזה מציאה! הירשם כדי לקבל קופוני משתמשים חדשים של $ 18:

תוכלו להשתמש בקוד הקופון "JLCPCBcom" בקופה להנחה קטנה.

שלב 5: ייצור ה- PCB

ימי התחריט של ה- PCB בבית ממוספרים. בתיכון לפני 10 שנים נהגתי לחרוט את ה- PCB שלי בבית. זה היה הרבה יותר זול ככה. אבל אז לא היו חברות סיניות שמציעות PCB כמעט בחינם.:)

עכשיו אתה יכול לקבל 2 שכבות PCB שמיועדות למשלוח 2usd + באתרים כמו JLCPCB.com. זה הרבה יותר נוח בדרך הזו ותקבל לוחות ציונים מקצועיים.

אתה רק צריך לייצא את קבצי הגרבר (המכילים מידע על שכבות נחושת במחשב הלוח) ולהעלות אותם לאתר שלהם ולהמתין מספר שבועות עד שהדוור המועדף עליך יספק את יצירת המופת שלך.

שלב 6: הלחמה

רכיבי הלחמה קטנים אלה אינם משימה קלה. אבל עם מלחם טוב וראייה טובה אפשר לעשות את זה.

אני משתמש בתחנת הלחמה Ersa Icon שעושה את העבודה טוב מאוד.

עבור הפרויקט הזה בחרתי ברכיבים קטנים עד כדי גיחוך מכיוון שהייתי דל מאוד בשטח. אחרת הייתי בוחר 0603 או 0805 רכיבים שהרבה יותר קל להלחם.

שלב 7: גוף הקירור עבור LED

הייתי צריך להכניס מסת אלומיניום למארז על מנת להפיץ את החום מהנורית.

מכיוון שהיה לי דגם תלת מימד של הלוח שלי, יכולתי לדגמן את היצירה בקלות בתלת מימד ולייצר אותה בעזרת נתב התחביב שלי.

יכולתי לחתוך את כל החורים והחתכים כך שיתאימו לזה בצורה מושלמת.

שלב 8: התחלת ההרכבה

ואז התחילה ההרכבה והכל התאים לפתע בצורה מושלמת.

מתחת ללוח המודפס הדבקתי את סרט הקפטון כך שהלוח היה מבודד חשמלית מהאלומיניום כך שלא יווצרו מעגלים קצרים.

שלב 9: כמה שעות של כיווץ כבלים מאוחר יותר …

החיה הייתה כמעט שלמה!

כיווצתי את הכבלים, הרכבתי את המתג ומחבר החשמל, חיברתי את כל הדברים, הרכבתי את העדשה עבור הלד והרכבתי את הסוללות בתוך מחזיקי הסוללות, הדבקתי את התרמיסטורים למדידת טמפרטורת הסוללה. מעגלי הטעינה שומרים את הסוללה בתוך גבולות הבטוחה. אם הטמפרטורה נמוכה מדי או חמה מדי, זרם הטעינה מצטמצם כדי לא לפגוע בסוללה.

שלב 10: ואז…

גָמוּר!

הפנס היה שלם! צפה בסרטון בחלק העליון של המדריך כדי לראות אותו בפעולה ועד כמה הוא מבריק!

הדבר היחיד שצריך לשדרג הוא שאני צריך לאטום איכשהו את החור סביב מחברי ה- USB לאבק.

אבל עדיין לא הבנתי איך לעשות את זה כמו שצריך. אם יש לכם מושג, ספרו זאת בתגובות.

אז.. עכשיו אתה חושב שאני מקצוען ואינך מסוגל ליצור דבר כזה. אבל אתה טועה. כשהתחלתי עם אלקטרוניקה בחטיבת הביניים, גם לי לא היה מושג מה אני עושה. חיפשתי סכמות באינטרנט וניסיתי להלחין אותן כשאני אפילו לא יודע מהו טרנזיסטור וכיצד הוא עובד. כמובן שרובם לא עבדו. באמצעות ניסוי וטעייה הלכתי והשתפרתי. קראתי כמה ספרים, הלכתי ללמוד הנדסת חשמל והתחלתי להכין הרבה PCB. עם כל אחד השתפרתי. וכך גם אתה יכול!

תודה שקראת את ההנחיה שלי! אנא בדוק גם את שאר ההוראות שלי!

אתה יכול לעקוב אחריי בפייסבוק ובאינסטגרם

www.instagram.com/jt_makes_it

לספוילרים על מה שאני עובד עליו כרגע, מאחורי הקלעים ותוספות אחרות!

מקום שני באתגר העיצוב PCB