USB-drevet nattlys m/ batteribackup (to design): 3 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

For en stund tilbake oppdaget jeg behovet for et batteridrevet nattlys for rommet mitt. Tanken var at jeg ikke ville stå opp av sengen hver gang jeg ville slukke lyset mitt for å legge meg. Jeg trengte også et lys som ikke var så sterkt som soverommet mitt, fordi det å gå fra veldig lyst til veldig mørkt ikke er veldig morsomt for øynene. Og på toppen av det hadde vårt kraftselskap en periode hvor strømmen skulle gå ut hvert par uker i flere minutter om gangen … flere ganger den aktuelle uken. Tanken min var om strømmen bare ville slokkes tilfeldig uten grunn i sommer, til enhver tid, hvordan ville det være om vinteren?

Her er noen av mine behov:

• Først lav effekt. Jeg jobber fortsatt med denne delen, men den er allerede ganske lav som den er.
• Jeg føler at jeg kunne gjort det bedre samtidig som jeg gjorde det billigere, som var det andre målet.
• Også, selvfølgelig, batteridrevet.
• Lysstyrke - omtrent et middels lavt nivå; lys nok til å se hva alt er. Hvor lyst dette er for deg, må du teste for det. Hvis det er for lyst, kommer det til å bli litt hardt for øynene dine-spesielt hvis du må slå det på igjen etter at det har vært av en stund!
• Kompakt design - jeg ønsket at dette skulle sitte på kanten av et rotete skrivebord fordi det er tilfellet der sengen min sitter. Ikke på skrivebordet-ved siden av.
• Minimale deler på grunn av det forrige elementet på listen, og det hjelper det tredje elementet.

Jeg kom med et ekstremt grunnleggende design. Jeg tenkte på det, og jeg kom med scenarier som ville gjøre designet litt irriterende å bruke. For eksempel, hvis strømmen gikk av mens det var mørkt, trenger jeg en måte å se strømbryteren for å slå den på. Jeg vurderte å bruke en bryter med en opplyst aktuator og satte bare nok strøm gjennom den for å få den til å lyse. Det ville bruke litt mer strøm, men det kan kanskje kompenseres senere i designet. Og relatert, jeg ville ikke vente til det var helt mørkt før jeg slår den på. Jeg ville på et tidspunkt før det faktisk var nødvendig. Hva om jeg glemte å slå den av før jeg la meg? Jeg trengte en måte å beskytte batteriet på.

Etter litt mer tenking kom jeg på et grunnleggende design som ville løse mye av dette. Den var ment å bli plugget inn i veggen for å oppdage om det er strømbrudd via en transistorkrets. Jeg bestemte meg for å bruke dette til å drive et relé i stedet, og reléet ville velge mellom batteriene og en annen strømkilde (spesielt den som driver reléet) for lysdiodene.

Da jeg nevnte dette prosjektet for et par mennesker, innrømmet de at de var redde for mørket, og noe slikt ville være nyttig. Dette har gitt meg motivasjon til å fortsette arbeidet med prosjektet. Jeg har siden kommet med den avanserte versjonen som er (for det meste) brødbrettvennlig, men jeg hoppet rett til å sette den på et tilpasset kretskort, så jeg har ikke monteringsinstruksjoner for brødbrett. Hvis du vet hvordan du skal brødbrettet og kan følge skjemaer, bør du ikke ha problemer med å koble det til.

Rekvisita:

Hvis du vil bruke grunnversjonen jeg begynte med, kan du bruke denne listen:

1. En Sacrificial ™ veggvorte (tenk på en gammel telefonlader eller en av de hundrevis av strømblokker du har i en skuff eller boks et sted du ikke aner hva de går til)
2. Ett SPDT -relé som er vurdert til spenningen til forrige element. Jeg brukte et gammelt HVAC -relé som en tekniker byttet ut for mange år siden (jeg fant personlig ikke noe galt med det). HVAC -reléer er litt vanskelig: de er DPST, men ett sett med kontakter er normalt åpent og det andre settet er normalt lukket. De er også vurdert for 24 VAC og min valgte veggplugg satte ut 12 VDC.
3. En 12 Volt hvit LED -stolpe: Jeg brukte en av disse, men nettstedet selger dem ikke lenger. Du er alltid fri til å tilpasse deg det du har eller kan få tilgang til, eller til og med designe ditt eget.
4. Én SPST -bryter
5. Ett eller flere batterier. Jeg brukte to 6 Volt lanterne batterier i serie, selv om jeg ønsket å bruke et enkelt 12 Volt lanterne batteri.
6. En måte å koble det hele sammen

Hvis du vil lage den forbedrede versjonen, bruker du denne listen:

1. En ekstern 5 VDC strømkilde. Dette designet gikk rett til PCB (mer om dette senere), så jeg slo en USB type B hunkontakt der. Du kan kutte enden av en Sacrificial ™ USB -kabel og fjerne ledningene (du trenger bare 5 Volt -ledningen og GND)
2. Én backup -strømkilde, dvs. batteriet
3. Ett DPDT -relé på 5 volt. Jeg brukte dette. Det er brødbrett -vennlig!
4. En DPST -bryter
5. En LM7805 spenningsregulator (her)
6. En 0,22uF kondensator (valgfritt). Databladet innebærer at det skal være en keramisk type, men det står ikke eksplisitt at det skal være som det gjør for utgangskondensatoren (som jeg ikke la til)
7. Fem strømbegrensende motstander for lysdiodene eller (helst) en motstandsbuss. Lysdiodene på denne listen har et 3.3V spenningsfall, og jeg beregnet 85 Ohm som nødvendig motstand. Jeg brukte en motstandsbuss med 150 Ohm motstand, funnet her.
8. En 1N4004 diode
9. Fem hvite lysdioder (3v3 @ 20mA)
10. En måte å koble det hele sammen

Hvis du vil ha kretskortversjonen, er det generelt den samme listen ovenfor, men med noen forskjeller:

1. Tydeligvis PCB. Designet er foreløpig bare lastet opp til OSH Park, og de selger brett i grupper på tre. Du kan få brettet her.
2. Den har et sted for rekkeklemmer, men ledninger kan loddes direkte til brettet. Jeg brukte denne stilen.
3. Ett batteriklips (jeg brukte et 9V batteri)
4. USB -kontakten nevnt tidligere. Jeg valgte type B og ikke mini eller mikro B fordi de to er litt for skjøre for min smak.

Trinn 1: Den ekstremt grunnleggende versjonen

På grunn av det jeg jobbet med den gangen, hadde jeg mange utfordringer å stå overfor. Stafetten jeg hadde er trukket ut på det første bildet. Selv om det jeg kom frem til på ingen måte var ideelt, fungerte det (andre bilde). Jeg konverterte mitt vanskelige DPST -relé til SPDT ved å kortslutte to terminaler sammen for å lage en felles pin. Denne tilkoblingen gikk til bryteren, deretter til LED -stangen og deretter bakken. Batteribanken jeg lagde-den positive siden gikk til NC-tilkoblingen på stafetten. Reléets spole var koblet til den eksterne forsyningen, noe som ville holde reléet i "på" posisjon. Strømforsyningen kobles også til NO -tilkoblingen på reléet. Alle grunner er koblet sammen.

Teorien er at mens det får ekstern strøm, forblir reléet i "på" -tilstanden, og dermed er NO -forbindelsen stengt og NC -tilkoblingen er åpen. Dette betyr at den vanlige tilkoblingen får strøm fra den eksterne kilden. Hvis strømmen går, faller reléet tilbake til "av" tilstand, og den vanlige tilkoblingen begynner å få strøm fra batteriene. Uansett kilde, styrer bryteren strømmen til LED -linjen. Den felles grunnen mellom alt muliggjør en komplett krets i begge situasjoner.

Jeg brukte faktiske ledningskontakter på det meste av kretsen, så jeg slapp å lodde noe. For å koble til batteriene (de har fjærterminaler) brukte jeg Sacrificial ™ -testledninger (krokodilleklips med ledninger festet) ved å kutte en i to og fjerne ledningene (og lagt til ledningskontakter). Den som ble brukt til å koble begge batteriene sammen, er fremdeles i ett stykke. Alt er montert på en rød SparkFun -forsendelsesboks.

Jeg har ingen bilder av det endelige produktet, men jeg tar noen hvis forespurt.

Trinn 2: Den avanserte versjonen

Jeg var endelig i stand til å bestille delene som trengs for å lage en faktisk god versjon av kretsen (som jeg allerede hadde tegnet ut). De viktige endringene i dette designet var å designe den for å fungere ut fra en regulert 5V -forsyning, og reléet ble ikke konstant drevet. Jeg måtte bytte bryteren for en DPST -type også. Operasjonsteorien er bare et snev mer kompleks.

Når vi ser på batterihalvdelen av kretsen, la oss si at bryteren er slått av. Reléet er fortsatt kablet slik at dets "av" -tilstand fører til at batteriet kobles til 5 Volt -regulatoren, deretter sendes regulatorens utgang tilbake til reléet (en av NC -tilkoblingene), deretter lysdioder. Bryteren er koblet mellom batteriet og reléet for å bryte kretsen og forhindre at strømmen strømmer. Hvis bryteren er slått på, vil strømmen kunne strømme gjennom kretsen.

Når vi ser på den andre halvdelen av kretsen, ser vi at strømmen fra USB -enheten umiddelbart løper inn i bryteren, deretter spolen til reléet og en av NO -tilkoblingene på reléet. Denne forbindelsens vanlige pin deles med den tidligere nevnte NC -tilkoblingen, og dermed er dette settet med kontakter som faktisk bytter mellom strømforsyninger. Det andre settet med kontakter er for å beskytte spenningsregulatoren. Hvis bryteren er slått på, slås reléet på og sender ekstern strøm til lysdiodene.

Dioden er koblet parallelt (men i motsatt retning) til reléet for å redusere tilbakeslagsspenningen når reléet bytter fra "på" til "av" posisjon ved strømtap. Dette er for å beskytte strømkilden: det vil si en USB -telefonlader eller en PC -USB -port.

Kondensatoren kan utelukkes. Databladet for regulatoren angir ikke hvor langt "langt fra strømforsyningsfilteret" er, så jeg tenkte at jeg like godt kunne inkludere det.

Trinn 3: PCB -versjonen

PCB -versjonen er nøyaktig den samme som den avanserte versjonen, men på et kretskort. Alle delene er montert på toppen av brettet og er merket med delenumre (eller annen viktig informasjon) slik at du kan finne reservedeler eller bytte deler etter behov eller ønske. Batteriinngangen (isolert fra bryterinngangen) har en (+) inngang og en (-) inngang. Siden (+) er merket med en (+).

Bryterinngangen hadde en A -seksjon og en B -seksjon, som er merket med A og B. De to terminalene som omgir "A" er A -inngangen. På samme måte omgir B -terminalene "B."

Det er også to monteringshull i nærheten av USB -kontakten. De har ingen elektriske forbindelser til noe, ikke engang hverandre.

De tre bildene ble tatt på forskjellige tidspunkter. Det første er det tomme brettet. Det andre er et delvis befolket brett med blandede deler. Det tredje er det ferdige brettet som bruker alle delene som kreves.

Rediger før innlegg:

Jeg prøvde å legge ved KiCAD -filene (som zip), men jeg fikk en feilmelding. Finner en annen måte å legge ved senere.