[3D -utskrift] 30W høyeffekt håndholdt lanterne: 15 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Hvis du leser dette, har du sannsynligvis sett en av disse Youtube -videoene som viser DIY ekstremt kraftige lyskilder med store kjøleribber og batterier. Sannsynligvis kaller de dette til og med "Lanterne", men jeg hadde alltid et annet begrep om lykt: noe bærbart og lett å bære.

Dette er grunnen til at jeg har jobbet med dette prosjektet i mange måneder nå, og jeg vil gjerne dele resultatet av mange forskjellige design -iterasjoner her. Ikke så kraftig som 100W, vannkjølt LED, men langt mer bærbar og brukbar!

Merk: I videoen er det ikke mulig å se hvor kraftig denne lykten er fordi den er spilt inn med en telefon. Tro meg, det er veldig kraftig.

Så nok å snakke! La oss starte dette prosjektet!

Hva trenger vi?

1. En 3D -skriver (fungerer hvis mulig!) (Min er på rekvisitalisten, hvis noen er interessert. Super gode resultater og billig pris)
2. Alle rekvisita i rekvisita -listen
3. Tålmodighet (Det vil ta rundt 12 timer å skrive ut alle delene)
4. Et loddejern (ikke bekymre deg, det vil være ganske minimalt lodding. Jeg har designet det for å være tilgjengelig for nesten alle) [Jeg vil legge til en lenke i rekvisita til en jukse, anstendig som vil gjøre det for dette prosjektet)
5. Et multimeter
6. Grunnleggende kunnskap om bruk av Arduino
7. Grunnleggende elektronikk kunnskap (grunnleggende kretser og hvordan du bruker et multimeter)

Ansvarsfraskrivelse:

Å jobbe med elektronikk og med Li-ion-batterier har alltid en forbundet risiko. Hvis du ikke vet hva du gjør, kan du lære litt om det før du fortsetter denne opplæringen. Jeg er ikke ansvarlig for noen skade. Og som alltid, hvis du liker disse prosjektene og vil bidra, kan du gi en liten donasjon til Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Å bringe disse prosjektene til deg krever 3 til 4 ganger vareprisen, så dette kan hjelpe meg med å bringe deg flere prosjekter:)

Rekvisita

De fleste komponentene kom i store pakker, så gjennomsnittsprisen på lykten er faktisk ikke så høy, ~ 30 €. Du kan bruke det meste igjen for andre prosjekter (inkludert mine andre prosjekter som snart kommer!)

Verdensomspennende lenker til AliExpress (VELG ALLTID DET BILLIGSTE FRAKTALTERNATIVET FOR ALLE PRODUKTER, OM MULIG. VIL SPARE DEG MYE PENGER):

Komponenter (gjennomsnittspris 48 € hvis du trenger alle komponenter [Avhenger av forsendelseskostnad]):

1. 3x 10W LED (velg hvit kobber, 10W, mengde 3)
2. 4x Li-io 18650 batterier (velg 4 stk for bedre pris)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - Enhver individuell 18650 lader vil betjene
4. 1x 2S BMS med balanseringsfunksjon (Velg 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x Rulle med loddetapper
6. 1x High Power Buck Converter (overdimensjonert for sikker langvarig bruk)
7. 1x 8 mm trykknapp
8. 3x 20Kohm motstander (Dette er den billigste pakken jeg har funnet) - Du kan finne dem i en lokal butikk for omtrent noen cent. Enhver motstand for PULL_DOWN vil tjene
9. 8x M4x6mm skruer (Velg M4, 6mm hel gjeng)
10. 7x M3x14mm skruer (Velg M3 16mm hel gjeng) - Dette er de jeg har brukt, men du kan prøve kortere lengde hvis du har litt på plass.
11. 2 x M5x12 mm skruer (Velg M5 12 mm full gjeng) - Dette er de jeg har brukt, men du kan prøve kortere lengde hvis du har litt på plass.
12. 1x Arduino Nano (inkluderer kabel) - Enhver liten Arduino vil tjene
13. 2x XT-60-kontakt (Velg 5 par hann + hunn)
14. 1x lodding PCB
15. 1x Micro Voltage Booster 12V (for FAN og Arduino -strømforsyning)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 av dem er valgfri, for effektivitetsformål)
17. 1x 50x56mm kjøleribbe (dette er en 2x pakke, men billigste enn de fleste andre tilbud)
18. 1x 50x50x10mm 12V VIFT
19. 1x rull med refleksbånd (jeg fant min i en lokal butikk, jeg håper denne er god nok)
20. Litt sandpapir, avhengig av 3D -skriverens toleranser (alt er designet for å passe, men du vet aldri) - Men det er bedre å kjøpe dette i en lokal maskinvarebutikk, hvis du kan)
21. 1x Fresnel -objektiv (den eneste jeg har funnet til en rimelig pris) (valgfritt, for å fokusere lys i mindre vinkel)
22. 2S batterilader (velg 8.4V 2A) - Enhver 8.4V lader vil fungere
23. 2m x 14AWG ledning (Velg 14AWG 1M svart + 14AWG 1M rød)
24. 2m x 20AWG ledning (Velg 20AWG 1M svart + 20AWG 1M rød)
25. (Valgfritt) 3 -pinners skruekontakter
26. (Valgfritt) 2 -pinners fjærkontakter
27. 4x 8x3mm magnet (velg minimum tilgjengelig mengde)
28. 1x termisk lim

Og selvfølgelig kan du sjekke hele Instructable først og bestemme om du vil undertrykke eller endre noe.

Og listen over billige verktøy (alle andre med lignende evner vil tjene):

1. Loddetinn (velg 0,6 mm, 100 g)
2. Loddejern
3. Multimeter
4. Ender 3 3D -skriver (På den tiden jeg skriver dette er Ender 5 (min) så dyrt, men Ender 5 er også veldig dyktig)

Trinn 1: Hva du vil ende opp med

Det er det. En "ganske kompakt", men kraftig lykt med avtagbart 2S2P -batteri (ikke bekymre deg hvis du ikke vet hva 2S2P er, mer om det senere), flyttbare linser og konfigurerbar utgangseffekt, med ca 1t batteri på maks gass eller 10t med minst mulig strøm, med en enkelt batteriladning. Og det beste av alt: det er fullstendig laget av deg. Du vet sikkert allerede hvor tilfredsstillende det er!

Trinn 2: 3D -utskrift - global oversikt

Du finner alle filene i Thingiverse:

Hva du må skrive ut:

1. MainBody.stl: Denne delen inneholder lysdioder, kjøleribber, vifte, lyskollimatoren og linseholderen.
2. Handler.stl: Det er her trykknappen blir festet, batteriholderen skrus inn og elektronikken passer inn. Det er skrudd inn i MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: Denne delen tjener til hurtigfesting - ta av batteriet, slik at de er lette å bytte. Den inneholder to magneter for å holde batteriet på plass og XT-60 hannkontakten.
4. Collimator.stl: Dette er ment å reflektere lyset i en bestemt innesluttet vinkel, bare fordi en 180º lysvinkel er ganske ubrukelig for en lanterne. Du må dekke hele innsiden med reflekterende tape.
5. LedsHolder.stl: En tynn 3D -del som holder lysdiodene på plass, i en viss vinkel.
6. HeatsinkSupport_1.stl: ment å holde kjøleribben med visse forhåndsforsikringer til lysdiodene, slik at de kan kjøles ned. Du trenger 2 av dem.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Som den andre HeatsinkSupport, men for den andre aksen. Du trenger bare en av dem.
8. LensHolder.stl: ment å holde linsene på plass.
9. BatteryBody.stl: Batteriets hoveddel. Passer tett inn i BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: Den øvre delen av batteriet. Inneholder to magneter som holder batteriet på plass med BatteryHolder-magneter og den kvinnelige XT-60-kontakten.

Og det er det! Det kan virke som mange deler, men de fleste av dem vil ta mindre enn en time å skrive ut.

Trinn 3: Elektronikk - global oversikt

Ok, så nå, la oss jobbe med hjernen og muskelen i dette prosjektet. Dette ble designet for å bli utført av alle, selv med 0 elektronikk kunnskap, så la meg forklare alt for de 0 kunnskapsfolket. Men selvfølgelig, det mest du vet, det enkleste blir det. Hva trenger vi? Siden våre 3 12V LED -er vil være seriekoblede, trenger vi en strømforsyning som leverer 3*12V = 36V. Batteriet vårt leverer imidlertid maksimalt 8,4V. Hvordan øker vi den spenningen? Enkel: Bruk av en spenningsforsterker. Den som er valgt for dette prosjektet er en regulerbar spenningsforsterker. Du kobler batteriet til IN -terminalene og justerer det medfølgende potensiometeret til du får 36V på utgangen. Ganske lett!

Nå trenger FAN og Arduino mer spenning enn det batteriet tilbyr, men mindre enn det vår viktigste spenningsforsterker leverer (rundt 12V). Løsning? Nok en spenningsforsterker! (Men denne, mikro)

Deretter utgangseffektkontroll + viftekontroll: for dette bruker vi en Arduino Nano og dens PWM -utgangsevner. (Vet ikke hva PWM er? Her har du litt informasjon:) Men siden Arduino Nano bare kan håndtere 5V maks og vi må PWM 36V, bruker vi en MOSFET. Hvis du ikke vet hvordan denne komponenten fungerer, ikke bekymre deg, bare følg min steg-for-trinn, så fungerer alt helt fint! Og til slutt brukerinngang: Vi bruker en 8 mm trykknapp som er koblet til Arduino gjennom intern trekkmotstand for å modifisere det utgående PWM -signalet.

Det er det:)

Trinn 4: Elektronikk - Klargjøring av alle ledninger

Klipp kabler i følgende størrelser:

2x 15 cm tynn tråd (1 rød, 1 svart) 2x 20 cm tynn tråd (1 rød, 1 svart) 3x 2,5 cm tykk tråd (1 rød, 1 svart) 2x 5 cm tynn tråd (hvilken som helst farge) 2x 8 cm tynn tråd (hvilken som helst farge)

For hver av disse kablene, skrell spissene (ca. 5 mm) og forhåndslod dem.

Trinn 5: Elektronikk - batteripakke

Først av alt, for hvert av de 4 batteriene, identifiser den positive og negative siden ved å bruke multimeteret (Du vet, sett rød terminal på den ene siden, svart på den andre siden, og hvis multimeteret viser et positivt tall, er den røde siden positiv, svart negativ. Ellers, hvis multimeteret viser et negativt tall, er svart positivt, rødt er negativt). (Se bilde 2 og 3)

Vær alltid forsiktig når du selger til et Li-Ion-batteri. PRØV Å GJØRE DET RASK OG IKKE VARME CELLEN FOR MYE ELLER DU KAN SKADE DEN.

Nå må du lade alle batteriene helt opp med en 18650 lader. I vårt tilfelle, vår billige TP4056. Koble en rød ledning til BAT+ og en svart ledning til BAT- (disse ledningene er ikke tenkt i forrige trinn). (Se bilde 4)

Deretter loddes disse kablene med en liten tinnspiss inn i hver av cellene (alle, men en etter en), rød til positiv, svart til negativ. La dem lade til laderen LED -lampene forteller deg at den er full. Desolder kablene, loddetinn til neste, og gjenta. (Det kan ta noen timer, avhengig av hvor utladet de er. Bruk denne tiden til å forberede neste trinn og 3D -utskrift av alt!)

Nå, med alle 4 batteriene fulladet, kobler vi 2-til-2 parallelt, og hver pakke med 2 parallelle i serie med den andre.

Hvordan koble dem parallelt? Se tredje bilde. Ser du hvordan batteriene mine er koblet til? Koble 2-til-2, negativ til negativ, positiv til positiv, med to stykker loddetapper. Kontroller med multimeteret at hver celle har nøyaktig samme spenning, for å unngå mulig skade på cellene.

Og nå, etter det siste bildet, kobler du den negative siden av en av de 2-parallelle pakkene til den positive siden av den andre. Bare den ene siden! Den andre må stå fri.

Trinn 6: Elektronikk - batterikabler + BMS + 3D -veske

Først loddes en 9 cm tynn tråd til metallplaten som kobler de to batteriene i serie (Bilde 1).

Koble deretter en svart 2 cm tykk ledning til den negative terminalen på motsatt side, en tykk rød 2 cm ledning til den positive terminalen, som på det andre bildet.

Etter det tredje bildet, kobler du den røde tykke ledningen til B+ -terminalen på BMS, den svarte tykke ledningen til B-terminalen og den tynne ledningen til den midtre terminalen på BMS, som på bildet.

Nå, til P + og P- terminalene på BMS, kobler du igjen 2 cm tykke ledninger og de, til + og- til XT-60-kontakten (den mannlige, den som er et hull med to gylne pinner inni), som på bilde 4. Jeg har brukt litt varmt lim for å holde alt sikkert og isolert.

Det er på tide å skaffe et 3D -skriverveske og sjekke om alt passer på plass. XT -60 -kontakten må passe inn i skinnene (kanskje du trenger litt sliping til kontakten for å fjerne de ekstruderte + og - skiltene og holde kontakten flat). (Bilde 5)

Når alt passer fint, legger du to magneter i hetten på saken. Polaritet spiller ingen rolle. Du må bare matche motsatt polaritet i batteriholderen.

Hold deretter alt på plass med elektrisk tape og legg til to tynne ledninger til batteriene som på bildene 9, 10 og 11. Disse vil hjelpe oss med å fjerne batteriet når det er koblet til batteriholderen. Du kan bruke hvilken ledning eller materiale du vil. Jeg pakket mitt over batteriet for å unngå å bruke for mye kraft på 3D -delen.

Til slutt setter du inn de 4 M3 -skruene, og batteriet er klart til bruk!

Mine XT-60-kontakter var for stramme, og jeg måtte trykke på de gylne pinnene med en tang, slik at mann-hunn-paret glir inn og ut uten for mye kraft

Trinn 7: Montering - batteri + batteriholder

Dette er et enkelt trinn.

Skriv ut BatteryHolder.stl -filen og kontroller at batteriet enkelt glir inn. Ellers trenger du litt sliping for å glatte ut veggene i utskriftene dine. (Men ikke for mye, de må passe tett)

Sett deretter inn de to magnetene som vender mot batteriets motsatte polaritet slik at de tiltrekker seg.

Sett inn XT-60 hunnkontakten på plass (den kan trenge litt sliping også. Den må passe veldig tett), pass på at batteriet glir lett inn og hold det på plass med litt lim. Jo mindre dypt du setter kontakten, desto lettere blir det å sette og fjerne batteriet.

Og til slutt lodde 2 tykke 6 cm ledninger (rød + svart) og 2 tynne 8 cm ledninger (rød + svart) til XT-60-terminalene som på bildene. Rød til positiv, svart til negativ.

Trinn 8: Elektronikk - Spenningsforsterkere

Med batteri og batteriholder på plass, kobler du de 2 tykke ledningene til den store spenningsforsterkeren. Rød til IN+, svart til IN-.

Plugg deretter batteriet inne i batteriholderen, og ved hjelp av multimeteret, juster skruen til spenningsforsterkeren til spenningen mellom OUT- og OUT+ når nøyaktig 35,5V.

Få den lille spenningsforsterkeren og koble den til utgangen til den store. GND til den store OUT-, IN+ til den store OUT+. Mål deretter spenningen mellom VO+ og GND for den lille ved hjelp av multimeteret. Vri den lille skruen til spenningen når rundt 12V.

Det er det! Du har boosterne dine klare til å jobbe!

Trinn 9: Elektronikk - Forberedelse av Arduino

Koble først Arduino til datamaskinen gjennom USB -en og skyv den vedlagte skissen (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Deretter loddes de 4 ledningene som vises på bildet (ca. 6 cm hver):

D11 vil kontrollere lysdiodenes intensitet, D10 vil kontrollere vifteintensiteten og D5 og GND vil fungere som INNGANG for trykknappen.

Hvis du er nysgjerrig, er koden jeg har skrevet ganske enkel:

Den har 8 forskjellige effektnivåer, som kan byttes syklisk fra mindre til mer strøm ved å trykke på bryteren. Hvis du holder inne og trykker på i mer enn 800 ms, og deretter slipper, vil lykten begynne å blinke med gjeldende effekt.

Viften begynner å arbeide med ~ 1/3 av maksimal effekt, men med en proporsjonal hastighet for å gjøre den mindre bråkete ved lavere effekt. Etter at du har slått den av eller redusert strømmen til mindre enn ~ 1/3 (de første 3 effekttrinnene), kan viften fortsette å fungere en stund for å holde kjøleribben kald og klar for neste høye strømforbruk (vi bruker en ganske liten kjøleribbe for strømmen, så det kan bli ganske varmt)

Trinn 10: Elektronikk - Loddekraftfordelingstavle

Plasser først alle komponentene som i det første bildet. Du må bøye MOSFET -bena. Det er viktig at den tykke, svarte kroppen på MOSFET ser oppover og at alt er lite.

Skjær den ekstra PCB -en med en kniv, så justert som mulig. Merk den med kniven og bøy den forsiktig til den bryter om merket.

Kontroller at alt er på plass igjen, og forbered deg på å lodde brettet som på det tredje bildet. Det faktiske kretsdiagrammet er i fjerde bilde, hvis det ikke er klart nok.

Det er viktig å lodde de viste motstandene mellom venstre og høyre ben på MOSFET -ene. Jeg har brukt to 20Kohm -motstand, men du kan bruke hvilken som helst nærverdi.

TIPS: hvis du plasserer brettet i en bestemt vinkel er det lettere å få tinn til å følge den vinkelen (bruk tyngdekraften til din fordel)

Trinn 11: Montering - Bygg fokus

Skriv først ut Collimator.stl og innsiden med reflekterende tape. Det er faktisk ingen god måte å gjøre dette på. Bare kutt tapen i små biter for å dekke det hele.

Deretter skriver du ut LedsHolder.stl og setter LED -lampene godt på toppen. Lodd kablene som i diagrammet for å koble dem alle i serie og la 2 30 cm ledninger loddet i en av lysdiodene. Dekk terminalene med tape for å unngå kortslutning i HeatSink.

Skriv ut og fest HeatsinkHolder_2.stl til Heatsink. Den skal passe tett.

Påfør termisk pasta på lysdiodene og skyv dem til kjøleribben, passere kablene gjennom hullet på kjøleribbeholderen_2.

Fest de to andre HeatsinkHolder_1 til kjøleribben og skru alle brikkene sammen med 4 M3 skruer.

Skriv ut MainBody.stl og fest viften til bunnen med M3 -skruer, som vist på bilde 7.

Trekk i FAN + LED -ledningene gjennom MainBodys større hull og sett inn fokuset inne i kroppen, som på forrige bilde.

Trinn 12: Montering - Bygging av håndtereren

Skriv ut Handler.stl -filen og prepeare 1xM3 -skruer og 2xM5 -skruer.

Sett deretter trykknappen inn i hullet.

Det er det for dette trinnet. Rett og slett, ja?

Trinn 13: Elektronikk - Etterbehandling

Lodd enda en tykk 5 cm ledning til OUT- av den store spenningsforsterkeren, som på det første bildet.

Deretter kobler du denne ledningen til den høyeste skrueterminalen på strømstyringskortet som på andre bilde.

Koble LEDs sorte ledning til den midterste skrueterminalen og den positive til OUT+ på den store spenningsforsterkeren, som på bilde 3.

Lodde Arduino VIN til den store venstre ledningen festet til Vout på den lille spenningsforsterkeren, og Arduino GND til den gjenværende svarte ledningen loddet til XT-60, som på bilde 4.

Koble FAN rød ledning til Arduino VIN (= liten spenningsforsterker Vout, begge kabler sammen til VIN), og FAN svarte ledning til venstre skrueterminal på strømstyringskortet, som på bilde 5 (min røde viftetråd er faktisk svart, beklager ^. ^)

Koble Arduino D10 til fjærterminalen til venstre og D11 til fjærterminalen til høyre som på bilde 6.

Og endelig…

Sett inn batteriholderen inne i håndtereren, og sørg for at ingen ledninger blir fanget og at all elektronikk er godt plassert inne. Det er ikke for mye plass, men det burde være mer enn nok hvis alt er riktig organisert. Du bør tape alle utsatte loddetråder eller ledninger for å unngå kortslutning.

Lodd de to ledige venstre ledningene til Arduino til trykknappen på Handler. Det spiller ingen rolle hvilken kabel til hvilken terminal på knappen. Det vil fungere uansett.

Og det er det! Sørg for at kablene sitter godt inne i det gjenværende rommet, så ingen berører viften!

Trinn 14: Montering - Sist festet

Du bør ha all elektronikk montert inne i håndteringsenheten som på det første bildet.

Bruk hullet over trykknappen for å pakke gjennom ledningene uten å berøre viften.

Sett de 3 skruene som holder alt sammen (2x M5, 1x M3) som på det andre bildet.

Sett inn den øverste linseholderen og fest Fresnel -objektivet i den (min er ikke kommet ennå. Vil oppdatere med et bilde når det kommer).

Sett de 8 M4 -skruene, 4 i toppen, 4 i bunnen og …

Prosjektet er fullført! Gratulerer

Trinn 15: Nyt din nye super kraftige lanterne

Det var en veldig lang reise til denne lanterneprototypen, søker i komponenter og modellerer alle 3D -utskrifter, justerer toleranser, etc.

Så hvis du likte dette prosjektet, er du velkommen til å kommentere dine forslag og kommentarer

Ser deg! =)