Noční osvětlení napájené USB se záložním akumulátorem (dvě provedení): 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Před nějakou dobou jsem objevil potřebu nočního světla napájeného bateriemi do mého pokoje. Myšlenka byla, že se mi nechtělo vstávat z postele pokaždé, když jsem chtěl zhasnout světlo, abych šel do postele. Také jsem potřeboval světlo, které nebylo tak jasné jako světlo mé ložnice, protože přecházet ze skutečně jasného do opravdu tmavého není pro oči příliš zábavné. A navíc naše energetická společnost měla časové období, kdy naše energie vypadávala každých pár týdnů několik minut v kuse … několikrát ten konkrétní týden. Myslel jsem si, že kdyby se síla jen tak náhodně během léta bezdůvodně vypnula, jaké by to bylo v zimě?

Zde je několik mých potřeb:

• Za prvé, nízký výkon. Na této části stále pracuji, ale už je poměrně nízká.
• Mám pocit, že bych to mohl udělat lépe a zároveň to zlevnit, což byl druhý cíl.
• Také samozřejmě na baterie.
• Jas - přibližně na střední úrovni; dostatečně jasný, aby viděl, co všechno je. Jak je to pro vás jasné, budete si to muset vyzkoušet. Pokud je příliš jasný, bude to pro vaše oči trochu těžké-zvláště pokud jej budete muset po chvíli vypnout znovu zapnout!
• Kompaktní design - chtěl jsem, aby to sedělo na okraji přeplněného stolu, protože to je místo, kde sedí moje postel. Ne na stole-vedle něj.
• Minimální díly kvůli předchozí položce v seznamu a pomáhá třetí položce.

Přišel jsem s extrémně základním designem. Přemýšlel jsem o tom a přišel jsem na scénáře, díky nimž by byl design trochu nepříjemný. Pokud by například vypadla elektřina, když byla tma, potřeboval bych způsob, jak vidět vypínač, abych ji zapnul. Zvažoval jsem použití vypínače s osvětleným aktuátorem a dal jsem přes něj jen tolik proudu, aby svítil. Vyžadovalo by to trochu více energie, ale možná by to mohlo být kompenzováno později v designu. A související, nečekal bych, než zapnu, dokud nebude úplná tma. V určitém okamžiku bych to udělal, než to bylo skutečně potřeba. A co když jsem to zapomněl vypnout před spaním? Potřeboval jsem způsob, jak chránit baterii.

Po dlouhém přemýšlení jsem přišel se základním designem, který by toho hodně vyřešil. Měl být zapojen do zdi, aby zjistil, zda nedošlo k výpadku napájení prostřednictvím tranzistorového obvodu. Rozhodl jsem se použít místo toho k napájení relé a relé bude vybírat mezi bateriemi a jiným zdrojem energie (konkrétně tím, který napájí relé) pro LED diody.

Když jsem tento projekt zmínil pár lidem, přiznali, že se bojí tmy a něco takového by se hodilo. To mi dalo motivaci pokračovat v práci na projektu. Od té doby jsem přišel s pokročilou verzí, která je (většinou) šetrná k prkénku, ale skočil jsem rovnou na to, abych ji umístil na vlastní desku s obvody, takže nemám návod na montáž prkénka. Pokud víte, jak na prkénko, a můžete sledovat schémata, neměli byste mít problém s jeho zapojením.

Zásoby:

Pokud chcete použít základní verzi, se kterou jsem začal, použijte tento seznam:

1. Jedna obětní bradavice Sacrificial ™ (představte si starou nabíječku telefonu nebo jeden ze stovek napájecích bloků, které máte v zásuvce nebo krabici někde, kde vůbec nevíte, do čeho jdou)
2. Jedno relé SPDT dimenzované na napětí předchozí položky. Použil jsem staré relé HVAC, které technik před mnoha lety vyměnil (osobně jsem na něm nenašel nic špatného). Relé HVAC jsou trochu nešikovná: jsou DPST, ale jedna sada kontaktů je normálně otevřená a druhá sada je normálně zavřená. Jsou také hodnoceny pro 24 VAC a moje zvolená zástrčka na zdi vypnula 12 VDC.
3. Jedna 12voltová bílá LED lišta: Použil jsem jednu z nich, ale webová stránka je již neprodává. Vždy se můžete přizpůsobit tomu, co máte nebo k čemuž můžete získat přístup, nebo si dokonce navrhnout vlastní.
4. Jeden přepínač SPST
5. Jedna nebo více baterií. Použil jsem dvě 6voltové lampové baterie v sérii, i když jsem chtěl použít jednu 12voltovou baterii.
6. Nějaký způsob, jak to všechno spojit dohromady

Pokud chcete vytvořit vylepšenou verzi, použijte tento seznam:

1. Jeden externí zdroj 5 VDC. Tento návrh šel přímo na PCB (více o tom později), takže jsem tam plácnul zástrčku USB typu B. Můžete odříznout konec kabelu Sacrificial ™ USB a odizolovat vodiče (potřebujete pouze 5voltový vodič a GND)
2. Jeden záložní zdroj energie, tj. Baterie
3. Jedno 5voltové relé DPDT. Použil jsem toto. Je to přátelské k prkénku!
4. Jeden přepínač DPST
5. Jeden regulátor napětí LM7805 (zde)
6. Jeden kondenzátor 0,22uF (volitelně). Datový list naznačuje, že by to měl být keramický typ, ale výslovně to neříká, že by to mělo být stejné jako u výstupního kondenzátoru (který jsem nepřidal)
7. Pět proudově omezujících odporů pro LED diody nebo (nejlépe) odporovou sběrnici. LED diody v tomto seznamu mají pokles napětí 3,3 V a vypočítal jsem 85 ohmů jako požadovaný odpor. Použil jsem odporovou sběrnici s odporem 150 Ohmů, nalezenou zde.
8. Jedna dioda 1N4004
9. Pět bílých LED (3v3 @ 20mA)
10. Způsob, jak to všechno spojit dohromady

Pokud chcete verzi desky s plošnými spoji, je to obecně stejný seznam výše, ale s určitými rozdíly:

1. Očividně PCB. Design je aktuálně nahrán pouze do OSH Park a prodávají desky v dávkách po třech. Desku můžete získat zde.
2. Má místo pro svorkovnice, ale vodiče lze pájet přímo na desku. Použil jsem tento styl.
3. Jeden klip na baterii (použil jsem 9V baterii)
4. USB konektor zmíněný výše. Vybral jsem typ B a ne mini nebo micro B, protože ty dva jsou na můj vkus příliš křehké.

Krok 1: Extrmely základní verze

Kvůli tomu, s čím jsem v té době pracoval, jsem musel čelit mnoha výzvám. Relé, které jsem měl, je vytaženo na prvním obrázku. I když to, co jsem přišel, nebylo v žádném případě ideální, fungovalo to (druhý obrázek). Přeměnil jsem své nepohodlné relé DPST na SPDT zkratováním dvou svorek dohromady, abychom vytvořili společný pin. Toto připojení šlo na přepínač, pak na lištu LED a poté na uzemnění. Banka baterie, kterou jsem vyrobil-pozitivní strana šla do NC připojení na relé. Cívka relé byla připojena k externímu napájení, které by udrželo relé v poloze „zapnuto“. Napájecí zdroj se také připojí k připojení NO na relé. Všechny pozemky jsou propojeny.

Teorie spočívá v tom, že zatímco relé získává externí napájení, relé zůstává ve stavu „zapnuto“, takže sepne spojení NO a rozepne připojení NC. To znamená, že společné připojení získává energii z externího zdroje. Pokud dojde ke ztrátě napájení, relé přejde zpět do stavu „vypnuto“a společné připojení začne získávat energii z baterií. Ať je zdroj jakýkoli, přepínač ovládá napájení panelu LED. Společná základna mezi vším umožňuje kompletní obvod v každé situaci.

Na většině obvodu jsem použil skutečné drátové konektory, abych nemusel nic pájet. K připojení baterií (mají pružinové svorky) jsem použil testovací kabely Sacrificial ™ (krokosvorky s připojenými vodiči) tak, že jsem je rozřízl na polovinu a odizoloval vodiče (a přidal drátové konektory). Ten, který slouží k propojení obou baterií dohromady, je stále v jednom kuse. Vše je připevněno k červenému přepravnímu boxu SparkFun.

Nemám žádné obrázky konečného produktu, ale na požádání je pořídím.

Krok 2: Pokročilá verze

Nakonec jsem mohl objednat díly potřebné k vytvoření skutečně dobré verze obvodu (kterou jsem již vytáhl). Důležitými změnami provedenými v tomto návrhu bylo navrhnout jej tak, aby fungoval z regulovaného 5V napájení a také aby relé nebylo neustále napájeno. Také jsem musel vyměnit přepínač za typ DPST. Teorie provozu je jen na dotek složitější.

Když se podíváme na polovinu obvodu baterie, řekněme, že je vypínač vypnutý. Relé je stále zapojeno tak, že jeho stav „vypnuto“způsobí připojení baterie k 5voltovému regulátoru, poté se výstup regulátoru přivede zpět do relé (jedno z NC připojení), poté LED. Přepínač je zapojen mezi baterií a relé, aby přerušil obvod a zabránil toku proudu. Pokud je spínač zapnutý, obvod bude moci protékat proud.

Při pohledu na druhou polovinu obvodu vidíme, že výkon z USB je okamžitě spuštěn do spínače, pak do cívky relé a jednoho z NO spojení na relé. Společný pin tohoto připojení je sdílen s dříve zmíněným NC připojením, jedná se tedy o sadu kontaktů, které ve skutečnosti přepínají mezi napájecími zdroji. Další sada kontaktů slouží k ochraně regulátoru napětí. Pokud je spínač zapnutý, relé sepne a odešle externí napájení na LED diody.

Dioda je připojena paralelně (ale obráceně) k relé, aby se snížilo zpětné napětí, když se relé při ztrátě napájení přepne z polohy „zapnuto“do „vypnuto“. Důvodem je ochrana zdroje napájení: USB nabíječka telefonu nebo USB port počítače.

Kondenzátor může být vyloučen. Datový list regulátoru neurčuje, jak daleko je „daleko od filtru napájecího zdroje“, a tak mě napadlo, že bych to stejně mohl zahrnout.

Krok 3: Verze DPS

Verze desky plošných spojů je přesně stejná jako pokročilá verze, ale na desce s obvody. Všechny díly jsou připevněny k horní části desky a jsou označeny čísly dílů (nebo jinými důležitými informacemi), abyste mohli najít náhradní nebo náhradní díly podle potřeby. Vstup baterie (izolovaný od vstupu spínače) má vstup (+) a (-). Strana (+) je označena (+).

Přepínací vstup měl sekci A a B, které jsou označeny A a B. Dva terminály obklopující „A“jsou vstupem A. Stejně tak terminály B obklopují „B“.

K dispozici jsou také dva montážní otvory v blízkosti konektoru USB. Nemají žádná elektrická připojení k ničemu, dokonce ani k sobě navzájem.

Tyto tři obrázky byly pořízeny v různých časech. První je prázdná deska. Druhým je částečně osídlená deska se smíšenými částmi. Třetí je dokončená deska využívající všechny požadované součásti.

Úpravy před příspěvkem:

Zkoušel jsem připojit soubory KiCAD (jako zip), ale došlo k chybě. Později najdete jiný způsob připojení.