Нощна светлина, захранвана от USB, с резервно копие на батерията (два дизайна): 3 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Преди известно време открих необходимост от нощна лампа с батерия за моята стая. Идеята беше, че не искам да ставам от леглото всеки път, когато искам да изключвам лампата, за да си лягам. Имах нужда и от светлина, която не беше толкова ярка, колкото светлината на спалнята ми, защото преминаването от наистина ярка към наистина тъмна не е много забавно за очите. И на всичкото отгоре, нашата електроенергийна компания имаше период от време, в който мощността ни щеше да изгасва на всеки няколко седмици за няколко минути … няколко пъти през тази седмица. Мислех си, че ако през лятото, през всички времена, токът ще се изключи на случаен принцип без никаква причина, какво би било през зимата?

Ето някои от моите нужди:

• Първо, ниска мощност. Все още работя по тази част, но тя вече е доста ниска.
• Имам чувството, че мога да се справя по -добре, като в същото време го направя по -евтино, което беше втората цел.
• Също така, разбира се, захранван от батерии.
• Яркост - около средно ниско ниво; достатъчно ярка, за да види какво е всичко. Колко ярко е това за вас, ще трябва да го тествате. Ако е прекалено ярък, ще ви е малко трудно за очите-особено ако трябва да го включите отново, след като е бил изключен за известно време!
• Компактен дизайн - исках това да седи на ръба на претрупано бюро, защото това е мястото, където седи леглото ми. Не на бюрото-до него.
• Минимални части поради предишния елемент в списъка и той помага на третия елемент.

Измислих изключително базов дизайн. Обмислих го и измислих сценарии, които биха направили дизайна досаден за използване. Например, ако захранването е изчезнало, докато е тъмно, ще ми трябва начин да видя превключвателя на захранването, за да го включа. Мислех да използвам превключвател със светещ задвижващ механизъм и пуснах през него само толкова ток, че да свети. Ще използва само малко повече енергия, но може би това може да бъде компенсирано по -късно в дизайна. И свързано с това, нямаше да чакам, докато се стъмни, преди да го включа. Бих го направил в даден момент, преди наистина да е необходим. Освен това какво ще стане, ако съм забравил да го изключа преди лягане? Имах нужда от начин да защитя батерията.

След още малко мислене измислих основен дизайн, който би решил много от това. Той е предназначен да бъде включен в стената, за да открие дали има прекъсване на захранването чрез транзисторна верига. Реших да използвам това за захранване на реле и релето ще избере между батериите и друг източник на захранване (по -специално този, който захранва релето) за светодиодите.

Когато споменах този проект на няколко души, те признаха, че се страхуват от тъмнината и нещо подобно би било полезно. Това ми даде мотивация да продължа да работя по проекта. Оттогава измислих разширената версия, която е (най -вече) подходяща за макет, но направо преминах към поставянето й на персонализирана платка, така че нямам инструкции за сглобяване на дъска. Ако знаете как да създадете макет и можете да следвате схеми, не би трябвало да имате проблем с свързването му.

Консумативи:

Ако искате да използвате основната версия, с която започнах, използвайте този списък:

1. Една Sacrificial ™ стенна брадавица (помислете за старо зарядно устройство за телефон или един от стотиците блокове за захранване, които имате в чекмедже или кутия някъде, за които нямате представа към какво отиват)
2. Едно реле SPDT, номинално за напрежението на предишния елемент. Използвах старо реле за ОВК, което техник смени преди много години (аз лично не намерих нищо лошо в него). Релетата за ОВК са малко неудобни: те са DPST, но единият набор от контакти е нормално отворен, а другият е нормално затворен. Те също са оценени за 24 VAC и избраният от мен щепсел за стена изгасва 12 VDC.
3. Една 12 -волтова бяла LED лента: Използвах една от тях, но уебсайтът вече не ги продава. Винаги сте свободни да се адаптирате към това, което имате или можете да получите достъп, или дори да проектирате свое собствено.
4. Един SPST превключвател
5. Една или повече батерии. Използвах две 6 -волтови фенерни батерии последователно, въпреки че исках да използвам една 12 -волтова фенерна батерия.
6. Някакъв начин да свържете всичко заедно

Ако искате да направите подобрената версия, използвайте този списък:

1. Един външен източник на захранване от 5 VDC. Този дизайн отиде направо на печатни платки (повече за това по -късно), така че аз ударих женски щепсел USB тип B там. Можете да отрежете края на Sacrificial ™ USB кабел и да отстраните проводниците (имате нужда само от 5 -волтов проводник и GND)
2. Един резервен източник на захранване, т.е. батерията
3. Едно DPDT реле с 5 волта. Използвах това. Подходящ е за макет!
4. Един DPST превключвател
5. Един регулатор на напрежението LM7805 (тук)
6. Един 0,22uF кондензатор (по избор). Информационният лист предполага, че трябва да бъде керамичен тип, но не казва изрично, че трябва да е като за изходния кондензатор (който не добавих)
7. Пет ограничаващи тока резистори за светодиодите или (за предпочитане) резисторна шина. Светодиодите в този списък имат 3.3V спад на напрежението и изчислих 85 ома като необходимото съпротивление. Използвах резисторна шина със съпротивление 150 ома, намерена тук.
8. Един 1N4004 диод
9. Пет бели светодиода (3v3 @ 20mA)
10. Начин да свържете всичко заедно

Ако искате версия на печатната платка, това обикновено е същият списък по -горе, но с някои разлики:

1. Очевидно PCB. Дизайнът понастоящем се качва само в OSH Park и те продават дъски на партиди от три. Можете да получите таблото тук.
2. Той има място за клемни блокове, но проводниците могат да бъдат запоени директно към платката. Използвах този стил.
3. Една щипка за батерия (използвах 9V батерия)
4. Споменатият по -горе USB конектор. Избрах тип В, а не мини или микро В, защото тези два са малко крехки, за да ми харесат.

Стъпка 1: Изключително основната версия

Поради това, с което работех по онова време, бях изправен пред много предизвикателства. Релето, което имах, е изтеглено на първата снимка. Докато това, което измислих, по никакъв начин не беше идеално, работеше (втора снимка). Преобразувах неудобното си реле DPST в SPDT, като съкратих два терминала заедно, за да направя общ щифт. Тази връзка отиде към превключвателя, след това към LED лентата, след което се заземи. Батерията, която направих-положителната страна отиде до NC връзката на релето. Намотката на релето беше свързана към външното захранване, което поддържаше релето в положение "включено". Захранването също се свързва към NO връзката на релето. Всички основания са свързани заедно.

Теорията е, че докато получава външно захранване, релето остава в състояние "включено", като по този начин връзката NO е затворена и NC връзката е отворена. Това означава, че общата връзка е захранване от външен източник. Ако захранването е загубено, релето отново се връща в състояние "изключено" и общата връзка започва да се захранва от батериите. Независимо от източника, превключвателят контролира захранването на LED лентата. Общото между всичко позволява пълна верига във всяка ситуация.

Използвах реални жични конектори на по -голямата част от веригата, така че няма да се налага да запоявам нищо. За да свържа батериите (те имат пружинни клеми), използвах тестови проводници Sacrificial ™ (алигаторни скоби с прикрепени проводници), като нарязах едната наполовина и оголих проводниците (и добавих жични конектори). Тази, използвана за свързване на двете батерии заедно, все още е в едно цяло. Всичко е монтирано в червена кутия за доставка SparkFun.

Нямам снимки на крайния продукт, но ще направя някои, ако бъде поискано.

Стъпка 2: Разширената версия

Най-накрая успях да поръчам необходимите части, за да направя една наистина добра версия на веригата (която вече бях начертал). Важните промени, направени в този дизайн, са проектирането му да работи от регулирано 5V захранване, а също и релето да не се захранва постоянно. Трябваше да сменя превключвателя и за тип DPST. Теорията на операцията е само малко по -сложна.

Ако погледнем половината от веригата на батерията, да речем, че превключвателят е изключен. Релето все още е свързано, така че състоянието му "изключено" кара батерията да бъде свързана към 5 -волтовия регулатор, след това изходът на регулатора се подава обратно в релето (една от NC връзките), след това светодиоди. Превключвателят е свързан между батерията и релето, за да прекъсне веригата и да предпази тока от изтичане. Ако превключвателят е включен, токът ще може да тече през веригата.

Поглеждайки другата половина на веригата, виждаме, че захранването от USB веднага се прехвърля в превключвателя, след това бобината на релето и една от NO връзките на релето. Общият пин на тази връзка се споделя с споменатата по -горе NC връзка, така че това е набор от контакти, които действително превключват между захранванията. Другият набор от контакти са за защита на регулатора на напрежението. Ако превключвателят е включен, релето се включва и изпраща външното захранване към светодиодите.

Диодът е свързан успоредно (но обратно) към релето, за да се намали напрежението на обратното въртене, когато релето превключи от позиция "включено" в "изключено" при загуба на мощност. Това е за защита на източника на захранване: напр. Зарядно устройство за USB телефон или USB порт за компютър.

Кондензаторът може да бъде изключен. Информационният лист за регулатора не посочва колко далеч е "далеч от филтъра за захранване", така че реших, че бих могъл да го включа все пак.

Стъпка 3: Версията на печатната платка

Версията на печатната платка е същата като разширената версия, но на печатна платка. Всички части са монтирани в горната част на дъската и са етикетирани с номерата на частите (или някаква друга важна информация), така че да можете да намерите резервни или заместващи части според нуждите или желанията. Входът на батерията (изолиран от входа на превключвателя) има (+) вход и (-) вход. Страната (+) е обозначена с (+).

Входът на превключвателя имаше секция А и секция В, които са обозначени с А и В. Двата терминала, обграждащи "А", са входът А. По същия начин терминалите B обграждат "B."

Представени са и два монтажни отвора близо до USB щекера. Те нямат електрически връзки с нищо, дори помежду си.

Трите снимки са правени по различно време. Първият е празната дъска. Втората е частично населена дъска със смесени части. Третият е завършената дъска, използваща всички необходими части.

Редактиране преди публикуване:

Опитах се да прикача KiCAD файловете (като цип), но получих грешка. Ще намерите друг начин за прикачване по -късно.