Nočné svetlo napájané USB so záložnou batériou (dva prevedenia): 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Pred časom som zistil, že do mojej miestnosti je potrebné nočné svetlo napájané batériami. Predstava bola taká, že sa mi nechce vstávať z postele zakaždým, keď chcem zhasnúť svetlo, aby som išiel do postele. Tiež som potreboval svetlo, ktoré nebolo také jasné ako svetlo mojej spálne, pretože prechod zo skutočne jasného do skutočne tmavého nie je pre oči veľmi zábavný. A navyše naša energetická spoločnosť mala časové obdobie, počas ktorého sa naša energia každých pár týždňov vypínala niekoľko minút naraz … niekoľkokrát v konkrétny týždeň. Myslel som si, že keby sa energia v lete len tak náhodne bezdôvodne vypne, aké by to bolo v zime?

Tu je niekoľko mojich potrieb:

• Po prvé, nízky výkon. Na tejto časti stále pracujem, ale už je dosť nízka.
• Mám pocit, že by som to mohol urobiť lepšie a zároveň to zlacniť, čo bol druhý cieľ.
• Tiež, samozrejme, na batérie.
• Jas - asi stredne nízka úroveň; dostatočne jasný na to, aby ste videli, čo je všetko. Ako jasné je to pre vás, budete to musieť otestovať. Ak je príliš svetlý, bude to pre vaše oči trochu náročné-najmä ak ho budete musieť znova zapnúť potom, čo je na chvíľu vypnutý!
• Kompaktný dizajn - chcel som, aby to sedelo na okraji preplneného stolu, pretože to je miesto, kde sedí moja posteľ. Nie na stole-vedľa neho.
• Minimálne diely kvôli predchádzajúcej položke v zozname a to pomáha tretej položke.

Prišiel som s extrémne jednoduchým dizajnom. Premýšľal som o tom a prišiel som na scenáre, ktoré by spôsobili, že by bol dizajn akosi nepríjemný na používanie. Ak napríklad vypadne prúd, keď je tma, potreboval by som spôsob, ako vidieť vypínač, aby sa zapol. Uvažoval som o použití spínača s osvetleným ovládačom a dal som cez neho len taký prúd, aby svietil. Použilo by to trochu viac energie, ale možno by sa to dalo neskôr v dizajne vykompenzovať. A súvisiace, nečakal by som, kým ho zapnem. V určitom okamihu by som to urobil skôr, ako to bolo skutočne potrebné. Tiež čo keď som to zabudol pred spaním vypnúť? Potreboval som spôsob, ako chrániť batériu.

Po dlhšom premýšľaní som prišiel so základným návrhom, ktorý by veľa z tohto vyriešil. Malo byť zapojené do steny, aby sa zistilo, či nedošlo k výpadku napájania cez tranzistorový obvod. Rozhodol som sa použiť to namiesto toho na napájanie relé a relé bude vyberať medzi batériami a iným zdrojom energie (konkrétne tým, ktorý napája relé) pre diódy LED.

Keď som spomenul tento projekt pár ľuďom, priznali, že sa boja tmy a niečo také by bolo užitočné. To ma motivovalo pokračovať v práci na projekte. Odvtedy som prišiel s pokročilou verziou, ktorá je (väčšinou) priateľská k doske, ale skočil som rovno na to, aby som ju umiestnil na vlastnú dosku s plošnými spojmi, takže nemám návod na montáž doske. Ak viete, ako krájať na doske, a môžete postupovať podľa schém, nemal by vám robiť problém zapojiť ho.

Zásoby:

Ak chcete použiť základnú verziu, s ktorou som začal, použite tento zoznam:

1. Jedna nástenná bradavica Sacrificial ™ (predstavte si starú nabíjačku telefónu alebo jeden zo stoviek napájacích blokov, ktoré máte v zásuvke alebo v škatuľke niekde, kde ani netušíte, do čoho idú)
2. Jedno relé SPDT dimenzované na napätie predchádzajúcej položky. Použil som staré relé TZB, ktoré technik vymenil pred mnohými rokmi (osobne som na ňom nenašiel nič zlé). Relé HVAC sú trochu nepohodlné: sú DPST, ale jedna sada kontaktov je normálne otvorená a druhá sada je normálne zatvorená. Sú tiež dimenzované na 24 V AC a mnou zvolená zásuvka napájaná 12 V DC.
3. Jedna 12voltová biela LED dióda: Použil som jednu z nich, ale webová stránka ich už nepredáva. Vždy sa môžete prispôsobiť tomu, čo máte alebo k čomu máte prístup, alebo si dokonca môžete navrhnúť vlastný.
4. Jeden prepínač SPST
5. Jedna alebo viac batérií. Použil som dve 6 -voltové lampové batérie v sérii, aj keď som chcel použiť jednu 12 -voltovú lampovú batériu.
6. Nejaký spôsob, ako to všetko prepojiť

Ak chcete vytvoriť vylepšenú verziu, použite tento zoznam:

1. Jeden externý zdroj napájania 5 VDC. Tento dizajn prešiel priamo na DPS (o tom neskôr), a tak som tam naplácal zástrčku USB typu B. Môžete odrezať koniec kábla Sacrificial ™ USB a odizolovať vodiče (potrebujete iba 5 -voltový vodič a GND)
2. Jeden záložný zdroj energie, t. J. Batéria
3. Jedno 5 -voltové relé DPDT. Použil som toto. Je to priateľské k chlebu!
4. Jeden prepínač DPST
5. Jeden regulátor napätia LM7805 (tu)
6. Jeden kondenzátor 0,22uF (voliteľný). Z údajového listu vyplýva, že by malo ísť o keramický typ, ale nie je v ňom výslovne uvedené, že by to malo byť ako pre výstupný kondenzátor (ktorý som nepridal)
7. Päť odporov obmedzujúcich prúd pre LED diódy alebo (najlepšie) zbernicu odporov. LED diódy v tomto zozname majú pokles napätia 3,3 V a ako požadovaný odpor som vypočítal 85 ohmov. Použil som zbernicu rezistorov s odporom 150 ohmov, ktorá sa nachádza tu.
8. Jedna dióda 1N4004
9. Päť bielych LED diód (3v3 @ 20mA)
10. Spôsob, ako to všetko prepojiť

Ak chcete verziu obvodovej dosky, je to spravidla ten istý zoznam vyššie, ale s určitými rozdielmi:

1. Očividne PCB. Dizajn je v súčasnosti nahraný iba do parku BOZP a predávajú dosky v dávkach po troch. Dosku môžete získať tu.
2. Má miesto pre svorkovnice, ale vodiče je možné spájkovať priamo na dosku. Použil som tento štýl.
3. Jedna spona na batériu (použil som 9V batériu)
4. USB konektor uvedený vyššie. Vybral som si typ B a nie mini alebo micro B, pretože tieto dva sú na môj vkus príliš krehké.

Krok 1: Mimoriadne základná verzia

Vďaka tomu, s čím som vtedy pracoval, som musel čeliť mnohým výzvam. Relé, ktoré som mal, je nakreslené na prvom obrázku. Aj keď to, čo som prišiel, nebolo v žiadnom prípade ideálne, fungovalo to (druhá fotka). Svoje trápne relé DPST som konvertoval na SPDT skratovaním dvoch svoriek k sebe, aby som vytvoril spoločný pin. Toto pripojenie išlo na prepínač, potom na lištu LED a potom na uzemnenie. Banka batérií, ktorú som vyrobil-pozitívna strana išla do NC spojenia na relé. Cievka relé bola pripojená k externému napájaniu, ktoré udržiavalo relé v polohe „zapnuté“. Napájací zdroj sa tiež pripája k spojeniu NO na relé. Všetky pozemky sú navzájom prepojené.

Teória spočíva v tom, že keď relé získava externé napájanie, zostane v stave „zapnuté“, takže zapojenie NO sa zopne a NC pripojenie je otvorené. To znamená, že spoločné pripojenie získava energiu z externého zdroja. Ak dôjde k výpadku napájania, relé sa vráti do stavu „vypnuté“a spoločné pripojenie začne napájať batérie. Bez ohľadu na zdroj, prepínač ovláda napájanie panela LED. Spoločná základňa medzi všetkým umožňuje kompletný obvod v každej situácii.

Na väčšine obvodu som použil skutočné drôtové konektory, aby som nemusel nič spájkovať. Na pripojenie batérií (majú pružinové svorky) som použil testovacie káble Sacrificial ™ (krokosvorky s pripojenými vodičmi) tak, že som ich rozrezal na polovicu a odizoloval (a pridal drôtové konektory). Ten, ktorý slúžil na spojenie oboch batérií dohromady, je stále v jednom kuse. Všetko je namontované na červenom prepravnom boxe SparkFun.

Nemám žiadne fotografie konečného produktu, ale na požiadanie ich urobím.

Krok 2: Pokročilá verzia

Nakoniec som mohol objednať diely potrebné na vytvorenie skutočne dobrej verzie obvodu (ktorý som už nakreslil). Dôležitými zmenami vykonanými v tomto návrhu bolo navrhnutie jeho fungovania z regulovaného 5V napájania a tiež z toho, že relé nie je neustále napájané. Tiež som musel vymeniť prepínač za typ DPST. Teória prevádzky je len na dotyk zložitejšia.

Keď sa pozrieme na polovicu obvodu batérie, povedzme, že je vypínač vypnutý. Relé je stále zapojené tak, že jeho „vypnutý“stav spôsobí, že batéria bude pripojená k 5voltovému regulátoru, potom sa výstup regulátora privedie späť do relé (jedno z NC spojení), potom LED diód. Prepínač je zapojený medzi batériou a relé, aby sa prerušil obvod a zabránil prúdeniu prúdu. Ak je spínač zapnutý, obvodom bude môcť pretekať prúd.

Pri pohľade na druhú polovicu obvodu vidíme, že výkon z USB je okamžite spustený do spínača, potom do cievky relé a jedného z NO spojení na relé. Spoločný pin tohto pripojenia je zdieľaný s vyššie uvedeným NC pripojením, takže ide o sadu kontaktov, ktoré v skutočnosti prepínajú medzi zdrojmi napájania. Druhá sada kontaktov slúži na ochranu regulátora napätia. Ak je spínač zapnutý, relé sa zapne a pošle externé napájanie na diódy LED.

Dióda je zapojená paralelne (ale opačne) k relé, aby sa znížilo spätné napätie, keď sa relé pri strate napájania prepne z polohy „zapnuté“do „vypnuté“. Toto slúži na ochranu zdroja napájania: t. J. Nabíjačky telefónu USB alebo portu USB počítača.

Kondenzátor môže byť vylúčený. V technickom liste regulátora nie je uvedené, ako ďaleko je „ďaleko od filtra napájacieho zdroja“, a tak som usúdil, že by som ho mohol rovnako zahrnúť.

Krok 3: Verzia DPS

Verzia PCB je úplne rovnaká ako pokročilá verzia, ale na doske s plošnými spojmi. Všetky diely sú namontované na vrchu dosky a sú označené číslami dielov (alebo inými dôležitými informáciami), aby ste podľa potreby alebo požiadavky našli náhradné alebo náhradné diely. Vstup na batériu (izolovaný od vstupu prepínača) má vstup (+) a (-). Strana (+) je označená (+).

Spínačový vstup mal sekciu A a sekciu B, ktoré sú označené písmenami A a B. Dva terminály obklopujúce „A“sú vstupom A. Rovnako tak terminály B obklopujú „B“.

Ďalej sú k dispozícii dva montážne otvory v blízkosti konektora USB. Nemajú žiadne elektrické pripojenie k ničomu, dokonca ani k sebe navzájom.

Tri obrázky boli urobené v rôznych časoch. Prvým je prázdna doska. Druhá je čiastočne osídlená doska so zmiešanými časťami. Treťou je dokončená doska, ktorá používa všetky požadované diely.

Úpravy pred uverejnením:

Pokúsil som sa pripojiť súbory KiCAD (ako zip), ale zobrazí sa chyba. Neskôr nájdete iný spôsob pripojenia.