USB ile Çalışan Gece Lambası, Pil Yedeklemeli (İki Tasarım): 3 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Bir süre önce, odam için pille çalışan bir gece lambasına ihtiyaç olduğunu keşfettim. Fikir, yatmak için ışığımı her kapatmak istediğimde yataktan kalkmak istemediğimdi. Ayrıca yatak odamın ışığı kadar parlak olmayan bir ışığa ihtiyacım vardı çünkü gerçekten parlaktan çok karanlığa geçmek gözler için pek eğlenceli değil. Bunun da ötesinde, elektrik şirketimiz, gücümüzün birkaç haftada bir, bir seferde birkaç dakikalığına kesildiği bir süreye sahipti… o hafta birden çok kez. Benim düşüncem, yaz aylarında, tüm zamanlarda, güç sebepsiz yere rastgele boşalırsa, kışın nasıl olurdu?

İşte ihtiyaçlarımdan birkaçı:

• İlk olarak, düşük güç. Hâlâ bu kısım üzerinde çalışıyorum, ancak olduğu gibi zaten oldukça düşük.
• Daha iyisini yaparken aynı zamanda daha ucuza yapabileceğimi hissediyorum ki bu ikinci hedefti.
• Ayrıca, elbette, pille çalışır.
• Parlaklık - yaklaşık orta-düşük seviye; her şeyin ne olduğunu görecek kadar parlak. Bu sizin için ne kadar parlak, bunun için test etmeniz gerekecek. Çok parlaksa, gözleriniz için biraz zor olacaktır - özellikle de bir süre kapalı kaldıktan sonra tekrar açmanız gerekiyorsa!
• Kompakt tasarım - Bunun, yatağımın oturduğu yer olduğu için dağınık bir masanın kenarında oturmasını istedim. Masanın üzerinde değil - yanında.
• Listedeki bir önceki öğe nedeniyle minimal parçalar ve üçüncü öğeye yardımcı olur.

Son derece Temel bir tasarım buldum. Üzerinde düşündüm ve tasarımın kullanımını biraz can sıkıcı hale getirecek senaryolar buldum. Örneğin, güç karanlıkken kesilirse, açmak için güç anahtarını görmenin bir yolunu bulmam gerekir. Aydınlatmalı aktüatörlü bir anahtar kullanmayı düşündüm ve içinden sadece parlamasını sağlayacak kadar akım geçirdim. Sadece biraz daha fazla güç kullanır, ancak belki bu daha sonra tasarımda dengelenebilir. Ve ilgili olarak, açmadan önce tamamen karanlık olana kadar beklemezdim. Gerçekten ihtiyaç duyulmadan önce bir noktada yapardım. Ayrıca, yatmadan önce kapatmayı unutursam ne olur? Pili korumanın bir yoluna ihtiyacım vardı.

Biraz daha düşündükten sonra, bunların çoğunu çözecek bir Temel Tasarım buldum. Bir transistör devresi aracılığıyla elektrik kesintisi olup olmadığını tespit etmek için duvara takılması gerekiyordu. Bunun yerine bir röleye güç sağlamak için bunu kullanmaya karar verdim ve röle, LED'ler için piller ve başka bir güç kaynağı (özellikle röleye güç veren) arasında seçim yapacaktı.

Bu projeden birkaç kişiye bahsettiğimde karanlıktan korktuklarını ve böyle bir şeyin faydalı olacağını kabul ettiler. Bu, proje üzerinde çalışmaya devam etmem için bana motivasyon verdi. O zamandan beri (çoğunlukla) breadboard dostu olan Advanced Version ile geldim, ancak doğrudan özel bir devre kartına koymaya atladım, bu yüzden breadboard montaj talimatlarım yok. Breadboard yapmayı biliyorsanız ve şemaları takip edebiliyorsanız, kablolamada sorun yaşamamalısınız.

Gereçler:

Başladığım Temel Sürümü kullanmak istiyorsanız, bu listeyi kullanın:

1. Bir Sacrificial™ duvar siğili (eski telefon şarj cihazını veya nereye gittiklerini bilmediğiniz bir çekmecede veya kutuda bulunan yüzlerce güç bloğundan birini düşünün)
2. Bir önceki öğenin voltajına göre derecelendirilmiş bir SPDT rölesi. Yıllar önce bir teknisyenin değiştirdiği eski bir HVAC rölesi kullandım (şahsen onda yanlış bir şey bulamadım). HVAC röleleri biraz gariptir: DPST'dir, ancak bir dizi kontak normalde açıktır ve diğer set normalde kapalıdır. Ayrıca 24 VAC için derecelendirilmiştir ve seçtiğim duvar prizi 12 VDC'dir.
3. Bir adet 12 Volt beyaz LED çubuk: Bunlardan birini kullandım, ancak web sitesi artık onları satmıyor. Sahip olduğunuz veya erişebileceğiniz şeylere uyum sağlamakta, hatta kendinizinkini tasarlamakta her zaman özgürsünüz.
4. Bir SPST anahtarı
5. Bir veya daha fazla pil. Seri olarak iki adet 6 Volt fener pili kullandım, ancak tek bir 12 Volt fener pili kullanmak istedim.
6. Hepsini birbirine bağlamanın bir yolu

Geliştirilmiş Sürümü yapmak istiyorsanız, bu listeyi kullanın:

1. Bir adet harici 5 VDC güç kaynağı. Bu tasarım doğrudan PCB'ye gitti (bundan sonra daha fazlası), bu yüzden oraya bir USB B tipi dişi fiş taktım. Sacrificial™ USB kablosunun ucunu kesebilir ve kabloları sıyırabilirsiniz (sadece 5 Volt kabloya ve GND'ye ihtiyacınız vardır)
2. Bir yedek güç kaynağı, yani pil
3. Bir adet 5 Volt dereceli DPDT rölesi. Bunu kullandım. Breadboard dostudur!
4. Bir DPST anahtarı
5. Bir adet LM7805 voltaj regülatörü (burada)
6. Bir 0.22uF kapasitör (isteğe bağlı). Veri sayfası seramik bir tip olması gerektiğini ima eder, ancak çıkış kapasitörü için olduğu gibi olması gerektiğini açıkça söylemez (ki ben eklemedim)
7. LED'ler için beş akım sınırlayıcı direnç veya (tercihen) bir direnç veriyolu. Bu listedeki LED'lerde 3.3V voltaj düşüşü var ve gerekli direnç olarak 85 Ohm hesapladım. Burada bulunan 150 Ohm dirençli bir direnç veriyolu kullandım.
8. Bir adet 1N4004 diyot
9. Beş beyaz LED (3v3 @ 20mA)
10. Hepsini birbirine bağlamanın bir yolu

Devre Kartı Sürümünü istiyorsanız, genellikle yukarıdaki listeyle aynıdır, ancak bazı farklılıklar vardır:

1. Açıkçası, PCB. Tasarım şu anda yalnızca OSH Park'a yükleniyor ve panoları üçlü gruplar halinde satıyorlar. Tahtayı buradan alabilirsiniz.
2. Terminal blokları için bir yeri vardır, ancak teller doğrudan panoya lehimlenebilir. Bu stili kullandım.
3. Bir Pil klipsi (9V pil kullandım)
4. Daha önce bahsedilen USB konektörü. Mini veya mikro B'yi değil B tipini seçtim çünkü bu ikisi benim zevkime göre biraz fazla kırılgan.

1. Adım: Son Derece Temel Sürüm

O zamanlar üzerinde çalıştığım şey nedeniyle, yüzleşmem gereken birçok zorluk vardı. Sahip olduğum röle ilk resimde çizildi. Bulduğum şey hiçbir şekilde ideal olmasa da işe yaradı (ikinci resim). Ortak bir pin yapmak için iki terminali kısa devre yaparak garip DPST rölemi SPDT'ye dönüştürdüm. Bu bağlantı anahtara, ardından LED çubuğuna, ardından toprağa gitti. Yaptığım pil grubu - olumlu taraf, röle üzerindeki NC bağlantısına gitti. Rölenin bobini, röleyi "açık" konumunda tutacak olan harici kaynağa bağlandı. Güç kaynağı ayrıca röle üzerindeki NO bağlantısına da bağlanır. Tüm zeminler birbirine bağlıdır.

Teori, harici güç alırken rölenin "açık" durumda kalması, dolayısıyla NO bağlantısının kapalı ve NC bağlantısının açık olmasıdır. Bu, ortak bağlantının harici kaynaktan güç aldığı anlamına gelir. Güç kesilirse röle "kapalı" durumuna geri döner ve ortak bağlantı pillerden güç almaya başlar. Kaynak ne olursa olsun, anahtar LED çubuğuna giden gücü kontrol eder. Her şey arasındaki ortak zemin, her iki durumda da tam bir devreye izin verir.

Devrenin çoğunda gerçek kablo konektörleri kullandım, böylece hiçbir şeyi lehimlemem gerekmeyecekti. Pilleri bağlamak için (yaylı terminalleri vardır), birini ikiye bölerek ve kabloları sıyırarak (ve kablo konektörleri ekleyerek) Sacrificial™ test uçlarını (telleri bağlı timsah klipsleri) kullandım. İki pili birbirine bağlamak için kullanılan hala tek parça. Her şey kırmızı bir SparkFun nakliye kutusuna monte edilmiştir.

Nihai ürünün fotoğrafı yok, ancak istenirse biraz çekeceğim.

2. Adım: Gelişmiş Sürüm

Sonunda devrenin gerçekten iyi bir versiyonunu yapmak için gereken parçaları sipariş edebildim (ki zaten çizmiştim). Bu tasarımda yapılan önemli değişiklikler, onu regüle edilmiş bir 5V besleme ile çalışacak şekilde tasarlamak ve ayrıca röleye sürekli güç verilmemesiydi. Anahtarı da bir DPST türüyle değiştirmek zorunda kaldım. Operasyon teorisi sadece bir dokunuş daha karmaşıktır.

Devrenin pil yarısına bakarak şalter kapalı diyelim. Röle hala kablolanmıştır, böylece "kapalı" durumu pilin 5 Volt regülatöre bağlanmasına neden olur, ardından regülatörün çıkışı röleye (NC bağlantılarından biri), ardından LED'lere geri beslenir. Anahtar, devreyi kesmek ve akımın akmasını önlemek için pil ile röle arasına bağlanır. Anahtar açılırsa, akım devreden akabilir.

Devrenin diğer yarısına baktığımızda USB'den gelen gücün hemen switch'e, ardından rölenin bobinine ve röle üzerindeki NO bağlantılarından birine geçtiğini görüyoruz. Bu bağlantının ortak pimi, daha önce bahsedilen NC bağlantısıyla paylaşılır, bu nedenle, bu aslında güç kaynakları arasında geçiş yapan kontaklar kümesidir. Diğer kontak seti voltaj regülatörünü korumak içindir. Anahtar açılırsa röle açılır ve harici gücü LED'lere gönderir.

Diyot, güç kaybında röle "açık" konumundan "kapalı" konumuna geçtiğinde geri dönüş voltajını azaltmak için röleye paralel (ancak ters) bağlanır. Bu, güç kaynağını korumak içindir: yani, bir USB telefon şarj cihazı veya bir PC USB bağlantı noktası.

Kondansatör hariç tutulabilir. Regülatörün veri sayfası "güç kaynağı filtresinden ne kadar uzakta" olduğunu belirtmiyor, bu yüzden yine de dahil edebileceğimi düşündüm.

Adım 3: PCB Versiyonu

PCB Sürümü, Gelişmiş Sürüm ile tamamen aynıdır, ancak bir devre kartı üzerindedir. Tüm parçalar panonun üstüne monte edilmiştir ve gerektiğinde veya istediğiniz şekilde yedek veya yedek parçaları bulabilmeniz için parça numaraları (veya diğer bazı önemli bilgiler) ile etiketlenmiştir. Pil girişi (anahtar girişinden izole edilmiş) bir (+) girişe ve bir (-) girişe sahiptir. (+) tarafı (+) ile işaretlenmiştir.

Anahtar girişi, A ve B ile etiketlenmiş bir A bölümü ve bir B bölümüne sahipti. "A"yı çevreleyen iki terminal, A girişidir. Aynı şekilde, B terminalleri "B"yi çevreler.

Ayrıca USB fişine yakın iki montaj deliği vardır. Hiçbir şeyle, hatta birbirleriyle elektrik bağlantıları yoktur.

Üç fotoğraf farklı zamanlarda çekildi. Birincisi boş tahta. İkincisi, karışık parçalar içeren kısmen doldurulmuş bir tahtadır. Üçüncüsü, çağrılan tüm parçaları kullanan tamamlanmış tahtadır.

Gönderi Öncesi Düzenleme:

KiCAD dosyalarını (zip olarak) eklemeye çalıştım ama bir hata aldım. Daha sonra eklemenin başka bir yolunu bulacaktır.