Ночник с питанием от USB и резервным аккумулятором (две конструкции): 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Некоторое время назад я обнаружил необходимость в ночнике на батарейках для моей комнаты. Идея заключалась в том, что я не хотел вставать с постели каждый раз, когда хотел выключить свет, чтобы лечь спать. Мне также нужен был свет, который не был таким ярким, как свет в моей спальне, потому что переход от очень яркого к действительно темному не очень приятен для глаз. И вдобавок ко всему, у нашей энергетической компании был период времени, когда наша электроэнергия отключалась каждые пару недель на несколько минут за раз… несколько раз в эту конкретную неделю. Я думал, что если бы электричество просто случайно отключалось без причины летом, всегда, что было бы зимой?

Вот несколько моих потребностей:

• Во-первых, малая мощность. Я все еще работаю над этой частью, но она уже довольно низкая.
• Я чувствую, что мог бы добиться большего и в то же время удешевить его, что было второй целью.
• Также, конечно же, с батарейным питанием.
• Яркость - примерно средне-низкий уровень; достаточно яркий, чтобы видеть, что все такое. Насколько это ярко для вас, вам нужно будет потестить. Если он слишком яркий, это будет немного тяжело для ваших глаз, особенно если вам придется снова включить его после того, как он был выключен некоторое время!
• Компактный дизайн - я хотел, чтобы он сидел на краю захламленного стола, потому что именно там и моя кровать. Не на столе - рядом с ним.
• Минимальные детали из-за предыдущего пункта в списке, и это помогает третьему пункту.

Я придумал очень простой дизайн. Я подумал и придумал сценарии, которые сделают дизайн раздражающим при использовании. Например, если в темноте отключилось электричество, мне понадобится способ увидеть выключатель питания, чтобы включить его. Я подумал об использовании переключателя с освещенным приводом и пропустил через него ток, достаточный только для того, чтобы он светился. Он потребовал бы немного больше энергии, но, возможно, это можно было бы компенсировать позже в конструкции. И, соответственно, я бы не стал ждать, пока полностью стемнеет, прежде чем включить его. Я бы сделал это в какой-то момент до того, как это действительно понадобится. А что, если я забыл выключить его перед сном? Мне нужен был способ защитить аккумулятор.

Поразмыслив еще немного, я придумал базовый дизайн, который решит многие из этих проблем. Он был предназначен для подключения к стене, чтобы определить, есть ли отключение электроэнергии через транзисторную схему. Я решил использовать это для питания реле вместо этого, и реле будет выбирать между батареями и другим источником питания (в частности, тем, который питает реле) для светодиодов.

Когда я упомянул об этом проекте нескольким людям, они признались, что боятся темноты, и что-то подобное было бы полезно. Это дало мне мотивацию продолжить работу над проектом. С тех пор я придумал расширенную версию, которая (в основном) совместима с макетными платами, но я сразу же перешел к установке ее на пользовательскую печатную плату, поэтому у меня нет инструкций по сборке макетов. Если вы умеете макетировать и можете следовать схемам, у вас не должно возникнуть проблем с его подключением.

Запасы:

Если вы хотите использовать Базовую версию, с которой я начал, используйте этот список:

1. Одна настенная бородавка Sacrificial ™ (подумайте о старом зарядном устройстве для телефона или об одном из сотен блоков питания, которые у вас есть где-то в ящике или коробке, и вы понятия не имеете, куда они берутся)
2. Одно реле SPDT, рассчитанное на напряжение, указанное в предыдущем пункте. Я использовал старое реле HVAC, которое техник заменил много лет назад (лично я не нашел в нем ничего плохого). Реле HVAC немного неудобны: они DPST, но один набор контактов нормально разомкнут, а другой комплект нормально замкнут. Они также рассчитаны на 24 В переменного тока, а выбранная мной розетка на 12 В постоянного тока.
3. Одна 12-вольтная белая светодиодная панель: я использовал одну из них, но на сайте они больше не продаются. Вы всегда можете адаптироваться к тому, что у вас есть или к чему вы можете получить доступ, или даже создать свое собственное.
4. Один переключатель SPST
5. Одна или несколько батарей. Я использовал две батареи для фонаря на 6 Вольт последовательно, хотя я хотел использовать одну батарею для фонаря на 12 Вольт.
6. Каким-то образом связать все вместе

Если вы хотите сделать улучшенную версию, используйте этот список:

1. Один внешний источник питания 5 В постоянного тока. Этот дизайн пошел прямо на печатную плату (подробнее об этом позже), поэтому я вставил туда гнездовой штекер USB типа B. Вы можете отрезать конец USB-кабеля Sacrificial ™ и зачистить провода (вам понадобится только 5-вольтный провод и заземление).
2. Один резервный источник питания, т.е. аккумулятор
3. Одно реле DPDT с номинальным напряжением 5 В. Я использовал это. Это макетная плата!
4. Один переключатель DPST
5. Один регулятор напряжения LM7805 (здесь)
6. Один конденсатор 0,22 мкФ (опционально). В таблице данных подразумевается, что он должен быть керамического типа, но в нем явно не говорится, что он должен быть таким же, как и для выходного конденсатора (который я не добавлял).
7. Пять токоограничивающих резисторов для светодиодов или (желательно) резисторная шина. Светодиоды в этом списке имеют падение напряжения 3,3 В, и я рассчитал 85 Ом в качестве необходимого сопротивления. Я использовал резисторную шину с сопротивлением 150 Ом, найденную здесь.
8. Один диод 1N4004
9. Пять белых светодиодов (3v3 @ 20mA)
10. Способ соединить все вместе

Если вам нужна версия печатной платы, это, как правило, тот же список, приведенный выше, но с некоторыми отличиями:

1. Очевидно, что PCB. Дизайн в настоящее время загружен только в OSH Park, и они продают доски партиями по три. Вы можете получить доску здесь.
2. На нем есть место для клеммных колодок, но провода можно припаять прямо к плате. Я использовал этот стиль.
3. Один зажим для батареи (я использовал батарею на 9 В)
4. Упомянутый ранее USB-разъем. Я выбрал тип B, а не mini или micro B, потому что эти два слишком хрупкие, на мой взгляд.

Шаг 1. Базовая версия Extrmely

Из-за того, над чем я работал в то время, мне пришлось столкнуться с множеством проблем. Реле, которое у меня было, на первом фото вытянуто. Хотя то, что я придумал, ни в коем случае не было идеальным, оно сработало (второй рисунок). Я преобразовал свое неудобное реле DPST в SPDT, закоротив две клеммы вместе, чтобы получился общий контакт. Это соединение пошло на выключатель, затем на светодиодную панель, а затем на землю. Аккумуляторный блок я сделал - плюс пошел на NC-соединение на реле. Катушка реле была подключена к внешнему источнику питания, который удерживал реле в положении «включено». Источник питания также подключается к нормально разомкнутому контакту реле. Все площадки соединены между собой.

Теоретически, пока на него подается внешнее питание, реле остается в состоянии «включено», таким образом, замыкающее соединение замыкается, а замыкающее соединение открыто. Это означает, что общее соединение получает питание от внешнего источника. Если питание пропадает, реле возвращается в состояние «выключено», и общее соединение начинает получать питание от батарей. Независимо от источника, переключатель управляет питанием светодиодной панели. Общее заземление между всем позволяет замкнуть цепь в любой ситуации.

Я использовал настоящие разъемы для проводов на большей части схемы, поэтому мне не пришлось ничего паять. Чтобы подключить батареи (у них есть пружинные клеммы), я использовал испытательные провода Sacrificial ™ (зажимы из крокодиловой кожи с прикрепленными проводами), разрезав один пополам и зачистив провода (и добавив разъемы для проводов). Тот, который использовался для соединения обеих батарей вместе, по-прежнему является одним целым. Все прикреплено к красной транспортировочной коробке SparkFun.

У меня нет фотографий конечного продукта, но я сделаю несколько, если потребуется.

Шаг 2: Расширенная версия

Наконец-то я смог заказать детали, необходимые для создания действительно хорошей версии схемы (которую я уже нарисовал). Важные изменения, внесенные в эту конструкцию, заключались в ее разработке для работы от регулируемого источника питания 5 В, а также от реле, не находящегося постоянно под напряжением. Мне тоже пришлось поменять переключатель на тип DPST. Теория работы немного сложнее.

Взглянув на аккумуляторную половину цепи, предположим, что переключатель выключен. Реле по-прежнему подключено так, что его состояние «выключено» заставляет батарею подключаться к регулятору 5 В, затем выход регулятора подается обратно в реле (одно из соединений NC), а затем светодиоды. Переключатель подключается между батареей и реле, чтобы разорвать цепь и предотвратить протекание тока. Если переключатель включен, то по цепи сможет протекать ток.

Глядя на другую половину схемы, мы видим, что питание от USB сразу подается на переключатель, затем на катушку реле и одно из NO-контактов реле. Общий вывод этого соединения используется совместно с ранее упомянутым соединением NC, таким образом, это набор контактов, фактически переключающихся между источниками питания. Другой набор контактов предназначен для защиты регулятора напряжения. Если переключатель включен, реле включается и передает внешнее питание на светодиоды.

Диод подключен параллельно (но в обратном направлении) к реле, чтобы уменьшить обратное напряжение, когда реле переключается из положения «включено» в положение «выключено» при потере мощности. Это необходимо для защиты источника питания: зарядного устройства USB для телефона или USB-порта ПК.

Конденсатор можно исключить. В таблице данных регулятора не указано, насколько далеко «далеко от фильтра источника питания», поэтому я решил, что все равно мог бы включить его.

Шаг 3: Версия печатной платы

Версия для печатной платы такая же, как и расширенная версия, но на печатной плате. Все детали устанавливаются в верхней части платы и помечены номерами деталей (или другой важной информацией), чтобы вы могли найти запасные или заменяющие детали по мере необходимости или желанию. Вход батареи (изолированный от входа переключателя) имеет вход (+) и вход (-). Сторона (+) помечена знаком (+).

Вход переключателя имел секции A и B, которые помечены буквами A и B. Две клеммы, окружающие "A", являются входом A. Точно так же терминалы B окружают «B».

Также есть два монтажных отверстия рядом с USB-штекером. У них нет никаких электрических соединений ни с чем, даже друг с другом.

Три фотографии были сделаны в разное время. Первый - это чистая доска. Вторая - это частично заполненная доска со смешанными частями. Третий - это готовая доска, в которой используются все требуемые детали.

Редактирование до публикации:

Я попытался прикрепить файлы KiCAD (в виде zip-архива), но у меня возникла ошибка. Позже найду другой способ прикрепить.