Светодиодная аварийная лампа (в основном утилизированная): 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Этот проект был вдохновлен моей простой необходимостью избегать болезненных ударов по углам, когда отключается электричество, и я делаю что-то в своем черном как смоль подвале или в других темных местах.

После расширенной и разумной оценки других решений, таких как:

- удалите или закруглите все острые углы во всем доме, - стать котом, - потратить неоправданные деньги на установку коммерческого аварийного освещения, Я прихожу к выводу, что с помощью нескольких исправленных электрических компонентов и пары недорогих модулей я мог бы сделать свои аварийные фонари своими руками.

После нескольких итераций дизайна я также пришел к выводу, что я мог бы не только потратить крошечную сумму денег, но и переработать множество электрических компонентов, которые в противном случае были бы испорчены. За исключением (недорогого) модуля TP4056, все остальное можно извлечь из другой сломанной электроники, так что вы можете потратить немного времени и построить экологически чистую «Самодельную аварийную светодиодную лампу, в основном утилизированную».

Шаг 1. Материалы и инструменты

Для этого проекта вам понадобятся базовые инструменты для пайки и несколько других базовых инструментов для самостоятельной работы с электроникой. Я собрал свои обычные инструменты на этой странице. Я разработал специальный корпус для этой лампы с конкретной целью упростить ее подключение. Это не обязательно, но настоятельно рекомендуется, так что вам лучше иметь 3D-принтер. У меня есть (модифицированный) CR-10, но вы можете использовать практически любой 3D-принтер и любую нить накала, так как это действительно простая печать.

Чтобы построить эту лампу, нам нужно несколько других компонентов, которые можно восстановить из другой электроники или купить. Перво-наперво: нам нужен запас мощности для использования во время отключения электроэнергии, мы будем использовать литий-ионный аккумулятор 18650 и, конечно же, его зарядное устройство / контроллер TP4056. Для управления поведением лампы нам понадобится трехпозиционный тумблер (вкл-выкл-вкл) и один МОП-транзистор с p-каналом. Ну, поскольку это «светодиодная» лампа, нам, очевидно, нужен светодиод и его токоограничивающий резистор. Добавьте несколько запасных проводов, вот и все.

Подождите, последнее, но не менее важное: нам нужен сетевой адаптер, чтобы наша лампа всегда была наготове, иначе она не будет «аварийной» лампой. Я хранил в коробке много своих старых - на самом деле древних настенных адаптеров для мобильных телефонов. Несколько раз я спрашивал себя, как мне их использовать. Слишком мало вольт или слишком мало ампер для большинства приложений, но они идеально подходят для этой задачи, внезапно они больше не мусор!

Если вы не хотите использовать мой 3D-футляр, вы можете использовать простую макетную плату и все, что вам нравится, в качестве контейнера. Мой корпус хорош, потому что он помогает с разводкой, так как это настоящая печатная плата. Это буквально (3D) печатная плата. ^ _ ^

Шаг 2: Объяснение конструкции

Если вы просто хотите построить лампу, пропустите этот шаг, но я предлагаю прочитать его, поскольку здесь вы можете понять, как это работает и каковы его пределы.

Почему я выбрал именно эти компоненты?

Литий-ионный элемент 18650: это стандартный элемент, который можно приобрести или восстановить из неисправных аккумуляторов ноутбука. Чтобы восстановить эти клетки, вам нужно понять, как проверить их работоспособность и почему вам действительно не следует держать плохие клетки рядом с собой. Множество обучающих программ в диком Интернете. Если вы не хотите тратить время на правильную процедуру восстановления, просто купите ее, лучше перестраховаться, чем потом сожалеть.

Модуль TP4056: это обычный модуль, который может управлять одной литий-ионной или литий-полимерной ячейкой 3,6–3,7 В. Он может контролировать его заряд и разряд. Обычно он сочетается с другим чипом, DW01, который решает другие проблемы, такие как короткое замыкание, перенапряжение, защиту ячеек от пониженного напряжения и другие вещи. Этот модуль нельзя вернуть или заменить на что-то другое, его нужно купить.

P-канальный МОП-транзистор: это специальный транзистор, он же электронный переключатель. Это можно рассматривать как главный «трюк» этого проекта, потому что только этот компонент может добавить необходимую «логику» в поведение лампы. Он может «почувствовать» отключение и действовать соответственно. Этот МОП-транзистор можно купить (в конце концов, он действительно дешевый) или восстановить его из выброшенной электроники, проявив немного терпения. Чтобы восстановить электрические компоненты, вам обязательно понадобится что-то вроде моего Тестера электронных компонентов! Я использовал транзистор IRF4905 в корпусе ТО-220. Не лучший выбор, но работает нормально.

Трехпозиционный переключатель (вкл. / Выкл. / Вкл.): Это простой тумблер, который устанавливает лампу в трех различных конфигурациях, а именно:

1. всегда выключен,
2. горит во время отключения электроэнергии,
3. всегда включен.

Его можно вернуть, но вам должно быть повезло, я нашел много подобных переключателей, но они, вероятно, только двухсторонние переключатели (в основном 99% из них).

Источник питания: подойдет любое устройство, которое может обеспечить не менее 4,5 В и 100 мА. Это действительно нужно исправить!

Светодиод: хотя этот компонент можно легко восстановить практически везде, на самом деле трудно найти «достаточно яркий» светодиод. Светодиод должен обеспечивать минимальное количество света во всей комнате, но наиболее распространенные утилизированные светодиоды - это не что иное, как световые индикаторы с незначительной мощностью освещения во всей комнате. Именно по этой причине я использовал специальные светодиоды мощностью 3 Вт. Какая максимальная мощность светодиода? 5 Вт, но его можно нормально запитать только на короткое время, скоро его мощность будет недостаточной. И это определенно не предлагается из-за проблемы рассеивания тепла. Кстати, 5 Вт будут генерировать тепло. Если вы не хотите плавить корпус, у вас есть

Разъем постоянного тока: это необязательно, но рекомендуется. Во время отключения электроэнергии мне все еще нужно / хочу выйти из подвала, чтобы восстановить электричество или что-то еще, и я хотел бы посмотреть, что я делаю, поэтому я должен / хочу взять с собой аварийную лампу. Я не люблю отключать и носить с собой адаптер питания, поэтому я добавил небольшой разъем постоянного тока, чтобы создать надлежащий портативный, автономный аварийный свет. С другой стороны, вы можете просто использовать порт USB для зарядки лампы, я только решил не резервировать зарядное устройство microUSB для этой лампы.

Магнит: также необязательно, но может быть полезен для освещения чего-то особенного во время затемнения, поместив лампу на металлический объект. В корпусе есть два специальных слота для круглого магнита 10x1 мм, просто используйте каплю клея, чтобы закрепить их.

Токоограничивающий резистор: обязателен для каждого светодиода, за исключением случаев, когда вы выбираете правильные компоненты (как я). Светодиоды должны управляться протекающим током, а не приложенным напряжением. Каждый светодиод имеет максимальный номинальный ток (Id), а его цвет определяет номинальное напряжение перехода (Vf).

Некоторые производители могут указать что-то другое в своем листе данных, в этом случае следуйте таблице данных, но это обычные значения Vf для разных цветов [V]:

• ИК - инфракрасный 1.3
• красный: 1,8
• желтый1.9
• зеленый 2.0
• оранжевый 2.0
• wihte3.0
• синий 3.5
• УФ - ультрафиолет 4 - 4,5

Чтобы рассчитать правильное значение резистора ограничения тока (R), вы должны знать максимальное напряжение вашего источника питания (ВА) и использовать эту формулу:

R = (Va - Vf) / Id

Выходное напряжение TP4056 составляет от 4,2 до 2,5 В, поэтому мы должны использовать 4,2 В в качестве Va. Используя компоненты, которые я ранее связал, у нас есть светодиод мощностью 3 Вт с Vf 3,5 В, следовательно, у нас есть Id 0,85 А. В этом случае числа:

R = (4,2 В - 3,5 В) / 0,85 А = 0,82 Ом

Я должен добавить резистор 1 Ом, потому что я на самом деле пытаюсь чему-то научить, на самом деле это совершенно не нужно, сопротивление проводов тоже помогает. Более того, при 0,85 А будет иметь место просадка напряжения батареи, поэтому мы фактически должны использовать, скажем, 3,8-4 В в качестве Va. Это означает, что ограничивающего резистора требуется еще меньше.

Другой пример, для светодиода того же типа, но с номинальной мощностью 1 Вт, цифры следующие:

Id = 1 Вт / 3,5 В = 0,285 А

R = (4,2 В - 3,5 В) / 0,285 А = 2,8 Ом

Что ж, это случай специально выбранных компонентов с определенными рейтингами. Обычный светодиод обычно может работать с напряжением 3 В, 10 мА. Очевидно, что это не на 100% верно, но без более подробной информации…

R = (4,2 В - 3 В) / 0,01 А = 120 Ом

К счастью, 120 Ом - это стандартное значение резистора, в противном случае я бы использовал ближайшее большее стандартное значение.

Резистор также рассеивает мощность в виде тепла, и его номинальная мощность должна быть правильно рассчитана. Не волнуйтесь, это так же просто, как определение Ома.

W = (Va - Vf) * Id

Поскольку через резистор на 120 Ом может протекать 0,01 А (10 мА), он может рассеивать 0,012 Вт тепла.

Вт = (4,2 В - 3 В) * 0,01 А = 0,012 Вт

Обычного резистора W будет более чем достаточно.

Понижающий резистор: этот резистор должен только удерживать МОП-транзистор в предполагаемом состоянии, подавляя любые переходные процессы или шум, которые могут быть собраны кабелями и случайно сработать МОП-транзистор. Подойдет любой резистор в диапазоне 1–10 кОм.

Как это работает?

Я потратил несколько часов, чтобы придумать лучший дизайн. Я попытался оптимизировать стоимость проекта за счет минимизации необходимых компонентов, стараясь не отказываться от функций. Я мог бы использовать микроконтроллер, везде продаются очень дешевые базовые модели. Я мог бы использовать нестандартную печатную плату, существует множество услуг по производству и доставке печатных плат. Я решил не делать этого, потому что это значительно увеличило бы стоимость и сложность. Более того, вернуть микроконтроллер будет действительно сложно.

TP4056 делает свое дело, заботится о батарее и обеспечивает питание. Его выходная площадка подключена к центральному контакту тумблера, который может быть в трех конфигурациях: подключен к левому контакту, не подключен, подключен к правому контакту.

Когда он ни к чему не подключен (в центре, в выключенном состоянии), поведение довольно ясное, светодиод не горит независимо от того, подает ли сетевой адаптер питание или нет. Процесс зарядки не зависит от переключателя, если сетевой адаптер подключен к сети, аккумулятор будет заряжаться.

Предположим, что правый вывод подключен к положительной клемме светодиода. Если вы переключите переключатель, чтобы соединить центральный и правый контакты, вы обойдете МОП-транзистор. Светодиод будет гореть, пока TP4056 может обеспечивать питание.

Остающийся вариант - переключить переключатель, чтобы соединить центральный контакт с выводом источника mosfet. В этой конфигурации управление берет на себя MOSFET-транзистор. Если его штифт затвора видит напряжение настенного адаптера, он не позволяет току течь между истоком и стоком, и светодиод будет выключен. Когда начнется отключение электроэнергии, напряжение зарядного устройства быстро упадет до нуля. Теперь клемма затвора МОП-транзистора будет видеть нулевое напряжение и пропускает ток, поэтому светодиод будет гореть, пока TP4056 может обеспечивать питание.

Неплохо только для МОП-транзистора и простого переключателя. ^ _ ^

Шаг 3: Сборка

Схема подключения прилагается, R1 - токоограничивающий резистор, R2 - понижающий резистор.

Чтобы использовать следы, разработанные корпусом, вам нужно изменить mosfet, как это сделал я. В основном вам нужно вырезать верхнюю металлическую часть и вставить центральный штифт, чтобы он вошел в отверстие, чтобы использовать нижележащий след. Не волнуйтесь, этот МОП-транзистор рассчитан на более обременительные задачи, чем управление маленьким светодиодом, он не будет поврежден из-за меньшей площади рассеивания.

Пайка ячеек 18650 - ЭТО ДЕЛИКАТНАЯ ЗАДАЧА, обязательно знайте, что делаете. Это несложно, но опасно. В основном вам нужно использовать паяльник на максимальной мощности в течение минимально возможного времени, но, пожалуйста, потратьте несколько минут, чтобы понять конкретное руководство, их много. Береженого Бог бережет.

Кроме того, процесс подключения довольно прост, вам нужно только следовать прилагаемой схеме и смотреть фотографии. Старайтесь не расплавлять корпус паяльником, все равно я напечатал свой корпус из PLA, который при нагревании не швыряет. Как только проводка будет завершена, нанесите несколько капель горячего клея, чтобы все было в безопасности.

Разъем постоянного тока не является обязательным, вы также можете использовать встроенный порт USB. Я припаяю разъем постоянного тока, потому что не хочу зарезервировать / обрезать кабель micro usb для этой лампы. Мне нужно вернуть старые зарядные устройства для мобильных устройств!

Если вы хотите использовать порт USB, вы можете использовать любой стандартный кабель USB на 5 В.

Фактически, вы также можете отрезать старый кабель сетевого адаптера и подключить его заземляющий и положительный провода к запасному разъему micro USB. Просто перережьте USB-кабель и обнажите медь его проводов, подключите кабель GND к контакту 5 и подключите положительный кабель к контакту 1 (изображение прилагается). Чтобы проверить, какой из проводов является контактом 1 и 5, вы должны использовать мультиметр в качестве тестера целостности. Что ж, это возможно, но не рекомендуется. У вас закончится USB-штекер нестандартного напряжения, и вы приложите много усилий, чтобы сделать что-то, что могло бы быть намного проще с простым разъемом постоянного тока.

Шаг 4: Использование

Подключите зарядное устройство или кабель USB к аварийному свету.

Установите переключатель в любой режим, который вам нравится, переключите его в автоматический режим, если вы хотите, чтобы лампа вела себя как надлежащий аварийный свет.

Дождитесь следующего затемнения и наслаждайтесь тем, как можно легко избегать поворотов!:)

Посмотрите видео, там видно, как ведет себя эта лампа. Если вам понравился проект, поднимите палец вверх и подпишитесь, чтобы в будущем он был еще больше.

PS: Предполагается, что это АВАРИЙНАЯ лампа, вы не должны использовать ее как стандартную лампу. Проблема простая и это «ошибка» TP4056. Короче говоря: если вы используете лампу в режиме байпаса (светодиод всегда горит) и зарядное устройство подключено, процесс зарядки аккумулятора не завершится должным образом. Наверное, это вообще не закончится. Да, с литиевой батареей это проблема, вы не можете накачивать заряд в батарею вечно! Эта конфигурация на самом деле не опасна, если использовать ее в течение нескольких минут. Эта лампа не вызовет взрыва, если вы забудете об этой проблеме и окажетесь в такой ситуации. Если вам нужен свет от этой лампы, скажем, на 10 минут, вы все равно можете использовать ее в этом режиме, не подвергаясь опасности. Только не оставляйте / не забывайте лампу в такой конфигурации, иначе могут случиться неприятности.