USB-driven nattljus med batteri-säkerhetskopiering (två mönster): 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

För ett tag sedan upptäckte jag ett behov av ett batteridrivet nattljus till mitt rum. Tanken var att jag inte ville gå upp ur sängen varje gång jag ville släcka mitt ljus för att gå och lägga mig. Jag behövde också ett ljus som inte var lika starkt som mitt sovrumsljus för att gå från riktigt ljust till riktigt mörkt är inte särskilt roligt i ögonen. Och dessutom hade vårt kraftbolag en tidsperiod där vår ström skulle gå av varannan vecka i flera minuter i taget … flera gånger den specifika veckan. Min tanke var om strömmen slumpmässigt skulle släckas utan anledning under sommaren, alltid, hur skulle det vara på vintern?

Här är några av mina behov:

• Först låg effekt. Jag arbetar fortfarande med den här delen, men den är redan ganska låg som den är.
• Jag känner att jag kunde göra det bättre samtidigt som det blev billigare, vilket var det andra målet.
• Naturligtvis också batteridriven.
• Ljusstyrka - ungefär en mellan -låg nivå; tillräckligt ljus för att se vad allt är. Hur ljust det här är för dig, du måste testa för det. Om det är för ljust kommer det att bli lite svårt för dina ögon-särskilt om du måste slå på det igen efter att det varit avstängt ett tag!
• Kompakt design - jag ville att det här skulle sitta på kanten av ett rörigt skrivbord eftersom det råkar vara där min säng sitter. Inte på skrivbordet-bredvid det.
• Minimala delar på grund av föregående objekt på listan och det hjälper det tredje objektet.

Jag kom på en extremt grundläggande design. Jag tänkte på det och jag kom på scenarier som skulle göra designen irriterande att använda. Till exempel, om strömmen gick av medan det var mörkt, skulle jag behöva ett sätt att se strömbrytaren för att slå på den. Jag övervägde att använda en strömbrytare med ett upplyst ställdon och lade bara tillräckligt med ström genom att den skulle lysa. Det skulle bara använda lite mer ström, men det kan kanske kompenseras senare i designen. Och relaterat, jag skulle inte vänta tills det var helt mörkt innan jag startade det. Jag skulle någon gång innan det faktiskt behövdes. Och vad händer om jag glömde att stänga av den innan jag gick och la mig? Jag behövde ett sätt att skydda batteriet.

Efter lite mer funderingar kom jag på en Basic Design som skulle lösa mycket av detta. Det var tänkt att anslutas till väggen för att upptäcka om det finns ett strömavbrott via en transistorkrets. Jag bestämde mig för att använda detta för att driva ett relä istället och reläet skulle välja mellan batterierna och en annan strömkälla (specifikt den som driver reläet) för lysdioderna.

När jag nämnde detta projekt för ett par personer, erkände de att de var rädda för mörkret och något sådant här skulle vara användbart. Detta har gett mig motivation att fortsätta arbeta med projektet. Jag har sedan kommit med den avancerade versionen som är (mestadels) brödbräda vänlig, men jag hoppade direkt för att lägga den på ett anpassat kretskort, så jag har ingen monteringsanvisning för brödbräda. Om du vet hur man brödbräda och kan följa scheman bör du inte ha problem med att koppla upp det.

Tillbehör:

Om du vill använda den grundläggande versionen jag började med, använd den här listan:

1. En Sacrificial ™ väggvarta (tänk på en gammal telefonladdare eller en av de hundratals strömblock du har i en låda eller låda någonstans som du inte har en aning om vad de går till)
2. Ett SPDT -relä märkt till spänningen för föregående artikel. Jag använde ett gammalt VVS -relä som en tekniker bytte ut för många år sedan (jag personligen hittade inget fel med det). HVAC -reläer är lite besvärliga: de är DPST, men en uppsättning kontakter är normalt öppna och den andra uppsättningen är normalt stängd. De är också klassade för 24 VAC och min valda väggplugg släckte 12 VDC.
3. En 12 Volt vit LED -balk: Jag använde en av dessa, men webbplatsen säljer dem inte längre. Du är alltid fri att anpassa efter vad du har eller kan få tillgång till, eller till och med designa ditt eget.
4. En SPST -switch
5. Ett eller flera batterier. Jag använde två 6 Volt lyktbatterier i serie, men jag ville använda ett enda 12 Volt lyktbatteri.
6. Något sätt att koppla ihop allt

Om du vill göra den förbättrade versionen använder du den här listan:

1. En extern 5 VDC strömkälla. Denna design gick direkt till PCB (mer om detta senare), så jag slog en USB -typ B -kontakt där. Du kan hugga änden av en Sacrificial ™ USB -kabel och ta bort ledningarna (du behöver bara 5 Volt -kabeln och GND)
2. En reservkraftkälla, dvs batteriet
3. Ett 5 Volt märkt DPDT -relä. Jag använde detta. Det är brödbräda vänligt!
4. En DPST -switch
5. En LM7805 spänningsregulator (här)
6. En 0,22uF kondensator (tillval). Databladet innebär att det ska vara av en keramisk typ, men det står inte uttryckligen att det ska vara som det gör för utmatningskondensatorn (vilket jag inte lade till)
7. Fem strömbegränsande motstånd för lysdioderna eller (helst) en motståndsbuss. Lysdioderna på denna lista har ett 3,3V spänningsfall och jag beräknade 85 Ohm som det nödvändiga motståndet. Jag använde en motståndsbuss med 150 Ohms motstånd, som finns här.
8. En 1N4004 -diod
9. Fem vita lysdioder (3v3 @ 20mA)
10. Ett sätt att koppla ihop allt

Om du vill ha kretskortversionen är det i allmänhet samma lista ovan men med vissa skillnader:

1. Uppenbarligen PCB. Designen laddas för närvarande bara upp till OSH Park och de säljer brädor i omgångar av treor. Du kan få styrelsen här.
2. Den har plats för plintar men trådar kan lödas direkt på kortet. Jag använde denna stil.
3. Ett batteriklämma (jag använde ett 9V batteri)
4. USB -kontakten som nämnts tidigare. Jag valde typ B och inte mini eller mikro B eftersom de två är lite för sköra för min smak.

Steg 1: Den extremt grundläggande versionen

På grund av det jag arbetade med på den tiden hade jag många utmaningar att möta. Reläet jag hade ritas ut på första bilden. Medan det jag kom på inte var idealiskt på något sätt, fungerade det (andra bilden). Jag konverterade mitt besvärliga DPST -relä till SPDT genom att kortsluta två terminaler tillsammans för att skapa en gemensam stift. Denna anslutning gick till omkopplaren, sedan till LED -baren, sedan jordad. Batteribanken gjorde jag-den positiva sidan gick till NC-anslutningen på reläet. Reläets spole var ansluten till den externa matningen, vilket skulle hålla reläet i sitt "på" läge. Strömförsörjningen ansluts också till NO -anslutningen på reläet. Alla grunder är sammankopplade.

Teorin är att medan det får extern ström förblir reläet i "på" -läget, så NO -anslutningen stängs och NC -anslutningen är öppen. Det betyder att den gemensamma anslutningen får ström från den externa källan. Om strömmen försvinner faller reläet tillbaka till "av" läge och den gemensamma anslutningen börjar få ström från batterierna. Oavsett källa, strömbrytaren styr strömmen till LED -fältet. Den gemensamma grunden mellan allt möjliggör en komplett krets i båda situationerna.

Jag använde faktiska trådkontakter på större delen av kretsen så att jag inte skulle behöva lödda någonting. För att ansluta batterierna (de har fjäderterminaler) använde jag Sacrificial ™ -testkablar (krokodilklämmor med trådar fästa) genom att hacka en i hälften och ta bort trådarna (och extra trådkontakter). Den som används för att ansluta båda batterierna är fortfarande i ett stycke. Allt är monterat på en röd SparkFun -låda.

Jag har inga bilder på den slutliga produkten, men jag tar några om jag begär det.

Steg 2: Den avancerade versionen

Jag kunde äntligen beställa de delar som behövs för att göra en riktigt bra version av kretsen (som jag redan hade ritat ut). De viktiga förändringarna som gjordes i denna design var att designa den för att fungera från en reglerad 5V -strömförsörjning och även att reläet inte ständigt drivs. Jag var tvungen att byta omkopplaren för en DPST -typ också. Teorin om drift är bara en touch mer komplex.

Om vi tittar på batterihalvan av kretsen, låt oss säga att strömbrytaren är avstängd. Reläet är fortfarande anslutet så att dess "av" -läge gör att batteriet ansluts till 5 Volt -regulatorn, sedan matas utgången från regulatorn tillbaka till reläet (en av NC -anslutningarna), sedan lysdioder. Strömställaren är ansluten mellan batteriet och reläet för att bryta kretsen och förhindra att strömmen flyter. Om omkopplaren är påslagen kommer strömmen att kunna flöda genom kretsen.

När vi tittar på den andra halvan av kretsen ser vi att strömmen från USB -enheten omedelbart förs in i omkopplaren, sedan reläets spole och en av NO -anslutningarna på reläet. Den här anslutningens gemensamma stift delas med den tidigare nämnda NC -anslutningen, så detta är den uppsättning kontakter som faktiskt växlar mellan strömförsörjningar. Den andra uppsättningen kontakter är för att skydda spänningsregulatorn. Om strömbrytaren slås på slås reläet på och skickar extern ström till lysdioderna.

Dioden ansluts parallellt (men i motsatt riktning) till reläet för att minska återspänningen när reläet växlar från dess "på" till "av" läge vid effektförlust. Detta för att skydda strömkällan: det vill säga en USB -telefonladdare eller en USB -port för PC.

Kondensatorn kan uteslutas. Databladet för regulatorn anger inte hur långt "långt från strömförsörjningsfiltret" är, så jag tänkte att jag skulle kunna inkludera det ändå.

Steg 3: PCB -versionen

PCB -versionen är exakt samma som den avancerade versionen, men på ett kretskort. Alla delar är monterade på toppen av brädet och är märkta med artikelnumren (eller annan viktig information) så att du kan hitta ersättnings- eller ersättningsdelar efter behov eller önskemål. Batteriingången (isolerad från switchingången) har en (+) ingång och en (-) ingång. (+) Sidan är märkt med en (+).

Omkopplaringången hade en A -sektion och en B -sektion, som är märkta med A och B. De två terminalerna som omger "A" är A -ingången. På samma sätt omger B -terminalerna "B."

Det finns också två monteringshål nära USB -kontakten. De har inga elektriska anslutningar till någonting, inte ens varandra.

De tre bilderna togs vid olika tidpunkter. Den första är den tomma brädan. Den andra är en delvis befolkad bräda med blandade delar. Den tredje är det färdiga kortet med alla efterfrågade delar.

Redigera före inlägg:

Jag försökte bifoga KiCAD -filerna (som en zip) men jag fick ett fel. Finner ett annat sätt att bifoga senare.