Arduino -kontrollerad telefondocka med lampor: 14 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Tanken var enkel nog; skapa en laddningsstation för telefonen som bara skulle tända en lampa när telefonen laddades. Men som ofta är fallet kan saker som i början verkar enkla sluta bli lite mer komplexa i deras utförande. Detta är historien om hur jag skapade en laddningsstation för dubbla telefoner som klarar min enkla uppgift.

Steg 1: Vad jag använde

Detta är ingalunda en uttömmande lista över allt jag använde, men jag ville ge en allmän uppfattning om de viktigaste komponenterna jag använde. Jag har inkluderat Amazon -länkar för de flesta av dessa komponenter. (Observera att jag får en liten provision från Amazon om du använder dessa länkar. Tack!)

Arduino Uno: https://amzn.to/2c2onfeAdafruit 5V DC Current Sensor (x2): https://amzn.to/2citA0S2-Channel Solid State Relay: https://amzn.to/2cmKfkA 4-Port USB Box: https://amzn.to/2cmKfkA 1 'panelmonterad USB -kabel (x2): https://amzn.to/2cmKfkA 6 AB USB -kabel:

Jag använde också följande tillbehör som jag hämtade i järnaffären: 4 "x4" plaströrslådor (x2) 40W Edison -glödlampor (x2) Glödlampa SocketTrack -ljusfäste Assorterade svarta järnrör (3/8 ") Assorterade mässingsrörkopplingar3 'Förlängning CordWire Nuts

Steg 2: Experiment, design och kabeldragning

För att kunna avgöra när telefonen laddas måste strömmen till telefonen ständigt övervakas. Även om jag är säker på att det finns kretskonstruktioner som kan mäta ström och styra ett relä baserat på den aktuella nivån, är jag ingalunda en elektrisk expert och ville inte ta tag i att bygga en anpassad krets. Av viss erfarenhet visste jag att en liten mikrokontroller (Arduino) kan användas för att mäta ström och sedan styra ett relä för att slå på och av lampor. Efter att ha hittat en liten likströmssensor från Adafruit började jag experimentera med att ansluta den till en USB -kabel för att mäta strömmen som flödar genom den när den laddade en telefon. En typisk USB 2.0 -kabel innehåller 4 ledningar: vit, svart, grön och röd. Eftersom de svarta och röda trådarna bär ström genom kabeln kan endera av dessa användas för att mäta strömflödet - jag använde de röda trådarna. En typisk strömgivare måste placeras i linje med strömflödet (strömmen måste flöda genom sensorn), och Adafruit -sensorn är inget undantag från denna regel. Den röda tråden klipptes med de två snittändarna fästa vid de två skruvterminalerna på strömgivaren. Adafruit -sensorn var ansluten till en Arduino och jag skrev en enkel kod för att rapportera det aktuella flödet genom sensorn. Detta enkla experiment visade mig att en laddningstelefon drog mellan 100 och 400 mA. Efter att telefonen var helt laddad skulle det nuvarande flödet falla under 100 mA, men skulle inte nå 0.

Med mitt experiment som framgångsrikt visade att jag kunde mäta strömflödet med en Arduino, konstruerade jag kretsen som visas ovan. Två 1 'panelmonterade USB-förlängningskablar skulle anslutas till en laddningsbox med 4 portar. Telefonens laddningskablar skulle anslutas till dessa förlängningskablar, vilket gör att systemet kan rymma alla slags USB -laddningskabel - och förhoppningsvis göra det "framtida telefonsäkert". De röda ledningarna på förlängningskablarna skulle klippas och anslutas till de aktuella sensorerna. De aktuella sensorerna tillhandahåller information till Arduino, som i sin tur styr ett tvåkanals halvledarrelä. Reläet används för att växla 110V -strömmen till glödlamporna. Ström till USB -boxen och glödlampor kan kopplas ihop så att systemet kan använda ett enda uttag. Jag gillar särskilt hur ström till Arduino kan levereras av en av de extra USB -portarna i laddningsboxen.

Steg 3: Telefondockan

Telefonbryggan byggdes av 3/8 "svart rör. Jag använde två armbågar av hankön, en T, en kort sektion som var helt gängad och en rund fläns. För mässingsdelarna högst upp på bryggan skar jag ett 1 1/2 "långt mässingsrör på mitten och använde en halv för varje del. Ett litet hål borrades i T, som var tillräckligt stort för att rymma ändarna på belysningskablarna. Kablarna bearbetades genom armbågarna och svetsades in i mässingsrören. Det här blev mycket svårare än det verkar eftersom armbågarna inte var tillräckligt stora inuti för att passa ljuskabeländen igenom. Jag hamnade på armbågarnas insida tills de skulle passa.

Om jag var tvungen att göra den här dockan igen, skulle jag ge den mer stöd för telefonen. Som du kan förvänta dig kan blixtkabeländarna böjas mycket enkelt om telefonen överhuvudtaget trycks när den är på bryggan. Jag tycker det är konstigt att Apple faktiskt säljer en docka med en liknande konfiguration som inte stöds.

Steg 4: Lamporna

Jag ville att lamporna skulle ha ett liknande industriellt utseende som bryggan. För den första lampan använde jag ett generiskt glödlampsset ovanpå en 3/8 rörfläns. Några små mässingsrör kopplar basen till uttaget och kompletterar mässingsaccenterna på dockan. En 40 W Edison -lampa är verkligen stjärnan Jag ville använda Edison-lampor eftersom de passar perfekt med designen på denna docka och de låter dig skapa en vacker exponerad lampa.

Medan jag hittade Lowes hittade jag ett spårljusfäste som jag tyckte var intressant. Jag vände fästet upp och ner och lade till en rörfläns för att göra basen. Sockeln i spårljusfästet var inte fäst på den eftersom den var utformad för att hållas på plats av en platt glödlampa. Eftersom jag använde en Edison -lampa gjorde jag en liten aluminiumfäste för att hålla uttaget inuti det cirkulära huset på spårljusfästet. Små mässingsknoppar tillkom för att komplettera resten av systemet.

När bryggan och lamporna var färdiga målades de i matt svart - förutom mässingsbitarna.

Steg 5: Arduino -höljet

Jag använde två 4 "x 4" PVC -kapslingar för Arduino -huset. Jag skär ventilationsöppningar i ena sidan och locket på varje hölje. På sidan av det ena höljet skar jag två rektangulära hål för panelmonterade USB -kablar. Hål mellanrum 1 1/8 "på mitten borrades på båda sidor av dessa rektangulära hål och användes för att fästa kablarna till höljet. Ena sidan av båda höljena skars bort så att de två lådorna skulle bilda en enda låda när de var ett 3/4 "tjockt träblock användes för att hålla lådorna i denna sida vid sida -konfiguration och utgör också en bekväm bas för dem att sitta på.

Steg 6: Anslut USB -box

Den första komponenten som ska läggas till i höljet är USB-laddningsboxen med 4 portar. Jag fixade helt enkelt detta på plats med dubbelsidig tejp.

Steg 7: Montera Arduino i kapsling

Jag gillar att använda distansbrickor för elektriska lådor för att montera elektroniska komponenter eftersom de är gjorda av plast och kan anpassas för att fungera som stopp eller avstängning. Jag skär upp dem helt enkelt med min kniv och skjuter sedan skruvarna genom dem. Arduino monterades i den ena lådan med små platta skruvar med frontplattans distanser monterade mellan Arduino och lådan.

När Arduino var monterad anslöts en kort (6 ) USB -kabel av USB -typ mellan Arduino USB -port och den närmaste porten på laddningsboxen. Detta passade riktigt bra för sladden och jag var tvungen att faktiskt trimma tillbaka de böjda plastbitarna som omger tråden i kabeländen så att den passar.

Steg 8: Anslutning och montering av reläet

Ledningarna till lamporna matades genom hål i höljet. En ledning från varje sladd var ansluten till utgångarna (den omkopplade 120V -sidan) för båda kanalerna i halvledarreläet. Korta (4 ) sektioner av tråd var anslutna till de återstående skruvterminalerna intill där dessa lamptrådar var anslutna. Dessa ledningar kommer att användas för att leverera ström till reläets 120V -sida.

På DC -sidan av reläet var 4 ledningar anslutna enligt den visade konfigurationen. Två av ledningarna matar + och - DC -spänningen som är nödvändig för reläets funktion, medan de återstående två ledningarna bär de digitala signalerna, som säger till kanalerna att slå på eller av.

Dessa 4 trådar fästes sedan på Arduino enligt följande: Den röda ledningen (DC+) är ansluten till 5V-stiftet. Den svarta ledningen (DC-) är ansluten till GND-stiftet. Den bruna tråden (CH1) är ansluten till den digitala utgångsstift 7 Den orange ledningen (CH2) är ansluten till den digitala utgångsstiftet 8

När alla ledningar var anslutna till reläet monterades det i höljet med små platta skruvar.

Steg 9: Anslutning och montering av strömgivarna

Kommunikation och strömkablar skapades för de två nuvarande sensorerna genom att splitsa de två uppsättningar ledningar som leder från sensorerna till Arduino. Som tidigare används de röda och svarta ledningarna för att driva sensorerna. Dessa ledningar är anslutna till Vin (röd tråd) och GND (svart tråd) stift på Arduino. Överraskande nog kan även kommunikationskablarna (SDA- och SDL -ledningarna) skarvas ihop. Detta beror på att Adafruit nuvarande givare kan få en unik adress beroende på hur deras adressnålar löds ihop. Om kortet inte har någon av adresspinnarna lödda ihop adresseras kortet som kort 0x40 och refereras som sådant i Arduino -koden. Genom att löda ihop A0 -adressnålarna, som visas i diagrammet, blir kortets adress 0x41. Om endast A1 -adressstiftet är anslutna skulle kortet vara 0x44, och om både A0- och A1 -stiften var anslutna skulle adressen vara 0x45. Eftersom vi bara använder två strömsensorer, var jag bara tvungen att löda adresspinnarna på bräde 1 som visas.

När brädorna var rätt adresserade fästes de på höljet med små mässingsskruvar.

SDA (blå) och SCL (gul) ledningar från sensorerna är anslutna till SDA- och SCL -stiften på Arduino. Dessa stift var inte märkta på min Arduino, men de är de två sista stiften efter AREF -stiftet på den digitala sidan av brädet.

Steg 10: Anslut USB -förlängningskablarna

Som tidigare nämnts måste USB -förlängningskablarna leda ström genom strömsensorerna. Detta underlättades genom att skarva ledningar i kablarnas röda trådar. När USB -kablarna är monterade i höljet är dessa ledningar från skarvarna anslutna till de aktuella sensorerna. För varje USB -kabel kommer strömmen som flödar genom den att flöda ner genom dessa ledningar, genom sensorn och sedan återgå för att fortsätta genom kabeln till laddningstelefonen. Hanändarna på USB -kablarna anslöts till två av USB -laddningsboxens öppna portar.

Steg 11: Anslut strömmen

Det sista steget i elektronikboxen är att ansluta nätsladden till USB -boxen och lamporna (aka. 120V -sidan av reläet). De svarta ledningarna som leder direkt till lamporna är anslutna till en sladd i nätsladden tillsammans med den bruna tråden från laddningsboxen. Strömkabeln till laddningsboxen klipptes helt enkelt med de två trådarna inuti (de är de blå och bruna ledningarna) avskalade. Slutligen, de två vita trådarna från reläet är trådnötade till den andra ledningen i nätsladden tillsammans med den blå ledningen från USB -laddningsboxen.

Steg 12: Det slutförda systemet

När lådan är helt monterad kan höljesluckorna bytas ut. Nu när maskinvaran för detta system är klar är det dags att gå vidare till programvaran.

Steg 13: Arduino -koden

Utvecklingen av Arduino -koden var ganska okomplicerad, även om det tog några tester för att få det helt rätt. I sin enklaste form skickar koden en signal för att driva lämplig reläkanal när den läser ett strömflöde som är större än eller lika med 90mA. Även om denna enkla kod var en bra utgångspunkt, laddar mobiltelefoner inte till 100% och sitter där och drar väldigt lite ström. Jag fann snarare att när telefonen var laddad skulle den dra flera hundra mA under en kort tid var några minuter. Det är som om telefonen är en läckande hink som måste toppas med några minuters mellanrum.

För att lösa detta problem utvecklade jag en strategi där varje kanal kunde vara i en av tre stater. Status 0 definieras som när telefonen har tagits bort från laddningsdockan. I praktiken fann jag att nästan ingen ström flödade när telefonen togs bort, men jag satte den övre strömgränsen för detta tillstånd till 10mA. Stat 1 är staten där telefonen är fulladdad, men fortfarande på dockan. Om strömflödet faller under 90mA och är över 10mA är systemet i tillstånd 1. Tillstånd 2 är laddningstillståndet, där telefonen drar 90mA eller mer.

När telefonen placeras på bryggan startas tillstånd 2 och fortsätter under laddning. När laddningen avslutats och strömmen faller under 90mA är systemet i tillstånd 1. Ett villkorligt uttalande gjordes vid denna tidpunkt så att systemet inte kan gå direkt från tillstånd 1 till tillstånd 2. Detta håller systemet i tillstånd 1 tills telefonen är borttagen, vid vilken tidpunkt det går i tillstånd 0. Eftersom systemet kan gå från tillstånd 0 till tillstånd 2, när telefonen placeras tillbaka på laddaren och strömflödet stiger över 90mA, startas tillstånd 2 igen. Först när systemet är i tillstånd 2 skickas signalen till reläet för att tända lampan.

En annan fråga jag stötte på är att strömmen ibland skulle falla under 90mA innan telefonen var fulladdad. Detta skulle sätta systemet i tillstånd 1 innan det borde ha. För att åtgärda detta, genomsnitt jag den aktuella data över 10 sekunder och endast om det genomsnittliga strömvärdet sjunker under 90mA kommer systemet att gå in i tillstånd 1.

Om du är intresserad av den här koden har jag bifogat en Arduino.ino -fil med några fler beskrivningar i den. Sammantaget fungerar det ganska bra, men jag har märkt att ibland verkar systemet fortsätta att visa status 0 när telefonen fortfarande är ansluten och fulladdad. Det betyder att då och då kommer lampan att tändas i några sekunder (när den utvecklas till tillstånd 2) och sedan slockna. Något att jobba på inför framtiden antar jag.

Steg 14: Det färdiga systemet

Jag installerade laddningsdockan på vår bokhylla, med Arduino -lådan bakom några böcker. Om du bara tittar på det skulle du aldrig inse det arbete som gick in i det - och även att se det i drift gör det inte rättvist. Återigen, det gör mig glad att se lamporna tändas och slockna, och jag har till och med lita på dem för att se om telefonen laddas.