USB-aangedreven nachtlampje met batterijback-up (twee ontwerpen) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Een tijdje geleden ontdekte ik de behoefte aan een nachtlampje op batterijen voor mijn kamer. Het idee was dat ik niet elke keer uit bed wilde opstaan als ik mijn licht uit wilde doen om naar bed te gaan. Ik had ook een licht nodig dat niet zo helder was als mijn slaapkamerlicht, want van heel helder naar heel donker gaan is niet erg leuk voor de ogen. En daarbovenop had ons energiebedrijf een periode waarin onze stroom om de paar weken meerdere minuten per keer uitviel… meerdere keren die week. Mijn gedachte was dat als de stroom gewoon willekeurig zou uitvallen tijdens de zomer, van alle tijden, hoe zou het zijn in de winter?

Hier zijn een paar van mijn behoeften:

• Ten eerste laag vermogen. Ik werk nog aan dit deel, maar het is al vrij laag zoals het is.
• Ik heb het gevoel dat ik het beter kan doen en het tegelijkertijd goedkoper kan maken, wat het tweede doel was.
• Uiteraard ook op batterijen.
• Helderheid - ongeveer een midden-laag niveau; helder genoeg om te zien wat alles is. Hoe helder dit voor u is, u zult het moeten testen. Als het te fel is, zal het een beetje moeilijk zijn voor je ogen - vooral als je het weer moet inschakelen nadat het een tijdje uit is geweest!
• Compact ontwerp - Ik wilde dat dit op de rand van een rommelig bureau zou zitten, omdat daar mijn bed staat. Niet op het bureau - ernaast.
• Minimale onderdelen vanwege het vorige item op de lijst en het helpt het derde item.

Ik kwam met een Extreem Basic ontwerp. Ik dacht erover na en bedacht scenario's die het ontwerp nogal vervelend zouden maken om te gebruiken. Als de stroom bijvoorbeeld uitviel terwijl het donker was, zou ik een manier nodig hebben om de aan/uit-schakelaar te zien om hem aan te zetten. Ik overwoog om een schakelaar met een verlichte actuator te gebruiken en er net genoeg stroom doorheen te laten lopen om hem te laten gloeien. Het zou net iets meer stroom verbruiken, maar misschien kan dat later in het ontwerp worden gecompenseerd. En, gerelateerd, ik zou niet wachten tot het helemaal donker was voordat ik het aanzette. Ik zou het op een gegeven moment doen voordat het echt nodig was. En wat als ik ben vergeten het uit te zetten voordat ik naar bed ga? Ik had een manier nodig om de batterij te beschermen.

Na wat nadenken kwam ik op een basisontwerp dat veel van dit probleem zou oplossen. Het was bedoeld om op de muur te worden aangesloten om te detecteren of er een stroomstoring is via een transistorcircuit. Ik besloot dit te gebruiken om in plaats daarvan een relais van stroom te voorzien en het relais zou kiezen tussen de batterijen en een andere stroombron (met name degene die het relais van stroom voorziet) voor de LED's.

Toen ik dit project aan een paar mensen vertelde, gaven ze toe dat ze bang waren in het donker en zoiets zou nuttig zijn. Dit heeft mij gemotiveerd om verder te werken aan het project. Ik heb sindsdien de geavanceerde versie bedacht die (meestal) breadboard-vriendelijk is, maar ik ben meteen overgestapt om het op een aangepaste printplaat te plaatsen, dus ik heb geen montage-instructies voor het breadboard. Als je weet hoe je moet breadboarden en schema's kunt volgen, zou het geen probleem moeten zijn om het te bedraden.

Benodigdheden:

Als je de basisversie wilt gebruiken waarmee ik begon, gebruik dan deze lijst:

1. Eén Sacrificial™ muurwrat (denk aan een oude telefoonoplader of een van de honderden stroomblokken die je ergens in een la of doos hebt waarvan je geen idee hebt waar ze naartoe gaan)
2. Eén SPDT-relais geschikt voor de spanning van het vorige item. Ik heb een oud HVAC-relais gebruikt dat vele jaren geleden door een technicus is vervangen (ik heb er persoonlijk niets mis mee gevonden). HVAC-relais zijn een beetje onhandig: ze zijn DPST, maar één set contacten is normaal open en de andere set is normaal gesloten. Ze zijn ook geschikt voor 24 VAC en de door mij gekozen stekker heeft 12 VDC.
3. Een 12 Volt witte LED-balk: ik heb er een gebruikt, maar de website verkoopt ze niet meer. Je bent altijd vrij om je aan te passen aan wat je hebt of kunt krijgen, of zelfs je eigen ontwerp te maken.
4. Eén SPST-schakelaar
5. Een of meer batterijen. Ik gebruikte twee 6 Volt lantaarnbatterijen in serie, hoewel ik een enkele 12 Volt lantaarnbatterij wilde gebruiken.
6. Een manier om alles met elkaar te verbinden

Als je de verbeterde versie wilt maken, gebruik dan deze lijst:

1. Eén externe 5 VDC-voedingsbron. Dit ontwerp ging rechtstreeks naar PCB (hierover later meer), dus ik heb er een vrouwelijke USB-stekker van type B op geplakt. Je kunt het uiteinde van een Sacrificial™ USB-kabel afhakken en de draden strippen (je hebt alleen de 5 Volt-draad en GND nodig)
2. Eén back-upstroombron, d.w.z. de batterij
3. Eén DPDT-relais van 5 volt. Ik heb dit gebruikt. Het is breadboard-vriendelijk!
4. Eén DPST-schakelaar
5. Een LM7805 spanningsregelaar (hier)
6. Eén condensator van 0.22uF (optioneel). De datasheet houdt in dat het een keramisch type moet zijn, maar er staat niet expliciet dat het zo moet zijn als voor de uitgangscondensator (die ik niet heb toegevoegd)
7. Vijf stroombegrenzende weerstanden voor de LED's of (bij voorkeur) een weerstandsbus. De LED's op deze lijst hebben een spanningsval van 3,3 V en ik heb 85 Ohm berekend als de vereiste weerstand. Ik gebruikte een weerstandsbus met een weerstand van 150 Ohm, hier te vinden.
8. Een 1N4004-diode
9. Vijf witte LED's (3v3 @ 20mA)
10. Een manier om alles met elkaar te verbinden

Als u de printplaatversie wilt, is dit over het algemeen dezelfde lijst hierboven, maar met enkele verschillen:

1. Uiteraard de PCB. Het ontwerp wordt momenteel alleen geüpload naar OSH Park en ze verkopen boards in batches van drieën. Je kunt het bord hier ophalen.
2. Het heeft een plek voor aansluitblokken, maar draden kunnen direct op het bord worden gesoldeerd. Ik heb deze stijl gebruikt.
3. Eén batterijclip (ik gebruikte een 9V-batterij)
4. De eerder genoemde USB-connector. Ik koos voor type B en niet voor mini of micro B omdat die twee naar mijn smaak iets te kwetsbaar zijn.

Stap 1: De extreem basisversie

Door waar ik op dat moment mee werkte, stond ik voor veel uitdagingen. Het relais dat ik had is getekend in de eerste foto. Hoewel wat ik bedacht op geen enkele manier ideaal was, werkte het (tweede foto). Ik converteerde mijn onhandige DPST-relais naar SPDT door twee terminals samen te kortsluiten om een gemeenschappelijke pin te maken. Deze verbinding ging naar de schakelaar, vervolgens naar de LED-balk en vervolgens naar aarde. De batterijbank die ik heb gemaakt - de positieve kant ging naar de NC-verbinding op het relais. De spoel van het relais was aangesloten op de externe voeding, waardoor het relais in de "aan"-stand zou blijven staan. De voeding wordt ook aangesloten op de NO-aansluiting op het relais. Alle gronden zijn met elkaar verbonden.

De theorie is dat terwijl het externe voeding krijgt, het relais in de "aan" -status blijft, dus de NO-verbinding is gesloten en de NC-verbinding is open. Dit betekent dat de gemeenschappelijke verbinding stroom krijgt van de externe bron. Als de stroom uitvalt, valt het relais terug in de "uit"-toestand en begint de gemeenschappelijke verbinding stroom te krijgen van de batterijen. Wat de bron ook is, de schakelaar regelt de stroom naar de LED-balk. De gemeenschappelijke basis tussen alles maakt een compleet circuit in beide situaties mogelijk.

Ik heb op het grootste deel van het circuit echte draadconnectoren gebruikt, zodat ik niets hoefde te solderen. Om de batterijen aan te sluiten (ze hebben veerklemmen), heb ik Sacrificial™-testsnoeren (krokodillenklemmen met daaraan bevestigde draden) gebruikt door er een doormidden te hakken en de draden te strippen (en toegevoegde draadconnectoren). Degene die werd gebruikt om beide batterijen met elkaar te verbinden, is nog steeds in één stuk. Alles is gemonteerd op een rode SparkFun verzenddoos.

Ik heb geen foto's van het eindproduct, maar ik zal er enkele maken indien gevraagd.

Stap 2: De geavanceerde versie

Ik kon eindelijk de onderdelen bestellen die nodig waren om een echt goede versie van het circuit te maken (die ik al had uitgetekend). De belangrijke wijzigingen die in dit ontwerp werden aangebracht, waren het ontwerpen om te werken met een gereguleerde 5V-voeding en ook dat het relais niet constant werd gevoed. Ik moest de schakelaar ook ruilen voor een DPST-type. De werkingstheorie is net iets ingewikkelder.

Als we naar de batterijhelft van het circuit kijken, laten we zeggen dat de schakelaar is uitgeschakeld. Het relais is nog steeds zo bedraad dat de "uit"-status ervoor zorgt dat de batterij wordt aangesloten op de 5 Volt-regelaar, waarna de uitgang van de regelaar wordt teruggevoerd naar het relais (een van de NC-verbindingen) en vervolgens LED's. De schakelaar is bedraad tussen de batterij en het relais om het circuit te onderbreken en te voorkomen dat de stroom vloeit. Als de schakelaar is ingeschakeld, kan er stroom door het circuit stromen.

Als we naar de andere helft van het circuit kijken, zien we dat de stroom van de USB meteen in de schakelaar wordt gelopen, vervolgens de spoel van het relais en een van de NO-aansluitingen op het relais. De gemeenschappelijke pin van deze verbinding wordt gedeeld met de eerder genoemde NC-verbinding, dus dit is de set contacten die daadwerkelijk schakelen tussen voedingen. De andere set contacten is voor het beschermen van de spanningsregelaar. Als de schakelaar is ingeschakeld, wordt het relais ingeschakeld en wordt de externe voeding naar de LED's gestuurd.

De diode is parallel (maar omgekeerd) op het relais aangesloten om de terugvliegspanning te verminderen wanneer het relais bij stroomuitval van de "aan"- naar "uit"-stand schakelt. Dit is om de stroombron te beschermen: d.w.z. een USB-telefoonoplader of een USB-poort van een pc.

De condensator kan worden uitgesloten. Het gegevensblad voor de regelaar geeft niet aan hoe ver "ver van het voedingsfilter" is, dus ik dacht dat ik het net zo goed zou kunnen opnemen.

Stap 3: De PCB-versie

De PCB-versie is exact hetzelfde als de geavanceerde versie, maar dan op een printplaat. Alle onderdelen zijn aan de bovenkant van het bord gemonteerd en zijn gelabeld met de onderdeelnummers (of andere belangrijke informatie), zodat u vervangende of vervangende onderdelen kunt vinden zoals vereist of gewenst. De batterij ingang (geïsoleerd van de schakelaar ingang) heeft een (+) ingang en een (-) ingang. De (+) kant is gemarkeerd met een (+).

De schakelaaringang had een A-sectie en een B-sectie, die zijn gelabeld met A en B. De twee klemmen rond de "A" is de A-ingang. Evenzo omringen de B-terminals de "B".

Er zijn ook twee montagegaten in de buurt van de USB-stekker. Ze hebben nergens een elektrische verbinding mee, zelfs niet met elkaar.

De drie foto's zijn op verschillende tijdstippen genomen. De eerste is het lege bord. De tweede is een gedeeltelijk gevuld bord met gemengde delen. De derde is het voltooide bord met alle onderdelen die nodig zijn.

Bewerken voor de post:

Ik heb geprobeerd de KiCAD-bestanden bij te voegen (als zip) maar ik kreeg een foutmelding. Zal later een andere manier vinden om te bevestigen.