Theelichtkloon: 5 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

In deze instructable zal ik wat uitgebreider zijn over het pad dat naar dit project heeft geleid en hoe ik tot het resultaat ben gekomen, dus het vereist wat meer lezen.

Thuis hebben we aardig wat elektronische theelichtjes, die van Philips die draadloos kunnen worden opgeladen. Ik heb eerder een Instructable gemaakt met betrekking tot dit onderwerp, zie Tea Light Charge Monitorr.

Na verloop van tijd werken deze theelichtjes niet meer omdat de oplaadbare batterij kapot gaat. Er zijn twee opties om dit probleem aan te pakken:

1. Je gooit het theelichtje weg en koopt een nieuwe
2. U vervangt de oplaadbare batterij

Ik heb de tweede optie geprobeerd. De video in de laatste stap van deze Instructable laat zien hoe je dat kunt doen. Die video laat ook zien hoe Philips deze theelichtjes in de loop der jaren opnieuw heeft ontworpen, waardoor ze goedkoper te produceren zijn, maar helaas de levensduur van die theelichtjes heeft verkort. Daarnaast merkte ik dat het bij de nieuwste goedkopere ontwerpen moeilijk is om het theelichtje aan en uit te zetten. Het gebruikt daar een kantelschakelaar voor, maar blijkbaar lijken ze niet altijd even goed te werken.

Toen ik de oplaadbare batterij voor de eerste keer verving, werkte het theelichtje niet. Ik begon te denken dat het theelichtje misschien een soort teller houdt om te zien hoe vaak het wordt gebruikt en daarna nooit meer aangaat. Dat was de reden om met dit project te beginnen, aangezien ik een theelichtje wilde dat voor altijd zou werken, natuurlijk af en toe de oplaadbare batterij vervangen.

Ik moet toegeven dat mijn slechte gedachten verkeerd waren, als je eenmaal de batterij hebt vervangen - zelfs als ze zijn opgeladen - moet je het theelichtje heel snel in een oplader stoppen om het weer te laten werken. Ik weet niet waarom dat zo is, maar het moet worden gedaan om het theelichtje op gang te krijgen.

Hoe dan ook, ik was al begonnen met het maken van mijn eigen theelichtje dat zich hetzelfde zou gedragen als het Philips theelichtje. Ik heb de elektronica geanalyseerd en het patroon dat Philips gebruikt om het mooie kaarseffect te creëren. De originele elektronica was iets complexer dan ik had verwacht, dus besloot ik mijn eigen eenvoudiger ontwerp te maken. Ik kon het patroon voor het kaarseffect achterhalen door het patroon op een oscilloscoop te analyseren. Enkele screenshots van een deel van dit patroon zijn toegevoegd. Een laag signaal betekent dat de led aan is.

Zoals gezegd is mijn ontwerp eenvoudiger geworden dan het Philips ontwerp en doet het wat het moet doen. Ik hergebruikte de behuizing, de leds, de tilt-schakelaar en de spoel van een theelichtje dat niet meer werkte en creëerde mijn eigen versie met een PIC12F615 met behulp van de JAL-programmeertaal om het apparaat te bedienen.

Stap 1: Analyse van het originele theelichtje

Voordat de kloon kon worden gemaakt, moest ik uitzoeken hoe het originele theelichtje werkte, maar ik kon het maar gedeeltelijk achterhalen omdat het complexer was dan ik aanvankelijk dacht.

Uit metingen bleek het volgende:

• Het kaarspatroon is pseudo-willekeurig omdat het na een tijdje wordt herhaald, waarbij alleen de bovenste led van de twee leds van helderheid verandert. De onderste led brandt continu. Bekijk de video hoe dit werkt
• Het theelichtje maakt gebruik van twee zeer heldere leds met een stroomsterkte van ongeveer 7 mA per led
• Het apparaat schakelt zichzelf uit wanneer de accuspanning onder de 2,1 Volt komt
• Afhankelijk van het ontwerp (zie de video in de laatste stap van deze Instructable) wordt de NiMH-batterij opgeladen met een stroom variërend van 11 mA tot 37 mA

Stap 2: De kloon ontwerpen

In het schematische diagram zie je hoe ik de kloon heb ontworpen. De volgende onderdelen zijn te onderscheiden:

• De gelijkrichterbrug maakt gebruik van vier 1N5818 Schottky-diodes. De reden voor het gebruik van dit type diodes is vanwege de lage spanningsval. Deze brug zet de wisselspanning van de spoel om naar een gelijkspanning voor het apparaat.
• Condensator C1. Het lijkt niet belangrijk, maar deze condensator brengt de laadspoel in resonantie, wat resulteert in een hoge spanningszwaai. Zonder deze condensator zou de spoel niet genoeg stroom opwekken voor het apparaat. In de twee screenshots van de oscilloscoop zie je de spoeluitgangsspanning wanneer deze in een lader wordt geplaatst zonder (enkele piek) en met (sinussignaal) de condensator.
• Zenerdiode D5 met een waarde van 5V1 lijkt een beetje vreemd in dit ontwerp aangezien de voedingsspanning niet hoger wordt dan ongeveer 2,5 V vanwege de twee NiMH-batterijen. Als deze batterijen echter aan het einde van hun levensduur komen, neemt hun spanning toe en zullen de pieken in de spanning van de laadspoel hoger worden dan de maximale spanning die de PIC aankan – wat als 5,5 V is – zodat de Zener deze pieken afsnijdt en beschermt de PIC in die situatie.
• De tilt-schakelaar is verbonden met de interrupt-pin van de PIC. Dit garandeert dat de PIC wordt geactiveerd nadat deze is uitgeschakeld.
• De PIC bestuurt de twee leds rechtstreeks vanuit twee van zijn poorten.

In dit ontwerp is de laadstroom van de batterijen ongeveer 17 mA wanneer ze in de draadloze oplader worden geplaatst. De batterijen hebben een capaciteit van 300 mAh. Dit type batterij is volledig opgeladen bij 14 uur opladen met een stroomsterkte van 1/10 van de capaciteit, in dit geval dus 30 mA. Dit betekent dat het apparaat nooit volledig wordt opgeladen, tenzij het twee keer wordt opgeladen. In de video over het vervangen van de batterij aan het einde van deze Instructable zie je ook dat Philips oplaadbare batterijen gebruikt met een capaciteit van 160 mAh in hun nieuwste ontwerpen.

In de video zie je de werking van het originele theelichtje en de kloon. Zie je welke het origineel is en welke de kloon is?

Stap 3: Vereiste componenten en het bouwen van de kloon

Voor dit project heb je de volgende onderdelen nodig:

• Een stukje breadboard
• PIC-microcontroller 12F615
• 8-pins IC-aansluiting
• Diodes: 4 * 1N5819, 1 * BZX85C5V1
• 2 * 100nF keramische condensatoren
• Weerstanden: 1 * 1 MOhm, 2 * 56 Ohm
• 2 * 3 mm hoge felle led (van een oud theelichtje)
• Kantelschakelaar (van een oud theelichtje)
• Oplaadspoel van een oud theelichtje
• Behuizing van een oud theelichtje

Zie het schema in de vorige paragraaf over het aansluiten van de componenten.

Omdat het ontwerp geen SMD-componenten gebruikt, heeft het meer ruimte nodig dan de originele versie. Hierdoor is het breadboard zo gesneden dat het meer ruimte heeft aan de zijkanten. Dit werkt alleen als je een high tea light hebt. Er zijn ook kleinere versies (zie de video in de laatste stap van deze Instructable), maar het ontwerp past niet tenzij je het met SMD-componenten bouwt.

Op de foto's zie je hoe het toestel werd gebouwd. Merk op dat de bovenste led aan de soldeerzijde van het breadboard is gemonteerd om deze op de andere led te kunnen plaatsen.

Stap 4: De software

Zoals eerder vermeld, is de software geschreven voor een PIC12F615 met behulp van de JAL-programmeertaal.

Aanvankelijk zal de PIC in de slaapstand staan wanneer hij voor de eerste keer wordt ingeschakeld, en in die toestand nauwelijks stroom verbruiken.

De software voert de volgende taken uit:

• Wanneer het apparaat ondersteboven wordt gedraaid, maakt de kantelschakelaar contact met de grond waardoor de PIC uit de slaapstand wordt gehaald.
• Eenmaal wakker zal de onderste led worden ingeschakeld en de bovenste led zal het gekloonde Philips-kaarspatroon gebruiken om de helderheid van de led te wijzigen.
• Tijdens bedrijf meet de PIC de voedingsspanning met behulp van de ingebouwde analoog-naar-digitaalomzetter (ADC). Wanneer deze spanning onder de 2.1V zakt, schakelt hij de leds uit en zet de PIC in de slaapstand. De PIC zou nog steeds goed kunnen werken op 2,1 V, maar het is niet goed voor de oplaadbare batterijen om volledig leeg te raken.

Er is een verschil in hoe het originele theelichtje zich gedraagt in vergelijking met de kloon. Wanneer de batterijspanning onder de 2,1 V komt, zal het originele theelichtje pas starten als het apparaat weer is opgeladen, dus het lijkt erop dat het de voedingsspanning meet bij het opstarten. De kloon zal echter de voedingsspanning meten nadat deze actief is. Dit betekent dat wanneer de voedingsspanning lager is dan 2,1 V de leds korte tijd zullen werken waarna het apparaat weer in slaap valt.

Er is nog een punt waar ik niet achter ben gekomen. Als de batterijen kapot gaan, gaat het originele theelichtje niet meer aan, zelfs niet als de voedingsspanning van de batterij voldoende is (de reden voor mijn aanvankelijke slechte gedachten over het apparaat, weet je nog?). Misschien herinnert het zich dat de batterijen kapot zijn gegaan door een hoge batterijspanning te meten. In de kloon wordt dit niet gedaan. Zelfs als de batterijen stuk zijn en de voedingsspanning hoog wordt - beschermd door de Zener-diode - zal het apparaat werken, maar door de slechte batterij wordt de bedrijfstijd korter.

Het JAL-bronbestand en het Intel Hex-bestand voor het programmeren van de PIC zijn bijgevoegd. Als u geïnteresseerd bent in het gebruik van de PIC-microcontroller met JAL - een Pascal-achtige programmeertaal - bezoek dan de JAL-website.

Stap 5: De oplaadbare batterijen vervangen

Als je de kloon niet wilt bouwen maar alleen de batterij wilt vervangen, bekijk dan deze video. Het laat ook zien hoe het originele theelichtontwerp werd vereenvoudigd, wat helaas resulteerde in een product met een kortere levensduur.

Zoals eerder vermeld, lijkt het nieuwste eenvoudige ontwerp een ander probleem te hebben, omdat deze theelichtjes erg moeilijk aan en uit te zetten zijn. Aanvankelijk dacht ik dat het kwam door een slechte tilt-schakelaar, maar nadat ik deze schakelaar in de kloon opnieuw had gebruikt, werkte het allemaal prima. Dus klonen kan toch een goede optie zijn.

Veel plezier met het bouwen van je eigen project en kijk uit naar je reacties.