Llum de nit alimentada per USB amb còpia de seguretat de la bateria (dos dissenys): 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Fa un temps, vaig descobrir la necessitat d’una llum nocturna amb bateria per a la meva habitació. La idea era que no volia aixecar-me del llit cada vegada que volia apagar la llum per anar a dormir. També necessitava una llum que no fos tan brillant com la del meu dormitori, perquè passar de molt brillant a molt fosc no és molt divertit als ulls. I a més, la nostra companyia elèctrica tenia un període de temps en què la nostra energia sortia cada parell de setmanes durant diversos minuts a la vegada … diverses vegades aquesta setmana en concret. El meu pensament era si el poder es desaprofitaria a l'atzar sense cap motiu durant l'estiu, de totes les maneres, com seria a l'hivern?

Aquí hi ha algunes de les meves necessitats:

• En primer lloc, baixa potència. Encara estic treballant en aquesta part, però ja és bastant baix tal com és.
• Em sento com si pogués fer-ho millor i al mateix temps abaratir-lo, que era el segon objectiu.
• També, per descomptat, amb bateria.
• Brillantor: aproximadament un nivell mitjà-baix; prou brillant per veure què és tot. Què tan brillant és per a vosaltres, haureu de provar-ho. Si és massa brillant, us resultarà una mica difícil, sobretot si l’heu de tornar a encendre després d’haver estat apagat durant un temps.
• Disseny compacte: volia que estigués assegut a la vora d’un escriptori desordenat perquè és allà on s’assenta el meu llit. No a l’escriptori, al costat.
• Parts mínimes a causa de l'element anterior de la llista i ajuda al tercer element.

Vaig arribar a un disseny extremadament bàsic. Hi vaig pensar i em van semblar escenaris que fessin que el disseny fos molest d’utilitzar. Per exemple, si l’alimentació s’apagava mentre era fosc, necessitaria una manera de veure l’interruptor d’encesa per engegar-lo. Vaig pensar en utilitzar un interruptor amb un actuador il·luminat i només hi posava prou corrent per fer-lo brillar. Usaria una mica més de potència, però potser això es podria compensar més endavant en el disseny. I, relacionat, no esperaria fins que fos completament fosc abans d’encendre’l. En algun moment ho faria abans que fos realment necessari. A més, i si m’oblidava d’apagar-lo abans d’anar a dormir? Necessitava una manera de protegir la bateria.

Després d’haver reflexionat més, vaig arribar a un disseny bàsic que solucionaria molt d’això. Estava destinat a connectar-se a la paret per detectar si hi ha un tall d’alimentació mitjançant un circuit de transistor. Vaig decidir utilitzar-lo per alimentar un relé i el relé seleccionaria entre les bateries i una altra font d'alimentació (específicament, la que alimenta el relé) per als LEDs.

Quan vaig mencionar aquest projecte a un parell de persones, van admetre que temien la foscor i alguna cosa així seria útil. Això m’ha motivat per continuar treballant en el projecte. Des de llavors he creat la versió avançada que és (sobretot) compatible amb les taules de pa, però he saltat directament a posar-la en una placa de circuit personalitzada, de manera que no tinc instruccions de muntatge de taules de pa. Si sabeu fer taulers de suport i podeu seguir esquemes, no hauríeu de tenir cap problema en connectar-lo.

Subministraments:

Si voleu utilitzar la versió bàsica amb què vaig començar, utilitzeu aquesta llista:

1. Una berruga de paret Sacrificial ™ (penseu en el carregador de telèfon antic o en un dels centenars de blocs d'alimentació que teniu en un calaix o caixa en algun lloc on no teniu ni idea de a què van)
2. Un relé SPDT nominal a la tensió de l’element anterior. Vaig utilitzar un vell relé HVAC que un tècnic va substituir fa molts anys (personalment no hi vaig trobar res de dolent). Els relés HVAC són una mica incòmodes: són DPST, però un conjunt de contactes normalment estan oberts i l’altre conjunt està normalment tancat. També estan classificats per a 24 VCA i el meu endoll de paret que he triat apaga 12 VDC.
3. Una barra LED blanca de 12 volts: n'he utilitzat una, però el lloc web ja no les ven. Sempre és lliure d’adaptar-se a allò que té o pot accedir, o fins i tot dissenyar el seu propi compte.
4. Un commutador SPST
5. Una o més bateries. Vaig utilitzar dues bateries de llanternes de 6 volts en sèrie, tot i que volia utilitzar una sola bateria de llanternes de 12 volts.
6. Alguna manera de connectar-ho tot

Si voleu fer la versió millorada, utilitzeu aquesta llista:

1. Una font d'alimentació externa de 5 V CC. Aquest disseny es va dirigir directament a PCB (més sobre això més endavant), així que vaig posar un endoll femella USB tipus B allà. Podeu tallar l'extrem d'un cable USB Sacrificial ™ i desfer els cables (només necessiteu el cable de 5 volts i el GND)
2. Una font d'alimentació de seguretat, és a dir, la bateria
3. Un relé DPDT de 5 volts. He utilitzat això. És ideal per a taulers de pa!
4. Un commutador DPST
5. Un regulador de tensió LM7805 (aquí)
6. Un condensador de 0,22 uF (opcional). El full de dades implica que hauria de ser de tipus ceràmic, però no diu explícitament que sigui com per al condensador de sortida (que no he afegit)
7. Cinc resistències de limitació de corrent per als LED o (preferiblement) un bus de resistències. Els LED d’aquesta llista tenen una caiguda de voltatge de 3,3 V i he calculat 85 ohms com a resistència necessària. He utilitzat un bus de resistències amb una resistència de 150 Ohms, que es troba aquí.
8. Un díode 1N4004
9. Cinc LED blancs (3v3 @ 20mA)
10. Una manera de connectar-ho tot

Si voleu la versió de la placa de circuit, en general és la mateixa llista anterior, però amb algunes diferències:

1. Viouslybviament, el PCB. Actualment, el disseny només es penja a OSH Park i venen taulers per lots de tres. Podeu obtenir el tauler aquí.
2. Té un punt per a blocs de terminals, però els cables es poden soldar directament a la placa. He utilitzat aquest estil.
3. Un clip de bateria (he utilitzat una bateria de 9V)
4. El connector USB esmentat anteriorment. Vaig triar el tipus B i no el mini ni el micro B, perquè aquests dos són una mica massa fràgils per al meu gust.

Pas 1: la versió extremadament bàsica

A causa del que treballava en aquell moment, tenia molts reptes per afrontar. El relleu que tenia es dibuixa a la primera foto. Tot i que el que em va semblar no era l’ideal, no va funcionar (segona foto). Vaig convertir el meu incòmode relé DPST a SPDT en curtcircuitar dos terminals junts per fer un pin comú. Aquesta connexió va anar al commutador, després a la barra LED, i després a terra. El banc de bateries que vaig fer: el costat positiu va ser la connexió NC del relé. La bobina del relé estava connectada al subministrament extern, que mantindria el relé en la seva posició "encès". La font d'alimentació també es connecta a la connexió NO del relé. Tots els terrenys estan connectats entre si.

La teoria és que, mentre rep alimentació externa, el relé es manté en estat "encès", de manera que la connexió NO es tanca i la connexió NC està oberta. Això significa que la connexió comuna és obtenir energia de la font externa. Si es perd l'alimentació, el relé torna a estar "apagat" i la connexió comuna comença a alimentar-se de les bateries. Independentment de la font, l’interruptor controla l’alimentació de la barra LED. El punt comú entre tot permet un circuit complet en qualsevol de les situacions.

Vaig utilitzar connectors de cable reals a la major part del circuit, de manera que no hauria de soldar res. Per connectar les bateries (tenen terminals de moll), he utilitzat cables de prova Sacrificial ™ (clips de cocodril amb cables connectats) tallant-ne una per la meitat i despullant els cables (i els connectors de cable afegits). La que s’utilitza per connectar les dues bateries entre si continua sent d’una sola peça. Tot està muntat en una caixa d’enviament vermella SparkFun.

No tinc fotos del producte final, però en faré algunes si se'm sol·licita.

Pas 2: la versió avançada

Finalment vaig poder demanar les peces necessàries per fer una versió realment bona del circuit (que ja havia traçat). Els canvis importants que es van fer en aquest disseny van ser dissenyar-lo perquè funcionés amb un subministrament regulat de 5V i també que el relé no s’alimentés constantment. També vaig haver de canviar l'interruptor per un tipus DPST. La teoria de l'operació és només un toc més complex.

Si mirem la meitat del circuit de la bateria, suposem que l’interruptor està apagat. El relé encara està cablejat de manera que el seu estat "apagat" fa que la bateria estigui connectada al regulador de 5 volts, i després la sortida del regulador es torna a alimentar al relé (una de les connexions NC) i després als LED. El commutador està connectat entre la bateria i el relé per trencar el circuit i evitar que flueixi corrent. Si l’interruptor està engegat, el corrent podrà circular pel circuit.

Observant l’altra meitat del circuit, veiem que l’alimentació de l’USB es realitza immediatament al commutador, després a la bobina del relé i a una de les connexions NO del relé. El pin comú d'aquesta connexió es comparteix amb la connexió NC esmentada anteriorment, per tant, aquest és el conjunt de contactes que realment canvien entre fonts d'alimentació. L’altre conjunt de contactes són per protegir el regulador de tensió. Si l’interruptor està engegat, el relé s’encén i envia l’alimentació externa als LED.

El díode està connectat paral·lel (però a la inversa) al relé per reduir el voltatge de retrocés quan el relé passa de la seva posició "activada" a "apagada" en cas de pèrdua d'energia. Es tracta de protegir la font d’energia: és a dir, un carregador de telèfon USB o un port USB de la PC.

Es pot excloure el condensador. El full de dades del regulador no especifica fins a quin punt es troba "lluny del filtre de subministrament d'energia", així que vaig pensar que també podria incloure'l.

Pas 3: la versió de PCB

La versió de PCB és exactament igual que la versió avançada, però en una placa de circuit. Totes les peces estan muntades a la part superior del tauler i estan etiquetades amb els números de peça (o alguna altra informació important) perquè pugueu trobar peces de recanvi o de substitució segons vulgueu o desitgeu. L'entrada de la bateria (aïllada de l'entrada del commutador) té una entrada (+) i una entrada (-). El costat (+) està etiquetat amb un (+).

L'entrada del commutador tenia una secció A i una secció B, que estan etiquetades amb A i B. Els dos terminals que envolten la "A" són l'entrada A. De la mateixa manera, els terminals B envolten la "B."

També hi ha dos forats de muntatge propers a l’endoll USB. No tenen connexions elèctriques a res, ni tan sols entre elles.

Les tres fotos es van fer en diferents moments. El primer és el tauler en blanc. El segon és un tauler parcialment poblat amb parts mixtes. El tercer és el tauler completat amb totes les parts requerides.

Edició prèvia a la publicació:

Vaig intentar adjuntar els fitxers KiCAD (com a cremallera), però he tingut un error. Trobareu una altra manera d’adjuntar-la més endavant.