ضوء ليلي يعمل بمنفذ USB مع بطارية احتياطية (تصميمان): 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

منذ فترة ، اكتشفت الحاجة إلى ضوء ليلي يعمل بالبطارية لغرفتي. كانت الفكرة أنني لا أرغب في النهوض من السرير في كل مرة أردت فيها إطفاء الضوء للذهاب إلى الفراش. كنت بحاجة أيضًا إلى ضوء لم يكن ساطعًا مثل ضوء غرفة نومي لأن الانتقال من مشرق حقًا إلى مظلم حقًا ليس ممتعًا جدًا للعيون. علاوة على ذلك ، كان لدى شركة الطاقة الخاصة بنا فترة من الوقت حيث تنقطع طاقتنا كل أسبوعين لعدة دقائق في كل مرة … عدة مرات في ذلك الأسبوع المحدد. كان تفكيري هو أنه إذا كانت الطاقة ستنقطع عشوائيًا دون سبب خلال الصيف ، في جميع الأوقات ، فكيف سيكون الحال في الشتاء؟

فيما يلي بعض من احتياجاتي:

• أولاً ، طاقة منخفضة. ما زلت أعمل على هذا الجزء ، لكنه بالفعل منخفض إلى حد ما كما هو.
• أشعر كما لو أنني أستطيع أن أفعل ما هو أفضل بينما أجعله أرخص في نفس الوقت ، وهو الهدف الثاني.
• أيضًا ، بالطبع ، يعمل بالبطارية.
• السطوع - حول مستوى متوسط منخفض ؛ مشرق بما يكفي لمعرفة ما هو كل شيء. كم هو مشرق بالنسبة لك ، سوف تحتاج إلى اختباره. إذا كان ساطعًا جدًا ، فسيكون الأمر صعبًا بعض الشيء على عينيك - خاصة إذا كان عليك إعادة تشغيله بعد إيقاف تشغيله لفترة من الوقت!
• تصميم مضغوط - أردت أن يكون هذا جالسًا على حافة مكتب مزدحم لأن ذلك يحدث في مكان سريري. ليس على المكتب - بجانبه.
• الحد الأدنى من الأجزاء بسبب العنصر السابق في القائمة ويساعد العنصر الثالث.

لقد توصلت إلى تصميم أساسي للغاية. فكرت في الأمر وتوصلت إلى سيناريوهات من شأنها أن تجعل التصميم مزعجًا للاستخدام. على سبيل المثال ، إذا انقطعت الطاقة أثناء الظلام ، سأحتاج إلى طريقة لرؤية مفتاح الطاقة لتشغيله. فكرت في استخدام مفتاح مع مشغل ضوئي وأدخل تيارًا كافيًا من خلاله لجعله يتوهج. سيستخدم القليل من القوة ، ولكن ربما يمكن تعويض ذلك لاحقًا في التصميم. وما يتعلق بذلك ، لن أنتظر حتى يحل الظلام تمامًا قبل تشغيله. كنت سأفعل في وقت ما قبل أن تكون هناك حاجة إليه بالفعل. أيضًا ، ماذا لو نسيت إيقاف تشغيله قبل النوم؟ كنت بحاجة إلى طريقة لحماية البطارية.

بعد المزيد من التفكير ، توصلت إلى تصميم أساسي من شأنه أن يحل الكثير من هذا. كان من المفترض توصيله بالجدار لاكتشاف ما إذا كان هناك انقطاع في التيار الكهربائي عبر دائرة ترانزستور. قررت استخدام هذا لتشغيل مرحل بدلاً من ذلك ، وسيختار المرحل بين البطاريات ومصدر طاقة آخر (على وجه التحديد ، الذي يعمل على تشغيل المرحل) لمصابيح LED.

عندما ذكرت هذا المشروع لشخصين ، اعترفوا بخوفهم من الظلام وأن شيئًا كهذا سيكون مفيدًا. لقد منحني هذا الدافع لمواصلة العمل في المشروع. لقد توصلت منذ ذلك الحين إلى الإصدار المتقدم الذي يعد (في الغالب) مناسبًا للوح اللوح ، لكنني قفزت مباشرة لوضعه على لوحة دوائر مخصصة ، لذلك ليس لدي تعليمات تجميع اللوح. إذا كنت تعرف كيفية اللوح ويمكنك اتباع المخططات ، فلن تواجه مشكلة في توصيلها.

اللوازم:

إذا كنت تريد استخدام الإصدار الأساسي الذي بدأت به ، فاستخدم هذه القائمة:

1. ثؤلول جدار واحد من نوع Sacropped ™ (فكر في شاحن الهاتف القديم أو واحد من مئات الكتل الكهربائية الموجودة في الدرج أو الصندوق في مكان ما ليس لديك أي فكرة عما يذهبون إليه)
2. تم تصنيف مرحل SPDT واحد لجهد العنصر السابق. لقد استخدمت مرحل HVAC قديمًا استبدله فني منذ سنوات عديدة (أنا شخصياً لم أجد شيئًا خاطئًا فيه). مرحلات HVAC محرجة قليلاً: فهي DPST ، لكن مجموعة واحدة من جهات الاتصال مفتوحة عادةً والمجموعة الأخرى مغلقة عادةً. تم تصنيفها أيضًا لـ 24 VAC وقابس الحائط الذي اخترته أخرج 12 VDC.
3. شريط LED أبيض بجهد 12 فولت: لقد استخدمت أحدها ، لكن موقع الويب لم يعد يبيعها. أنت دائمًا حر في التكيف مع ما لديك أو يمكنك الوصول إليه ، أو حتى تصميمه بنفسك.
4. مفتاح SPST واحد
5. بطارية واحدة أو أكثر. لقد استخدمت بطاريتي فانوس 6 فولت في سلسلة ، على الرغم من أنني أردت استخدام بطارية فانوس واحدة بجهد 12 فولت.
6. طريقة ما لربطها جميعًا معًا

إذا كنت تريد عمل الإصدار المحسن ، فاستخدم هذه القائمة:

1. مصدر طاقة خارجي واحد 5 فولت تيار مستمر. ذهب هذا التصميم مباشرة إلى PCB (المزيد حول هذا لاحقًا) ، لذلك قمت بصفع قابس أنثى USB من النوع B هناك. يمكنك قطع طرف كبل USB Sacrimity ™ ونزع الأسلاك (تحتاج فقط إلى سلك 5 Volt و GND)
2. مصدر طاقة احتياطي واحد ، أي البطارية
3. مرحل DPDT واحد بجهد 5 فولت. لقد استخدمت هذا. انها صديقة اللوح!
4. مفتاح DPST واحد
5. منظم جهد واحد LM7805 (هنا)
6. مكثف واحد 0.22 فائق التوهج (اختياري). تشير ورقة البيانات إلى أنه يجب أن يكون نوعًا من السيراميك ، لكنها لا تقول صراحة أنه يجب أن يكون كما هو الحال بالنسبة لمكثف الإخراج (الذي لم أضفه)
7. خمسة مقاومات محددة للتيار لمصابيح LED أو (يفضل) ناقل المقاوم. تحتوي مصابيح LED الموجودة في هذه القائمة على انخفاض في الجهد بمقدار 3.3 فولت وقد حسبت 85 أوم على أنها المقاومة المطلوبة. لقد استخدمت ناقل مقاوم بمقاومة 150 أوم ، وجدت هنا.
8. صمام ثنائي واحد 1N4004
9. خمسة مصابيح بيضاء (3v3 @ 20mA)
10. طريقة لربطها جميعًا معًا

إذا كنت تريد إصدار لوحة الدوائر ، فهي عمومًا نفس القائمة أعلاه ولكن مع بعض الاختلافات:

1. من الواضح أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يتم تحميل التصميم حاليًا إلى OSH Park فقط ويبيعون اللوحات على دفعات من ثلاث مرات. يمكنك الحصول على السبورة هنا.
2. يحتوي على مكان للكتل الطرفية ولكن يمكن لحام الأسلاك مباشرة باللوحة. لقد استخدمت هذا النمط.
3. مشبك بطارية واحد (استخدمت بطارية 9 فولت)
4. موصل USB المذكور من قبل. اخترت النوع B وليس المصغر أو الصغير B لأن هذين النوعين هشان بعض الشيء بالنسبة لي.

الخطوة 1: الإصدار الأساسي Extrmely

بسبب ما كنت أعمل معه في ذلك الوقت ، واجهت الكثير من التحديات. تم رسم التتابع الذي حصلت عليه في الصورة الأولى. في حين أن ما توصلت إليه لم يكن مثاليًا بأي حال من الأحوال ، فقد نجح (الصورة الثانية). لقد قمت بتحويل مرحل DPST المحرج إلى SPDT عن طريق تقصير محطتين معًا لإنشاء دبوس مشترك. ذهب هذا الاتصال إلى المفتاح ، ثم إلى شريط LED ، ثم إلى الأرض. بنك البطارية الذي صنعته - ذهب الجانب الإيجابي إلى اتصال NC على التتابع. تم توصيل ملف الترحيل بالإمداد الخارجي ، مما سيبقي التتابع في وضع "التشغيل". يتصل مصدر الطاقة أيضًا بـ NO على المرحل. جميع الأسباب مرتبطة ببعضها البعض.

النظرية هي أنه بينما يحصل على طاقة خارجية ، يظل المرحل في حالة "تشغيل" ، وبالتالي يتم إغلاق اتصال NO ووصلة NC مفتوحة. هذا يعني أن الاتصال المشترك يحصل على الطاقة من المصدر الخارجي. في حالة فقدان الطاقة ، يعود المرحل إلى حالة "إيقاف التشغيل" ويبدأ الاتصال المشترك في الحصول على الطاقة من البطاريات. مهما كان المصدر ، يتحكم المفتاح في الطاقة لشريط LED. الأرضية المشتركة بين كل شيء تسمح بدائرة كاملة في أي من الحالتين.

لقد استخدمت موصلات سلكية فعلية في معظم الدوائر حتى لا أضطر إلى لحام أي شيء. لتوصيل البطاريات (تحتوي على أطراف زنبركية) ، استخدمت خيوط اختبار Sacrustra ™ (مشابك التمساح ذات الأسلاك المرفقة) عن طريق تقطيع واحد إلى نصفين وتجريد الأسلاك (وإضافة موصلات الأسلاك). لا يزال الجهاز المستخدم لتوصيل كلتا البطاريتين معًا قطعة واحدة. يتم تثبيت كل شيء على صندوق شحن SparkFun أحمر.

ليس لدي صور للمنتج النهائي ، لكنني سألتقط بعض الصور عند الطلب.

الخطوة 2: الإصدار المتقدم

تمكنت أخيرًا من طلب الأجزاء اللازمة لعمل نسخة جيدة بالفعل من الدائرة (التي رسمتها بالفعل). كانت التغييرات المهمة التي تم إجراؤها في هذا التصميم هي تصميمه للعمل من مصدر 5 فولت منظم وأيضًا لا يتم تشغيل التتابع باستمرار. اضطررت إلى تبديل المفتاح بنوع DPST أيضًا. إن نظرية العملية مجرد لمسة أكثر تعقيدًا.

بالنظر إلى نصف البطارية في الدائرة ، دعنا نقول أن المفتاح مغلق. لا يزال التتابع سلكيًا بحيث تؤدي حالة "إيقاف التشغيل" الخاصة به إلى توصيل البطارية بمنظم 5 فولت ، ثم يتم إعادة إخراج المنظم إلى المرحل (أحد توصيلات NC) ، ثم مصابيح LED. يتم توصيل المفتاح بين البطارية والمرحل لكسر الدائرة ومنع تدفق التيار. إذا تم تشغيل المفتاح ، فسيكون التيار قادرًا على التدفق عبر الدائرة.

بالنظر إلى النصف الآخر من الدائرة ، نرى أن الطاقة من USB يتم تشغيلها على الفور في المحول ، ثم ملف المرحل وواحد من توصيلات NO على التتابع. تتم مشاركة الدبوس المشترك لهذا الاتصال مع اتصال NC المذكور سابقًا ، وبالتالي فهذه هي مجموعة جهات الاتصال التي تقوم بالتبديل فعليًا بين مصادر الطاقة. مجموعة أخرى من جهات الاتصال لحماية منظم الجهد. في حالة تشغيل المفتاح ، يتم تشغيل المرحل ويرسل الطاقة الخارجية إلى مصابيح LED.

يتم توصيل الصمام الثنائي بالتوازي (ولكن في الاتجاه المعاكس) بالمرحل لتقليل جهد الطيران الخلفي عندما يتحول المرحل من وضع "التشغيل" إلى وضع "إيقاف التشغيل" عند فقد الطاقة. هذا لحماية مصدر الطاقة: أي شاحن هاتف USB أو منفذ USB للكمبيوتر الشخصي.

يمكن استبعاد المكثف. لا تحدد ورقة البيانات الخاصة بالمنظم مدى "البعد عن مرشح مزود الطاقة" ، لذلك اعتقدت أنني قد أدرجها أيضًا على أي حال.

الخطوة 3: إصدار PCB

إصدار PCB هو نفس الإصدار المتقدم تمامًا ، ولكن على لوحة دائرة كهربائية. يتم تثبيت جميع الأجزاء في الجزء العلوي من اللوحة ويتم تمييزها بأرقام الأجزاء (أو بعض المعلومات المهمة الأخرى) بحيث يمكنك العثور على أجزاء بديلة أو بديلة كما هو مطلوب أو مرغوب. يحتوي إدخال البطارية (المعزول عن إدخال المفتاح) على إدخال (+) ومدخل (-). يتم تمييز الجانب (+) بعلامة (+).

يحتوي إدخال المحول على قسم A وقسم B ، تم تسميتهما بـ A و B. المحطتان المحيطتان بـ "A" هي الإدخال A. وبالمثل ، فإن المحطات B تحيط بـ "B."

تتميز أيضًا بفتحتين للتركيب بالقرب من قابس USB. ليس لديهم توصيلات كهربائية بأي شيء ، ولا حتى لبعضهم البعض.

تم التقاط الصور الثلاث في أوقات مختلفة. الأول هو اللوحة الفارغة. والثاني عبارة عن لوحة مأهولة جزئيًا بأجزاء مختلطة. والثالث هو اللوحة المكتملة باستخدام جميع الأجزاء المطلوبة.

تحرير ما قبل النشر:

حاولت إرفاق ملفات KiCAD (كملف مضغوط) لكنني حصلت على خطأ. سنجد طريقة أخرى للإرفاق لاحقًا.