Đèn ngủ hỗ trợ USB W / Pin dự phòng (Hai kiểu dáng): 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Một thời gian trở lại đây, tôi phát hiện ra nhu cầu về một chiếc đèn ngủ chạy bằng pin cho phòng của mình. Ý tưởng là tôi không muốn rời khỏi giường mỗi khi tôi muốn tắt đèn để đi ngủ. Tôi cũng cần một loại đèn không sáng bằng đèn phòng ngủ của tôi bởi vì đi từ thực sự sáng đến thực sự tối không vui mắt cho lắm. Và trên hết, công ty điện lực của chúng tôi đã có một khoảng thời gian mà điện của chúng tôi sẽ bị ngắt mỗi vài tuần trong vài phút tại một thời điểm… nhiều lần trong tuần cụ thể đó. Suy nghĩ của tôi là nếu nguồn điện bị tắt một cách ngẫu nhiên mà không có lý do trong suốt mùa hè, trong mọi thời điểm, thì vào mùa đông sẽ như thế nào?

Đây là một vài nhu cầu của tôi:

• Đầu tiên, công suất thấp. Tôi vẫn đang làm việc trên phần này, nhưng hiện tại nó đã khá thấp.
• Tôi cảm thấy như thể mình có thể làm tốt hơn đồng thời làm cho nó rẻ hơn, đó là mục tiêu thứ hai.
• Ngoài ra, tất nhiên, chạy bằng pin.
• Độ sáng - ở mức trung bình thấp; đủ sáng để xem mọi thứ là gì. Điều này sáng sủa như thế nào đối với bạn, bạn sẽ cần phải kiểm tra nó. Nếu quá sáng, nó sẽ hơi khó nhìn vào mắt bạn - đặc biệt là nếu bạn phải bật lại sau khi tắt một lúc!
• Thiết kế nhỏ gọn - Tôi muốn cái này được đặt trên mép của một chiếc bàn lộn xộn vì đó là nơi tôi đặt giường. Không phải trên bàn làm việc - bên cạnh nó.
• Các phần tối thiểu vì mục trước trong danh sách và nó giúp mục thứ ba.

Tôi đã nghĩ ra một thiết kế Cực kỳ Cơ bản. Tôi đã suy nghĩ về nó và tôi đã đưa ra các tình huống có thể làm cho kiểu thiết kế trở nên khó chịu khi sử dụng. Ví dụ, nếu mất điện trong khi trời tối, tôi cần một cách để xem công tắc nguồn để bật nó lên. Tôi đã cân nhắc sử dụng một công tắc có bộ truyền động được chiếu sáng và chỉ đặt dòng điện đủ qua nó để làm cho nó phát sáng. Nó sẽ chỉ sử dụng nhiều năng lượng hơn một chút, nhưng có thể điều đó có thể được bù đắp sau này trong thiết kế. Và, liên quan, tôi sẽ không đợi cho đến khi trời tối hẳn rồi mới bật nó lên. Tôi sẽ làm tại một số thời điểm trước khi nó thực sự cần thiết. Ngoài ra, nếu tôi quên tắt nó trước khi đi ngủ thì sao? Tôi cần một cách để bảo vệ pin.

Sau khi suy nghĩ thêm, tôi đã nghĩ ra một Thiết kế cơ bản sẽ giải quyết được rất nhiều điều này. Nó được cắm vào tường để phát hiện xem có mất điện hay không thông qua mạch bán dẫn. Tôi quyết định sử dụng điều này để cấp nguồn cho rơ le thay thế và rơ le sẽ chọn giữa pin và nguồn điện khác (cụ thể là nguồn cấp điện cho rơ le) cho các đèn LED.

Khi tôi đề cập đến dự án này với một vài người, họ thừa nhận rằng họ sợ bóng tối và những thứ như thế này sẽ hữu ích. Điều này đã cho tôi động lực để tiếp tục làm việc với dự án. Kể từ đó, tôi đã nghĩ ra Phiên bản nâng cao (hầu hết) thân thiện với breadboard, nhưng tôi đã chuyển thẳng sang đặt nó trên bảng mạch tùy chỉnh, vì vậy tôi không có hướng dẫn lắp ráp breadboard. Nếu bạn biết làm thế nào để breadboard và có thể làm theo các sơ đồ, bạn sẽ không gặp vấn đề gì khi nối dây nó.

Quân nhu:

Nếu bạn muốn sử dụng Phiên bản Cơ bản mà tôi đã bắt đầu, hãy sử dụng danh sách này:

1. Một chiếc mụn cóc trên tường Sacrifting ™ (hãy nghĩ đến bộ sạc điện thoại cũ hoặc một trong hàng trăm khối nguồn bạn có trong ngăn kéo hoặc hộp ở đâu đó mà bạn không biết chúng sẽ đi đến đâu)
2. Một rơ le SPDT định mức cho điện áp của mục trước đó. Tôi đã sử dụng một rơ le HVAC cũ mà một kỹ thuật viên đã thay thế nhiều năm trước (cá nhân tôi không thấy lỗi gì với nó). Các rơ le HVAC hơi khó xử: chúng là DPST, nhưng một bộ tiếp điểm thường mở và bộ còn lại thường đóng. Chúng cũng được đánh giá cho 24 VAC và phích cắm tường đã chọn của tôi có 12 VDC.
3. Một thanh LED trắng 12 Volt: Tôi đã sử dụng một trong số này, nhưng trang web không bán chúng nữa. Bạn luôn tự do thích nghi với những gì bạn có hoặc có thể truy cập, hoặc thậm chí thiết kế của riêng bạn.
4. Một công tắc SPST
5. Một hoặc nhiều pin. Tôi đã sử dụng hai pin đèn lồng 6 Volt nối tiếp, mặc dù tôi muốn sử dụng một pin đèn lồng 12 Volt duy nhất.
6. Một số cách để kết nối tất cả với nhau

Nếu bạn muốn tạo Phiên bản cải tiến, hãy sử dụng danh sách này:

1. Một nguồn điện 5 VDC bên ngoài. Thiết kế này đi thẳng đến PCB (sẽ nói thêm về phần này sau), vì vậy tôi đã gắn một đầu cắm USB loại B vào đó. Bạn có thể cắt phần cuối của cáp USB Sacrinating ™ và tháo dây (bạn chỉ cần dây 5 Vôn và GND)
2. Một nguồn điện dự phòng, tức là pin
3. Một rơ le DPDT định mức 5 Volt. Tôi đã sử dụng cái này. Nó thân thiện với breadboard!
4. Một công tắc DPST
5. Một bộ điều chỉnh điện áp LM7805 (tại đây)
6. Một tụ điện 0,22uF (tùy chọn). Biểu dữ liệu ngụ ý nó phải là loại gốm, nhưng nó không nói rõ ràng nó phải giống như nó đối với tụ điện đầu ra (mà tôi không thêm vào)
7. Năm điện trở hạn chế dòng điện cho đèn LED hoặc (tốt nhất là) một bus điện trở. Các đèn LED trong danh sách này có điện áp giảm 3,3V và tôi đã tính toán 85 Ohms là điện trở cần thiết. Tôi đã sử dụng một xe buýt điện trở với điện trở 150 Ohms, được tìm thấy ở đây.
8. Một diode 1N4004
9. Năm đèn LED trắng (3v3 @ 20mA)
10. Một cách để kết nối tất cả lại với nhau

Nếu bạn muốn có Phiên bản bảng mạch, thì danh sách này thường giống với danh sách ở trên nhưng có một số điểm khác biệt:

1. Rõ ràng là PCB. Thiết kế hiện chỉ được tải lên OSH Park và họ bán bảng theo từng đợt ba. Bạn có thể lấy bảng ở đây.
2. Nó có một chỗ cho các khối thiết bị đầu cuối nhưng dây có thể được hàn trực tiếp vào bảng. Tôi đã sử dụng phong cách này.
3. Một kẹp pin (tôi đã sử dụng pin 9V)
4. Đầu nối USB đã đề cập trước đây. Tôi chọn loại B chứ không phải loại mini hay micro B vì hai loại đó hơi mỏng manh so với sở thích của tôi.

Bước 1: Phiên bản vô cùng cơ bản

Vì những gì tôi đang làm việc vào thời điểm đó, tôi có rất nhiều thách thức phải đối mặt. Rơ le tôi đã có được rút ra trong hình đầu tiên. Mặc dù những gì tôi nghĩ ra không lý tưởng bằng bất kỳ phương tiện nào, nhưng nó đã hoạt động (ảnh thứ hai). Tôi đã chuyển đổi rơle DPST khó xử của mình thành SPDT bằng cách nối tắt hai thiết bị đầu cuối với nhau để tạo một chân chung. Kết nối này đi đến công tắc, sau đó đến thanh LED, sau đó nối đất. Ngân hàng pin tôi đã thực hiện - mặt tích cực đi đến kết nối NC trên rơ le. Cuộn dây của rơ le được kết nối với nguồn cung cấp bên ngoài, sẽ giữ cho rơ le ở vị trí "bật" của nó. Nguồn điện cũng kết nối với kết nối NO trên rơ le. Tất cả các mặt bằng được kết nối với nhau.

Lý thuyết là trong khi nhận nguồn điện bên ngoài, rơle vẫn ở trạng thái "bật", do đó kết nối NO bị đóng và kết nối NC mở. Điều này có nghĩa là kết nối thông thường đang lấy điện từ nguồn bên ngoài. Nếu mất điện, rơ le sẽ trở lại trạng thái "tắt" và kết nối chung bắt đầu lấy điện từ pin. Dù nguồn là gì, công tắc điều khiển nguồn cho thanh LED. Điểm chung giữa mọi thứ cho phép một mạch hoàn chỉnh trong cả hai tình huống.

Tôi đã sử dụng các đầu nối dây thực tế trên hầu hết các mạch để tôi không phải hàn bất cứ thứ gì. Để kết nối pin (chúng có đầu cực lò xo), tôi đã sử dụng dây dẫn thử nghiệm Sacrinating ™ (kẹp cá sấu có gắn dây) bằng cách cắt một nửa và tước dây (và thêm đầu nối dây). Cái được dùng để kết nối cả hai cục pin với nhau vẫn còn nguyên một cục. Mọi thứ được gắn vào một hộp vận chuyển SparkFun màu đỏ.

Tôi không có hình ảnh của sản phẩm cuối cùng, nhưng tôi sẽ chụp một số nếu được yêu cầu.

Bước 2: Phiên bản nâng cao

Cuối cùng tôi đã có thể đặt hàng các bộ phận cần thiết để tạo ra một phiên bản thực sự tốt của mạch (mà tôi đã vẽ sẵn). Những thay đổi quan trọng được thực hiện trong thiết kế này là thiết kế nó hoạt động dựa trên nguồn 5V được điều chỉnh và rơ le cũng không được cấp điện liên tục. Tôi cũng đã phải hoán đổi công tắc cho một loại DPST. Lý thuyết hoạt động chỉ là một liên lạc phức tạp hơn.

Nhìn vào nửa mạch pin, giả sử công tắc đã tắt. Rơ le vẫn được nối dây để trạng thái "tắt" của nó làm cho pin được kết nối với bộ điều chỉnh 5 Volt, sau đó đầu ra của bộ điều chỉnh được đưa trở lại vào rơ le (một trong các kết nối NC), sau đó là đèn LED. Công tắc được nối dây giữa pin và rơ le để ngắt mạch và giữ cho dòng điện không chạy. Nếu công tắc được bật, thì dòng điện sẽ có thể chạy qua mạch.

Nhìn vào nửa mạch còn lại, ta thấy nguồn điện từ USB được chạy ngay vào công tắc, sau đó là cuộn dây của rơ le và một trong các kết nối NO trên rơ le. Chân chung của kết nối này được chia sẻ với kết nối NC đã đề cập trước đó, do đó đây là tập hợp các tiếp điểm thực sự chuyển đổi giữa các nguồn điện. Bộ tiếp điểm còn lại dùng để bảo vệ bộ điều chỉnh điện áp. Nếu công tắc được bật, rơ le sẽ bật và gửi nguồn điện bên ngoài đến các đèn LED.

Diode được nối song song (nhưng ngược lại) với rơ le để giảm điện áp bay ngược khi rơ le chuyển từ vị trí "bật" sang "tắt" khi mất điện. Điều này là để bảo vệ nguồn điện: tức là bộ sạc điện thoại USB hoặc cổng USB PC.

Tụ điện có thể được loại trừ. Biểu dữ liệu cho bộ điều chỉnh không chỉ định "bao xa so với bộ lọc cung cấp điện", vì vậy tôi nghĩ rằng tôi cũng có thể bao gồm nó.

Bước 3: Phiên bản PCB

Phiên bản PCB giống hệt như Phiên bản nâng cao, nhưng trên một bảng mạch. Tất cả các bộ phận được gắn lên đầu bảng và được dán nhãn với số bộ phận (hoặc một số thông tin quan trọng khác) để bạn có thể tìm thấy các bộ phận thay thế hoặc thay thế theo yêu cầu hoặc mong muốn. Đầu vào pin (cách ly với đầu vào công tắc) có đầu vào (+) và đầu vào (-). Bên (+) được gắn nhãn (+).

Đầu vào công tắc có phần A và phần B, được gắn nhãn A và B. Hai thiết bị đầu cuối bao quanh chữ "A" là đầu vào A. Tương tự như vậy, các thiết bị đầu cuối B bao quanh chữ "B."

Ngoài ra còn có hai lỗ gắn kết gần với đầu cắm USB. Chúng không có kết nối điện với bất cứ thứ gì, thậm chí không phải với nhau.

Ba bức ảnh được chụp vào những thời điểm khác nhau. Đầu tiên là bảng trống. Thứ hai là một bảng có dân số một phần với các phần hỗn hợp. Thứ ba là bảng đã hoàn thành bằng cách sử dụng tất cả các phần được gọi.

Chỉnh sửa trước khi đăng:

Tôi đã cố gắng đính kèm các tệp KiCAD (dưới dạng zip) nhưng tôi gặp lỗi. Sẽ tìm cách khác để đính kèm sau.