Đế cắm điện thoại điều khiển Arduino có đèn: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Ý tưởng đã đủ đơn giản; tạo đế sạc điện thoại chỉ bật đèn khi điện thoại đang sạc. Tuy nhiên, như thường lệ, những thứ có vẻ đơn giản ban đầu có thể trở nên phức tạp hơn một chút trong quá trình thực hiện của chúng. Đây là câu chuyện về cách tôi tạo ra một đế sạc điện thoại kép để hoàn thành nhiệm vụ đơn giản của mình.

Bước 1: Những gì tôi đã sử dụng

Đây không phải là danh sách đầy đủ về mọi thứ tôi đã sử dụng, nhưng tôi muốn đưa ra ý tưởng chung về các thành phần chính mà tôi đã sử dụng. Tôi đã bao gồm các liên kết Amazon cho hầu hết các thành phần này. (Lưu ý rằng tôi nhận được một khoản hoa hồng nhỏ từ Amazon nếu bạn sử dụng các liên kết này. Cảm ơn!)

Arduino Uno: https://amzn.to/2c2onfeAdafruit 5V DC Current Sensor (x2): https://amzn.to/2citA0S2-Channel Solid State Relay: https://amzn.to/2cmKfkA Hộp USB 4 cổng: https://amzn.to/2cmKfkA Cáp USB gắn bảng điều khiển 1 '(x2): https://amzn.to/2cmKfkA Cáp USB AB 6 :

Tôi cũng đã sử dụng các nguồn cung cấp sau đây mà tôi nhặt được tại cửa hàng phần cứng: 4 Hộp ống dẫn nhựa "x4" (x2) Bóng đèn Edison 40W (x2) Ổ cắm bóng đèn Giá đỡ bóng đèn có ống thép đen được phân loại (3/8 ") Phụ kiện ống đồng các loại3 'Dây nối dài Dây Nuts

Bước 2: Thử nghiệm, thiết kế & đấu dây

Để xác định thời điểm điện thoại đang sạc, dòng điện đến điện thoại cần được theo dõi liên tục. Mặc dù tôi chắc rằng có những thiết kế mạch điện có thể đo dòng điện và điều khiển rơ le dựa trên mức dòng điện, tôi không phải là một chuyên gia về điện và không muốn xây dựng một mạch điện tùy chỉnh. Từ một số kinh nghiệm, tôi biết rằng một vi điều khiển nhỏ (Arduino) có thể được sử dụng để đo dòng điện và sau đó điều khiển một rơ le để bật và tắt đèn. Sau khi tìm thấy một cảm biến dòng điện một chiều nhỏ của Adafruit, tôi bắt đầu thử nghiệm kết nối nó với cáp USB để đo dòng điện chạy qua nó khi nó sạc điện thoại. Một cáp USB 2.0 điển hình có 4 dây: trắng, đen, xanh lá cây và đỏ. Vì các dây màu đen và đỏ truyền điện qua cáp, một trong hai dây này có thể được sử dụng để đo dòng điện - tôi đã sử dụng dây màu đỏ. Một cảm biến dòng điện điển hình cần được đặt thẳng hàng với dòng điện (dòng điện cần chạy qua cảm biến) và cảm biến Adafruit không phải là một ngoại lệ đối với quy tắc này. Dây màu đỏ được cắt với hai đầu đã cắt được gắn vào hai đầu vít trên cảm biến dòng điện. Cảm biến Adafruit được kết nối với Arduino và tôi đã viết một số mã đơn giản để báo cáo dòng điện chạy qua cảm biến. Thí nghiệm đơn giản này cho tôi thấy rằng một chiếc điện thoại sạc được từ 100 đến 400 mA. Sau khi điện thoại được sạc hoàn toàn, dòng điện hiện tại sẽ giảm xuống dưới 100 mA, nhưng sẽ không đạt đến 0.

Với thí nghiệm của tôi chứng minh thành công rằng tôi có thể đo dòng điện bằng Arduino, tôi đã thiết kế mạch hiển thị ở trên. Hai cáp mở rộng USB gắn bảng 1 'sẽ được kết nối với hộp sạc 4 cổng. Cáp sạc điện thoại sẽ được kết nối với các cáp mở rộng này, giúp hệ thống có thể chứa bất kỳ loại cáp sạc USB nào - và hy vọng nó trở thành "bằng chứng điện thoại trong tương lai". Các dây màu đỏ của cáp mở rộng sẽ được cắt và kết nối với các cảm biến hiện tại. Các cảm biến hiện tại cung cấp thông tin cho Arduino, từ đó điều khiển rơle trạng thái rắn hai kênh. Rơ le dùng để chuyển nguồn 110V cho các bóng đèn. Nguồn điện vào hộp USB và bóng đèn có thể được kết nối với nhau cho phép hệ thống sử dụng một ổ cắm duy nhất. Tôi đặc biệt thích cách nguồn điện cho Arduino có thể được cung cấp bởi một trong các cổng USB phụ trong hộp sạc.

Bước 3: Đế điện thoại

Đế cắm điện thoại được làm từ ống đen 3/8 ". Tôi đã sử dụng hai khuỷu tay nam và nữ, chữ T, một đoạn ngắn được ren hoàn toàn và một mặt bích tròn. Đối với các bộ phận bằng đồng ở đầu đế, tôi đã cắt một nửa ống đồng dài 1 1/2 "và được sử dụng một nửa cho mỗi phần. Một lỗ nhỏ được khoan trên chữ T, đủ lớn để chứa các đầu của dây cáp chiếu sáng. Các dây cáp được làm việc thông qua các khuỷu tay và được hàn JB vào các ống đồng. Điều này cuối cùng khó hơn rất nhiều so với có vẻ như khuỷu tay không đủ lớn bên trong để lắp đầu cáp chiếu sáng qua. Tôi đã kết thúc doa bên trong của khuỷu tay cho đến khi chúng vừa vặn.

Nếu phải làm lại chiếc dock này, tôi sẽ hỗ trợ thêm cho chiếc điện thoại. Như bạn có thể mong đợi, nếu điện thoại bị đẩy hoàn toàn khi đặt trên đế, các đầu cáp Lightning có thể bị uốn cong rất dễ dàng. Tôi thấy thật kỳ lạ khi Apple thực sự bán một chiếc đế có cấu hình tương tự không được hỗ trợ.

Bước 4: Đèn

Tôi muốn những chiếc đèn có kiểu dáng công nghiệp tương tự như đèn của bến tàu. Đối với chiếc đèn đầu tiên, tôi đã sử dụng một ổ cắm bóng đèn chung đặt trên mặt bích ống 3/8 . Một số ống đồng nhỏ kết nối đế với ổ cắm và bổ sung cho các điểm nhấn bằng đồng trên đế. Một bóng đèn Edison 40W thực sự là ngôi sao của chiếc đèn này. Tôi muốn sử dụng bóng đèn Edison vì chúng hoàn toàn phù hợp với thiết kế của đế này và chúng cho phép bạn tạo ra một chiếc đèn bóng lộ thiên tuyệt đẹp.

Trong khi ở Lowe's, tôi đã tìm thấy một khung đèn chiếu sáng trên đường mà tôi nghĩ là thú vị. Tôi lật ngược giá đỡ và thêm một mặt bích ống để làm đế. Ổ cắm trong giá gắn đèn theo dõi không được gắn vào nó vì nó được thiết kế để giữ cố định bằng một bóng đèn mặt phẳng. Vì tôi đang sử dụng bóng đèn Edison, tôi đã làm một khung nhôm nhỏ để giữ ổ cắm bên trong vỏ hình tròn của giá đỡ đèn đường. Các núm nhỏ bằng đồng đã được thêm vào để bổ sung cho phần còn lại của hệ thống.

Sau khi hoàn thành bến tàu và đèn chiếu sáng, chúng được sơn màu đen mờ - ngoại trừ các chi tiết bằng đồng.

Bước 5: Bao vây Arduino

Tôi đã sử dụng hai vỏ PVC 4 "x 4" cho vỏ Arduino. Tôi cắt các khe thông gió thành một bên và nắp của mỗi vỏ bọc. Ở mặt bên của một vỏ bọc, tôi khoét hai lỗ hình chữ nhật cho cáp USB gắn bảng điều khiển. Các lỗ cách nhau 1 1/8 "ở tâm được khoan trên cả hai mặt của các lỗ hình chữ nhật này và được sử dụng để gắn cáp vào vỏ. Một mặt của cả hai vỏ được cắt đi để hai hộp sẽ tạo thành một hộp duy nhất khi chúng đặt cạnh nhau. Một khối gỗ dày 3/4 "được sử dụng để giữ các hộp trong cấu hình cạnh nhau này và cũng tạo thành một đế thuận tiện cho chúng ngồi lên.

Bước 6: Đính kèm hộp USB

Thành phần đầu tiên được thêm vào vỏ là hộp sạc 4 cổng USB. Tôi chỉ cần cố định điều này tại chỗ bằng băng dính hai mặt.

Bước 7: Gắn Arduino vào Bao vây

Tôi thích sử dụng miếng đệm mặt hộp điện để gắn các linh kiện điện tử vì chúng được làm bằng nhựa và có thể được điều chỉnh để hoạt động như giữ hoặc chờ. Tôi chỉ đơn giản là cắt chúng bằng dao của mình và sau đó đẩy vít qua chúng. Arduino được gắn vào một hộp bao quanh bằng các vít đầu phẳng nhỏ với các miếng đệm mặt ngoài được gắn giữa Arduino và hộp.

Sau khi Arduino được gắn, một cáp USB loại AB ngắn (6 ) được kết nối giữa cổng USB của Arduino và cổng gần nhất của hộp sạc. Đây là một dây thực sự vừa vặn và tôi thực sự phải cắt lại các miếng nhựa uốn cong bao quanh dây ở cuối cáp sao cho vừa khít.

Bước 8: Đấu dây và lắp rơ le

Các dây dẫn đến đèn được luồn qua các lỗ trên vỏ máy. Một dây từ mỗi dây được kết nối với các đầu ra (phía 120V được chuyển mạch) của cả hai kênh của rơle trạng thái rắn. Các đoạn dây ngắn (4 ) được kết nối với các đầu cuối vít còn lại liền kề với nơi các dây đèn này được kết nối. Các dây này sẽ được sử dụng để cung cấp điện cho phía 120V của rơ le.

Ở phía DC của rơ le, 4 dây được gắn theo cấu hình được hiển thị. Hai trong số các dây cung cấp điện áp + và - DC cần thiết cho hoạt động của rơ le, trong khi hai dây còn lại mang các tín hiệu kỹ thuật số, cho biết các kênh bật hoặc tắt.

4 dây này sau đó được gắn vào Arduino như sau: Dây màu đỏ (DC +) được kết nối với chân 5V. Dây màu đen (DC-) được kết nối với chân GND. Dây màu nâu (CH1) được kết nối với kỹ thuật số chân đầu ra 7 Dây màu cam (CH2) được kết nối với chân đầu ra kỹ thuật số 8

Sau khi tất cả các dây được kết nối với rơ le, nó được gắn vào vỏ bằng các vít đầu phẳng nhỏ.

Bước 9: Đấu dây và gắn các cảm biến dòng điện

Các dây giao tiếp và nguồn được tạo ra cho hai cảm biến dòng điện bằng cách nối hai bộ dây dẫn từ các cảm biến đến Arduino. Như trước đây, các dây màu đỏ và đen được sử dụng để cấp nguồn cho các cảm biến. Các dây này được kết nối với các chân Vin (dây đỏ) và GND (dây đen) của Arduino. Đáng ngạc nhiên là ngay cả các dây giao tiếp (dây SDA và SDL) cũng có thể được nối với nhau. Điều này là do mỗi cảm biến dòng Adafruit có thể được cấp một địa chỉ duy nhất tùy thuộc vào cách các chân địa chỉ của chúng được hàn với nhau. Nếu bảng không có bất kỳ chân địa chỉ nào được hàn lại với nhau, thì bảng được đánh địa chỉ là bảng 0x40 và sẽ được tham chiếu như vậy trong mã Arduino. Bằng cách hàn các chân địa chỉ A0 lại với nhau, như trong sơ đồ, địa chỉ của bo mạch sẽ trở thành 0x41. Nếu chỉ các chân địa chỉ A1 được kết nối, bảng sẽ là 0x44 và nếu cả hai chân A0 và A1 được kết nối, địa chỉ sẽ là 0x45. Vì chúng tôi chỉ sử dụng hai cảm biến hiện tại, tôi chỉ phải hàn các chân địa chỉ trên bo mạch 1 như được hiển thị.

Khi các bảng đã được định vị chính xác, chúng được gắn vào vỏ bằng các vít nhỏ bằng đồng.

Các dây SDA (xanh lam) và SCL (vàng) từ các cảm biến được kết nối với các chân SDA và SCL trên Arduino. Các chân này không được gắn nhãn trên Arduino của tôi, nhưng chúng là hai chân cuối cùng sau chân AREF ở mặt kỹ thuật số của bảng.

Bước 10: Kết nối Cáp mở rộng USB

Như đã đề cập trước đây, cáp mở rộng USB cần phải truyền dòng điện qua các cảm biến hiện tại. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách nối dây vào dây đỏ của cáp. Sau khi cáp USB được gắn trong vỏ, các dây này từ các mối nối sẽ được kết nối với các cảm biến hiện tại. Đối với mỗi cáp USB, dòng điện chạy qua nó sẽ chảy xuống các dây này, qua cảm biến, sau đó quay trở lại để tiếp tục đi qua cáp đến điện thoại đang sạc. Các đầu đực của cáp USB được cắm vào hai trong số các cổng mở của hộp sạc USB.

Bước 11: Kết nối nguồn

Bước cuối cùng trong hộp điện tử là kết nối dây nguồn với hộp USB và đèn (hay còn gọi là phía 120V của rơ le). Các dây đen dẫn trực tiếp đến đèn được nối với một dây của dây nguồn cùng với dây nâu từ hộp sạc. Cáp nguồn cho hộp sạc được cắt đơn giản với hai dây bên trong (chúng là dây màu xanh và màu nâu) được rút lại. Cuối cùng, hai dây màu trắng từ rơ le được nối với dây còn lại của dây nguồn cùng với dây màu xanh từ hộp sạc USB.

Bước 12: Hệ thống đã hoàn thiện

Sau khi hộp được lắp ráp hoàn chỉnh, có thể thay thế các nắp bao vây. Bây giờ phần cứng cho hệ thống này đã hoàn tất, đã đến lúc chuyển sang phần mềm.

Bước 13: Mã Arduino

Việc phát triển mã Arduino khá đơn giản, mặc dù phải mất một vài thử nghiệm để làm cho nó đúng. Ở dạng đơn giản nhất, mã sẽ gửi tín hiệu cấp nguồn cho kênh chuyển tiếp thích hợp bất cứ khi nào nó đọc dòng điện lớn hơn hoặc bằng 90mA. Mặc dù mã đơn giản này là một điểm khởi đầu tốt, nhưng điện thoại di động không sạc đến 100% và sau đó ngồi đó tạo ra rất ít dòng điện. Thay vào đó, tôi thấy rằng một khi điện thoại được sạc, nó sẽ hút vài trăm mA trong một thời gian ngắn cứ sau vài phút. Nó giống như thể điện thoại là một cái thùng bị rò rỉ cần được phủ lên sau mỗi vài phút.

Để giải quyết vấn đề này, tôi đã phát triển một chiến lược trong đó mỗi kênh có thể ở một trong ba trạng thái. Trạng thái 0 được định nghĩa là khi điện thoại đã được tháo khỏi đế sạc. Trong thực tế, tôi thấy rằng hầu như không có dòng điện nào chạy khi tháo điện thoại ra, nhưng tôi đã đặt giới hạn dòng điện trên của trạng thái này là 10mA. Trạng thái 1 là trạng thái mà điện thoại đã được sạc đầy nhưng vẫn ở trên đế cắm. Nếu dòng điện giảm xuống dưới 90mA và trên 10mA, hệ thống ở trạng thái 1. Trạng thái 2 là trạng thái sạc, trong đó điện thoại đang vẽ 90mA trở lên.

Khi điện thoại được đặt trên đế, trạng thái 2 sẽ được bắt đầu và tiếp tục trong quá trình sạc. Khi quá trình sạc kết thúc và dòng điện giảm xuống dưới 90mA, hệ thống ở trạng thái 1. Tại thời điểm này, một câu lệnh điều kiện đã được đưa ra để hệ thống không thể tiếp tục trực tiếp từ trạng thái 1 sang trạng thái 2. Điều này giữ hệ thống ở trạng thái 1 cho đến khi điện thoại được gỡ bỏ, lúc này nó chuyển sang trạng thái 0. Vì hệ thống có thể chuyển từ trạng thái 0 sang trạng thái 2, khi điện thoại được đặt trở lại bộ sạc và dòng điện tăng trên 90mA, trạng thái 2 được bắt đầu lại. Chỉ khi hệ thống ở trạng thái 2, tín hiệu được gửi đến rơ le để bật đèn.

Một vấn đề khác mà tôi gặp phải là dòng điện đôi khi sẽ giảm xuống dưới 90mA trong thời gian ngắn trước khi điện thoại được sạc đầy. Điều này sẽ đưa hệ thống vào trạng thái 1 trước khi nó phải có. Để khắc phục điều này, tôi tính trung bình dữ liệu hiện tại trong 10 giây và chỉ khi giá trị hiện tại trung bình giảm xuống dưới 90mA thì hệ thống mới chuyển sang trạng thái 1.

Nếu bạn quan tâm đến mã này, tôi đã đính kèm một tệp Arduino.ino với một số mô tả khác trong đó. Nhìn chung, nó hoạt động khá tốt, nhưng tôi nhận thấy rằng đôi khi hệ thống dường như chuyển sang trạng thái 0 khi điện thoại vẫn được gắn và sạc đầy. Điều này có nghĩa là thỉnh thoảng đèn sẽ sáng trong vài giây (khi nó chuyển sang trạng thái 2) rồi tắt. Tôi đoán là có gì đó để làm cho tương lai.

Bước 14: Hệ thống hoàn thiện

Tôi đã lắp đế sạc trên giá sách của chúng tôi, với hộp Arduino nằm phía sau một số cuốn sách. Nếu bạn chỉ nhìn lướt qua nó, bạn sẽ không bao giờ nhận ra công việc đã đi vào nó - và ngay cả khi nhìn thấy nó đang hoạt động cũng không thực sự công bằng. Sau đó, một lần nữa, tôi rất vui khi thấy đèn bật sáng và tắt, và tôi thậm chí còn dựa vào chúng để xem điện thoại có đang sạc hay không.