USB-betriebenes Nachtlicht mit Batterie-Backup (zwei Designs) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Vor einiger Zeit entdeckte ich den Bedarf an einem batteriebetriebenen Nachtlicht für mein Zimmer. Die Idee war, dass ich nicht jedes Mal aus dem Bett aufstehen wollte, wenn ich mein Licht ausmachen wollte, um ins Bett zu gehen. Ich brauchte auch ein Licht, das nicht so hell war wie mein Schlafzimmerlicht, weil es für die Augen nicht sehr lustig ist, von wirklich hell zu wirklich dunkel zu wechseln. Und obendrein gab es bei unserem Stromversorger einen Zeitraum, in dem unser Strom alle paar Wochen für mehrere Minuten ausfiel … mehrmals in dieser bestimmten Woche. Mein Gedanke war, wenn der Strom ausgerechnet im Sommer zufällig ohne Grund ausfallen würde, wie wäre es dann im Winter?

Hier sind einige meiner Bedürfnisse:

• Erstens, geringe Leistung. Ich arbeite noch an diesem Teil, aber es ist bereits ziemlich niedrig.
• Ich habe das Gefühl, dass ich es besser machen und gleichzeitig billiger machen kann, was das zweite Ziel war.
• Natürlich auch batteriebetrieben.
• Helligkeit - ungefähr ein mittleres bis niedriges Niveau; hell genug, um zu sehen, was alles ist. Wie hell dies für Sie ist, müssen Sie testen. Wenn es zu hell ist, wird es ein wenig anstrengend für Ihre Augen – besonders wenn Sie es nach einer Weile wieder einschalten müssen!
• Kompaktes Design - Ich wollte, dass dies auf der Kante eines überladenen Schreibtisches sitzt, weil dort zufällig mein Bett sitzt. Nicht auf dem Schreibtisch – daneben.
• Minimale Teile wegen des vorherigen Elements auf der Liste und es hilft beim dritten Element.

Ich habe mir ein extrem einfaches Design ausgedacht. Ich habe darüber nachgedacht und mir Szenarien ausgedacht, die das Design irgendwie nervig machen würden. Wenn zum Beispiel der Strom ausfiel, während es dunkel war, brauchte ich eine Möglichkeit, den Netzschalter zu sehen, um ihn einzuschalten. Ich überlegte, einen Schalter mit beleuchtetem Betätiger zu verwenden und nur so viel Strom durchzuleiten, dass er leuchtet. Es würde nur ein wenig mehr Strom verbrauchen, aber vielleicht könnte das später im Design ausgeglichen werden. Und damit verbunden, würde ich nicht warten, bis es komplett dunkel ist, bevor ich es einschalte. Ich würde irgendwann, bevor es tatsächlich gebraucht wurde. Und was ist, wenn ich vergessen habe, es vor dem Schlafengehen auszuschalten? Ich brauchte eine Möglichkeit, die Batterie zu schützen.

Nach einigem Nachdenken kam ich auf ein Basic Design, das vieles davon lösen würde. Es sollte in die Wand gesteckt werden, um über eine Transistorschaltung einen Stromausfall zu erkennen. Ich beschloss, dies stattdessen zu verwenden, um ein Relais mit Strom zu versorgen, und das Relais würde zwischen den Batterien und einer anderen Stromquelle (insbesondere derjenigen, die das Relais mit Strom versorgt) für die LEDs auswählen.

Als ich dieses Projekt einigen Leuten gegenüber erwähnte, gaben sie zu, Angst vor der Dunkelheit zu haben und so etwas wäre nützlich. Das hat mich motiviert, weiter an dem Projekt zu arbeiten. Seitdem habe ich die Advanced-Version entwickelt, die (meistens) Breadboard-freundlich ist, aber ich bin direkt dazu übergegangen, sie auf eine benutzerdefinierte Platine zu setzen, daher habe ich keine Breadboard-Montageanleitung. Wenn Sie wissen, wie man mit Steckbrettern umgeht und Schaltplänen folgen kann, sollten Sie kein Problem mit der Verkabelung haben.

Lieferungen:

Wenn Sie die Basisversion verwenden möchten, mit der ich begonnen habe, verwenden Sie diese Liste:

1. Eine Sacrificial™ Wandwarze (denken Sie an ein altes Telefonladegerät oder an einen der Hunderte von Stromblöcken, die Sie in einer Schublade oder Kiste haben, von der Sie keine Ahnung haben, wohin sie gehen)
2. Ein SPDT-Relais, das auf die Spannung des vorherigen Artikels ausgelegt ist. Ich habe ein altes HLK-Relais verwendet, das ein Techniker vor vielen Jahren ausgetauscht hat (ich persönlich fand daran nichts auszusetzen). HLK-Relais sind etwas umständlich: Sie sind DPST, aber ein Kontaktsatz ist normalerweise geöffnet und der andere Satz ist normalerweise geschlossen. Sie sind auch für 24 VAC ausgelegt und mein gewählter Wandstecker gibt 12 VDC aus.
3. Eine weiße 12-Volt-LED-Leiste: Ich habe eine davon verwendet, aber die Website verkauft sie nicht mehr. Sie können sich jederzeit an das anpassen, was Sie haben oder auf das Sie zugreifen können, oder sogar Ihre eigenen entwerfen.
4. Ein SPST-Schalter
5. Eine oder mehrere Batterien. Ich habe zwei 6-Volt-Laternenbatterien in Reihe verwendet, obwohl ich eine einzige 12-Volt-Laternenbatterie verwenden wollte.
6. Irgendwie kann man alles miteinander verbinden

Wenn Sie die verbesserte Version erstellen möchten, verwenden Sie diese Liste:

1. Eine externe 5 VDC Stromquelle. Dieses Design ging direkt auf die Leiterplatte (dazu später mehr), also habe ich dort eine USB-Typ-B-Buchse aufgesteckt. Sie können das Ende eines Sacrificial™ USB-Kabels abschneiden und die Drähte abisolieren (Sie benötigen nur das 5-Volt-Kabel und GND).
2. Eine Backup-Stromquelle, d. h. die Batterie
3. Ein DPDT-Relais mit 5 Volt Nennspannung. Ich habe dies verwendet. Es ist Breadboard-freundlich!
4. Ein DPST-Schalter
5. Ein Spannungsregler LM7805 (hier)
6. Ein 0,22uF-Kondensator (optional). Das Datenblatt impliziert, dass es ein Keramiktyp sein sollte, aber es sagt nicht ausdrücklich, dass es so sein sollte wie für den Ausgangskondensator (den ich nicht hinzugefügt habe).
7. Fünf Strombegrenzungswiderstände für die LEDs oder (vorzugsweise) ein Widerstandsbus. Die LEDs auf dieser Liste haben einen Spannungsabfall von 3,3 V und ich habe 85 Ohm als erforderlichen Widerstand berechnet. Ich habe einen Widerstandsbus mit 150 Ohm Widerstand verwendet, der hier gefunden wird.
8. Eine 1N4004 Diode
9. Fünf weiße LEDs (3v3 @ 20mA)
10. Eine Möglichkeit, alles miteinander zu verbinden

Wenn Sie die Platinenversion wünschen, ist dies im Allgemeinen die gleiche Liste wie oben, jedoch mit einigen Unterschieden:

1. Offensichtlich die Platine. Das Design wird derzeit nur in OSH Park hochgeladen und es werden Boards in Dreiergruppen verkauft. Die Tafel bekommst du hier.
2. Es hat einen Platz für Klemmenblöcke, aber Drähte können direkt an die Platine gelötet werden. Ich habe diesen Stil verwendet.
3. Ein Batterieclip (ich habe eine 9V Batterie verwendet)
4. Der bereits erwähnte USB-Anschluss. Ich habe mich für Typ B entschieden und nicht für Mini oder Micro B, da diese beiden für meinen Geschmack etwas zu zerbrechlich sind.

Schritt 1: Die extrem einfache Version

Aufgrund meiner damaligen Arbeit musste ich mich vielen Herausforderungen stellen. Das Relais, das ich hatte, ist im ersten Bild herausgezogen. Was ich mir ausgedacht habe, war zwar keineswegs ideal, aber es funktionierte (zweites Bild). Ich habe mein umständliches DPST-Relais in SPDT umgewandelt, indem ich zwei Anschlüsse kurzgeschlossen habe, um einen gemeinsamen Pin zu bilden. Diese Verbindung ging zum Schalter, dann zur LED-Leiste, dann zur Masse. Die Batteriebank, die ich gemacht habe - die positive Seite ging zum NC-Anschluss des Relais. Die Spule des Relais wurde mit der externen Versorgung verbunden, die das Relais in seiner "Ein"-Position halten würde. Die Stromversorgung wird auch an den NO-Anschluss des Relais angeschlossen. Alle Böden sind miteinander verbunden.

Die Theorie ist, dass das Relais während der externen Stromversorgung im "Ein"-Zustand bleibt, sodass die NO-Verbindung geschlossen und die NC-Verbindung geöffnet ist. Dies bedeutet, dass der gemeinsame Anschluss von einer externen Quelle mit Strom versorgt wird. Bei einem Stromausfall fällt das Relais in den "Aus"-Zustand zurück und die gemeinsame Verbindung beginnt, Strom aus den Batterien zu beziehen. Unabhängig von der Quelle steuert der Schalter die Stromversorgung der LED-Leiste. Die gemeinsame Masse zwischen allem ermöglicht in beiden Situationen eine vollständige Schaltung.

Ich habe für den größten Teil der Schaltung echte Drahtverbinder verwendet, damit ich nichts löten muss. Um die Batterien anzuschließen (sie haben Federklemmen), habe ich Sacrificial ™ -Testkabel (Krokodilklemmen mit befestigten Drähten) verwendet, indem ich eine in zwei Hälften hackte und die Drähte abisolierte (und Drahtverbinder hinzufügte). Der zum Verbinden der beiden Akkus ist noch in einem Stück. Alles ist auf einem roten SparkFun Versandkarton montiert.

Ich habe keine Bilder vom Endprodukt, aber ich werde auf Wunsch einige machen.

Schritt 2: Die erweiterte Version

Endlich konnte ich die Teile bestellen, die für eine wirklich gute Version der Schaltung erforderlich waren (die ich bereits gezeichnet hatte). Die wichtigen Änderungen an diesem Design bestanden darin, es so zu gestalten, dass es mit einer geregelten 5-V-Versorgung arbeitet und das Relais nicht ständig mit Strom versorgt wird. Ich musste den Schalter auch gegen einen DPST-Typ tauschen. Die Betriebstheorie ist nur einen Hauch komplexer.

Betrachten wir die Batteriehälfte des Stromkreises, sagen wir, der Schalter ist ausgeschaltet. Das Relais ist immer noch so verdrahtet, dass sein "aus"-Zustand bewirkt, dass die Batterie an den 5-Volt-Regler angeschlossen wird, dann wird der Ausgang des Reglers in das Relais (einen der NC-Anschlüsse) zurückgeführt, dann die LEDs. Der Schalter ist zwischen der Batterie und dem Relais verdrahtet, um den Stromkreis zu unterbrechen und den Stromfluss zu verhindern. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, kann Strom durch den Stromkreis fließen.

Wenn wir uns die andere Hälfte der Schaltung ansehen, sehen wir, dass der Strom vom USB sofort in den Schalter, dann in die Spule des Relais und in einen der NO-Anschlüsse des Relais geleitet wird. Der gemeinsame Pin dieser Verbindung wird mit der zuvor erwähnten NC-Verbindung geteilt, also ist dies der Kontaktsatz, der tatsächlich zwischen den Stromversorgungen umschaltet. Der andere Kontaktsatz dient zum Schutz des Spannungsreglers. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, schaltet sich das Relais ein und sendet die externe Stromversorgung an die LEDs.

Die Diode ist parallel (aber in umgekehrter Richtung) zum Relais geschaltet, um die Rücklaufspannung zu reduzieren, wenn das Relais bei Stromausfall von seiner "Ein"- in die "Aus"-Position schaltet. Dies dient zum Schutz der Stromquelle: z. B. ein USB-Telefonladegerät oder ein PC-USB-Anschluss.

Der Kondensator kann ausgeschlossen werden. Das Datenblatt für den Regler gibt nicht an, wie weit "weit vom Netzteilfilter" entfernt ist, also dachte ich, ich könnte es trotzdem aufnehmen.

Schritt 3: Die PCB-Version

Die PCB-Version ist genau die gleiche wie die Advanced-Version, jedoch auf einer Platine. Alle Teile sind oben auf der Platine montiert und mit den Teilenummern (oder anderen wichtigen Informationen) beschriftet, sodass Sie bei Bedarf oder Wunsch Ersatz- oder Ersatzteile finden können. Der Batterieeingang (isoliert vom Schaltereingang) hat einen (+) Eingang und einen (-) Eingang. Die (+) Seite ist mit einem (+) gekennzeichnet.

Der Schaltereingang hatte eine A-Sektion und eine B-Sektion, die mit A und B beschriftet sind. Die beiden das "A" umgebenden Klemmen sind der A-Eingang. Ebenso umgeben die B-Terminals das "B".

Ebenfalls vorhanden sind zwei Befestigungslöcher in der Nähe des USB-Steckers. Sie haben keine elektrischen Verbindungen zu irgendetwas, nicht einmal untereinander.

Die drei Bilder wurden zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen. Das erste ist das leere Brett. Das zweite ist ein teilweise bestücktes Board mit gemischten Teilen. Die dritte ist die fertige Platine mit allen benötigten Teilen.

Vor-Post-Bearbeitung:

Ich habe versucht, die KiCAD-Dateien (als Zip) anzuhängen, aber ich habe einen Fehler erhalten. Werde später eine andere Möglichkeit zum Anhängen finden.