Lampu Malam Bertenaga USB dengan Cadangan Baterai (Dua Desain): 3 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Beberapa waktu lalu, saya menemukan kebutuhan akan lampu malam bertenaga baterai untuk kamar saya. Idenya adalah bahwa saya tidak ingin bangun dari tempat tidur setiap kali saya ingin mematikan lampu untuk pergi tidur. Saya juga membutuhkan cahaya yang tidak seterang lampu kamar saya karena beralih dari sangat terang ke sangat gelap tidak terlalu menyenangkan di mata. Dan di atas semua itu, perusahaan listrik kami memiliki periode waktu di mana listrik kami akan padam setiap beberapa minggu selama beberapa menit setiap kali… beberapa kali dalam minggu itu. Pikiran saya adalah jika listrik tiba-tiba mati tanpa alasan selama musim panas, sepanjang waktu, bagaimana jadinya di musim dingin?

Berikut beberapa kebutuhan saya:

• Pertama, daya rendah. Saya masih mengerjakan bagian ini, tetapi sudah cukup rendah apa adanya.
• Saya merasa seolah-olah saya bisa melakukan lebih baik sementara pada saat yang sama membuatnya lebih murah, yang merupakan tujuan kedua.
• Juga, tentu saja, bertenaga baterai.
• Kecerahan - sekitar tingkat menengah ke bawah; cukup terang untuk melihat apa adanya. Seberapa terang ini untuk Anda, Anda perlu mengujinya. Jika terlalu terang, akan sedikit mengganggu mata Anda--terutama jika Anda harus menyalakannya kembali setelah dimatikan beberapa saat!
• Desain ringkas - Saya ingin ini diletakkan di tepi meja yang berantakan karena itu adalah tempat tempat tidur saya. Tidak di meja - di sampingnya.
• Bagian minimal karena item sebelumnya pada daftar dan membantu item ketiga.

Saya datang dengan desain Sangat Dasar. Saya memikirkannya dan saya menemukan skenario yang akan membuat desainnya agak mengganggu untuk digunakan. Misalnya, jika listrik padam saat gelap, saya memerlukan cara untuk melihat sakelar daya untuk menyalakannya. Saya mempertimbangkan untuk menggunakan sakelar dengan aktuator yang menyala dan mengalirkan arus yang cukup untuk membuatnya bersinar. Itu akan menggunakan sedikit lebih banyak daya, tapi mungkin itu bisa diimbangi nanti dalam desain. Dan, terkait, saya tidak akan menunggu sampai benar-benar gelap sebelum menyalakannya. Saya akan melakukannya di beberapa titik sebelum itu benar-benar dibutuhkan. Juga, bagaimana jika saya lupa mematikannya sebelum tidur? Saya membutuhkan cara untuk melindungi baterai.

Setelah beberapa pemikiran lagi, saya datang dengan Desain Dasar yang akan menyelesaikan banyak hal ini. Itu dimaksudkan untuk dicolokkan ke dinding untuk mendeteksi jika ada pemadaman listrik melalui sirkuit transistor. Saya memutuskan untuk menggunakan ini untuk menyalakan relai dan relai akan memilih antara baterai dan sumber daya lain (khususnya, yang memberi daya relai) untuk LED.

Ketika saya menyebutkan proyek ini kepada beberapa orang, mereka mengaku takut gelap dan sesuatu seperti ini akan berguna. Ini memberi saya motivasi untuk terus mengerjakan proyek ini. Sejak itu saya datang dengan Versi Lanjutan yang (kebanyakan) ramah papan tempat memotong roti, tetapi saya langsung melompat untuk meletakkannya di papan sirkuit khusus, jadi saya tidak memiliki instruksi perakitan papan tempat memotong roti. Jika Anda tahu cara membuat papan tempat memotong roti dan dapat mengikuti skema, Anda seharusnya tidak memiliki masalah untuk memasangnya.

Perlengkapan:

Jika Anda ingin menggunakan Versi Dasar yang saya mulai, gunakan daftar ini:

1. Satu kutil dinding Sacrificial™ (pikirkan pengisi daya telepon lama atau salah satu dari ratusan blok daya yang Anda miliki di laci atau kotak di suatu tempat yang Anda tidak tahu ke mana mereka pergi)
2. Satu relai SPDT diberi nilai tegangan item sebelumnya. Saya menggunakan relai HVAC lama yang diganti oleh teknisi bertahun-tahun yang lalu (saya pribadi tidak menemukan yang salah dengan itu). Relai HVAC agak canggung: mereka adalah DPST, tetapi satu set kontak biasanya terbuka dan set lainnya biasanya tertutup. Mereka juga diberi peringkat untuk 24 VAC dan steker dinding pilihan saya mengeluarkan 12 VDC.
3. Satu bilah LED putih 12 Volt: Saya menggunakan salah satunya, tetapi situs web tidak menjualnya lagi. Anda selalu bebas untuk beradaptasi dengan apa yang Anda miliki atau dapatkan aksesnya, atau bahkan mendesain sendiri.
4. Satu sakelar SPST
5. Satu atau lebih baterai. Saya menggunakan dua baterai lentera 6 Volt secara seri, meskipun saya ingin menggunakan baterai lentera 12 Volt tunggal.
6. Beberapa cara untuk menghubungkan semuanya bersama-sama

Jika Anda ingin membuat Versi yang Ditingkatkan, gunakan daftar ini:

1. Satu sumber daya 5 VDC eksternal. Desain ini langsung ke PCB (lebih lanjut tentang ini nanti), jadi saya memasang konektor USB tipe B di sana. Anda dapat memotong ujung kabel USB Sacrificial™ dan melepaskan kabelnya (Anda hanya membutuhkan kabel 5 Volt dan GND)
2. Satu sumber daya cadangan, yaitu baterai
3. Satu relay DPDT dengan nilai 5 Volt. Saya menggunakan ini. Ini ramah papan tempat memotong roti!
4. Satu sakelar DPST
5. Satu regulator tegangan LM7805 (di sini)
6. Satu kapasitor 0,22uF (opsional). Lembar data menyiratkan itu harus menjadi tipe keramik, tetapi tidak secara eksplisit mengatakan itu harus seperti itu untuk kapasitor keluaran (yang tidak saya tambahkan)
7. Lima resistor pembatas arus untuk LED atau (lebih disukai) bus resistor. LED pada daftar ini memiliki penurunan tegangan 3,3V dan saya menghitung 85 Ohm sebagai resistansi yang diperlukan. Saya menggunakan bus resistor dengan resistansi 150 Ohm, ditemukan di sini.
8. Satu dioda 1N4004
9. Lima LED putih (3v3 @ 20mA)
10. Sebuah cara untuk menghubungkan semuanya bersama-sama

Jika Anda menginginkan Versi Papan Sirkuit, umumnya daftar yang sama di atas tetapi dengan beberapa perbedaan:

1. Jelas, PCB. Desainnya saat ini hanya diunggah ke OSH Park dan mereka menjual papan dalam jumlah tiga. Anda bisa mendapatkan papan di sini.
2. Ini memiliki tempat untuk blok terminal tetapi kabel dapat disolder langsung ke papan. Saya menggunakan gaya ini.
3. Satu klip Baterai (saya menggunakan baterai 9V)
4. Konektor USB yang disebutkan sebelumnya. Saya memilih tipe B dan bukan mini atau mikro B karena keduanya agak terlalu rapuh untuk selera saya.

Langkah 1: Versi Sangat Dasar

Karena apa yang saya kerjakan saat itu, banyak tantangan yang harus saya hadapi. Relai yang saya miliki ditarik di gambar pertama. Sementara apa yang saya buat tidak ideal dengan cara apa pun, itu berhasil (gambar kedua). Saya mengubah relai DPST saya yang canggung ke SPDT dengan menyingkat dua terminal untuk membuat pin yang sama. Sambungan ini menuju ke sakelar, lalu ke bilah LED, lalu ke ground. Bank baterai yang saya buat - sisi positifnya pergi ke koneksi NC pada relai. Kumparan relai terhubung ke catu eksternal, yang akan menjaga relai dalam posisi "on". Catu daya juga terhubung ke koneksi NO pada relai. Semua alasan terhubung bersama.

Teorinya adalah ketika mendapat daya eksternal, relai tetap dalam keadaan "on", sehingga koneksi NO ditutup dan koneksi NC terbuka. Ini berarti koneksi umum mendapatkan daya dari sumber eksternal. Jika daya terputus, relai kembali ke status "mati" dan sambungan umum mulai mendapatkan daya dari baterai. Apa pun sumbernya, sakelar mengontrol daya ke bilah LED. Kesamaan antara semuanya memungkinkan rangkaian lengkap dalam situasi apa pun.

Saya menggunakan konektor kawat yang sebenarnya di sebagian besar sirkuit sehingga saya tidak perlu menyolder apa pun. Untuk menghubungkan baterai (mereka memiliki terminal pegas), saya menggunakan kabel uji Sacrificial™ (klip buaya dengan kabel terpasang) dengan memotong satu menjadi dua dan melepaskan kabelnya (dan menambahkan konektor kabel). Yang digunakan untuk menghubungkan kedua baterai bersama-sama masih utuh. Semuanya dipasang ke kotak pengiriman SparkFun merah.

Saya tidak memiliki gambar produk akhir, tetapi saya akan mengambil beberapa jika diminta.

Langkah 2: Versi Lanjutan

Saya akhirnya dapat memesan bagian-bagian yang diperlukan untuk membuat versi sirkuit yang benar-benar bagus (yang sudah saya gambarkan). Perubahan penting yang dibuat dalam desain ini adalah mendesainnya untuk bekerja dari pasokan 5V yang diatur dan juga relai tidak terus-menerus diberi daya. Saya harus menukar sakelar untuk tipe DPST juga. Teori operasi hanya sedikit lebih kompleks.

Melihat baterai setengah dari rangkaian, katakanlah sakelar dimatikan. Relay masih berkabel sehingga keadaan “off” nya menyebabkan baterai dihubungkan ke regulator 5 Volt, kemudian output dari regulator diumpankan kembali ke relay (salah satu sambungan NC), kemudian LED. Sakelar dihubungkan antara baterai dan relai untuk memutus sirkuit dan menjaga arus agar tidak mengalir. Jika sakelar dihidupkan, maka arus akan dapat mengalir melalui rangkaian.

Melihat setengah rangkaian lainnya, kita melihat bahwa daya dari USB langsung mengalir ke sakelar, kemudian ke koil relai dan salah satu sambungan NO pada relai. Pin umum koneksi ini digunakan bersama dengan koneksi NC yang disebutkan sebelumnya, jadi ini adalah kumpulan kontak yang benar-benar beralih di antara catu daya. Set kontak lainnya adalah untuk melindungi regulator tegangan. Jika sakelar dihidupkan, relai menyala dan mengirimkan daya eksternal ke LED.

Dioda dihubungkan paralel (tetapi terbalik) ke relai untuk mengurangi tegangan terbang balik ketika relai beralih dari posisi "on" ke "off" pada kehilangan daya. Ini untuk melindungi sumber daya: yaitu, pengisi daya telepon USB atau port USB PC.

Kapasitor mungkin dapat dikecualikan. Lembar data untuk regulator tidak menentukan seberapa jauh "jauh dari filter catu daya", jadi saya pikir saya akan tetap memasukkannya.

Langkah 3: Versi PCB

Versi PCB sama persis dengan Versi Lanjutan, tetapi pada papan sirkuit. Semua bagian dipasang ke bagian atas papan dan diberi label dengan nomor bagian (atau beberapa informasi penting lainnya) sehingga Anda dapat menemukan bagian pengganti atau pengganti sesuai kebutuhan atau keinginan. Input baterai (terisolasi dari input sakelar) memiliki input (+) dan input (-). Sisi (+) diberi label dengan (+).

Input sakelar memiliki bagian A dan bagian B, yang diberi label dengan A dan B. Dua terminal yang mengelilingi "A" adalah input A. Demikian juga, terminal B mengelilingi "B."

Juga ditampilkan dua lubang pemasangan di dekat colokan USB. Mereka tidak memiliki sambungan listrik ke apa pun, bahkan satu sama lain.

Ketiga foto tersebut diambil pada waktu yang berbeda. Yang pertama adalah papan kosong. Yang kedua adalah papan yang terisi sebagian dengan bagian campuran. Yang ketiga adalah papan selesai menggunakan semua bagian yang diminta.

Suntingan Pra-Posting:

Saya mencoba melampirkan file KiCAD (sebagai zip) tetapi saya mendapatkan kesalahan. Akan menemukan cara lain untuk melampirkan nanti.