Veilleuse alimentée par USB avec batterie de secours (deux modèles) : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Il y a quelque temps, j'ai découvert le besoin d'une veilleuse à piles pour ma chambre. L'idée était que je ne voulais pas me lever du lit à chaque fois que je voulais éteindre ma lumière pour aller me coucher. J'avais aussi besoin d'une lumière qui n'était pas aussi brillante que la lumière de ma chambre, car passer de très lumineux à très sombre n'est pas très amusant pour les yeux. Et en plus de cela, notre compagnie d'électricité avait une période de temps où notre électricité s'éteindrait toutes les deux semaines pendant plusieurs minutes à la fois… plusieurs fois cette semaine-là. Ma pensée était que si le courant s'éteignait au hasard sans raison pendant l'été, de tous les temps, à quoi cela ressemblerait-il en hiver ?

Voici quelques-uns de mes besoins:

• Tout d'abord, la faible puissance. Je travaille toujours sur cette partie, mais c'est déjà assez bas tel quel.
• J'ai l'impression que je pourrais faire mieux tout en faisant moins cher, ce qui était le deuxième objectif.
• Aussi, bien sûr, alimenté par batterie.
• Luminosité - environ un niveau moyen-bas; assez lumineux pour voir ce que tout est. À quel point c'est brillant pour vous, vous devrez le tester. S'il est trop lumineux, cela va être un peu dur pour vos yeux, surtout si vous devez le rallumer après avoir été éteint pendant un certain temps !
• Design compact - je voulais que ce soit assis sur le bord d'un bureau encombré parce que c'est là que se trouve mon lit. Pas sur le bureau, à côté.
• Pièces minimales à cause de l'élément précédent sur la liste et cela aide le troisième élément.

Je suis venu avec un design extrêmement basique. J'y ai réfléchi et j'ai proposé des scénarios qui rendraient le design assez ennuyeux à utiliser. Par exemple, si l'alimentation était coupée alors qu'il faisait sombre, j'aurais besoin d'un moyen de voir l'interrupteur d'alimentation pour l'allumer. J'ai envisagé d'utiliser un interrupteur avec un actionneur lumineux et de n'y mettre que suffisamment de courant pour le faire briller. Cela utiliserait juste un peu plus de puissance, mais cela pourrait peut-être être compensé plus tard dans la conception. Et, lié, je n'attendrais pas qu'il fasse complètement noir avant de l'allumer. Je le ferais à un moment donné avant que ce ne soit réellement nécessaire. Et si j'oubliais de l'éteindre avant d'aller me coucher ? J'avais besoin d'un moyen de protéger la batterie.

Après quelques réflexions supplémentaires, j'ai proposé une conception de base qui résoudrait beaucoup de problèmes. Il devait être branché au mur pour détecter s'il y a une panne de courant via un circuit à transistor. J'ai décidé d'utiliser cela pour alimenter un relais à la place et le relais choisirait entre les batteries et une autre source d'alimentation (en particulier, celle alimentant le relais) pour les LED.

Quand j'ai mentionné ce projet à quelques personnes, elles ont admis avoir peur du noir et quelque chose comme ça serait utile. Cela m'a donné la motivation de continuer à travailler sur le projet. Depuis, j'ai mis au point la version avancée qui est (principalement) compatible avec les maquettes, mais je suis passé directement à la mise sur une carte de circuit personnalisée, donc je n'ai pas d'instructions d'assemblage de la planche à pain. Si vous savez comment faire une maquette et que vous pouvez suivre des schémas, vous ne devriez pas avoir de problème pour le câbler.

Fournitures:

Si vous souhaitez utiliser la version de base avec laquelle j'ai commencé, utilisez cette liste:

1. Une verrue murale Sacrificial™ (pensez à un vieux chargeur de téléphone ou à l'un des centaines de blocs d'alimentation que vous avez dans un tiroir ou une boîte quelque part où vous n'avez aucune idée de ce à quoi ils vont)
2. Un relais SPDT évalué à la tension de l'élément précédent. J'ai utilisé un vieux relais HVAC qu'un technicien a remplacé il y a de nombreuses années (je n'ai personnellement rien trouvé d'anormal). Les relais HVAC sont un peu gênants: ils sont DPST, mais un jeu de contacts est normalement ouvert et l'autre jeu est normalement fermé. Ils sont également conçus pour 24 VAC et la prise murale que j'ai choisie a mis 12 VDC.
3. Une barre LED blanche 12 Volts: j'en ai utilisé une, mais le site ne les vend plus. Vous êtes toujours libre de vous adapter à ce que vous avez ou pouvez accéder, ou même de concevoir le vôtre.
4. Un commutateur SPST
5. Une ou plusieurs piles. J'ai utilisé deux batteries de lanterne de 6 volts en série, bien que je souhaitais utiliser une seule batterie de lanterne de 12 volts.
6. Un moyen de tout connecter ensemble

Si vous souhaitez créer la version améliorée, utilisez cette liste:

1. Une source d'alimentation externe 5 VDC. Cette conception est allée directement au PCB (nous y reviendrons plus tard), alors j'y ai mis une prise femelle USB de type B. Vous pouvez couper l'extrémité d'un câble USB Sacrificial™ et dénuder les fils (vous n'avez besoin que du fil 5 volts et de la masse)
2. Une source d'alimentation de secours, c'est-à-dire la batterie
3. Un relais DPDT de 5 volts. J'ai utilisé ça. C'est sympa pour la planche à pain !
4. Un commutateur DPST
5. Un régulateur de tension LM7805 (ici)
6. Un condensateur de 0,22 uF (en option). La fiche technique implique qu'il devrait s'agir d'un type céramique, mais il ne dit pas explicitement que cela devrait être comme pour le condensateur de sortie (que je n'ai pas ajouté)
7. Cinq résistances de limitation de courant pour les LED ou (de préférence) un bus de résistances. Les LED de cette liste ont une chute de tension de 3,3 V et j'ai calculé 85 Ohms comme résistance requise. J'ai utilisé un bus de résistance avec une résistance de 150 Ohms, trouvé ici.
8. Une diode 1N4004
9. Cinq LED blanches (3v3 @ 20mA)
10. Un moyen de tout connecter ensemble

Si vous voulez la version Circuit Board, c'est généralement la même liste ci-dessus mais avec quelques différences:

1. Évidemment, le PCB. Le design n'est actuellement téléchargé que sur OSH Park et ils vendent des planches par lots de trois. Vous pouvez obtenir le tableau ici.
2. Il a un emplacement pour les borniers mais les fils peuvent être soudés directement sur la carte. J'ai utilisé ce style.
3. Un clip de batterie (j'ai utilisé une batterie 9V)
4. Le connecteur USB mentionné précédemment. J'ai choisi le type B et non le mini ou le micro B car ces deux là sont un peu trop fragiles à mon goût.

Étape 1: La version extrêmement basique

En raison de ce avec quoi je travaillais à l'époque, j'avais beaucoup de défis à relever. Le relais que j'avais est tiré sur la première photo. Bien que ce que j'ai proposé n'était en aucun cas idéal, cela a fonctionné (deuxième photo). J'ai converti mon relais DPST gênant en SPDT en court-circuitant deux bornes ensemble pour créer une broche commune. Cette connexion est allée à l'interrupteur, puis à la barre de LED, puis à la terre. Le banc de batteries que j'ai fabriqué - le côté positif est allé à la connexion NC du relais. La bobine du relais était connectée à l'alimentation externe, ce qui maintiendrait le relais dans sa position « marche ». L'alimentation se connecte également à la connexion NO du relais. Tous les terrains sont reliés entre eux.

La théorie est que pendant qu'il reçoit une alimentation externe, le relais reste dans l'état "on", donc la connexion NO est fermée et la connexion NC est ouverte. Cela signifie que la connexion commune est alimentée par la source externe. En cas de coupure de courant, le relais retombe dans son état « off » et la connexion commune commence à être alimentée par les batteries. Quelle que soit la source, l'interrupteur contrôle l'alimentation de la barre LED. Le terrain d'entente entre tout permet un circuit complet dans l'une ou l'autre situation.

J'ai utilisé de vrais connecteurs de fil sur la plupart des circuits pour ne rien avoir à souder. Pour connecter les batteries (elles ont des bornes à ressort), j'ai utilisé des cordons de test Sacrificial ™ (pinces crocodiles avec des fils attachés) en en coupant un en deux et en dénudant les fils (et les connecteurs de fils ajoutés). Celui utilisé pour connecter les deux batteries ensemble est toujours en un seul morceau. Tout est monté dans une boîte d'expédition SparkFun rouge.

Je n'ai pas de photos du produit final, mais j'en prendrai si demandé.

Étape 2: la version avancée

J'ai finalement pu commander les pièces nécessaires pour faire une bonne version du circuit (que j'avais déjà dessinée). Les modifications importantes apportées à cette conception ont été conçues pour fonctionner à partir d'une alimentation régulée de 5 V et également que le relais n'était pas constamment alimenté. J'ai également dû échanger le commutateur contre un type DPST. La théorie du fonctionnement est juste un peu plus complexe.

En regardant la moitié de la batterie du circuit, disons que l'interrupteur est éteint. Le relais est toujours câblé de sorte que son état "off" provoque la connexion de la batterie au régulateur 5 volts, puis la sortie du régulateur est réinjectée dans le relais (une des connexions NC), puis les LED. L'interrupteur est câblé entre la batterie et le relais pour couper le circuit et empêcher le courant de circuler. Si l'interrupteur est activé, le courant pourra circuler dans le circuit.

En regardant l'autre moitié du circuit, nous voyons que l'alimentation de l'USB est immédiatement acheminée dans le commutateur, puis la bobine du relais et l'une des connexions NO du relais. La broche commune de cette connexion est partagée avec la connexion NC mentionnée précédemment, il s'agit donc de l'ensemble de contacts commutant réellement entre les alimentations. L'autre jeu de contacts sert à protéger le régulateur de tension. Si l'interrupteur est allumé, le relais s'allume et envoie l'alimentation externe aux LED.

La diode est connectée en parallèle (mais en sens inverse) au relais pour réduire la tension de retour lorsque le relais passe de sa position « marche » à « arrêt » en cas de perte de puissance. Il s'agit de protéger la source d'alimentation: c'est-à-dire un chargeur de téléphone USB ou un port USB de PC.

Le condensateur peut être exclu. La fiche technique du régulateur ne précise pas à quelle distance se trouve "la distance du filtre d'alimentation", alors j'ai pensé que je pourrais aussi bien l'inclure de toute façon.

Étape 3: La version PCB

La version PCB est exactement la même que la version avancée, mais sur un circuit imprimé. Toutes les pièces sont montées sur le dessus de la carte et sont étiquetées avec les numéros de pièce (ou d'autres informations importantes) afin que vous puissiez trouver des pièces de rechange ou de remplacement selon les besoins ou les souhaits. L'entrée de la batterie (isolée de l'entrée du commutateur) a une entrée (+) et une entrée (-). Le côté (+) est marqué d'un (+).

L'entrée du commutateur avait une section A et une section B, qui sont étiquetées avec A et B. Les deux bornes entourant le "A" sont l'entrée A. De même, les terminaux B entourent le "B".

Deux trous de montage à proximité de la prise USB sont également présentés. Ils n'ont aucune connexion électrique à quoi que ce soit, pas même entre eux.

Les trois photos ont été prises à des moments différents. Le premier est le tableau vierge. Le second est un plateau partiellement rempli avec des parties mixtes. Le troisième est la planche terminée en utilisant toutes les pièces demandées.

Édition pré-post:

J'ai essayé de joindre les fichiers KiCAD (sous forme de zip) mais j'ai eu une erreur. Trouvera un autre moyen de joindre plus tard.