Портативний світильник з живленням від батарей 6-30 в

12

У цій статті розглянемо виготовлення портативного світильника. Для живлення світильника потрібно напруга від 6 до 30 в.це дозволяє використовувати його з різними батареями.

Світильник спроектований так, щоб максимально ефективно висвітлювати простір і при цьому не перегріватися навіть при повній потужності. І виділяти дуже мало тепла навіть при повній потужності. У» вимкненому «стані лампа споживає менше 40 мка енергії в» сплячому» режимі, а за допомогою диммера можна регулювати потужність вчасно роботи.

Напруга і струм показуються на oled-дисплеї. Це дозволяє розраховувати термін служби батареї при заданому рівні освітленості і внести необхідні корективи при необхідності.

Світильник автоматично відключається при занадто низькій напрузі акумуляторної батареї і вміє автоматично визначати батарею, яка використовується.

Інструменти та матеріали:-3.3 v arduino pro mini;-три світлодіодних драйвера;-10 світлодіодів потужністю 3 вт;-дисплей 128×64 i2c oled;-регулятор 3,3 в lm2936;-датчик напруги, струму і потужності ina260;-поворотний потенціометр 10к;-дві тактильні кнопки;-роз’єм живлення 5,5 мм;-p-канальний силовий польовий моп-транзистор fqp27p06;-n-канальний польовий моп-транзистор bs170;-резистори 47к — 3шт;-резистор 10к;-резистор 1к; -макетні плати 30×70 і 50×70;-кріплення m2 і m2,5;-дроти;-8-контактні роз’єми jst xh;-штирьові роз’єми;-програматор 3.3 v ftdi;-паяльні приналежності;-ключі шестигранні;- антистатичний браслет (рекомендується використовувати при роботі з польовими моп-транзисторами).

Програмне забезпечення-avrdude; — avr gcc;

Крок перший: схемамастер наводить схему пристрою і описує її роботу.

Харчування подається на j1. Воно подається безпосередньо на порт v + вимірювача потужності ina260.живлення проходить через v-порт ina260. Ina260 вимірює струм, який проходить через v + і v -, і напругу між v + і gnd.v-ina260 підключається до 2 пристроїв.

Один — регулятор напруги lm2936 (u2). Цей регулятор знижує напругу до 3,3 в, яке потрібно для arduino pro mini, ina260 і oled. Незважаючи на те, що pro mini має вбудований регулятор 3,3 в, цей вбудований регулятор не може витримувати максимальну напругу 30 в на v -. Регулятор pro mini також має більш високий «струм спокою», що означає, що він менш ефективний, коли pro mini знаходиться в режимі низького енергоспоживання.

Інший пристрій, підключений до v-, це польовий транзистор (q1). Він використовується для відключення живлення всіх світлодіодних драйверів picobuck. Навантажувальний резистор 47 ком (r3) за замовчуванням підтягує затвор до v -, що означає, що pfet ( р-канальний польовий транзистор) за замовчуванням вимкнений.

Резистори і q2 (nfet) необхідні для включення pfet. Pro mini не може включити pfet безпосередньо, тому що напруга на затворі транзистора занадто висока, тому nfet (q2) використовується в якості посередника. Резистори r3 і r4 використовуються для підтримки pfet в межах допустимого діапазону. Резистор r2 за замовчуванням відключає q2. Щоб включити q2, arduino pro mini повинен встановити на d7 високий рівень.

Повертаючись до q1, pfet або блокує (майже весь) струм, або дозволяє (майже весь) струм, залежно від його стану. Приймачами цього струму є 3 драйвера світлодіодів picobuck, які використовуються для управління 9 світлодіодами потужністю 3 вт.тепер перейдемо до контактів інтерфейсу pro mini.a4( sda), a5 (scl): вони використовуються для зв’язку як з ina260, так і з oled через i2c . A0: підключається до центральної ніжки потенціометра для зменшення яскравості світлодіодів .d4: підключається до правої ноги потенціометра. Можна підключити цю ніжку безпосередньо до джерела живлення 3,3 в, але тоді потенціометр буде просаджувати батарею, навіть коли світло вимкнений. Використовуючи d4, pro mini може відключати живлення потенціометра, коли пристрій вимкнено, заощаджуючи 330 мка споживаного струму.d2: підключається до» зеленої » кнопки. Інша сторона кнопки підключена до gnd. Ця конфігурація називається «відкритий стік». По суті, підтягуючий резистор, вбудований в pro mini, підтримує d2 на високому рівні 3,3 в, але цю напругу можна легко підтягнути до землі за допомогою кнопки.d3: теж що і d2, але для червоної кнопкиd7: arduino подає на цей висновок 3,3 в для включення q2, який, в свою чергу, включає q1, який включає світлодіоди. D9: цей висновок надсилає сигнал шім. Він «повідомляє» picobucks, наскільки затемнити світлодіоди . Прошивка приймає це рішення, враховуючи стан лампи(горить вона? напруга в нормі?), і зчитуючи значення потенціометра.3.3 v vcc, gnd: потрібно для живлення чипашаг другий: збірка на макетній платена цьому етапі підключаємо arduino pro mini до oled і завантажуємо прошивку в pro mini.встановлюємо pro mini і oled на макетну плату.підключаємо до дисплея: pro mini gnd → oled gndpro mini vcc → oled vccpro mini a4 → oled sdapro mini a5 → oled sclтепер підключаємо програматор ftdi 3,3 в до контактів міні-інтерфейсу arduino pro, як показано на фото, і підключіть кабель usb до комп’ютера.завантажуємо файл прошивки led_lamp.hex. Для цього на комп’ютері повинен бути встановлений avrdude.майстер використовував наступну команду:

avrdude-cavrdude.txt -v -patmega328p -carduino -p/dev/ttyusb0 -b57600 -d -uflash:w:led_lamp.hex:i

Avrdude.txt

Крок третій: налаштування монітора струму ina260датчик струму ina260 використовується для вимірювання напруги і струму світлодіода.підключаємо його до макетної плати. Pro mini gnd → ina260 gnd pro mini vcc → ina260 vcc pro mini a4 (sda) → ina260 sda pro mini a5 (scl) → ina260 sdl

Крок четвертий: регулятор напруги 3,3 в забезпечувала плата програмування ftdi. Далі встановлюємо регулятор напруги, щоб можна було використовувати батарею.

Помилки при підключенні можуть привести до згоряння деталей. Один із способів уникнути цього-використовувати регульований джерело живлення і встановити мінімальний/максимальний струм (на даний момент достатньо 20 ма). Інший спосіб-підключити до батареї запобіжник.основна схема підключення наступна: акумулятор + → v + на ina260аккумулятор — → gndina260 v- → регулятор vinрегулятор vout → шина 3,3 в (до якої підключені pro mini, oled і ina260)регулятор gnd → gndустанавливаем конденсатори на регулятор, як описано в інструкції.у таблиці даних lm2936 зазначено, що vin → 100nf → gnd і vout → 10uf → gnd.

Крок п’ятий: кнопкидальше додаємо кнопки і потенціометр на макетну плату.підключення наступне: pro mini d2 → червона кнопка (ліва сторона)червона кнопка (права сторона) → gndpro mini d3 → зелена кнопка (зліва)зелена кнопка (права сторона) → gndпотенціометр (лівий контакт) → gndpro mini a0 → потенціометр (центральний контакт)pro mini d4 → потенціометр (правий контакт)тепер можна керувати пристроєм. Майстер додав тимчасовий світлодіод і резистор (1 ком) між d9 і gnd. D9-це вихід шім, для регулювання яскравості світлодіодів. У остаточному варіанті d9 — це просто сигнал для перетворювачів picobuck, але тут він використовує його для подачі живлення через світлодіод для перевірки роботи.

Крок шостий: плата вводадля плати майстер використовував прототип друкованої плати розміром 70×30 мм. Потенціометр приклеюється до плати епоксидною смолою.щоб підключити вхідну плату до основної плати (і макетної плати), він використовував 8-контактний штекер jst xh.

Крок сьомий: драйвери і світлодіод на фото показаний драйвер в зборі зі світлодіодами. Майстер використовував jst-з’єднання між світлодіодами і драйвером.

Крок сьомий: друкована платапісля перевірки роботи схеми на макетній платі майстер виготовляє друковану плату. Файли для виготовлення плати можна завантажити тут.зверніть увагу, що схема kicad містить підтягують резистори 4,7 ком для sda і scl.

Крок восьмий: 3d-друк і збіркапочатку майстер друкує передню і базову деталі.при друку він використовував pla. Висота шару 0,15 мм. Також можна використовувати висоту 0,2 мм.замість pla можна використовувати петг або інший матеріал. Лицьова сторона друкується з опорами.в середині підстави є отвір під шестигранну гайку. Передня частина кріпиться до основи болтами м2, 5. Файли для друку можна завантажити нижче.base_plate.stlfront_face.stl

Драйвери кріпляться болтами m2,5. Болти не потрібно сильно затягувати інакше пластик пошкодиться.файл для друку кріплення можна завантажити нижче.picobuck_mount_plate.stl

Dimmer_knob.stlled_dome.stl

Джерело (source)