Fuqia dixhitale USB C e pajisur me Bluetooth Furnizimi: 8 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:26

Keni kërkuar ndonjëherë një furnizim me energji që mund ta përdorni në lëvizje, edhe pa një prizë muri aty pranë? Dhe a nuk do të ishte mirë nëse do të ishte gjithashtu shumë e saktë, dixhitale dhe e kontrollueshme përmes PC dhe telefonit tuaj?

Në këtë udhëzues do t'ju tregoj se si ta krijoni pikërisht atë: një furnizim me energji dixhitale, i cili mundësohet nga USB C. isshtë i pajtueshëm me arduino dhe mund të kontrollohet përmes kompjuterit përmes USB ose përmes telefonit tuaj përmes Bluetooth.

Ky projekt është një evolucion i furnizimit tim të mëparshëm të energjisë, i cili punonte me bateri dhe ka një ekran dhe çelësa. Shikojeni këtu! Sidoqoftë, doja të bëhesha më e vogël, prandaj e bëra këtë!

Furnizimi me energji mund të furnizohet nga një bankë baterie USB C ose një karikues telefoni. Kjo lejon deri në 15W fuqi, e cila është e mjaftueshme për të fuqizuar shumicën e pajisjeve elektronike me fuqi të ulët! Për të pasur një UI të mirë në një pajisje kaq të vogël, përfshiva Bluetooth dhe një aplikacion Android për kontrollet. Kjo e bën këtë furnizim të energjisë ultra portativ!

Unë do të tregoj të gjithë procesin e projektimit, dhe të gjithë skedarët e projektit mund të gjenden në faqen time në GitHub:

Le të fillojmë!

Hapi 1: Karakteristikat dhe kostoja

Karakteristikat

• Mundësuar nga USB C
• Kontrolluar përmes aplikacionit Android përmes Bluetooth
• Kontrolluar përmes Java përmes USB C
• Modalitetet e vazhdueshme të tensionit dhe rrymës konstante
• Përdor një rregullator linear me zhurmë të ulët, i paraprirë nga një para -rregullues gjurmues për të minimizuar shpërndarjen e energjisë
• Mundësuar nga ATMEGA32U4, e programuar me Arduino IDE
• Mund të mundësohet nga një bankë baterie USB C për ta bërë atë të lëvizshëm
• Zbulimi i ngarkuesit USB C dhe Apple
• Priza bananeje të vendosura 18 mm për pajtueshmëri me adaptorët BNC

Specifikimet

• 0 - 1A, hapa 1 mA (10 bit DAC)
• 0 - 25V, hapa prej 25 mV (10 bit DAC) (funksionim i vërtetë 0V)
• Matja e tensionit: Rezolucioni 25 mV (ADC 10 bit)
• Matja aktuale: <40mA: rezolucioni 10uA (ina219) <80mA: rezolucioni 20uA (ina219) <160mA: rezolucioni 40uA (ina219) <320mA: rezolucioni 80uA (ina219)> 320mA: Rezolucioni 1mA (ADC 10 bit)

Kosto

Furnizimi i plotë me energji më kushtoi rreth 100 dollarë, me të gjithë përbërësit e njëhershëm. Ndërsa kjo mund të duket e shtrenjtë, furnizimet me fuqi me shumë më pak performancë dhe karakteristika shpesh kushtojnë më shumë se kjo. Nëse nuk e keni problem të porositni përbërësit tuaj nga ebay ose aliexpress, çmimi do të bjerë në rreth 70 dollarë. Duhet më shumë kohë që pjesët të hyjnë, por është një opsion i zbatueshëm.

Hapi 2: Skema & Teoria e Operacionit

Për të kuptuar funksionimin e qarkut, do të duhet të shikojmë skemën. E ndava në blloqe funksionale, të tilla që të kuptohen më lehtë; Kështu unë gjithashtu do të shpjegoj operacionin hap pas hapi. Kjo pjesë është mjaft e thelluar dhe kërkon një njohuri të mirë elektronike. Nëse thjesht doni të dini se si të ndërtoni qarkun, mund të kaloni në hapin tjetër.

Blloku kryesor

Operacioni bazohet në çipin LT3080: është një rregullator linear i tensionit, i cili mund të ulë tensionet, bazuar në një sinjal kontrolli. Ky sinjal kontrolli do të gjenerohet nga një mikrokontrollues; si bëhet kjo, do të shpjegohet në detaje më vonë.

Vendosja e tensionit

Qarku rreth LT3080 gjeneron sinjalet e duhura të kontrollit. Së pari, ne do të hedhim një vështrim se si është vendosur tensioni. Vendosja e tensionit nga mikrokontrolluesi është një sinjal PWM (PWM_Vset), i cili filtrohet nga një filtër me kalim të ulët (C23 & R32). Kjo prodhon një tension analog - midis 0 dhe 5 V - proporcional me tensionin e kërkuar të daljes. Meqenëse diapazoni ynë i daljes është 0 - 25 V, ne do të duhet ta përforcojmë këtë sinjal me një faktor 5. Kjo bëhet nga konfigurimi jo përmbysës i opampit të U7C. Fitimi në kunjin e vendosur përcaktohet nga R31 dhe R36. Këta rezistorë janë 0.1% tolerantë, për të minimizuar gabimet. R39 dhe R41 nuk kanë rëndësi këtu, pasi ato janë pjesë e lakut të reagimit.

Cilësimi aktual

Ky pin i vendosur gjithashtu mund të përdoret për cilësimin e dytë: modaliteti aktual. Ne duam të matim tërheqjen aktuale dhe ta fikim daljen kur kjo tejkalon rrymën e kërkuar. Prandaj, ne fillojmë përsëri nga një sinjal PWM (PWM_Iset), i gjeneruar nga mikrokontrolluesi, i cili tani filtrohet dhe zbutet për të kaluar nga një interval 0 - 5 V në një interval 0 - 2.5 V. Ky tension tani krahasohet me rënien e tensionit në rezistencën shqisore aktuale (ADC_Iout, shih më poshtë) nga konfigurimi krahasues i opamp U1B. Nëse rryma është shumë e lartë, kjo do të ndezë një led, dhe gjithashtu do të tërheqë vijën e vendosur të LT3080 në tokë (përmes Q1), duke fikur kështu daljen. Matja e rrymës, dhe gjenerimi i sinjalit ADC_Iout bëhet si më poshtë. Rryma e daljes rrjedh përmes rezistencës R22. Kur rryma rrjedh nëpër këtë rezistencë, ajo krijon një rënie të tensionit, të cilën ne mund ta matim, dhe vendoset para LT3080, pasi rënia e tensionit në të nuk duhet të ndikojë në tensionin e daljes. Rënia e tensionit matet me një përforcues diferencial (U7B) me një fitim prej 5. Kjo rezulton në një varg tensioni prej 0 - 2.5 V (më shumë për atë më vonë), pra ndarësi i tensionit në sinjalin PWM të rrymës. Tamponi (U7A) është atje për t'u siguruar që rryma që rrjedh në rezistorët R27, R34 dhe R35 nuk po kalon përmes rezistencës shqisore aktuale, e cila do të ndikonte në leximin e saj. Gjithashtu vini re se kjo duhet të jetë një opamp hekurudhor-hekurudhor, sepse tensioni i hyrjes në hyrjen pozitive është i barabartë me tensionin e furnizimit. Përforcuesi jo përmbysës është vetëm për matjen e kursit megjithëse, për matje shumë të sakta, kemi çipin INA219 në bord. Ky çip na lejon të masim rryma shumë të vogla dhe adresohet përmes I2C.

Gjëra shtesë

Në daljen e LT3080, ne kemi disa gjëra të tjera. Para së gjithash, ekziston një lavaman aktual (LM334). Kjo tërheq një rrymë konstante prej 677 uA (e vendosur nga rezistenca R46), për të stabilizuar LT3080. Sidoqoftë, nuk është i lidhur me tokën, por me VEE, një tension negativ. Kjo është e nevojshme për të lejuar që LT3080 të funksionojë deri në 0 V. Kur lidhet me tokën, tensioni më i ulët do të ishte rreth 0.7 V. Kjo duket mjaft e ulët, por mbani në mend se kjo na pengon të fikim plotësisht furnizimin me energji elektrike. Fatkeqësisht, ky qark është në dalje nga LT3080, që do të thotë se rryma e tij do të kontribuojë në rrymën e daljes që duam të matim. Për fat të mirë, është konstante kështu që ne mund të kalibrojmë për këtë rrymë. Dioda zener D7 përdoret për të fiksuar tensionin e daljes nëse shkon mbi 25 V, dhe ndarësi i rezistencës zbret gamën e tensionit të daljes nga 0 - 25 V në 0 - 2.5 V (ADC_Vout). Tamponi (U7D) siguron që rezistorët të mos tërheqin rrymë nga dalja.

Pompë ngarkimi

Tensioni negativ që përmendëm më parë gjenerohet nga një qark i vogël kurioz: pompa e ngarkimit. Ajo ushqehet nga një PWM 50% e mikrokontrolluesit (PWM).

Konvertuesi i Nxitjes

Tani le të hedhim një vështrim në tensionin e hyrjes të bllokut tonë kryesor: VCC. Ne shohim që është 5 - 27V, por prisni, USB jep një maksimum prej 5 V? Në të vërtetë, dhe kjo është arsyeja pse ne duhet të rrisim tensionin, me një të ashtuquajtur konvertues të rritjes. Ne gjithmonë mund ta rrisim tensionin në 27 V, pavarësisht se çfarë dalje duam; megjithatë, kjo do të humbte shumë energji në LT3080 dhe gjërat do të nxeheshin shumë! Pra, në vend që ta bëjmë atë, ne do ta rrisim tensionin pak më shumë se tensioni i daljes. Rreth 2.5 V më e lartë është e përshtatshme, për të llogaritur rënien e tensionit në rezistencën e kuptimit aktual dhe tensionin e braktisjes së LT3080. Tensioni vendoset nga rezistorët në sinjalin dalës të konvertuesit të nxitjes. Për të ndryshuar këtë tension në fluturim, ne përdorim një potenciometër dixhital, MCP41010, i cili kontrollohet përmes SPI.

USB C

Kjo na çon në tensionin e vërtetë të hyrjes: portën USB! Arsyeja e përdorimit të USB C (USB tipi 3.1 për të qenë i saktë, USB C është vetëm lloji i lidhësit) është sepse lejon një rrymë prej 3A në 5V, kjo është tashmë mjaft energji. Por ka një kapje, pajisja duhet të jetë në përputhje për të nxjerrë këtë rrymë dhe për të "negociuar" me pajisjen pritëse. Në praktikë, kjo bëhet duke lidhur dy rezistorë 5.1k tërheqës (R12 dhe R13) në linjën CC1 dhe CC2. Për pajtueshmërinë me USB 2, dokumentacioni është më pak i qartë. Me pak fjalë: ju vizatoni çdo rrymë që dëshironi, për aq kohë sa hosti mund ta sigurojë atë. Kjo mund të kontrollohet duke monitoruar tensionin e autobusit USB: një tension bie nën 4.25V, pajisja tërheq shumë rrymë. Kjo zbulohet nga krahasuesi U1A dhe do të çaktivizojë daljen. Gjithashtu i dërgon një sinjal mikrokontrolluesit për të vendosur rrymën maksimale. Si një bonus, rezistencat janë shtuar për të mbështetur zbulimin e ID -së së ngarkuesit të karikuesve të mollës dhe samsung.

Rregullator 5V

Tensioni i furnizimit 5 V i arduino normalisht vjen drejtpërdrejt nga USB. Por meqenëse tensioni USB mund të ndryshojë midis 4.5 dhe 5.5 V sipas specifikimit USB, kjo nuk është mjaft e saktë. Prandaj, përdoret një rregullator 5V, i cili mund të gjenerojë 5V nga tensione më të ulëta dhe më të larta. Sidoqoftë, ky tension nuk është jashtëzakonisht i saktë, por kjo zgjidhet me një hap kalibrimi ku cikli i funksionimit të sinjalit PWM rregullohet në përputhje me rrethanat. Ky tension matet nga pjesëtuesi i tensionit i formuar nga R42 dhe R43. Por meqenëse nuk kisha më hyrje falas, më duhej të bëja një detyrë të dyfishtë me një tërheqje pin. Kur çizmet e furnizimit me energji elektrike, kjo kunj është vendosur së pari si një hyrje: mat hekurudhën e furnizimit dhe kalibron vetë. Tjetra, është vendosur si dalje dhe mund të drejtojë vijën e zgjedhur të çipit të potenciometrit.

Referenca e tensionit 2.56 V

Ky çip i vogël siguron një referencë shumë të saktë të tensionit 2.56 V. Kjo përdoret si referencë për sinjalet analoge ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt. Kjo është arsyeja pse na duheshin ndarës të tensionit për t'i ulur këto sinjale në 2.5 V.

FTDI

Pjesa e fundit e këtij furnizimi me energji është lidhja me botën mizore, të jashtme. Për këtë, ne duhet të konvertojmë sinjalet serike në sinjale USB. Për fat të mirë, kjo bëhet nga ATMEGA32U4, ky është i njëjti çip që përdoret në Arduino Micro.

Bluetooth

Pjesa Bluetooth është shumë e thjeshtë: një modul Bluetooth jashtë raftit shtohet dhe kujdeset për gjithçka për ne. Meqenëse niveli i tij logjik është 3.3V (VS 5V për mikrokontrolluesin) një ndarës i tensionit përdoret për të zhvendosur nivelin e sinjalit.

Dhe kjo është gjithçka që ka për të!

Hapi 3: PCB & Elektronikë

Tani që e kuptuam se si funksionon qarku, mund të fillojmë ta ndërtojmë atë! Ju thjesht mund të porosisni PCB në internet nga prodhuesi juaj i preferuar (kostoja ime është rreth 10 dollarë), skedarët gerber mund të gjenden në GitHub tim, së bashku me faturën e materialeve. Montimi i PCB -së është në thelb një çështje e bashkimit të përbërësve në vend sipas ekranit të mëndafshit dhe faturës së materialeve.

Ndërsa furnizimi im i mëparshëm me energji kishte vetëm përbërës përmes vrimës, kufizimi i madhësisë për atë të ri e bëri këtë të pamundur. Shumica e përbërësve janë ende relativisht të lehtë për t'u bashkuar, kështu që mos kini frikë. Sa për ilustrim: një miku im që nuk ishte ngjitur kurrë më parë arriti të popullojë këtë pajisje!

Iestshtë më e lehtë të bësh së pari komponentët në anën e përparme, pastaj në pjesën e pasme dhe të përfundosh me përbërësit e vrimës. Kur e bëni këtë, PCB nuk do të lëkundet kur bashkoni përbërësit më të vështirë. Komponenti i fundit që do të ngjitet është moduli Bluetooth.

Të gjithë përbërësit mund të bashkohen, përveç 2 prizave me banane, të cilat do t'i montojmë në hapin tjetër!

Hapi 4: Rasti & Montimi

Me PCB të bërë, ne mund të kalojmë në rastin. Kam projektuar në mënyrë specifike PCB-në rreth një kasë alumini 20x50x80mm (https://www.aliexpress.com/item/Alumin-PCB-Instr…), kështu që përdorimi i një kuti tjetër nuk rekomandohet. Sidoqoftë, gjithmonë mund të printoni një kuti me të njëjtat përmasa.

Hapi i parë është përgatitja e panelit përfundimtar. Do të na duhet të shpojmë disa vrima për prizat e bananeve. Unë e bëra këtë me dorë, por nëse keni qasje në një CNC, do të ishte një opsion më i saktë. Vendosni kapakët e bananeve në këto vrima dhe ngjitini ato në PCB.

Ideashtë një ide e mirë të shtoni disa jastëkë mëndafshi tani dhe t'i mbani në vend me një pikë të vogël super ngjitës. Këto do të lejojnë transferimin e nxehtësisë midis LT3080 dhe LT1370 dhe rastit. Mos i harroni ato!

Tani mund të përqendrohemi në panelin e përparmë, i cili vetëm vidhet në vend. Me të dy panelet në vend, tani mund ta fusim montimin në kasë dhe ta mbyllim të gjithë. Në këtë pikë hardueri është përfunduar, tani e vetmja gjë që mbetet është t'i jepni pak jetë asaj me softuerin!

Hapi 5: Kodi Arduino

Truri i këtij projekti është ATMEGA32U4, të cilin do ta programojmë me Arduino IDE. Në këtë pjesë, unë do të kaloj nëpër funksionimin bazë të kodit, detajet mund të gjenden si komente brenda kodit.

Kodi në thelb kalon nëpër këto hapa:

1. Dërgoni të dhëna në aplikacion
2. Lexoni të dhënat nga aplikacioni
3. Matni tensionin
4. Matni rrymën
5. Butoni i sondazhit

Rryma e tepërt USB trajtohet nga një rutinë shërbimi ndërprerjeje për ta pasur atë sa më të përgjegjshëm.

Para se çipi të programohet përmes USB, ngarkuesi i ngarkimit duhet të digjet. Kjo bëhet përmes portës ISP/ICSP (titujt meshkuj 3x2) përmes një programuesi ISP. Opsionet janë AVRISPMK2, USBTINY ISP ose një arduino si ISP. Sigurohuni që bordi të marrë energji dhe shtypni butonin 'djeg bootloader'.

Kodi tani mund të ngarkohet në tabelë përmes portës USB C (meqë çipi ka një ngarkues boot). Bordi: Arduino Mikro Programues: AVR ISP / AVRISP MKII Tani mund të hedhim një vështrim në ndërveprimin midis Arduino dhe PC.

Hapi 6: Aplikacioni Android

Tani kemi një furnizim fuqie plotësisht funksional, por asnjë mënyrë për ta kontrolluar akoma. Shumë i bezdisshëm. Pra, ne do të bëjmë një aplikacion Android për të kontrolluar furnizimin me energji nëpërmjet Bluetooth.

Aplikacioni është bërë me programin shpikës të aplikacionit MIT. Të gjithë skedarët mund të përfshihen për të klonuar dhe modifikuar projektin. Së pari, shkarkoni aplikacionin shoqërues MIT AI2 në telefonin tuaj. Tjetra, importoni skedarin.aia në faqen e internetit të UA. Kjo gjithashtu ju lejon të shkarkoni aplikacionin në telefonin tuaj duke zgjedhur "Ndërto> Aplikacionin (jepni kodin QR për.apk)"

Për të përdorur aplikacionin, zgjidhni një pajisje Bluetooth nga lista: do të shfaqet si modul HC-05. Kur lidheni, të gjitha cilësimet mund të ndryshohen dhe dalja e furnizimit me energji mund të lexohet.

Hapi 7: Kodi Java

Për regjistrimin e të dhënave dhe kontrollin e furnizimit me energji nëpërmjet PC, bëra një aplikacion java. Kjo na lejon të kontrollojmë me lehtësi tabelën përmes një GUI. Ashtu si me kodin Arduino, unë nuk do të hyj në të gjitha detajet, por do të jap një përmbledhje.

Fillojmë duke bërë një dritare me butona, fusha teksti etj; Gjërat bazë GUI.

Tani vjen pjesa argëtuese: shtimi i porteve USB, për të cilat kam përdorur bibliotekën jSerialComm. Pasi të zgjidhet një port, java do të dëgjojë çdo të dhënë hyrëse. Ne gjithashtu mund të dërgojmë të dhëna në pajisje.

Për më tepër, të gjitha të dhënat hyrëse ruhen në një skedar csv, për trajtim të mëvonshëm të të dhënave.

Kur drejtojmë skedarin.jar, së pari duhet të zgjedhim portën e duhur nga menyja zbritëse. Pas lidhjes së të dhënave, do të fillojmë të hyjmë dhe ne mund t'i dërgojmë cilësimet tona në furnizimin me energji.

Ndërsa programi është mjaft themelor, mund të jetë shumë i dobishëm për ta kontrolluar atë përmes një PC dhe regjistruar të dhënat e tij.

Hapi 8:

Pas gjithë kësaj pune, ne tani kemi një furnizim fuqie plotësisht funksional!

Tani mund të shijojmë furnizimin me energji shtëpiake, i cili do të jetë i dobishëm gjatë punës në projekte të tjera të mrekullueshme! Dhe më e rëndësishmja: ne kemi mësuar shumë gjëra gjatë rrugës.

Nëse ju pëlqeu ky projekt, ju lutem votoni për mua në konkursin me madhësi xhepi dhe mikrokontrollues, do ta vlerësoja vërtet!