Сандық USB C қуатымен жұмыс істейтін Bluetooth қуат көзі: 8 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Сіз кез келген уақытта, тіпті жақын жерде қабырғадағы розетка болмаса да, қолдануға болатын қуат көзін алғыңыз келді ме? Егер бұл өте дәл, цифрлық және компьютер мен телефон арқылы басқарылатын болса, жақсы болмас па еді?

Бұл нұсқаулықта мен сізге дәл осылай жасау керектігін көрсетемін: USB C арқылы жұмыс істейтін цифрлық қуат көзі. Ол arduino үйлесімді, оны компьютер арқылы USB арқылы немесе телефон арқылы Bluetooth арқылы басқаруға болады.

Бұл жоба - бұл батареямен жұмыс жасайтын, дисплейі мен тұтқалары бар алдыңғы қуат көзінің эволюциясы. Мұнда тексеріңіз! Мен кішірек болғым келді, сондықтан мен мұны жасадым!

Қуат көзіне USB C батарея банкінен немесе телефон зарядтағышынан қуат беруге болады. Бұл қуаты 15 Вт -қа дейін жетуге мүмкіндік береді, бұл аз қуатты электрониканы қуаттандыруға жеткілікті! Мұндай шағын құрылғыда жақсы интерфейс болуы үшін мен Bluetooth мен Android қосымшасын енгіздім, бұл ультра портативті қуат береді!

Мен бүкіл дизайн процесін көрсетемін, және барлық жоба файлдарын GitHub бетімде табуға болады:

Бастайық!

1 -қадам: ерекшеліктері мен бағасы

Мүмкіндіктер

• USB C арқылы жұмыс істейді
• Bluetooth арқылы Android қосымшасы арқылы басқарылады
• USB арқылы C арқылы Java арқылы басқарылады
• Тұрақты кернеу мен тұрақты ток режимдері
• Қуаттың таралуын азайту үшін төмен шуды реттейтін реттегішті қолданады.
• ATMEGA32U4 жұмыс істейді, Arduino IDE бағдарламаланған
• Оны портативті ету үшін USB C батарея банкінен қуат алуға болады
• USB C мен Apple зарядтағышын анықтау
• BNC адаптерлерімен үйлесімділік үшін 18 мм қашықтықтағы банан штепсельдері

Ерекшеліктер

• 0 - 1А, қадамдары 1 мА (10 биттік DAC)
• 0 - 25В, 25 мВ қадамдар (10 биттік DAC) (шынайы 0В жұмысы)
• Кернеуді өлшеу: 25 мВ ажыратымдылық (10 биттік ADC)
• Ағымдағы өлшеу: <40mA: 10uA ажыратымдылығы (ina219) <80mA: 20uA ажыратымдылығы (ina219) <160mA: 40uA ажыратымдылығы (ina219) <320mA: 80uA ажыратымдылығы (ina219)> 320mA: 1mA ажыратымдылығы (10 биттік ADC)

Құны

Толық қуатпен қамтамасыз ету маған бір реттік компоненттермен бірге шамамен 100 долларға жетті. Бұл қымбат болып көрінгенімен, өнімділігі мен мүмкіндіктері әлдеқайда төмен болатын қуат көздері көбінесе осыдан да қымбат тұрады. Егер сіз ebay немесе aliexpress -тен компоненттерге тапсырыс беруге қарсы болмасаңыз, баға шамамен 70 долларға дейін төмендейді. Бөлшектердің келуіне көп уақыт кетеді, бірақ бұл өміршең нұсқа.

2 -қадам: Схема және жұмыс теориясы

Тізбектің жұмысын түсіну үшін бізге схеманы қарау керек. Мен оны функционалды блоктарға бөлдім, сондықтан түсіну оңайырақ; Мен сонымен қатар операцияны біртіндеп түсіндіремін, бұл бөлім өте терең және электроникадан жақсы білімді қажет етеді. Егер сіз тізбекті қалай салу керектігін білгіңіз келсе, келесі қадамға өтуге болады.

Негізгі блок

Операция LT3080 чипінің айналасына негізделген: бұл бақылау сигналына негізделген кернеуді төмендететін сызықтық кернеу реттегіші. Бұл басқару сигналын микроконтроллер жасайды; бұл қалай жүзеге асады, кейінірек егжей -тегжейлі түсіндіріледі.

Кернеуді реттеу

LT3080 айналасындағы схема сәйкес басқару сигналдарын шығарады. Алдымен біз кернеудің қалай орнатылғанын қарастырамыз. Микроконтроллерден кернеудің параметрі - бұл PWM сигналы (PWM_Vset), ол төменгі өту сүзгісімен (C23 & R32) сүзіледі. Бұл аналогты кернеуді шығарады - 0 мен 5 В аралығында - кернеу кернеуіне пропорционалды. Біздің шығу диапазоны 0 - 25 В болғандықтан, біз бұл сигналды 5 есе күшейтуге мәжбүр боламыз. Бұл U7C инверттелмейтін опамп конфигурациясымен жүзеге асады. Белгіленген түйреуішке кірісті R31 және R36 анықтайды. Бұл резисторлар қателерді азайту үшін 0,1% төзімді. R39 және R41 мұнда маңызды емес, өйткені олар кері байланыс циклінің бөлігі болып табылады.

Ағымдағы параметр

Бұл түйреуішті екінші параметр үшін де қолдануға болады: ағымдағы режим. Біз ағымдағы тартылуды өлшегіміз келеді және керекті токтан асып кеткенде шығымды өшіргіміз келеді. Сондықтан біз қайтадан микроконтроллер шығаратын PWM сигналынан (PWM_Iset) бастаймыз, ол қазір төмен өткізгішті сүзгіленіп, 0 - 5 В диапазонынан 0 - 2,5 В диапазонына өту үшін әлсіреді. Бұл кернеу U1B opamp компаратор конфигурациясы бойынша қазіргі кездегі резисторлық кернеудің төмендеуімен салыстырылады (ADC_Iout, төменде қараңыз). Егер ток тым жоғары болса, онда ол светодиодты қосады, сонымен қатар LT3080 орнатылған желісін жерге (Q1 арқылы) тартады, осылайша шығыс өшіріледі. ADC_Iout сигналын және токты өлшеу келесідей орындалады. Шығу тогы R22 резисторы арқылы өтеді. Егер ток осы резистор арқылы өтсе, ол біз өлшей алатын кернеудің төмендеуін тудырады және ол LT3080 -ге қойылады, өйткені кернеудің төмендеуі шығыс кернеуіне әсер етпеуі керек. Кернеудің төмендеуі дифференциалды күшейткішпен (U7B) өлшенеді. 5 жоғарылауы. Бұл 0 - 2,5 В кернеу диапазонына әкеледі (бұл туралы кейінірек), демек токтың PWM сигналындағы кернеу бөлгіш. Буфер (U7A) R27, R34 және R35 резисторларына ағатын ток ағымдағы сезімтал резистордан өтпейтініне көз жеткізу үшін бар, бұл оның оқылуына әсер етеді. Сондай-ақ, бұл рельс-рельс опампасы болуы керек екенін ескеріңіз, себебі оң кірістегі кіріс кернеуі қоректену кернеуіне тең. Инвертивті емес күшейткіш тек бағытты өлшеуге арналған, бірақ дәл өлшеу үшін бізде бортта INA219 чипі бар. Бұл чип бізге өте аз токтарды өлшеуге мүмкіндік береді және I2C арқылы шешіледі.

Қосымша заттар

LT3080 шығысында бізде тағы да көптеген заттар бар. Ең алдымен, ағымдағы раковина (LM334) бар. Бұл LT3080 тұрақтандыру үшін тұрақты ток 677 uA (R46 резисторымен орнатылған) тартады. Ол жерге қосылмайды, кернеу VEE -ге қосылады. Бұл LT3080 0 В дейін жұмыс істеуі үшін қажет, жерге қосылған кезде ең төменгі кернеу шамамен 0,7 В болады. Бұл жеткілікті төмен болып көрінеді, бірақ бұл бізге қуат көзін толығымен өшіруге кедергі келтіретінін есте сақтаңыз. Өкінішке орай, бұл тізбек LT3080 шығысында, яғни оның тогы біз өлшегіміз келетін шығыс токына ықпал етеді. Бақытымызға орай, бұл тұрақты, сондықтан біз бұл токты калибрлей аламыз. Зенер диод D7, егер ол 25 В -тан жоғары болса, шығыс кернеуін қысу үшін қолданылады, ал резистор бөлгіш шығыс кернеуінің диапазонын 0 - 25 В -тан 0 - 2,5 В -қа дейін төмендетеді (ADC_Vout). Буфер (U7D) резисторлардың шығудан ток шығармауын қамтамасыз етеді.

Зарядтау сорғы

Біз жоғарыда айтқан теріс кернеуді шағын тізбек тудырады: зарядты сорғы. Ол микроконтроллердің 50% PWM (PWM) қоректенеді.

Boost түрлендіргіші

Енді біздің негізгі блоктың кіріс кернеуін қарастырайық: VCC. Біз бұл 5 - 27В екенін көреміз, бірақ күте тұрыңыз, USB ең көп дегенде 5 В береді? Шынында да, сондықтан біз кернеуді күшейту түрлендіргіш деп аталатын күшейтуіміз керек. Біз әрқашан кернеуді 27 В дейін арттыра аламыз, біз қандай шығыс алғымыз келеді; дегенмен, бұл LT3080 -де көп энергияны жоғалтады және заттар қызып кетеді! Осылайша, керісінше, кернеуді шығыс кернеуінен сәл жоғарылатамыз. Шамамен 2,5 В жоғары ток кернеуінің резисторының төмендеуі мен LT3080 ажырату кернеуін ескеру қажет. Кернеуді күшейткіш түрлендіргіштің шығыс сигналына резисторлар орнатады. Бұл кернеуді жылдам өзгерту үшін біз SPI арқылы басқарылатын MCP41010 сандық потенциометрін қолданамыз.

USB C

Бұл бізді нақты кіріс кернеуіне әкеледі: USB порты! USB C қолданудың себебі (USB түрі 3.1, USB C - бұл тек қосқыш түрі), себебі ол 5В -да 3А ток береді, бұл қазірдің өзінде өте қуатты. Бірақ бір нәрсе бар, бұл ток осы құрылғыға сәйкес келуі және хост құрылғысымен «келіссөздер жүргізуі» керек. Іс жүзінде бұл 5.1к екі тартылатын резисторды (R12 және R13) CC1 және CC2 желісіне қосу арқылы жүзеге асады. USB 2 үйлесімділігі үшін құжаттама анық емес. Қысқасы: егер сіз оны бере алатын болсаңыз, сіз өзіңіз қалаған токты тартасыз. Мұны USB шинасының кернеуін бақылау арқылы тексеруге болады: бір кернеу 4,25 В төмендейді, құрылғы тым көп ток алады. Мұны U1A компараторы анықтайды және шығуды өшіреді. Ол сонымен қатар макро токты орнату үшін микроконтроллерге сигнал жібереді. Бонус ретінде apple және samsung зарядтағыштарының зарядтағыш идентификаторын анықтауды қолдау үшін резисторлар қосылды.

5В реттегіш

Ардуиноның 5 В кернеуі әдетте USB -ден тікелей келеді. Бірақ USB кернеуі USB сипаттамасына сәйкес 4,5 пен 5,5 В аралығында өзгеруі мүмкін болғандықтан, бұл жеткіліксіз. Сондықтан 5В реттегіш қолданылады, ол төмен және жоғары кернеулерден 5В шығара алады. Дегенмен, бұл кернеу өте дәл емес, бірақ бұл калибрлеу қадамымен шешіледі, онда PWM сигналының жұмыс циклы сәйкесінше реттеледі. Бұл е кернеу R42 және R43 құрайтын кернеу бөлгішпен өлшенеді. Бірақ менде бос кірістер болмағандықтан, маған екі еселенген істікшені тартуға тура келді. Қуат көзі жүктелген кезде, бұл түйреуіш алдымен кіріс ретінде орнатылады: ол жеткізу жолын өлшейді және өзін калибрлейді. Содан кейін ол шығыс ретінде орнатылады және ол потенциометрдің чипті таңдау сызығын басқара алады.

2,56 В кернеуге сілтеме

Бұл шағын чип 2,56 В кернеудің өте дәл анықтамасын береді. Бұл ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt аналогты сигналдарына сілтеме ретінде қолданылады. Осы сигналдарды 2,5 В дейін төмендету үшін бізге кернеу бөлгіштер қажет болды.

FTDI

Бұл қуат көзінің соңғы бөлігі - қатыгез, сыртқы әлеммен байланыс. Ол үшін бізге сериялық сигналдарды USB сигналдарына түрлендіру қажет. Бақытымызға орай, мұны ATMEGA32U4 жасайды, бұл Arduino Micro -де қолданылатын чип.

блютуз

Bluetooth бөлігі өте қарапайым: дайын емес Bluetooth модулі қосылады және біз үшін бәрін шешеді. Оның логикалық деңгейі 3.3В (микроконтроллер үшін VS 5V) болғандықтан, сигналды жылжыту үшін кернеу бөлгіш қолданылады.

Және мұның бәрі бар!

3 -қадам: ПХД және электроника

Енді біз схеманың қалай жұмыс істейтінін түсініп, оны құруға кірісе аламыз! Сіз өзіңіздің сүйікті өндірушіңізден ПХД -ге онлайн тапсырыс бере аласыз (шахтаның бағасы шамамен 10 доллар), гербер файлдарын менің GitHub -те табуға болады. ПХД құрастыру, негізінен, жібек экраны мен материалдардың есебіне сәйкес компоненттерді дәнекерлеу болып табылады.

Бұрынғы қуат көзінде тек тесік компоненттері болғанымен, жаңасының мөлшерінің шектелуі бұл мүмкін болмады. Көптеген компоненттер әлі де дәнекерлеуге оңай, сондықтан қорықпаңыз. Мысал ретінде: бұрын ешқашан дәнекерлемеген менің досым бұл құрылғыны толтырып үлгерді!

Компоненттерді алдымен алдыңғы жағында, содан кейін артқы жағында және тесік компоненттерімен аяқтау оңай. Бұл жағдайда ПХД ең қиын компоненттерді дәнекерлеген кезде тербелмейді. Дәнекерленген соңғы компонент - Bluetooth модулі.

Барлық компоненттерді дәнекерлеуге болады, 2 банан ұясынан басқа, біз келесі қадамда орнатамыз!

4 -қадам: Корпус және құрастыру

Компьютердің көмегімен біз корпусқа көшеміз. Мен ПХД 20х50х80 мм алюминий корпусының айналасында арнайы әзірледім (https://www.aliexpress.com/item/Aluminum-PCB-Instr…), сондықтан басқа корпусты пайдалану ұсынылмайды. Дегенмен, сіз әрқашан бірдей өлшемдегі корпусты 3D басып шығара аласыз.

Бірінші қадам-соңғы панельді дайындау. Біз банан ұяларына бірнеше тесік бұрғылауымыз керек. Мен мұны қолмен жасадым, бірақ егер сізде CNC қол жетімді болса, бұл дәлірек нұсқа болар еді. Банан ұяларын осы тесіктерге салыңыз және оларды ПХД -ға дәнекерлеңіз.

Жібек жастықшаларды қазір қосып, оларды супер желімнің кішкене тамшысымен ұстаған дұрыс. Бұл LT3080 мен LT1370 пен корпус арасында жылу алмасуға мүмкіндік береді. Оларды ұмытпаңыз!

Енді біз алдыңғы панельге назар аудара аламыз, ол тек бұрандалармен бекітіледі. Екі панельді орнында орнатуды корпусқа салып, бәрін жабуға болады. Бұл кезде аппараттық құрал жасалды, енді бағдарламалық жасақтаманың көмегімен өмірге әсер ету ғана қалды!

5 -қадам: Arduino коды

Бұл жобаның миы ATMEGA32U4 болып табылады, біз оны Arduino IDE көмегімен бағдарламалаймыз. Бұл бөлімде мен кодтың негізгі әрекетін өтемін, мәліметтерді код ішіндегі түсініктеме ретінде табуға болады.

Код негізінен келесі қадамдардан өтеді:

1. Қолданбаға деректерді жіберіңіз
2. Қолданбадан деректерді оқыңыз
3. Кернеуді өлшеу
4. Токты өлшеу
5. Сауалнама түймесі

USB шамадан тыс ағыны мүмкіндігінше жауап беру үшін үзіліс қызмет көрсету тәртібімен өңделеді.

Чипті USB арқылы бағдарламалау алдында жүктеуші жүктелуі керек. Бұл ISP/ICSP порты (3x2 ерлер тақырыптары) арқылы провайдер бағдарламашысы арқылы жүзеге асады. Опциялар - AVRISPMK2, USBTINY ISP немесе провайдер ретінде arduino. Тақтаның қуат алатынына көз жеткізіңіз және «жүктеуді жүктеу» түймесін басыңыз.

Енді кодты USB C порты арқылы тақтаға жүктеуге болады (өйткені чипте жүктеуші бар). Басқарма: Arduino Micro Бағдарламашы: AVR ISP / AVRISP MKII Енді біз Arduino мен ДК арасындағы өзара әрекеттесуді қарастыра аламыз.

6 -қадам: Android қосымшасы

Бізде қазір толық функционалды қуат көзі бар, бірақ оны басқаруға әлі мүмкіндік жоқ. Өте тітіркендіргіш. Сондықтан біз Bluetooth арқылы қуат беруді басқаратын Android қосымшасын жасаймыз.

Қолданба MIT қосымшасының өнертапқыш бағдарламасымен жасалды. Жобаны клондау және өзгерту үшін барлық файлдарды қосуға болады. Алдымен телефонға MIT AI2 серіктес қосымшасын жүктеп алыңыз. Содан кейін AI веб -сайтында.aia файлын импорттаңыз. Бұл сонымен қатар «Құру> Қолданба (.apk үшін QR кодын беру)» тармағын таңдау арқылы қосымшаны өз телефоныңызға жүктеуге мүмкіндік береді.

Қолданбаны пайдалану үшін тізімнен Bluetooth құрылғысын таңдаңыз: ол HC-05 модулі ретінде көрсетіледі. Қосылған кезде барлық параметрлерді өзгертуге болады және қуат көзінің шығысын оқуға болады.

7 -қадам: Java коды

Деректерді тіркеу және компьютер арқылы қуат беруді басқару үшін мен java қосымшасын жасадым. Бұл бізге GUI арқылы тақтаны оңай басқаруға мүмкіндік береді. Arduino коды сияқты мен барлық егжей -тегжейлерге тоқталмаймын, бірақ шолу жасаймын.

Біз батырмалар, мәтіндік өрістер және т.б терезені құрудан бастаймыз; негізгі GUI материалдары.

Енді қызықты бөлігі келеді: мен USB порттарын қосу үшін jSerialComm кітапханасын қолдандым. Порт таңдалғаннан кейін, java кез келген кіріс деректерді тыңдайды. Біз құрылғыға деректерді жібере аламыз.

Сонымен қатар, барлық кіріс деректер кейін өңдеу үшін csv файлына сақталады.

. Jar файлын іске қосқанда, алдымен ашылмалы мәзірден дұрыс портты таңдау керек. Қосылғаннан кейін деректер кіре бастайды және біз параметрлерді қуат көзіне жібере аламыз.

Бағдарлама өте қарапайым болғанымен, оны компьютер арқылы басқару және оның мәліметтерін тіркеу өте пайдалы болуы мүмкін.

8 -қадам:

Барлық осы жұмыстан кейін бізде қазір толық функционалды қуат көзі бар!

Біз енді өз үйімізде жасалған қуатты жеткізуден ләззат ала аламыз, ол басқа керемет жобалармен жұмыс жасау кезінде пайдалы болады! Ең бастысы: біз жол бойында көп нәрсені үйрендік.

Егер сізге бұл жоба ұнаған болса, маған қалта мен микроконтроллер байқауында дауыс беріңіз, мен оны өте бағалаймын!