Rəqəmsal USB C Güclü Bluetooth Güc Təchizatı: 8 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Yaxınlıqdakı divar prizi olmasa belə, yolda istifadə edə biləcəyiniz bir güc təchizatı istəmisinizmi? Həm də çox dəqiq, rəqəmsal və kompüter və telefon vasitəsilə idarə oluna bilsəydi, yaxşı olmazmı?

Bu təlimatda sizə tam olaraq bunu necə quracağınızı göstərəcəyəm: USB C üzərindən işləyən rəqəmsal güc təchizatı Arduino ilə uyğun gəlir və USB vasitəsilə PC vasitəsilə və ya Bluetooth vasitəsilə telefonunuz vasitəsilə idarə oluna bilər.

Bu layihə, batareya ilə işləyən, ekranı və düymələri olan əvvəlki güc tədarükümün təkamülüdür. Burada yoxlayın! Ancaq daha kiçik olmaq istədim, buna görə də bunu etdim!

Güc təchizatı USB C batareya bankından və ya telefon şarj cihazından işləyə bilər. Bu, 15W -a qədər gücə imkan verir ki, bu da ən aşağı enerjili elektronikanı gücləndirmək üçün kifayətdir! Kiçik bir cihazda yaxşı bir istifadəçi interfeysinə sahib olmaq üçün nəzarət üçün Bluetooth və Android tətbiqetməsini daxil etdim.

Bütün dizayn prosesini göstərəcəyəm və bütün layihə sənədlərini GitHub səhifəmdə tapa bilərsiniz:

Gəlin başlayaq!

Addım 1: Xüsusiyyətlər və Qiymət

Xüsusiyyətləri

• USB C ilə təchiz edilmişdir
• Bluetooth üzərindən Android tətbiqi ilə idarə olunur
• USB vasitəsilə C vasitəsilə Java vasitəsilə idarə olunur
• Sabit gərginlik və sabit cərəyan rejimi
• Güc itkisini minimuma endirmək üçün əvvəlcədən bir izləmə ön tənzimləyicisi olan aşağı səs -küylü xətti tənzimləyici istifadə edir.
• Arduino IDE ilə proqramlaşdırılmış ATMEGA32U4 ilə təchiz edilmişdir
• Portativ etmək üçün USB C batareya bankı ilə təchiz oluna bilər
• USB C və Apple şarj cihazının aşkarlanması
• BNC adapterləri ilə uyğunluq üçün 18 mm aralığında banan fişləri

Xüsusiyyətlər

• 0 - 1A, addımlar 1 mA (10 bit DAC)
• 0 - 25V, 25 mV (10 bit DAC) addımları (əsl 0V işləməsi)
• Gərginliyin ölçülməsi: 25 mV qətnamə (10 bit ADC)
• Cari ölçü: <40mA: 10uA qətnamə (ina219) <80mA: 20uA qətnamə (ina219) <160mA: 40uA qətnamə (ina219) <320mA: 80uA qətnamə (ina219)> 320mA: 1mA qətnamə (10 bit ADC)

Qiymət

Tam güc təchizatı, birdəfəlik komponentlərlə birlikdə təxminən 100 dollara başa gəldi. Bu bahalı görünsə də, çox az performansa və xüsusiyyətlərə malik olan təchizatlar çox vaxt bundan baha başa gəlir. Ebay və ya aliexpress -dən komponentlərinizi sifariş etməkdən çəkinmirsinizsə, qiymət təxminən 70 dollara düşəcək. Parçaların daxil olması daha uzun çəkir, amma bu, uyğun bir seçimdir.

Addım 2: Əməliyyat Şeması və Nəzəriyyəsi

Dövrənin işini başa düşmək üçün sxemə baxmalıyıq. Bunu başa düşmək daha asan olacaq şəkildə funksional bloklara ayırdım; Əməliyyatı addım -addım izah edəcəyəm. Bu hissə olduqca dərindir və yaxşı bir elektronika biliyi tələb edir. Yalnız dövrənin necə qurulacağını bilmək istəyirsinizsə, növbəti addıma keçə bilərsiniz.

Əsas blok

Əməliyyat LT3080 çipi ətrafında qurulub: nəzarət siqnalına əsaslanan gərginliyi aşağı sala bilən xətti bir gərginlik tənzimləyicisidir. Bu nəzarət siqnalı bir mikro nəzarətçi tərəfindən yaradılacaq; bunun necə edildiyi, daha sonra ətraflı izah ediləcək.

Gərginlik ayarı

LT3080 ətrafındakı dövrə müvafiq nəzarət siqnalları yaradır. Əvvəlcə gərginliyin necə qurulduğunu nəzərdən keçirəcəyik. Mikrodenetleyicinin gərginlik ayarı, alçaq keçidli bir filtr (C23 & R32) ilə süzülən PWM siqnaldır (PWM_Vset). Bu, analoq bir gərginlik yaradır - 0 ilə 5 V arasında - istədiyiniz çıxış gərginliyinə mütənasibdir. Çıxış aralığımız 0 - 25 V olduğu üçün bu siqnalı 5 faktorla gücləndirməliyik. Bu, U7C -nin ters çevrilməyən opamp konfiqurasiyası ilə edilir. Quraşdırılmış pin üçün qazanc R31 və R36 ilə müəyyən edilir. Səhvləri minimuma endirmək üçün bu rezistorlar 0,1% dözümlüdür. R39 və R41 burada fərq etməz, çünki onlar geribildirim döngəsinin bir hissəsidir.

Cari ayar

Bu set pimi ikinci parametr üçün də istifadə edilə bilər: cari rejim. Cari çəkilişi ölçmək və istədiyiniz cərəyanı aşdıqda çıxışı söndürmək istəyirik. Buna görə, yenidən mikroavtobus tərəfindən yaradılan PWM siqnalı (PWM_Iset) ilə başlayırıq, indi aşağı keçiddən süzülür və 0 - 5 V aralığından 0 - 2,5 V aralığına keçmək üçün zəiflədilir. Bu gərginlik, opamp U1B -nin komparator konfiqurasiyası ilə cari hiss rezistorundakı (ADC_Iout, aşağıya baxın) gerilim düşməsi ilə müqayisə olunur. Cərəyan çox yüksəkdirsə, bu bir led açacaq və LT3080 -in müəyyən edilmiş xəttini yerə (Q1 vasitəsilə) çəkəcək və bununla da çıxışı söndürəcək. Cərəyanın ölçülməsi və ADC_Iout siqnalının istehsalı aşağıdakı kimi aparılır. Çıxış cərəyanı R22 rezistorundan keçir. Cərəyan bu rezistordan keçəndə ölçə biləcəyimiz bir gərginlik düşməsi yaradır və LT3080 -dən əvvəl yerləşdirilir, çünki üzərindəki gərginlik düşməsi çıxış gərginliyinə təsir etməməlidir. Gərginliyin düşməsi 5 -ə bərabər olan bir fərqləndirici gücləndirici (U7B) ilə ölçülür. Bu, 0 - 2,5 V (daha sonra bundan sonra) gərginlik aralığına səbəb olur, buna görə də cərəyanın PWM siqnalında gərginlik bölücüdür. Tampon (U7A), R27, R34 və R35 rezistorlarına axan cərəyanın oxunuşuna təsir edəcək cari hiss rezistorundan keçmədiyinə əmin olmaq üçün var. Həm də unutmayın ki, bu, relsdən dəmiryoluna qədər bir opamp olmalıdır, çünki müsbət girişdəki giriş gərginliyi təchizat gərginliyinə bərabərdir. Ters çevrilməyən gücləndirici yalnız kurs ölçümü üçündür, amma çox dəqiq ölçmələr üçün təyyarəmizdə INA219 çipi var. Bu çip çox kiçik cərəyanları ölçməyimizə imkan verir və I2C vasitəsi ilə həll olunur.

Əlavə şeylər

LT3080 -in çıxışında daha çox şeyimiz var. Hər şeydən əvvəl, cari bir lavabo var (LM334). Bu, LT3080 -ni sabitləşdirmək üçün 677 uA sabit bir cərəyan çəkir (R46 müqaviməti ilə təyin olunur). Bununla birlikdə, yerə deyil, mənfi bir gerilim olan VEE -yə bağlıdır. Bu, LT3080 -in 0 V -ə qədər işləməsini təmin etmək üçün lazımdır, yerə qoşulduqda, ən aşağı gərginlik təxminən 0,7 V olardı. Təəssüf ki, bu dövrə LT3080 -dən çıxır, yəni cərəyanının ölçmək istədiyimiz çıxış cərəyanına töhfə verəcəyi deməkdir. Xoşbəxtlikdən, sabitdir, buna görə bu cərəyanı kalibr edə bilərik. Zener diodu 25 V -dən yuxarı çıxdıqda çıxış gərginliyini sıxmaq üçün istifadə olunur və müqavimət ayırıcı çıxış gərginliyi aralığını 0 - 25 V -dan 0 - 2,5 V -ə endirir (ADC_Vout). Tampon (U7D), rezistorların çıxışdan cərəyan almamasını təmin edir.

Şarj nasosu

Daha əvvəl bəhs etdiyimiz mənfi gərginlik, maraqlanan kiçik bir dövrədən yaranır: şarj nasosu. 50% PWM mikro nəzarətçi (PWM) ilə qidalanır.

Boost çeviricisi

İndi əsas blokumuzun giriş gərginliyinə nəzər salaq: VCC. 5 - 27V olduğunu görürük, amma gözləyin, USB maksimum 5 V verir? Həqiqətən, və buna görə də sözdə bir gücləndirici çevirici ilə gərginliyi artırmalıyıq. İstədiyimiz çıxışdan asılı olmayaraq, hər zaman gərginliyi 27 V -a qədər artıra bilərik; Bununla birlikdə, bu LT3080 -də çox enerji sərf edəcək və hər şey qızardı! Beləliklə, bunu etmək əvəzinə, gərginliyi çıxış gərginliyindən bir qədər çox artıracağıq. Təxminən 2,5 V daha yüksəkdirsə, cari mənada rezistorun geriləməsi və LT3080 -in düşmə gərginliyi nəzərə alınmalıdır. Gərginlik, gücləndirici çeviricinin çıxış siqnalındakı rezistorlar tərəfindən təyin olunur. Bu gərginliyi dərhal dəyişdirmək üçün SPI vasitəsilə idarə olunan MCP41010 rəqəmsal potansiyometrindən istifadə edirik.

USB C

Bu bizi real giriş gərginliyinə aparır: USB portu! USB C (dəqiq olaraq USB tip 3.1, USB C yalnız bağlayıcı növüdür) istifadə etmə səbəbi 5V -də 3A cərəyanına icazə verməsi ilə bağlıdır, bu artıq kifayət qədər gücdür. Ancaq bir tutma var, cihaz bu cərəyanı çəkmək və ana cihazla 'danışıq' etmək üçün uyğun olmalıdır. Təcrübədə bu, 5.1k açılan iki rezistoru (R12 və R13) CC1 və CC2 xəttinə bağlamaqla edilir. USB 2 uyğunluğu üçün sənədlər daha az aydındır. Qısacası: ev sahibi təmin edə bildiyi müddətcə istədiyiniz hər şeyi çəkirsiniz. Bu, USB avtobus gərginliyini izləməklə yoxlanıla bilər: birində gərginlik 4.25V altına düşər, cihaz çox cərəyan çəkər. Bu U1A komparatoru tərəfindən aşkarlanır və çıxışı deaktiv edəcək. Maksimum cərəyanı təyin etmək üçün mikrokontrolöre bir siqnal da göndərir. Bir bonus olaraq, alma və samsung şarj cihazlarının şarj cihazının identifikatorunun aşkarlanmasını dəstəkləmək üçün rezistorlar əlavə edildi.

5V tənzimləyici

Arduinonun 5 V təchizatı gərginliyi normal olaraq birbaşa USB -dən gəlir. Ancaq USB gərginliyinə görə USB spesifikasiyasına görə 4.5 ilə 5.5 V arasında dəyişə biləcəyi üçün bu kifayət qədər dəqiq deyil. Buna görə aşağı və daha yüksək gərginliklərdən 5V istehsal edə bilən 5V tənzimləyici istifadə olunur. Yenə də bu gərginlik olduqca dəqiq deyil, lakin bu, PWM siqnalının iş dövrünün müvafiq olaraq tənzimləndiyi bir kalibrləmə addımı ilə həll olunur. Bu e gərginliyi R42 və R43 tərəfindən yaradılan gərginlik bölücü ilə ölçülür. Ancaq artıq sərbəst girişlərim olmadığından, ikiqat vəzifəli bir pin çəkmək məcburiyyətində qaldım. Güc təchizatı çəkildikdə, bu pin əvvəlcə giriş olaraq təyin olunur: tədarük xəttini ölçür və özünü kalibr edir. Sonra, bir çıxış olaraq təyin olunur və potensiometrin çip seçim xəttini idarə edə bilər.

2.56 V gərginlikli istinad

Bu kiçik çip çox dəqiq 2.56 V gərginlik istinadını təmin edir. Bu, ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt analoq siqnalları üçün istinad kimi istifadə olunur. Bu səbəbdən bu siqnalları 2,5 V -a endirmək üçün gərginlik bölücülərə ehtiyacımız var idi.

FTDI

Bu güc tədarükünün son hissəsi qəddar, xarici dünya ilə əlaqədir. Bunun üçün serial siqnallarını USB siqnallarına çevirməliyik. Xoşbəxtlikdən, bu ATMEGA32U4 tərəfindən edilir, bu Arduino Micro -da istifadə olunan çipdir.

Bluetooth

Bluetooth hissəsi çox sadədir: hazır bir Bluetooth modulu əlavə olunur və bizim üçün hər şeyi həll edir. Məntiq səviyyəsi 3.3V (mikro nəzarətçi üçün VS 5V) olduğundan, siqnalın səviyyəsini dəyişdirmək üçün bir gərginlik bölücü istifadə olunur.

Və bütün bunlar var!

Addım 3: PCB və Elektronika

İndi dövrənin necə işlədiyini başa düşdükdən sonra onu qurmağa başlaya bilərik! PCB -ni onlayn olaraq ən sevdiyiniz istehsalçıdan sifariş edə bilərsiniz (mina dəyəri təxminən 10 dollar), gerber sənədləri material hesabatı ilə birlikdə GitHub -da tapıla bilər. PCB -nin yığılması, əsasən ipək ekrana və material hesabına uyğun olaraq komponentlərin lehimlənməsi məsələsidir.

Əvvəlki güc təchizatımda yalnız çuxurlu komponentlər olsa da, yenisinin ölçü məhdudiyyəti bunu mümkünsüz etdi. Əksər komponentlərin lehimlənməsi hələ də nisbətən asandır, buna görə qorxmayın. Bir nümunə olaraq: əvvəllər heç lehimləməmiş bir dostum bu cihazı doldurmağı bacardı!

Komponentləri əvvəlcə ön tərəfdə, sonra arxada düzəltmək və çuxur komponentləri ilə bitirmək ən asandır. Bunu edərkən, ən çətin komponentləri lehimləyərkən PCB yellənməyəcək. Lehimlənəcək son komponent Bluetooth moduludur.

Növbəti addımda quraşdıracağımız 2 banan yuvası istisna olmaqla, bütün komponentlər lehimlənə bilər!

Addım 4: Kassa və Montaj

Hazırlanmış PCB ilə işə davam edə bilərik. PCB-ni xüsusi olaraq alüminium 20x50x80mm ölçülü bir qutu ətrafında hazırladım (https://www.aliexpress.com/item/Aluminum-PCB-Instr…), buna görə başqa bir qutudan istifadə etmək məsləhət görülmür. Ancaq eyni ölçüdə bir çantanı hər zaman 3D çap edə bilərsiniz.

İlk addım son paneli hazırlamaqdır. Muz qabları üçün bir neçə delik açmalıyıq. Bunu əllə etdim, ancaq bir CNC -ə girişiniz varsa, bu daha doğru bir seçim olardı. Muz yuvalarını bu deliklərə daxil edin və PCB -də lehimləyin.

İndi bir az ipək yastıq əlavə etmək və kiçik bir damla super yapışqan ilə yerində saxlamaq yaxşı bir fikirdir. Bunlar LT3080 və LT1370 ilə korpus arasında istilik ötürülməsinə imkan verəcəkdir. Onları unutma!

İndi yalnız vidalanan ön panelə diqqət edə bilərik. Hər iki panelin yerində olması halında montajı qutuya daxil edib hamısını bağlaya bilərik. Bu anda hardware tamamlandı, indi geriyə qalan yalnız proqramla bir az can atmaqdır!

Addım 5: Arduino Kodu

Bu layihənin beynini Arduino IDE ilə proqramlaşdıracağımız ATMEGA32U4 təşkil edir. Bu bölmədə kodun əsas əməliyyatından keçəcəyəm, detallar kodun içərisində şərh olaraq tapıla bilər.

Kod əsasən bu addımlardan keçir:

1. Tətbiqə məlumat göndərin
2. Tətbiqdən məlumatları oxuyun
3. Gərginliyi ölçün
4. Cərəyanı ölçün
5. Anket düyməsi

USB həddindən artıq cərəyanı, mümkün qədər cavab verməsi üçün bir fasilə xidməti qaydası ilə idarə olunur.

Çip USB üzərindən proqramlaşdırılmadan əvvəl, önyükleyici yandırılmalıdır. Bu ISP/ICSP portu (3x2 kişi başlıqları) bir ISP proqramçısı vasitəsi ilə edilir. Seçimlər AVRISPMK2, USBTINY ISP və ya ISP olaraq bir arduino. Kartın güc aldığından əmin olun və 'boot bootloader' düyməsini basın.

İndi kod USB C portu vasitəsilə lövhəyə yüklənə bilər (çipdə yükləyici olduğundan). Board: Arduino Micro Proqramçı: AVR ISP / AVRISP MKII İndi Arduino ilə PC arasındakı qarşılıqlı əlaqəyə baxa bilərik.

Addım 6: Android Tətbiqi

İndi tam işlək bir güc tədarükümüz var, amma onu idarə etmək üçün hələ bir yol yoxdur. Çox əsəbi. Beləliklə, Bluetooth üzərindəki güc tədarükünü idarə etmək üçün bir Android tətbiq edəcəyik.

Tətbiq MIT tətbiq ixtiraçı proqramı ilə hazırlanmışdır. Layihəni klonlamaq və dəyişdirmək üçün bütün fayllar daxil edilə bilər. Əvvəlcə telefonunuza MIT AI2 yoldaş proqramını yükləyin. Sonra AI veb saytında.aia faylını idxal edin. Bu da "Qur> Tətbiq (.apk üçün QR kodu göstər)" seçərək proqramı öz telefonunuza yükləməyinizə imkan verir.

Tətbiqdən istifadə etmək üçün siyahıdan bir Bluetooth cihazı seçin: HC-05 modulu kimi görünəcək. Qoşulduqda, bütün parametrlər dəyişdirilə və güc tədarükünün çıxışı oxuna bilər.

Addım 7: Java kodu

Məlumatların qeydiyyatı və kompüter vasitəsilə güc tədarükünə nəzarət etmək üçün bir java tətbiqi hazırladım. Bu, GUI vasitəsilə lövhəni asanlıqla idarə etməyə imkan verir. Arduino kodunda olduğu kimi, bütün detallara girməyəcəyəm, ancaq ümumi bir məlumat verəcəyəm.

Düymələr, mətn sahələri və s. Olan bir pəncərə düzəltməklə başlayırıq; əsas GUI məhsulları.

İndi əyləncəli hissə gəlir: jSerialComm kitabxanasından istifadə etdiyim USB portlarını əlavə etmək. Bir liman seçildikdən sonra java gələn məlumatları dinləyəcək. Cihaza məlumat göndərə bilərik.

Bundan əlavə, bütün gələn məlumatlar sonrakı məlumatların işlənməsi üçün bir csv faylında saxlanılır.

. Jar faylını işləyərkən əvvəlcə açılan menyudan doğru portu seçməliyik. Bağlandıqdan sonra məlumatlar daxil olmağa başlayacaq və parametrlərimizi güc təchizatına göndərə bilərik.

Proqram olduqca sadə olsa da, onu kompüter vasitəsilə idarə etmək və məlumatlarını qeyd etmək çox faydalı ola bilər.

Addım 8:

Bütün bu işlərdən sonra artıq tam funksional güc təchizatına sahibik!

İndi digər zəhmli layihələr üzərində işləyərkən lazımlı olacaq öz evimizdə hazırlanan güc tədarükündən zövq ala bilərik! Və ən əsası: yol boyu çox şey öyrəndik.

Bu layihəni bəyənmisinizsə, zəhmət olmasa cib ölçüsündə və mikro nəzarətçi yarışmasında mənə səs verin, çox məmnun olaram!