यूएसबी-पावर्ड नाइटलाइट डब्ल्यू / बैटरी बैकअप (दो डिज़ाइन): 3 चरण

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

कुछ समय पहले, मुझे अपने कमरे के लिए बैटरी से चलने वाली नाइटलाइट की आवश्यकता का पता चला। विचार यह था कि मैं हर बार बिस्तर से उठना नहीं चाहता था जब भी मैं बिस्तर पर जाने के लिए अपनी रोशनी बंद करना चाहता था। मुझे एक ऐसी रोशनी की भी ज़रूरत थी जो मेरे शयनकक्ष की रोशनी की तरह उज्ज्वल न हो क्योंकि वास्तव में उज्ज्वल से वास्तव में अंधेरे में जाने से आंखों पर बहुत मज़ा नहीं आता है। और उसके ऊपर, हमारी बिजली कंपनी के पास एक समय की अवधि थी जहां हमारी शक्ति हर दो सप्ताह में एक बार में कई मिनटों के लिए चली जाती थी … उस विशेष सप्ताह में कई बार। मेरा विचार था कि अगर गर्मी के दौरान बिना किसी कारण के बिजली बिना किसी कारण के खाली हो जाती है, तो सर्दियों में यह कैसा होगा?

यहाँ मेरी कुछ ज़रूरतें हैं:

• सबसे पहले, कम शक्ति। मैं अभी भी इस हिस्से पर काम कर रहा हूं, लेकिन यह पहले से ही काफी कम है।
• मुझे ऐसा लगता है कि मैं बेहतर कर सकता हूं और साथ ही इसे सस्ता भी कर सकता हूं, जो कि दूसरा लक्ष्य था।
• इसके अलावा, ज़ाहिर है, बैटरी से चलने वाला।
• चमक - मध्य-निम्न स्तर के बारे में; यह देखने के लिए पर्याप्त उज्ज्वल है कि सब कुछ क्या है। यह आपके लिए कितना उज्ज्वल है, आपको इसके लिए परीक्षण करने की आवश्यकता होगी। यदि यह बहुत अधिक चमकीला है, तो यह आपकी आंखों के लिए थोड़ा कठिन होने वाला है--खासकर यदि आपको इसे थोड़ी देर के लिए बंद करने के बाद इसे वापस चालू करना है!
• कॉम्पैक्ट डिजाइन - मैं चाहता था कि यह एक अव्यवस्थित डेस्क के किनारे पर बैठा हो क्योंकि ऐसा होता है जहां मेरा बिस्तर बैठता है। डेस्क पर नहीं - बगल में।
• सूची में पिछले आइटम के कारण न्यूनतम भाग और यह तीसरे आइटम की मदद करता है।

मैं एक बेहद बुनियादी डिजाइन के साथ आया हूं। मैंने इस पर विचार किया और मैं ऐसे परिदृश्यों के साथ आया जो डिजाइन को उपयोग करने के लिए कष्टप्रद बना देंगे। उदाहरण के लिए, यदि अंधेरा होने पर बिजली चली जाती है, तो मुझे इसे चालू करने के लिए पावर स्विच को देखने का एक तरीका चाहिए। मैंने एक प्रबुद्ध एक्ट्यूएटर के साथ एक स्विच का उपयोग करने पर विचार किया और इसे चमकने के लिए इसके माध्यम से केवल पर्याप्त करंट लगाया। यह बस थोड़ी अधिक शक्ति का उपयोग करेगा, लेकिन हो सकता है कि बाद में डिजाइन में इसे ऑफसेट किया जा सके। और, संबंधित, मैं इसे चालू करने से पहले पूरी तरह से अंधेरा होने तक इंतजार नहीं करूँगा। वास्तव में इसकी आवश्यकता होने से पहले मैं किसी बिंदु पर होता। इसके अलावा, अगर मैं सोने से पहले इसे बंद करना भूल जाऊं तो क्या होगा? मुझे बैटरी की सुरक्षा के लिए एक तरीका चाहिए था।

कुछ और सोचने के बाद, मैं एक बेसिक डिज़ाइन लेकर आया, जो इसमें से बहुत कुछ हल कर देगा। यह पता लगाने के लिए दीवार में प्लग किया जाना था कि क्या ट्रांजिस्टर सर्किट के माध्यम से बिजली आउटेज है। मैंने इसके बजाय एक रिले को बिजली देने के लिए इसका उपयोग करने का निर्णय लिया और रिले एलईडी के लिए बैटरी और एक अन्य शक्ति स्रोत (विशेष रूप से, रिले को शक्ति देने वाला) के बीच चयन करेगा।

जब मैंने कुछ लोगों को इस परियोजना का उल्लेख किया, तो उन्होंने स्वीकार किया कि वे अंधेरे से डरते हैं और ऐसा कुछ उपयोगी होगा। इससे मुझे परियोजना पर काम करना जारी रखने की प्रेरणा मिली है। मैं तब से उन्नत संस्करण के साथ आया हूं जो (ज्यादातर) ब्रेडबोर्ड के अनुकूल है, लेकिन मैं इसे एक कस्टम सर्किट बोर्ड पर डालने के लिए सीधे कूद गया, इसलिए मेरे पास ब्रेडबोर्ड असेंबली निर्देश नहीं हैं। यदि आप जानते हैं कि ब्रेडबोर्ड कैसे किया जाता है और योजनाबद्ध का पालन कर सकते हैं, तो आपको इसे वायरिंग करने में कोई समस्या नहीं होनी चाहिए।

आपूर्ति:

यदि आप मेरे द्वारा शुरू किए गए मूल संस्करण का उपयोग करना चाहते हैं, तो इस सूची का उपयोग करें:

1. एक बलिदान ™ दीवार वार्ट (पुराने फोन चार्जर या सैकड़ों पावर ब्लॉकों में से एक के बारे में सोचें जो आपके पास दराज या बॉक्स में कहीं है कि आपको पता नहीं है कि वे क्या जाते हैं)
2. एक SPDT रिले को पिछले आइटम के वोल्टेज के लिए रेट किया गया। मैंने एक पुराने एचवीएसी रिले का उपयोग किया था जिसे एक तकनीशियन ने कई साल पहले बदल दिया था (मुझे व्यक्तिगत रूप से इसमें कुछ भी गलत नहीं मिला)। एचवीएसी रिले थोड़ा अजीब हैं: वे डीपीएसटी हैं, लेकिन संपर्कों का एक सेट सामान्य रूप से खुला है और दूसरा सेट सामान्य रूप से बंद है। उन्हें 24 VAC के लिए भी रेट किया गया है और मेरे चुने हुए वॉल प्लग ने 12 VDC लगा दिया है।
3. एक 12 वोल्ट सफेद एलईडी बार: मैंने इनमें से एक का इस्तेमाल किया, लेकिन वेबसाइट अब उन्हें नहीं बेचती है। आपके पास जो कुछ भी है उसके अनुकूल होने के लिए आप हमेशा स्वतंत्र होते हैं या आप उस तक पहुंच प्राप्त कर सकते हैं, या यहां तक कि अपना खुद का डिज़ाइन भी कर सकते हैं।
4. एक SPST स्विच
5. एक या अधिक बैटरी। मैंने श्रृंखला में दो 6 वोल्ट लालटेन बैटरी का उपयोग किया, हालांकि मैं एक 12 वोल्ट लालटेन बैटरी का उपयोग करना चाहता था।
6. यह सब एक साथ जोड़ने का कोई तरीका

यदि आप बेहतर संस्करण बनाना चाहते हैं, तो इस सूची का उपयोग करें:

1. एक बाहरी 5 वीडीसी शक्ति स्रोत। यह डिज़ाइन सीधे पीसीबी में चला गया (इस पर बाद में और अधिक), इसलिए मैंने वहां एक यूएसबी टाइप बी महिला प्लग थप्पड़ मारा। आप एक बलिदान ™ यूएसबी केबल के अंत को काट सकते हैं और तारों को पट्टी कर सकते हैं (आपको केवल 5 वोल्ट तार और जीएनडी की आवश्यकता है)
2. एक बैकअप पावर स्रोत, यानी बैटरी
3. एक 5 वोल्ट रेटेड डीपीडीटी रिले। मैंने इसका इस्तेमाल किया। यह ब्रेडबोर्ड के अनुकूल है!
4. एक डीपीएसटी स्विच
5. एक LM7805 वोल्टेज नियामक (यहाँ)
6. एक 0.22uF संधारित्र (वैकल्पिक)। डेटाशीट का तात्पर्य है कि यह एक सिरेमिक प्रकार होना चाहिए, लेकिन यह स्पष्ट रूप से नहीं कहता है कि यह आउटपुट कैपेसिटर (जो मैंने नहीं जोड़ा) के लिए ऐसा होना चाहिए।
7. एल ई डी के लिए पांच वर्तमान-सीमित प्रतिरोधक या (अधिमानतः) एक प्रतिरोधी बस। इस सूची के एल ई डी में 3.3V वोल्टेज ड्रॉप है और मैंने आवश्यक प्रतिरोध के रूप में 85 ओम की गणना की है। मैंने यहां पाए गए 150 ओम प्रतिरोध के साथ एक प्रतिरोधी बस का उपयोग किया।
8. एक 1N4004 डायोड
9. पांच सफेद एलईडी (3v3 @ 20mA)
10. यह सब एक साथ जोड़ने का एक तरीका

यदि आप सर्किट बोर्ड संस्करण चाहते हैं, तो यह आम तौर पर ऊपर दी गई सूची है लेकिन कुछ अंतरों के साथ:

1. जाहिर है पीसीबी. डिज़ाइन वर्तमान में केवल OSH पार्क में अपलोड किया गया है और वे तीन के बैच में बोर्ड बेचते हैं। आप यहां बोर्ड प्राप्त कर सकते हैं।
2. इसमें टर्मिनल ब्लॉक के लिए एक जगह है लेकिन तारों को सीधे बोर्ड में मिलाया जा सकता है। मैंने इस शैली का इस्तेमाल किया।
3. एक बैटरी क्लिप (मैंने 9वी बैटरी का इस्तेमाल किया)
4. USB कनेक्टर का पहले उल्लेख किया गया है। मैंने टाइप बी चुना और मिनी या माइक्रो बी नहीं क्योंकि वे दोनों मेरी पसंद के हिसाब से थोड़े नाजुक हैं।

चरण 1: अत्यंत मूल संस्करण

उस समय मैं जिस चीज के साथ काम कर रहा था, उसके कारण मुझे कई चुनौतियों का सामना करना पड़ा। मेरे पास जो रिले थी वह पहली तस्वीर में खींची गई है। जबकि मैं जो लेकर आया वह किसी भी तरह से आदर्श नहीं था, इसने काम किया (दूसरी तस्वीर)। मैंने एक सामान्य पिन बनाने के लिए दो टर्मिनलों को एक साथ छोटा करके अपने अजीब DPST रिले को SPDT में बदल दिया। यह कनेक्शन स्विच में गया, फिर एलईडी बार में, फिर जमीन पर। मैंने जो बैटरी बैंक बनाया - सकारात्मक पक्ष रिले पर एनसी कनेक्शन में गया। रिले का तार बाहरी आपूर्ति से जुड़ा था, जो रिले को अपनी "चालू" स्थिति में रखेगा। बिजली की आपूर्ति रिले पर NO कनेक्शन से भी जुड़ती है। सभी आधार आपस में जुड़े हुए हैं।

सिद्धांत यह है कि जब इसे बाहरी शक्ति मिल रही है, रिले "चालू" स्थिति में रहता है, इस प्रकार कोई कनेक्शन बंद नहीं होता है और एनसी कनेक्शन खुला रहता है। इसका मतलब है कि सामान्य कनेक्शन को बाहरी स्रोत से बिजली मिल रही है। यदि बिजली चली जाती है, तो रिले अपनी "ऑफ" स्थिति में वापस आ जाती है और सामान्य कनेक्शन बैटरी से बिजली प्राप्त करना शुरू कर देता है। स्रोत जो भी हो, स्विच एलईडी बार को बिजली नियंत्रित करता है। सब कुछ के बीच आम जमीन किसी भी स्थिति में एक पूर्ण सर्किट की अनुमति देती है।

मैंने अधिकांश सर्किट पर वास्तविक वायर कनेक्टर का उपयोग किया है, इसलिए मुझे कुछ भी मिलाप नहीं करना पड़ेगा। बैटरियों को जोड़ने के लिए (उनके पास स्प्रिंग टर्मिनल हैं), मैंने सैक्रिफिशियल ™ टेस्ट लीड (तारों के साथ मगरमच्छ क्लिप) का इस्तेमाल किया, आधे में से एक को काटकर और तारों को अलग करके (और जोड़े गए वायर कनेक्टर)। दोनों बैटरियों को एक साथ जोड़ने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली बैटरी अभी भी एक टुकड़े में है। सब कुछ एक लाल स्पार्कफन शिपिंग बॉक्स पर लगाया गया है।

मेरे पास अंतिम उत्पाद की कोई तस्वीर नहीं है, लेकिन अगर अनुरोध किया गया तो मैं कुछ लूंगा।

चरण 2: उन्नत संस्करण

मैं अंत में सर्किट के वास्तव में अच्छा संस्करण बनाने के लिए आवश्यक भागों को ऑर्डर करने में सक्षम था (जिसे मैंने पहले ही निकाला था)। इस डिज़ाइन में किए गए महत्वपूर्ण परिवर्तन इसे एक विनियमित 5V आपूर्ति के काम करने के लिए डिज़ाइन कर रहे थे और साथ ही रिले को लगातार संचालित नहीं किया जा रहा था। मुझे स्विच को DPST टाइप के लिए भी स्वैप करना पड़ा। ऑपरेशन का सिद्धांत सिर्फ एक स्पर्श अधिक जटिल है।

सर्किट के आधे हिस्से की बैटरी को देखते हुए, मान लीजिए कि स्विच बंद है। रिले अभी भी वायर्ड है ताकि इसकी "ऑफ" स्थिति बैटरी को 5 वोल्ट नियामक से कनेक्ट करने का कारण बनती है, फिर नियामक के आउटपुट को रिले (एनसी कनेक्शन में से एक), फिर एल ई डी में वापस खिलाया जाता है। सर्किट को तोड़ने और करंट को बहने से रोकने के लिए स्विच को बैटरी और रिले के बीच तार दिया जाता है। यदि स्विच चालू है, तो सर्किट के माध्यम से करंट प्रवाहित हो सकेगा।

सर्किट के दूसरे आधे हिस्से को देखते हुए, हम देखते हैं कि यूएसबी से बिजली तुरंत स्विच में चली जाती है, फिर रिले के कॉइल और रिले पर NO कनेक्शन में से एक। इस कनेक्शन का सामान्य पिन पहले उल्लिखित एनसी कनेक्शन के साथ साझा किया जाता है, इस प्रकार यह वास्तव में बिजली आपूर्ति के बीच स्विच करने वाले संपर्कों का सेट है। संपर्कों का दूसरा सेट वोल्टेज नियामक की सुरक्षा के लिए है। यदि स्विच चालू है, तो रिले चालू हो जाता है और बाहरी शक्ति को एल ई डी को भेजता है।

जब रिले बिजली के नुकसान पर "चालू" से "बंद" स्थिति में स्विच करता है, तो डायोड फ्लाई बैक वोल्टेज को कम करने के लिए रिले के समानांतर (लेकिन रिवर्स में) जुड़ा होता है। यह शक्ति स्रोत की सुरक्षा के लिए है: यानी, एक यूएसबी फोन चार्जर या एक पीसी यूएसबी पोर्ट।

संधारित्र को बाहर रखा जा सकता है। नियामक के लिए डेटाशीट यह निर्दिष्ट नहीं करता है कि "बिजली आपूर्ति फ़िल्टर से कितनी दूर" है, इसलिए मुझे लगा कि मैं इसे वैसे भी शामिल कर सकता हूं।

चरण 3: पीसीबी संस्करण

पीसीबी संस्करण उन्नत संस्करण के समान ही है, लेकिन एक सर्किट बोर्ड पर है। सभी भागों को बोर्ड के शीर्ष पर रखा जाता है और उन पर भाग संख्या (या कुछ अन्य महत्वपूर्ण जानकारी) के साथ लेबल किया जाता है ताकि आप आवश्यकतानुसार या वांछित भागों को प्रतिस्थापन या स्थानापन्न पा सकें। बैटरी इनपुट (स्विच इनपुट से पृथक) में एक (+) इनपुट और एक (-) इनपुट होता है। (+) पक्ष को (+) के साथ लेबल किया गया है।

स्विच इनपुट में ए सेक्शन और बी सेक्शन होता है, जिसे ए और बी के साथ लेबल किया जाता है। "ए" के आस-पास के दो टर्मिनल ए इनपुट होते हैं। इसी तरह, बी टर्मिनल "बी" के आसपास हैं।

यूएसबी प्लग के करीब दो बढ़ते छेद भी दिखाए गए हैं। उनका किसी भी चीज़ से कोई विद्युत कनेक्शन नहीं है, यहाँ तक कि एक-दूसरे से भी नहीं।

तीनों तस्वीरें अलग-अलग समय पर ली गई हैं। पहला खाली बोर्ड है। दूसरा मिश्रित भागों वाला आंशिक रूप से आबादी वाला बोर्ड है। तीसरा पूरा बोर्ड है जिसमें सभी भागों का उपयोग किया जाता है।

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मैंने KiCAD फाइलें (एक ज़िप के रूप में) संलग्न करने का प्रयास किया लेकिन मुझे एक त्रुटि मिली। बाद में संलग्न करने का एक और तरीका खोज लेंगे।