Raqamli USB C bilan ishlaydigan Bluetooth quvvat manbai: 8 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:27

Siz hech qachon yo'lda, hatto devor prizisiz ham, ishlatishingiz mumkin bo'lgan quvvat ta'minotini xohlaganmisiz? Agar kompyuter va telefon orqali juda aniq, raqamli va boshqariladigan bo'lsa, yaxshi bo'larmidi?

Bu yo'riqnomada men sizga aynan shunday qurish kerakligini ko'rsataman: USB C orqali ishlaydigan raqamli quvvat manbai. Bu arduino bilan mos keladi va uni kompyuter orqali USB orqali yoki Bluetooth orqali telefon orqali boshqarish mumkin.

Bu loyiha mening oldingi quvvat manbai evolyutsiyasi bo'lib, u batareyadan ishlagan, displey va tugmachalarga ega edi. Bu erda tekshiring! Ammo men kichikroq bo'lishni xohlardim, shuning uchun men buni qildim!

Quvvat manbai USB C batareya banki yoki telefon zaryadlovchisidan quvvatlanishi mumkin. Bu 15 Vt quvvatga ega bo'lishga imkon beradi, bu kam quvvatli elektronikani quvvatlantirish uchun etarli! Bunday kichik qurilmada yaxshi foydalanuvchi interfeysi bo'lishi uchun men Bluetooth va Android ilovasini o'z ichiga olgan edim, bu ulkan quvvatni ultra -portativ qiladi!

Men butun dizayn jarayonini ko'rsataman va barcha loyiha fayllarini GitHub sahifamda topish mumkin:

Qani boshladik!

1 -qadam: Xususiyatlar va narx

Xususiyatlari

• USB C orqali quvvatlanadi
• Bluetooth orqali Android ilovasi orqali boshqariladi
• USB orqali C orqali Java orqali boshqariladi
• Doimiy kuchlanish va doimiy oqim rejimlari
• Quvvat sarfini minimallashtirish uchun past shovqinli chiziqli regulyatorni ishlatadi, undan oldin kuzatuvni oldindan sozlash moslamasi o'rnatiladi.
• ATMEGA32U4 tomonidan quvvatlanadi, Arduino IDE bilan dasturlashtirilgan
• U portativ bo'lishi uchun USB C batareyalar banki bilan quvvatlanishi mumkin
• USB C va Apple zaryadlovchini aniqlash
• BNC adapterlari bilan mosligi uchun 18 mm oraliqdagi banan vilkalari

Xususiyatlar

• 0 - 1A, qadamlar 1 mA (10 bitli DAC)
• 0 - 25V, 25 mV (10 bitli DAC) bosqichlari (haqiqiy 0V ishlashi)
• Voltaj o'lchami: 25 mV piksellar sonini (10 bit ADC)
• Joriy o'lchov: <40mA: 10uA o'lchamlari (ina219) <80mA: 20uA o'lchamlari (ina219) <160mA: 40uA o'lchamlari (ina219) <320mA: 80uA o'lchamlari (ina219)> 320mA: 1mA o'lchamlari (10 bitli ADC)

Narx

To'liq quvvat manbai menga 100 dollarga tushdi va barcha komponentlar bir martalik. Bu qimmat tuyulishi mumkin bo'lsa -da, ishlash ko'rsatkichlari ancha past bo'lgan quvvat manbalari odatda undan ham qimmat turadi. Agar siz o'z komponentlarini ebay yoki aliexpress -dan buyurtma qilishga qarshi bo'lmasangiz, narx 70 dollarga tushadi. Qismlarga kirish uchun ko'proq vaqt kerak bo'ladi, lekin bu variant.

2 -qadam: Operatsion sxemasi va nazariyasi

Zanjirning ishlashini tushunish uchun biz sxemaga qarashimiz kerak bo'ladi. Men uni funktsional bloklarga ajratdim, shuning uchun tushunish osonroq; Men bu jarayonni bosqichma -bosqich tushuntirib beraman, bu qism juda chuqur va elektronikadan yaxshi bilim talab qiladi. Agar siz faqat sxemani qanday qurishni bilmoqchi bo'lsangiz, keyingi bosqichga o'tishingiz mumkin.

Asosiy blok

Amaliyot LT3080 chipi atrofida amalga oshiriladi: bu nazorat signaliga asoslangan kuchlanishlarni pasaytiradigan chiziqli voltaj regulyatori. Bu nazorat signalini mikrokontroller yaratadi; bu qanday amalga oshiriladi, keyinroq batafsil tushuntiriladi.

Voltajni sozlash

LT3080 atrofidagi sxemalar tegishli boshqaruv signallarini ishlab chiqaradi. Birinchidan, biz kuchlanish qanday o'rnatilishini ko'rib chiqamiz. Mikrokontrollerdan kuchlanish sozlamasi PWM signalidir (PWM_Vset), u past o'tkazgichli filtr (C23 & R32) orqali filtrlanadi. Bu analog kuchlanish hosil qiladi - 0 dan 5 V gacha - kerakli chiqish voltajiga mutanosib. Chiqish diapazoni 0 - 25 V bo'lgani uchun biz bu signalni 5 koeffitsient bilan kuchaytirishimiz kerak bo'ladi. Bu U7C inverting bo'lmagan opamp konfiguratsiyasi bilan amalga oshiriladi. O'rnatilgan pin uchun daromad R31 va R36 bilan belgilanadi. Bu qarshiliklar xatolarni minimallashtirish uchun 0,1% bardoshli. R39 va R41 bu erda muhim emas, chunki ular teskari aloqa davrining bir qismi.

Joriy sozlash

Bu o'rnatilgan pinni ikkinchi sozlash uchun ham ishlatish mumkin: joriy rejim. Biz joriy chizishni o'lchashni va kerakli oqimdan oshib ketganda chiqishni o'chirishni xohlaymiz. Shunday qilib, biz yana mikrokontroller tomonidan ishlab chiqarilgan PWM signalidan (PWM_Iset) boshlaymiz, u past o'tkazgichli filtrlanadi va 0 - 5 V diapazonidan 0 - 2,5 V diapazoniga o'tadi. Opamp U1B ning taqqoslagich konfiguratsiyasi bo'yicha bu kuchlanish hozirda sezgich rezistoridagi (ADC_Iout, pastga qarang) kuchlanish pasayishi bilan taqqoslanadi. Agar oqim juda yuqori bo'lsa, bu chiroqni yoqadi va LT3080 -ning o'rnatilgan chizig'ini erga tortadi (Q1 orqali) va shu bilan chiqish o'chadi. ADC_Iout oqimini o'lchash va ishlab chiqarish quyidagicha amalga oshiriladi. Chiqish oqimi R22 rezistori orqali oqadi. Oqim bu rezistordan o'tganda, biz o'lchashimiz mumkin bo'lgan kuchlanish pasayishini hosil qiladi va u LT3080 oldiga qo'yiladi, chunki uning ustidagi kuchlanish pasayishi chiqish voltajiga ta'sir qilmasligi kerak. Voltajning pasayishi 5 ga teng bo'lgan differentsial kuchaytirgich (U7B) bilan o'lchanadi. Buning natijasida 0 - 2,5 V (bundan keyinroq) kuchlanish diapazoni hosil bo'ladi, shuning uchun oqimning PWM signalidagi kuchlanish bo'luvchi. Bufer (U7A) R27, R34 va R35 rezistorlariga oqayotgan oqim hozirgi sezgich rezistoridan o'tmasligiga ishonch hosil qilish uchun mavjud, bu uning o'qilishiga ta'sir qiladi. Shuni ham yodda tutingki, bu temir yo'l-temir yo'l opampi bo'lishi kerak, chunki musbat kirishda kirish voltaji besleme zo'riqishiga teng. Qaytib ketmaydigan kuchaytirgich faqat yo'nalishni o'lchash uchun mo'ljallangan, lekin juda aniq o'lchovlar uchun bizda bortda INA219 chipi bor. Bu chip bizga juda kichik oqimlarni o'lchash imkonini beradi va I2C orqali hal qilinadi.

Qo'shimcha narsalar

LT3080 chiqishida bizda yana bir qancha narsalar bor. Avvalo, hozirgi lavabo (LM334) mavjud. Bu LT3080ni barqarorlashtirish uchun 677 uA (R46 rezistor tomonidan o'rnatilgan) doimiy oqimini tortadi. Biroq, u erga emas, balki salbiy kuchlanishli VEE ga ulangan. Bu LT3080 ning 0 V gacha ishlashiga ruxsat berish uchun kerak, erga ulanganda, eng past kuchlanish 0,7 V atrofida bo'ladi. Bu etarli darajada past ko'rinadi, lekin shuni yodda tutingki, bu bizga elektr ta'minotini to'liq o'chirishga to'sqinlik qiladi. Afsuski, bu sxema LT3080 o'chirilgan, ya'ni uning oqimi biz o'lchashni istagan chiqish oqimiga yordam beradi. Yaxshiyamki, bu doimiy, shuning uchun biz bu oqimni kalibrlashimiz mumkin. D7 zener diodi, agar u 25 V dan oshsa, chiqish voltajini mahkamlash uchun ishlatiladi va rezistor ajratuvchi chiqish voltaj diapazonini 0 - 25 V dan 0 - 2,5 V gacha tushiradi (ADC_Vout). Bufer (U7D) rezistorlar chiqishdan tok olmasligini ta'minlaydi.

Zaryad pompasi

Biz ilgari aytib o'tgan manfiy zo'riqish kichik zanjir orqali hosil bo'ladi: zaryad nasosi. U 50% mikrokontroller (PWM) PWM bilan oziqlanadi.

Boost konvertori

Keling, asosiy blokimizning kirish voltajini ko'rib chiqaylik: VCC. Biz bu 5 - 27V ekanligini ko'ramiz, lekin kuting, USB maksimal 5 V beradi? Darhaqiqat, shuning uchun biz kuchlanishni konvertor deb atashimiz kerak. Biz har qanday kuchlanishni har doim 27 V ga ko'tarishimiz mumkin, biz xohlagan chiqishdan qat'i nazar; ammo, bu LT3080 -da ko'p kuch sarflaydi va narsalar qizib ketadi! Shunday qilib, biz buni amalga oshirish o'rniga, biz kuchlanishni chiqish voltajidan bir oz ko'proq oshiramiz. Qarshilik qarshiligining kuchlanish pasayishi va LT3080 tushish voltajini hisobga olish uchun taxminan 2,5 V yuqori mos keladi. Kuchlanish kuchaytirgichning chiqish signalidagi rezistorlar tomonidan o'rnatiladi. Bu kuchlanishni tezda o'zgartirish uchun biz SPI orqali boshqariladigan raqamli potentsiometr MCP41010 dan foydalanamiz.

USB C

Bu bizni haqiqiy kirish kuchlanishiga olib keladi: USB port! USB C -ni ishlatishning sababi (USB 3.1 turi aniq, USB C - bu ulagich turi), chunki u 5Vda 3A oqimga ruxsat beradi, bu juda katta quvvat. Ammo bu borada, qurilma bu oqimni uzatish va mezbon qurilma bilan "muzokara qilish" uchun mos bo'lishi kerak. Amalda, bu ikkita 5.1k tortishish qarshiligini (R12 va R13) CC1 va CC2 liniyasiga ulash orqali amalga oshiriladi. USB 2 mosligi uchun hujjatlar unchalik aniq emas. Qisqasi: siz xohlagan oqimni tortasiz, agar uy egasi ta'minlay olsa. Buni USB -avtobus kuchlanishini kuzatish orqali tekshirish mumkin: birida kuchlanish 4,25V ga tushadi, qurilma juda katta oqim oladi. Buni U1A komparatori aniqlaydi va chiqishni o'chirib qo'yadi. Bundan tashqari, u maksimal oqimni o'rnatish uchun mikrokontrollerga signal yuboradi. Bonus sifatida olma va samsung zaryadlovchilarining zaryadlovchi identifikatorini aniqlashni qo'llab -quvvatlash uchun rezistorlar qo'shildi.

5V regulyator

5 V kuchlanishli arduino odatda USB orqali keladi. USB kuchlanishiga ko'ra, USB kuchlanish 4,5 va 5,5 V gacha o'zgarishi mumkin, bu etarli darajada aniq emas. Shuning uchun 5V regulyator ishlatiladi, u past va yuqori kuchlanishlardan 5V ishlab chiqarishi mumkin. Shunga qaramay, bu kuchlanish juda aniq emas, lekin bu kalibrlash bosqichi bilan hal qilinadi, bu erda PWM signalining ish aylanishi mos ravishda sozlanadi. Bu e kuchlanish R42 va R43 tomonidan hosil qilingan kuchlanish bo'luvchi bilan o'lchanadi. Ammo menda bo'sh kirish yo'qligi sababli, men pinni ikki martalik yuklashga majbur bo'ldim. Quvvat manbai etganda, bu pin birinchi navbatda kirish sifatida o'rnatiladi: u ta'minot tarmog'ini o'lchaydi va o'zini sozlaydi. Keyinchalik, u chiqish sifatida o'rnatiladi va u potensiometrning chip tanlash chizig'ini boshqarishi mumkin.

2,56 V kuchlanishli mos yozuvlar

Bu kichik chip juda aniq 2,56 V kuchlanishli mos yozuvlar beradi. Bu ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt analog signallariga mos yozuvlar sifatida ishlatiladi. Shuning uchun bu signallarni 2,5 V ga tushirish uchun bizga kuchlanish bo'luvchi kerak edi.

FTDI

Bu quvvat ta'minotining oxirgi qismi - shafqatsiz, tashqi dunyo bilan aloqa. Buning uchun ketma -ket signallarni USB signallariga aylantirishimiz kerak. Yaxshiyamki, bu ATMEGA32U4 tomonidan amalga oshiriladi, bu Arduino Micro -da ishlatiladigan chip.

Bluetooth

Bluetooth qismi juda oddiy: tayyor Bluetooth moduli qo'shilgan va biz uchun hamma narsani hal qiladi. Mantiq darajasi 3.3V (mikrokontroller uchun VS 5V) bo'lgani uchun signalni siljitish uchun kuchlanish bo'luvchi ishlatiladi.

Va bu erda hamma narsa bor!

3 -qadam: PCB va elektronika

Endi biz sxemaning qanday ishlashini tushunib, uni qurishni boshlashimiz mumkin! Siz PCB -ni o'zingiz yoqtirgan ishlab chiqaruvchidan onlayn buyurtma qilishingiz mumkin (meniki narxi 10 dollar atrofida), gerber fayllarini mening GitHub -da, materiallar ro'yxati bilan birga topish mumkin. PCBni yig'ish, asosan, ipak ekran va materiallar ro'yxatiga ko'ra, komponentlarni lehimlash masalasidir.

Mening oldingi quvvat manbai faqat teshikli qismlarga ega bo'lsa-da, yangisining o'lchamlari cheklanishi buni imkonsiz qildi. Aksariyat komponentlar lehimlashda nisbatan oson, shuning uchun qo'rqmang. Misol sifatida: ilgari hech qachon lehimlamagan do'stim bu qurilmani to'ldirishga muvaffaq bo'ldi!

Komponentlarni avval old tomondan, keyin orqa tomondan va teshik qismlari bilan tugatish eng oson. Shunday qilib, eng qiyin komponentlarni lehimlashda tenglikni qimirlatmaydi, lehimlanadigan oxirgi komponent - Bluetooth moduli.

Barcha komponentlarni lehimlash mumkin, faqat 2 ta banan uyasi, biz keyingi bosqichda o'rnatamiz!

4 -qadam: Koson va montaj

Kompyuterni yaratgan holda, biz ishni davom ettira olamiz. Men PCBni 20x50x80 mm o'lchamdagi alyuminiy korpus atrofida maxsus ishlab chiqdim (https://www.aliexpress.com/item/Aluminum-PCB-Instr…), shuning uchun boshqa korpusdan foydalanish tavsiya etilmaydi. Biroq, har doim bir xil o'lchamdagi sumkani 3D bosib chiqarish mumkin.

Birinchi qadam-oxirgi panelni tayyorlash. Biz banan uyalari uchun bir nechta teshiklarni burishimiz kerak bo'ladi. Men buni qo'lda qildim, lekin agar sizda CNC -ga kirish imkoni bo'lsa, bu aniqroq variant bo'ladi. Bananli krikolarni bu teshiklarga joylashtiring va ularni tenglikka lehimlang.

Bir oz shoyi yostiqchalarni qo'shib, ularni ozgina tomchi yopishtiruvchi bilan mahkamlang. Bu LT3080 va LT1370 va korpus o'rtasida issiqlik uzatish imkonini beradi. Ularni unutmang!

Endi biz old panelga e'tibor qaratishimiz mumkin, u faqat vintlardek mahkamlanadi. Ikkala panel ham joyida bo'lsa, biz yig'ishni korpusga joylashtiramiz va hammasini yopamiz. Bu erda apparat tugadi, endi faqat dasturiy ta'minot bilan hayotga zarba berish qoldi!

5 -qadam: Arduino kodi

Ushbu loyihaning miyasi ATMEGA32U4 bo'lib, biz uni Arduino IDE bilan dasturlashtiramiz. Ushbu bo'limda men kodning asosiy ishini ko'rib chiqaman, tafsilotlarni kod ichidagi izoh sifatida topish mumkin.

Kod asosan quyidagi bosqichlarni bajaradi:

1. Ma'lumotni ilovaga yuboring
2. Ma'lumotni ilovadan o'qing
3. Voltajni o'lchash
4. Oqimni o'lchash
5. So'rov tugmasi

USB -ning haddan tashqari oqimi, iloji boricha sezgir bo'lishi uchun, uzilishlar xizmati orqali amalga oshiriladi.

Chipni USB orqali dasturlashdan oldin bootloaderni yoqish kerak. Bu ISP/ICSP porti (3x2 erkak sarlavhalari) orqali ISP dasturchisi orqali amalga oshiriladi. Variantlar - AVRISPMK2, USBTINY ISP yoki ISP sifatida arduino. Kengash quvvat olayotganiga ishonch hosil qiling va "bootloaderni yoqish" tugmasini bosing.

Endi kodni USB C porti orqali taxtaga yuklash mumkin (chunki chipda yuklovchi bor). Kengash: Arduino mikro dasturchisi: AVR ISP / AVRISP MKII Endi biz Arduino va kompyuter o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ko'rib chiqamiz.

6 -qadam: Android ilovasi

Endi bizda to'liq funktsional quvvat manbai bor, lekin uni boshqarishning iloji yo'q. Juda zerikarli. Shunday qilib, biz Bluetooth orqali quvvat ta'minotini boshqarish uchun Android ilovasini yaratamiz.

Ilova MIT dastur ixtirochi dasturi yordamida yaratilgan. Loyihani klonlash va o'zgartirish uchun barcha fayllar qo'shilishi mumkin. Birinchidan, telefoningizga MIT AI2 sherik dasturini yuklab oling. Keyin AI veb -saytida.aia faylini import qiling. Bu, shuningdek, "Build> App (.apk uchun QR kodini ko'rsatish)" ni tanlab, ilovani o'z telefoningizga yuklab olish imkonini beradi.

Ilovadan foydalanish uchun ro'yxatdan Bluetooth qurilmasini tanlang: u HC-05 moduli sifatida ko'rsatiladi. Ulanganda barcha sozlamalarni o'zgartirish mumkin va quvvat manbai chiqishi o'qilishi mumkin.

7 -qadam: Java kodi

Ma'lumotlarni yozish va kompyuter orqali quvvat ta'minotini boshqarish uchun men java dasturini yaratdim. Bu bizga GUI orqali boshqaruv panelini osongina boshqarish imkonini beradi. Arduino kodida bo'lgani kabi, men ham tafsilotlarni aytmayman, lekin umumiy nuqtai nazarni beraman.

Biz tugmalar, matn maydonlari va boshqalar bilan oyna yasashdan boshlaymiz; asosiy GUI elementlari.

Endi qiziqarli qism keladi: men jSerialComm kutubxonasidan foydalangan USB portlarini qo'shish. Port tanlangach, java kiruvchi ma'lumotlarni tinglaydi. Shuningdek, biz qurilmaga ma'lumotlarni yuborishimiz mumkin.

Bundan tashqari, barcha kiruvchi ma'lumotlar keyinchalik ma'lumotlarni qayta ishlash uchun csv fayliga saqlanadi.

. Jar faylini ishga tushirganda, avval ochiladigan menyudan to'g'ri portni tanlashimiz kerak. Ulanishdan so'ng ma'lumotlar kira boshlaydi va biz sozlamalarni quvvat ta'minotiga yuborishimiz mumkin.

Dastur juda oddiy bo'lsa -da, uni kompyuter orqali boshqarish va uning ma'lumotlarini yozib olish juda foydali bo'lishi mumkin.

8 -qadam:

Bu ishlardan so'ng, bizda to'liq funktsional quvvat ta'minoti mavjud!

Endi biz o'z uyimizda ishlab chiqarilgan elektr ta'minotidan bahramand bo'lishimiz mumkin, bu boshqa ajoyib loyihalar ustida ishlashda yordam beradi! Va eng muhimi: biz yo'l davomida ko'p narsalarni o'rgandik.

Agar sizga bu loyiha yoqqan bo'lsa, iltimos, menga cho'ntak va mikrokontroller tanlovida ovoz bering, men buni juda qadrlayman!