Санарип USB C Powered Bluetooth кубаттуулугу: 8 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Сиз качандыр бир убакта дубал розеткасы болбосо да, жолдо колдоно турган кубаттуулукту кааладыңыз беле? Жана бул абдан так, санарип жана ЖК жана телефонуңуз аркылуу башкарылса сонун болмок эмес беле?

Бул көрсөтмөдө мен так кантип курууну көрсөтөм: санариптик кубаттуулук, USB C аркылуу иштейт. Бул ардуино менен шайкеш келет жана аны USB аркылуу PC аркылуу же телефонуңуз аркылуу Bluetooth аркылуу башкарса болот.

Бул долбоор мурунку кубаттуулуктун эволюциясы, ал батарея менен иштечү, дисплейи жана баскычтары бар. Бул жерден текшерип көрүңүз! Бирок, мен кичине болгум келди, ошондуктан мен муну жасадым!

Кубаттуулук USB C батарея банкынан же телефондун кубаттагычынан иштейт. Бул 15 Вт кубаттуулукка чейин мүмкүндүк берет, бул эң аз кубаттуулуктагы электрониканы иштетүү үчүн жетиштүү! Ушундай кичинекей түзмөктө жакшы UI болушу үчүн, мен Bluetooth жана Android колдонмосун көзөмөлдөөгө коштум.

Мен бүт дизайн процессин көрсөтөм, жана бардык проект файлдарын GitHub баракчамдан тапса болот:

Кел, баштайлы!

1 -кадам: Өзгөчөлүктөрү жана баасы

Өзгөчөлүктөрү

• USB C менен иштейт
• Bluetooth аркылуу Android колдонмосу аркылуу көзөмөлдөнөт
• USB C аркылуу Java аркылуу көзөмөлдөнөт
• Туруктуу чыңалуу жана туруктуу ток режимдери
• Электр энергиясынын таралышын азайтуу үчүн ызы -чуусуз жөнгө салуучуну колдонот.
• ATMEGA32U4 менен иштейт, Arduino IDE менен программаланган
• Аны портативдүү кылуу үчүн USB C батарея банкы менен иштесе болот
• USB C жана Apple заряддагыч түзүлүшүн аныктоо
• BNC адаптерлери менен шайкештик үчүн 18 мм аралыкта банан штепсельдери

Мүнөздөмөлөр

• 0 - 1А, 1 мА кадамдар (10 бит DAC)
• 0 - 25В, 25 мВ кадамдар (10 бит DAC) (чыныгы 0В иштөө)
• Voltage өлчөө: 25 mV токтому (10 бит ADC)
• Учурдагы өлчөө: <40mA: 10uA токтому (ina219) <80mA: 20uA токтому (ina219) <160mA: 40uA токтому (ina219) <320mA: 80uA токтому (ina219)> 320mA: 1mA токтому (10 бит ADC)

Баасы

Толук ыйгарым укуктар мага 100 доллардын тегерегинде болду, бардык компоненттери менен. Бул кымбат көрүнгөнү менен, кубаттуулуктар азыраак аткаруу жана өзгөчөлүктөр менен көп учурда андан кымбат турат. Эгерде сиз ebay же aliexpressтен компоненттериңизге заказ кылсаңыз, баасы 70 доллардын тегерегине түшмөк. Бөлүктөрдүн кириши үчүн көп убакыт талап кылынат, бирок бул жарактуу вариант.

2 -кадам: Схема жана иштөө теориясы

Райондун ишин түшүнүү үчүн биз схеманы карап көрүшүбүз керек. Мен аны функционалдык блокторго бөлдүм, аны түшүнүү оңойураак; Мен ошону менен бирге операцияны этап -этабы менен түшүндүрөм. Бул бөлүк абдан терең жана жакшы электроника билимин талап кылат. Эгер сиз чынжырды кантип курууну билгиңиз келсе, кийинки кадамга өтсөңүз болот.

Негизги блок

Операция LT3080 чипинин тегерегинде негизделген: бул контролдук сигналга негизделген чыңалууну басаңдата турган сызыктуу чыңалуу жөндөгүчү. Бул башкаруу сигналы микроконтроллер тарабынан өндүрүлөт; бул кантип жасалат, кийинчерээк кеңири түшүндүрүлөт.

Voltage жөндөө

LT3080 тегерегиндеги схема тиешелүү башкаруу сигналдарын жаратат. Биринчиден, биз чыңалуу кантип орнотулганын карап чыгабыз. Микроконтроллердин чыңалуусу - бул PWM сигналы (PWM_Vset), ал аз өтмө чыпка (C23 & R32) аркылуу чыпкаланат. Бул аналогдук чыңалууну өндүрөт - 0 менен 5 В ортосунда - керектүү чыгуучу чыңалууга пропорционалдуу. Биздин чыгаруу диапазону 0 - 25 В болгондуктан, биз бул сигналды 5 эсе көбөйтүшүбүз керек болот. Орнотулган пинге киреше R31 жана R36 менен аныкталат. Бул резисторлор каталарды азайтуу үчүн 0,1% чыдамдуу. R39 жана R41 бул жерде эч кандай мааниге ээ эмес, анткени алар кайтарым байланыштын бир бөлүгү.

Учурдагы жөндөө

Бул орнотулган пинди экинчи жөндөө үчүн да колдонсо болот: учурдагы режим. Биз учурдагы чүчүкулакты өлчөп, бул керектүү токтон ашып кетсе, өндүрүштү өчүргүбүз келет. Ошондуктан, биз микроконтроллер тарабынан түзүлгөн PWM сигналы (PWM_Iset) менен кайра баштайбыз, ал азыр 0 - 5 В диапазонунан 0 - 2,5 В диапазонуна өтүү үчүн чыпкаланган жана өчүрүлгөн. Бул чыңалуу азыр Uamp U1B компараторунун конфигурациясы боюнча учурдагы маанидеги резистордун чыңалуусунун төмөндөшүнө (ADC_Iout, төмөндө караңыз) салыштырылат. Эгерде ток өтө жогору болсо, анда бул LEDди күйгүзөт, ошондой эле LT3080дин белгиленген линиясын жерге түшүрөт (Q1 аркылуу), ошентип чыгууну өчүрөт. Учурдагы өлчөө жана ADC_Iout сигналын түзүү төмөнкүчө жүргүзүлөт. Чыгуучу ток R22 резистору аркылуу агат. Ток бул резистор аркылуу өткөндө, ал биз чыңала турган чыңалуунун төмөндөшүн жаратат жана ал LT3080 алдына коюлат, анткени анын чыңалуусунун төмөндөшү чыгуучу чыңалууга таасир этпеши керек. Чыңалуунун төмөндөшү дифференциалдык күчөткүч (U7B) менен өлчөнөт 5. Бул натыйжада 0 - 2,5 В чыңалуу диапазонуна алып келет (демек, кийинчерээк), демек, токтун PWM сигналында чыңалуу бөлүштүргүч. Буфер (U7A) R27, R34 жана R35 резисторлоруна агып жаткан ток учурдагы сезүү резисторунан өтпөй тургандыгын текшерүү үчүн бар, бул анын окулушуна таасирин тийгизет. Ошондой эле бул темир жолдон опампа болушу керек экенин эске алыңыз, анткени оң кириште киргизүү чыңалуусу камсыздоо чыңалуусуна барабар. Тескери эмес күчөткүч курсту өлчөө үчүн гана, бирок так өлчөөлөр үчүн бизде бортунда INA219 чипи бар. Бул чип бизге өтө кичинекей агымдарды өлчөөгө мүмкүндүк берет жана I2C аркылуу чечилет.

Кошумча нерселер

LT3080 чыгарууда бизде дагы бир нерселер бар. Биринчиден, учурдагы раковина (LM334) бар. Бул LT3080 стабилдештирүү үчүн 677 uA (R46 каршылыгы тарабынан коюлган) туруктуу токту тартат. Бирок ал жерге туташкан эмес, тескерисинче VEEге терс чыңалуу. Бул LT3080дин 0 В.га чейин иштешине мүмкүнчүлүк берүү үчүн керек, жерге туташканда эң төмөнкү чыңалуу 0,7 В жөнүндө болмокчу. Тилекке каршы, бул схема LT3080 өчүрүүдө, демек анын агымы биз өлчөгүбүз келген өндүрүш агымына салым кошот. Бактыга жараша, бул туруктуу, ошондуктан биз бул агымды калибрлей алабыз. Zener диод D7, эгерде ал 25 В ашса, чыгуу чыңалуусун кысуу үчүн колдонулат, ал эми резистор бөлүнгүч 0 - 25 Vдан 0 - 2.5 Vга чейин чыңалуу диапазонун түшүрөт (ADC_Vout). Буфер (U7D) резисторлор чыгуудан ток тартпашын камсыздайт.

Заряд насосу

Биз жогоруда айткан терс чыңалуу кичинекей бир кызыксыз схема аркылуу пайда болот: заряд насосу. Ал микроконтроллердин 50% PWM (PWM) менен азыктанат.

Boost Converter

Эми башкы блогубуздун кирүү чыңалуусун карап көрөлү: VCC. Биз анын 5 - 27В экенин көрүп турабыз, бирок күтө туруңуз, USB эң көп 5 В берет? Чынында эле, ошондуктан биз чыңалууну күчөтүүбүз керек, аны тездетүүчү деп аталат. Биз каалаган чыңалууну 27 В чейин көтөрө алмакпыз, биз каалаган өндүрүштү каалабайбыз; бирок, бул LT3080де көп энергияны текке кетирет жана нерселер кызып калат! Ошентип, муну кылуунун ордуна, биз чыңалууну чыгаруу чыңалуусунан бир аз көбүрөөк жогорулатабыз. Болжол менен 2,5 В жогору, учурдагы маанидеги резистордун чыңалуусун жана LT3080дин түшүү чыңалуусун эске алуу туура. Чыңалуу күчөткүчтөрдүн чыгыш сигналына резисторлор тарабынан коюлат. Бул чыңалууну тез арада өзгөртүү үчүн биз SPI аркылуу башкарылуучу MCP41010 санарип потенциометрин колдонобуз.

USB C

Бул бизди реалдуу киргизүү чыңалуусуна алып барат: USB порт! USB Cди колдонуунун себеби (USB түрү 3.1 так болушу керек, USB C - бул туташтыргычтын түрү), анткени ал 5Вда 3А токту берет, бул анча -мынча күч. Бирок кармоо бар, түзмөк бул агымды тартууга жана хост түзмөк менен "сүйлөшүүгө" ылайык болушу керек. Иш жүзүндө, бул 5.1k ачылуучу эки каршылыгын (R12 жана R13) CC1 жана CC2 линиясына туташтыруу жолу менен жасалат. USB 2 шайкештиги үчүн, документтер анча так эмес. Кыскача айтканда, сиз каалаган агымды тартасыз, эгер хост аны камсыздай алса. Муну USB шинасынын чыңалуусун көзөмөлдөө аркылуу текшерсе болот: бир чыңалуу 4.25В астына түшүп кетсе, түзмөк өтө көп ток тартат. Бул U1A компаратору тарабынан аныкталат жана чыгарууну өчүрөт. Ал ошондой эле максималдуу токту орнотуу үчүн микроконтроллерге сигнал жөнөтөт. Бонус катары алма жана samsung заряддагычтарынын заряддагычынын идентификаторун аныктоону колдоо үчүн резисторлор кошулду.

5V жөндөгүч

Ардуинонун 5 В камсыздоо чыңалуусу адатта USBден келет. Бирок USB чыңалуусу USB спецификациясына ылайык 4,5 жана 5,5 В арасында өзгөрүшү мүмкүн болгондуктан, бул жетишерлик так эмес. Ошондуктан, 5В жөндөгүч колдонулат, ал 5Вны төмөнкү жана жогорку чыңалуулардан түзө алат. Ошентсе да, бул чыңалуу өтө так эмес, бирок бул калибрлөө кадамы менен чечилет, анда PWM сигналынын иштөө цикли ошого жараша жөнгө салынат. Бул e чыңалуу R42 жана R43 түзгөн чыңалуу бөлүштүргүч менен өлчөнөт. Бирок менде боштуктар жок болгондуктан, эки эсе көп иштөө керек болчу. Күч камсыздоосу жүктөлгөндө, бул пин алгач кирүү катары коюлат: ал жеткирүүчү темир жолду өлчөйт жана өзүн калибрлейт. Андан кийин, ал чыгаруу катары коюлат жана ал потенциометрдин чип тандоо линиясын айдай алат.

2.56 В чыңалуусуна шилтеме

Бул кичинекей чип 2,56 В чыңалуусуна абдан так маалымат берет. Бул аналогдук сигналдар үчүн колдонулат ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt. Бул сигналдарды 2,5 В чейин түшүрүү үчүн бизге чыңалуу бөлүштүргүчтөрү керек болчу.

FTDI

Бул ыйгарым укуктун акыркы бөлүгү - таш боор, тышкы дүйнө менен байланыш. Бул үчүн биз сериялык сигналдарды USB сигналдарына айландырышыбыз керек. Бактыга жараша, бул ATMEGA32U4 тарабынан жасалат, бул Arduino Microдо колдонулган чип.

Bluetooth

Bluetooth бөлүгү абдан жөнөкөй: сатылбаган Bluetooth модулу кошулат жана биз үчүн баарына кам көрөт. Анын логикалык деңгээли 3.3V (микроконтроллер үчүн VS 5V) болгондуктан, сигналдын деңгээлин өзгөртүү үчүн чыңалуу бөлүштүргүч колдонулат.

Жана мунун баары бар!

3 -кадам: PCB & Электроника

Эми биз схеманын кантип иштээрин түшүнүп, аны курууга кирише алабыз! Сиз жөн гана PCBге сүйүктүү өндүрүүчүңүздөн заказ берсеңиз болот (кендин баасы 10 доллардын тегерегинде), gerber файлдарын менин GitHub сайтымыздан, материалдардын эсеби менен бирге табууга болот. ПХБны чогултуу, негизинен, жибек экраны менен материалдардын эсебине ылайык, компоненттерди ширетүү маселеси.

Мурунку кубаттуулуктарым тешиктен турган компоненттерден турган болсо, менин жаңысымдын өлчөмүнүн чектелиши муну мүмкүн эмес кылды. Көпчүлүк компоненттер дагы деле салыштырууга оңой, андыктан коркпоңуз. Иллюстрация катары: менин досум буга чейин эч качан ширеткен эмес, бул аппаратты толтурууга жетишти!

Алгач тетиктерди алдыңкы жагында, андан кийин арт жагында жасоо жана тешик компоненттери менен бүтүрүү эң оңой. Муну кылып жатканда, ПХБ эң татаал компоненттерди ширетүүдө титиребейт. Акыркы компонент - бул Bluetooth модулу.

Кийинки этапта орнотула турган 2 банан джекти кошпогондо, бардык компоненттерди ширетүүгө болот!

4 -кадам: Case & Assembly

Жасалган PCB менен, биз ишке өтүшүбүз мүмкүн. Мен ПХБны 20х50х80мм алюминий корпусунун айланасында атайын иштеп чыккам (https://www.aliexpress.com/item/Aluminum-PCB-Instr…), ошондуктан башка корпусту колдонуу сунушталбайт. Бирок, сиз дайыма бирдей өлчөмдөгү корпусту 3D басып чыгара аласыз.

Биринчи кадам-акыркы панелди даярдоо. Биз банан уячалары үчүн кээ бир тешиктерди бурушубуз керек. Мен муну колум менен кылдым, бирок эгер сизде CNCге кирүү мүмкүнчүлүгү болсо, анда бул эң туура вариант болмок. Бул тешиктерге банан джекстерин салыңыз жана аларды ПХБга кошуп коюңуз.

Азыр жибек блокнотторду кошуп, кичине тамчы супер клей менен кармап турууңуз жакшы. Бул LT3080 жана LT1370 менен корпустун ортосунда жылуулук өткөрүүгө мүмкүндүк берет. Аларды унутпа!

Биз азыр бурап турган алдыңкы панелге көңүл бура алабыз. Эки панелди тең орноткондон кийин, биз азыр жыйынды корпуска салып, баарын жаба алабыз. Бул жерде жабдык жасалды, эми программалык камсыздоонун жардамы менен ага бир аз өмүр кошуу калды!

5 -кадам: Arduino коду

Бул долбоордун мээси ATMEGA32U4, биз аны Arduino IDE менен программалайбыз. Бул бөлүмдө мен коддун негизги операциясын өтөм, чоо -жайын коддун ичиндеги комментарийлерден тапса болот.

Код негизинен бул кадамдар аркылуу өтөт:

1. Колдонмого маалыматтарды жөнөтүү
2. Колдонмодогу маалыматтарды окуу
3. Чыңалуусун өлчөө
4. Токту өлчөө
5. Сурамжылоо баскычы

USB ашыкча агымы мүмкүн болушунча жооп берүү үчүн үзгүлтүккө учуроо кызматы менен иштейт.

Чипти USB аркылуу программалоодон мурун, жүктөгүч күйүп кетиши керек. Бул ISP/ICSP порту (3x2 эркек баштары) аркылуу ISP программисти аркылуу жасалат. Параметрлер AVRISPMK2, USBTINY ISP же ISP катары arduino. Тактага кубат берилгенин текшериңиз жана "bootloader күйгүзүү" баскычын басыңыз.

Эми кодду тактага USB C порту аркылуу жүктөөгө болот (анткени чипте жүктөгүч бар). Башкаруу: Arduino Микро Программисти: AVR ISP / AVRISP MKII Эми биз Arduino менен ЖКнын ортосундагы өз ара аракеттенүүнү карап чыгабыз.

6 -кадам: Android колдонмосу

Бизде азыр толук функционалдык ыйгарым укуктар бар, бирок азырынча аны башкарууга мүмкүнчүлүк жок. Абдан тажатма. Ошентип, биз Bluetooth аркылуу кубаттуулукту көзөмөлдөө үчүн Android колдонмосун жасайбыз.

Колдонмо MIT колдонмо ойлоп табуучу программасы менен жасалган. Бардык файлдар клондоого жана долбоорду өзгөртүүгө киргизилиши мүмкүн. Биринчиден, телефонуңузга MIT AI2 шериктеш тиркемесин жүктөп алыңыз. Андан кийин, AI вебсайтына.aia файлын импорттоңуз. Бул ошондой эле "Build> App (.apk үчүн QR кодун көрсөтүү)" тандап, колдонмону өз телефонуңузга жүктөөгө мүмкүнчүлүк берет.

Колдонмону колдонуу үчүн тизмеден Bluetooth түзмөгүн тандаңыз: ал HC-05 модулу катары көрүнөт. Туташканда, бардык жөндөөлөр өзгөртүлүшү мүмкүн жана кубаттуулуктун чыгышы окулушу мүмкүн.

7 -кадам: Java коду

Маалыматтарды каттоо жана компьютер аркылуу кубаттуулукту көзөмөлдөө үчүн мен java тиркемесин жасадым. Бул бизге GUI аркылуу тактаны оңой башкарууга мүмкүндүк берет. Arduino кодундагыдай эле, мен майда -чүйдөсүнө чейин токтолбойм, бирок сереп берем.

Биз баскычтар, текст талаалары ж.б. менен терезе жасоо менен баштайбыз; негизги GUI нерселери.

Эми кызыктуу бөлүгү келет: USB портторун кошуу, мен ал үчүн jSerialComm китепканасын колдондум. Порт тандалгандан кийин, java келген маалыматтарды угат. Биз ошондой эле түзмөккө маалыматтарды жөнөтө алабыз.

Мындан тышкары, бардык келген маалыматтар кийинчерээк маалыматтарды дарылоо үчүн csv файлына сакталат.

. Jar файлын иштетип жатканда, алгач менюдан туура портту тандашыбыз керек. Туташкандан кийин маалыматтар келе баштайт жана биз жөндөөлөрүбүздү кубаттуулукка жөнөтө алабыз.

Программа абдан жөнөкөй болгону менен, аны компьютер аркылуу көзөмөлдөө жана анын маалыматтарын каттоо абдан пайдалуу болушу мүмкүн.

8 -кадам:

Бул иштердин баарынан кийин, бизде азыр толук функционалдык ыйгарым укуктар бар!

Эми биз өзүбүздүн үйдө жасалган кубаттуулуктан ырахат ала алабыз, бул башка укмуш долбоорлордо иштеп жатканда пайдалуу болот! Эң негизгиси: биз жолдо көп нерселерди үйрөндүк.

Эгерде сизге бул долбоор жакса, чөнтөк жана микроконтроллер конкурсунда мага добуш бериңиз, мен аны абдан баалайт элем!