USB C дижитал дижитал Bluetooth тэжээлийн хангамж: 8 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Ойролцоох хананы залгуургүй байсан ч гэсэн та явж байхдаа ашиглах боломжтой цахилгаан хангамжийг хүсч байсан уу? Хэрэв энэ нь маш нарийвчлалтай, дижитал, компьютер болон утсаараа хянагдах боломжтой байсан бол сайхан биш гэж үү?

Энэхүү зааварчилгаанд би яг үүнийг хэрхэн яаж хийхийг харуулах болно: USB C -ээр ажилладаг дижитал тэжээлийн хангамж. Энэ нь arduino -тэй нийцтэй бөгөөд USB -ээр дамжуулан компьютер ашиглан эсвэл Bluetooth ашиглан утсаараа удирдах боломжтой.

Энэхүү төсөл нь батерейгаар ажилладаг, дэлгэц, бариултай байсан миний өмнөх цахилгаан хангамжийн хувьсал юм. Эндээс үзээрэй! Гэсэн хэдий ч би жижигрэхийг хүсч байсан тул үүнийг хийсэн!

Эрчим хүчийг USB C батерейны банк эсвэл утасны цэнэглэгчээс тэжээх боломжтой. Энэ нь 15 Вт хүртэлх хүчийг авах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь ихэнх бага чадлын цахилгаан хэрэгслийг тэжээхэд хангалттай юм! Ийм жижиг төхөөрөмж дээр сайн интерфэйстэй байхын тулд би Bluetooth болон Андройд аппликейшнийг оруулсан бөгөөд энэ нь хүчийг хэт зөөврийн болгож өгдөг.

Би дизайны явцыг бүхэлд нь харуулах бөгөөд төслийн бүх файлыг миний GitHub хуудаснаас олж болно:

Эхэлцгээе!

Алхам 1: Онцлог ба өртөг

Онцлог шинж чанарууд

• USB C -ээр тэжээгддэг
• Андройд апп -аар Bluetooth -ээр хянагддаг
• USB C дээр Java -ээр хянагддаг
• Тогтмол хүчдэл ба тогтмол гүйдлийн горимууд
• Цахилгаан зарцуулалтыг багасгахын тулд дуу чимээ багатай шугаман зохицуулагчийг ашигладаг бөгөөд түүний өмнө хяналтын урьдчилан зохицуулагчийг ашигладаг.
• Arduino IDE програмчлагдсан ATMEGA32U4 дээр ажилладаг
• Зөөврийн болгохын тулд USB C батерейны банкаар тэжээгдэж болно
• USB C ба Apple -ийн цэнэглэгчийг илрүүлэх
• BNC адаптертай нийцтэй байхын тулд 18 мм -ийн зайтай гадил жимсний залгуур

Үзүүлэлтүүд

• 0 - 1А, 1 мА алхам (10 бит DAC)
• 0 - 25V, 25 мВ -ийн алхам (10 битийн DAC) (үнэн 0V ажиллах)
• Хүчдэлийн хэмжилт: 25 мВ нарийвчлал (10 бит ADC)
• Одоогийн хэмжилт: <40mA: 10uA нарийвчлал (ina219) <80mA: 20uA нарийвчлал (ina219) <160mA: 40uA нарийвчлал (ina219) <320mA: 80uA нарийвчлал (ina219)> 320mA: 1mA нягтрал (10 бит ADC)

Зардал

Бүрэн цахилгаан хангамж надад нэг удаагийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй ойролцоогоор 100 долларын үнэтэй байсан. Энэ нь үнэтэй мэт санагдаж болох боловч гүйцэтгэл, боломж багатай хүчдэлийн хангамж нь ихэвчлэн үүнээс илүү үнэтэй байдаг. Хэрэв та ebay эсвэл aliexpress -аас бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг захиалахаас татгалзахгүй бол үнэ 70 орчим доллар болж буурах болно. Эд анги орж ирэхэд илүү урт хугацаа шаардагдах боловч энэ нь ашигтай хувилбар юм.

Алхам 2: Үйл ажиллагааны схем ба онол

Хэлхээний ажиллагааг ойлгохын тулд бид схемийг харах хэрэгтэй болно. Би үүнийг функциональ блок болгон хуваасан бөгөөд үүнийг ойлгоход хялбар болно; Би энэ үйлдлийг алхам алхамаар тайлбарлах болно, энэ хэсэг нь маш гүнзгий бөгөөд электроникийн сайн мэдлэг шаарддаг. Хэрэв та хэлхээг хэрхэн яаж хийхийг мэдэхийг хүсч байвал дараагийн алхам руу шилжиж болно.

Үндсэн блок

Энэ ажиллагаа нь LT3080 чипийн эргэн тойронд хийгддэг: энэ нь хүчдэлийг бууруулж чаддаг хяналтын дохио дээр суурилсан хүчдэлийн шугаман зохицуулагч юм. Энэхүү хяналтын дохиог микроконтроллер үүсгэх болно; Үүнийг хэрхэн яаж хийхийг дараа дэлгэрэнгүй тайлбарлах болно.

Хүчдэлийн тохиргоо

LT3080 орчмын хэлхээ нь тохирох хяналтын дохиог үүсгэдэг. Нэгдүгээрт, бид хүчдэлийг хэрхэн тохируулж байгааг авч үзэх болно. Микроконтроллерийн хүчдэлийн тохиргоо нь PWM дохио (PWM_Vset) бөгөөд үүнийг бага дамжуулагч шүүлтүүрээр (C23 & R32) шүүдэг. Энэ нь хүссэн хүчдэлтэй пропорциональ 0-5 В -ийн хооронд аналог хүчдэл үүсгэдэг. Бидний гаралтын хүрээ 0 - 25 В байдаг тул бид энэ дохиог 5 -ийн хүчин зүйлээр нэмэгдүүлэх шаардлагатай болно. Үүнийг U7C -ийн урвуу бус опам тохиргоо хийдэг. Тогтоосон зүү хүртэлх ашиг орлогыг R31 ба R36 -ээр тодорхойлно. Эдгээр эсэргүүцэл нь алдааг багасгахын тулд 0.1% тэсвэртэй байдаг. R39 ба R41 нь санал хүсэлтийн давталтын нэг хэсэг тул энд хамаагүй.

Одоогийн тохиргоо

Энэхүү тогтоосон зүүг хоёр дахь тохиргоонд ашиглаж болно: одоогийн горим. Бид одоогийн таталтыг хэмжиж, хүссэн гүйдэлээс давсан тохиолдолд гаралтыг унтраахыг хүсч байна. Тиймээс бид микроконтроллерийн үүсгэсэн ХОУХ -ны дохиогоор (PWM_Iset) дахин эхлүүлж, одоо бага дамжуулалтыг шүүж, сулруулж, 0 - 5 В -оос 0 - 2.5 В -ийн хооронд шилжих болно. Энэ хүчдэлийг одоогийн мэдрэгч эсэргүүцэгч (ADC_Iout, доороос үзнэ үү) дээрх хүчдэлийн уналттай харьцуулж, опамп U1B -ийн харьцуулах тохиргоогоор харуулав. Хэрэв гүйдэл хэт өндөр байвал энэ нь гэрлийг асааж, LT3080 -ийн тогтоосон шугамыг газардуулж (Q1 -ээр), улмаар гаралтыг унтраана. Одоогийн болон ADC_Iout дохионы үүсгэлтийг дараах байдлаар гүйцэтгэнэ. Гаралтын гүйдэл нь R22 резистороор дамждаг. Энэ резистороор гүйдэл гүйх үед энэ нь бидний хэмжиж болох хүчдэлийн уналтыг үүсгэдэг бөгөөд үүнийг LT3080 -ийн өмнө байрлуулдаг, учир нь хүчдэлийн уналт нь гаралтын хүчдэлд нөлөөлөх ёсгүй. Хүчдэлийн уналтыг дифференциал өсгөгч (U7B) -ээр хэмждэг. 5 -ийн үр дүнд 0 - 2.5 В (дараа нь илүү их) хүчдэлийн мужид хүрдэг бөгөөд ингэснээр гүйдлийн ХОУХ -ны дохиогоор хүчдэл хуваагч болдог. Буфер (U7A) нь R27, R34 ба R35 резистор руу урсаж буй гүйдэл нь одоогийн мэдрэгч резистороор дамжихгүй байгаа бөгөөд энэ нь түүний уншилтанд нөлөөлөх болно. Эерэг оролт дээрх оролтын хүчдэл нь тэжээлийн хүчдэлтэй тэнцэх тул энэ нь төмөр замаас төмөр зам хүртэл байх ёстой гэдгийг анхаарна уу. Урвуу биш өсгөгч нь зөвхөн курс хэмжихэд зориулагдсан боловч маш нарийн хэмжихийн тулд бид INA219 чиптэй. Энэхүү чип нь маш жижиг гүйдлийг хэмжих боломжийг бидэнд олгодог бөгөөд үүнийг I2C -ээр дамжуулдаг.

Нэмэлт зүйлүүд

LT3080 гаралт дээр бидэнд өөр зүйл бий. Юуны өмнө одоогийн угаалтуур (LM334) байдаг. Энэ нь LT3080 -ийг тогтворжуулахын тулд 677 uA (R46 резистороор тогтоогдсон) тогтмол гүйдлийг авдаг. Гэхдээ энэ нь газардуулгатай холбогдоогүй, харин сөрөг хүчдэлтэй VEE -тэй холбогдсон байна. Энэ нь LT3080 -ийг 0 В хүртэл ажиллуулахын тулд шаардлагатай бөгөөд хамгийн бага хүчдэл нь ойролцоогоор 0.7 В байх болно. Харамсалтай нь энэ хэлхээ нь LT3080 -ийн гаралт дээр байгаа бөгөөд энэ нь түүний хэмжихийг хүссэн гаралтын гүйдэлд хувь нэмэр оруулна гэсэн үг юм. Аз болоход энэ нь тогтмол байдаг тул бид энэ гүйдлийг тохируулах боломжтой болно. Zener диод D7 нь 25 В -оос дээш гарвал гаралтын хүчдэлийг дарахад ашигладаг бөгөөд эсэргүүцэл хуваагч нь гаралтын хүчдэлийн хязгаарыг 0 - 25 В -оос 0 - 2.5 В (ADC_Vout) хүртэл бууруулдаг. Буфер (U7D) нь резистор нь гаралтаас гүйдэл авахгүй байхыг баталгаажуулдаг.

Цэнэглэх насос

Бидний өмнө дурдсан сөрөг хүчдэлийг цэнэглэх насос гэх жижиг сониуч хэлхээгээр үүсгэдэг. Энэ нь микроконтроллерийн 50% PWM -ээр тэжээгддэг.

Boost хөрвүүлэгч

Одоо бидний гол блок болох VCC -ийн оролтын хүчдэлийг авч үзье. Энэ нь 5 - 27V байна гэж бид харж байна, гэхдээ хүлээгээрэй, USB хамгийн ихдээ 5 В өгдөг үү? Үнэхээр ийм учраас бид хүчдэлийг нэмэгдүүлэх хөрвүүлэгч гэж нэрлэдэг. Бид ямар гаралт хүсч байгаагаас үл хамааран хүчдэлийг үргэлж 27 В хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой; Гэсэн хэдий ч энэ нь LT3080 -д маш их хүч алдах бөгөөд бүх зүйл маш халуун болно! Тиймээс үүнийг хийхийн оронд бид хүчдэлийг гаралтын хүчдэлээс арай илүү болгох болно. Одоогийн мэдрэгч резистор дахь хүчдэлийн уналт болон LT3080 -ийн уналтын хүчдэлийг тооцохын тулд ойролцоогоор 2.5 В илүү тохиромжтой. Хүчдэлийг өргөлтийн хөрвүүлэгчийн гаралтын дохио дээр резистороор тохируулдаг. Энэ хүчдэлийг яаралтай өөрчлөхийн тулд бид SPI -ээр хянагддаг MCP41010 дижитал потенциометрийг ашигладаг.

USB C

Энэ нь биднийг жинхэнэ оролтын хүчдэл рүү хөтөлдөг: USB порт! USB C ашиглах шалтгаан (яг USB холболтын төрөл 3.1, USB C бол зүгээр л холбогчийн төрөл юм), учир нь энэ нь 5А -д 3А гүйдлийг өгдөг, энэ нь нэлээд хүч юм. Гэхдээ барьж авах зүйл байгаа бөгөөд төхөөрөмж нь энэ гүйдлийг зурж, хост төхөөрөмжтэй "тохиролцох" ёстой. Практик дээр үүнийг 5.1k татах хоёр эсэргүүцлийг (R12 ба R13) CC1 ба CC2 шугамд холбох замаар хийдэг. USB 2 нийцтэй байдлын хувьд баримт бичиг нь тийм ч тодорхой биш байна. Товчхондоо: хост хүссэн бүх урсгалаа зурж өгдөг. Үүнийг USB автобусны хүчдэлийг хянах замаар шалгаж болно: нэг хүчдэл 4.25 В -оос доош унахад төхөөрөмж хэт их гүйдэл авдаг. Үүнийг U1A харьцуулагчаар илрүүлсэн бөгөөд гаралтыг идэвхгүй болгоно. Мөн хамгийн их гүйдлийг тохируулах дохиог микроконтроллерт илгээдэг. Урамшууллын хувьд Apple болон Samsung цэнэглэгч цэнэглэгчийн ID -ийг илрүүлэхийн тулд резистор нэмсэн.

5V зохицуулагч

Arduino -ийн 5 В тэжээлийн хүчдэл нь ихэвчлэн USB -ээс шууд ирдэг. Гэхдээ USB хүчдэл нь USB үзүүлэлтээс хамааран 4.5-5.5 В -ийн хооронд хэлбэлздэг тул энэ нь хангалттай нарийвчлалтай биш юм. Тиймээс 5V -ийн зохицуулагчийг ашигладаг бөгөөд энэ нь бага ба түүнээс дээш хүчдэлээс 5V үүсгэж чаддаг. Гэсэн хэдий ч энэ хүчдэл нь тийм ч нарийвчлалтай биш боловч үүнийг ХОУХ -ны дохионы ажлын мөчлөгийг тохируулах замаар тохируулах алхамаар шийддэг. Энэхүү e хүчдэлийг R42 ба R43 үүсгэсэн хүчдэл хуваагчаар хэмждэг. Гэхдээ надад үнэгүй оролт байхгүй болсон тул хоёр үүрэгтэй зүү татах шаардлагатай болсон. Цахилгаан хангамж ачаалах үед энэ зүүг эхлээд оролт болгон тохируулдаг: энэ нь нийлүүлэлтийн төмөр замыг хэмжиж, өөрийгөө тохируулдаг. Дараа нь үүнийг гаралт болгон тохируулсан бөгөөд энэ нь потенциометрийн чип сонгох шугамыг жолоодох боломжтой болно.

2.56 В хүчдэлийн лавлагаа

Энэхүү жижиг чип нь маш зөв 2.56 В хүчдэлийн лавлагаа өгдөг. Үүнийг ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt аналог дохионы лавлагаа болгон ашигладаг. Ийм учраас эдгээр дохиог 2.5 В хүртэл бууруулахын тулд бидэнд хүчдэл хуваагч хэрэгтэй байсан.

FTDI

Энэхүү эрчим хүчний хангамжийн сүүлчийн хэсэг нь харгис хэрцгий, гадаад ертөнцтэй холбоо тогтоох явдал юм. Үүний тулд бид цуваа дохиог USB дохио болгон хувиргах хэрэгтэй. Аз болоход үүнийг ATMEGA32U4 хийдэг бөгөөд энэ нь Arduino Micro -д ашигладаг чип юм.

Bluetooth

Bluetooth хэсэг нь маш энгийн: бэлэн биш байгаа Bluetooth модулийг нэмж, бидний төлөө бүх зүйлийг хариуцдаг. Логик түвшин нь 3.3V (микроконтроллерын хувьд VS 5V) тул дохиог тэгшлэхийн тулд хүчдэл хуваагчийг ашигладаг.

Тэгээд л энэ бүх зүйл байна!

Алхам 3: ПХБ ба электроник

Одоо хэлхээ хэрхэн яаж ажилладагийг бид ойлгож эхэлмэгц үүнийг барьж эхэлж болно! Та өөрийн дуртай үйлдвэрлэгчээс ПХБ -ийг онлайнаар захиалж авах боломжтой (уурхайн үнэ ойролцоогоор 10 доллар), gerber файлуудыг миний GitHub дээрээс материалын хамт олж болно. ПХБ -ийг угсрах нь үндсэндээ торгон дэлгэц, материалын дагуу бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гагнах явдал юм.

Миний өмнөх тэжээлийн хангамж нь зөвхөн нүхний бүрдэл хэсгүүдтэй байсан бол миний шинэ төхөөрөмжийн хэмжээ хязгаарлалт нь үүнийг боломжгүй болгосон. Ихэнх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гагнахад харьцангуй хялбар хэвээр байгаа тул бүү ай. Жишээ болгон: урьд өмнө хэзээ ч гагнуур хийж байгаагүй найз маань энэ төхөөрөмжийг дүүргэж чадсан!

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг эхлээд урд талд, дараа нь ар талд нь хийж, нүхний бүрдэл хэсгүүдээр дуусгах нь хамгийн хялбар байдаг. Үүнийг хийхдээ хамгийн хэцүү эд ангиудыг гагнах үед ПХБ ганхахгүй, хамгийн сүүлд гагнах бүрэлдэхүүн хэсэг нь Bluetooth модуль юм.

Дараагийн алхамд холбох 2 гадил жимсний хайрцагнаас бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гагнах боломжтой!

Алхам 4: Кейс ба угсралт

PCB хийснээр бид хэргийг үргэлжлүүлж болно. Би ПХБ-ийг 20х50х80 мм хэмжээтэй хөнгөн цагаан хайрцгийн эргэн тойронд тусгайлан бүтээсэн (https://www.aliexpress.com/item/Aluminum-PCB-Instr…), тиймээс өөр хайрцаг ашиглахыг зөвлөдөггүй. Гэсэн хэдий ч та үргэлж ижил хэмжээтэй хайрцгийг 3D хэвлэх боломжтой.

Эхний алхам бол төгсгөлийн самбарыг бэлтгэх явдал юм. Бид гадил жимсний хайрцганд хэдэн нүх өрөмдөх хэрэгтэй болно. Би үүнийг гараар хийсэн, гэхдээ хэрэв танд CNC нэвтрэх боломж байгаа бол энэ нь илүү зөв сонголт байх болно. Гадил жимсний хайрцгийг эдгээр нүхэнд хийж ПХБ дээр гагнана.

Хэдэн торгон дэвсгэрийг нэмж, бага зэрэг дусал супер цавуугаар байрлуулах нь зүйтэй юм. Эдгээр нь LT3080 ба LT1370 болон хайрцгийн хооронд дулаан дамжуулах боломжийг олгоно. Тэднийг бүү мартаарай!

Одоо бид зүгээр л боолттой байгаа урд самбар дээр анхаарлаа төвлөрүүлж чадна. Хоёр самбарыг байрлуулснаар бид угсралтыг хайрцагт хийж, бүгдийг нь хааж болно. Энэ үед техник хангамж дууссан, одоо зөвхөн програм хангамжийн тусламжтайгаар зарим амьдралыг үлээх л үлдлээ!

Алхам 5: Arduino код

Энэхүү төслийн тархи нь ATMEGA32U4 бөгөөд үүнийг бид Arduino IDE програмаар програмчлах болно. Энэ хэсэгт би кодын үндсэн үйл ажиллагааг авч үзэх болно, дэлгэрэнгүй мэдээллийг кодын дотор тайлбар хэлбэрээр олж болно.

Код нь үндсэндээ эдгээр алхмуудаар дамждаг:

1. Апп руу өгөгдөл илгээх
2. Апп -аас өгөгдлийг уншина уу
3. Хүчдэлийг хэмжих
4. Гүйдлийг хэмжих
5. Санал асуулгын товчлуур

USB хэт гүйдэл нь аль болох хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд тасалдсан үйлчилгээний горимоор зохицуулагддаг.

Чипийг USB -ээр програмчлахаас өмнө ачаалагчийг шатаах хэрэгтэй. Үүнийг ISP/ICSP портоор (3x2 эрэгтэй толгой) ISP програмистаар дамжуулан хийдэг. Сонголтууд нь AVRISPMK2, USBTINY ISP эсвэл ISP шиг arduino юм. Удирдах зөвлөл цахилгаан хүлээн авсан эсэхийг шалгаад 'boot bootloader -ийг шатаах' товчийг дарна уу.

Одоо кодыг USB C портоор дамжуулан самбар дээр байршуулах боломжтой (чип нь ачаалагчтай тул). Удирдах зөвлөл: Arduino Micro Программист: AVR ISP / AVRISP MKII Одоо бид Arduino болон PC -ийн харилцан үйлчлэлийг авч үзэх болно.

Алхам 6: Андройд апп

Бид одоо бүрэн ажиллагаатай эрх мэдэлтэй боловч үүнийг хянах арга одоогоор алга байна. Маш ядаргаатай. Тиймээс бид Bluetooth -ийн хүчийг хянах Андройд аппликейшн хийх болно.

Энэхүү програмыг MIT програм зохион бүтээгчийн програмаар хийсэн болно. Төслийг хуулбарлах, өөрчлөхийн тулд бүх файлыг оруулж болно. Нэгдүгээрт, MIT AI2 хамтрагч програмыг утсандаа татаж аваарай. Дараа нь AI вэбсайт дээр.aia файлыг импортлоорой. Энэ нь мөн "Бүтээх> Апп (.apk -ийн QR кодыг оруулна уу)" -г сонгон програмыг өөрийн утсан дээрээ татаж авах боломжийг танд олгоно.

Аппликешныг ашиглахын тулд жагсаалтаас Bluetooth төхөөрөмжийг сонгоно уу: энэ нь HC-05 модуль хэлбэрээр гарч ирнэ. Холбогдсон үед бүх тохиргоог өөрчилж, тэжээлийн гаралтыг уншиж болно.

Алхам 7: Java код

Өгөгдлийг бүртгэх, тэжээлийн хангамжийг компьютерээр хянахын тулд би java програмыг хийсэн. Энэ нь GUI -ээр дамжуулан самбарыг хялбархан удирдах боломжийг бидэнд олгодог. Arduino кодын нэгэн адил би бүх нарийн ширийн зүйлийг тайлбарлахгүй, гэхдээ тойм өгөх болно.

Бид товчлуур, текст талбар гэх мэт цонх хийхээс эхэлдэг; үндсэн GUI зүйлс.

Одоо jSerialComm номын санг ашиглаж байсан USB портуудыг нэмэх нь хөгжилтэй хэсэг юм. Порт сонгогдсоны дараа java нь ирж буй өгөгдлийг сонсох болно. Бид мөн төхөөрөмж рүү өгөгдөл илгээх боломжтой.

Цаашилбал, ирж буй бүх өгөгдлийг csv файлд хадгалдаг бөгөөд дараа нь өгөгдлийг боловсруулдаг.

. Jar файлыг ажиллуулахдаа бид эхлээд унах цэснээс зөв портыг сонгох ёстой. Холбогдсоны дараа өгөгдөл орж эхлэх бөгөөд бид тохиргоогоо эрчим хүчний хангамж руу илгээх боломжтой болно.

Хөтөлбөр нь маш энгийн боловч үүнийг компьютерээр хянах, өгөгдлийг бүртгэх нь маш ашигтай байж болох юм.

Алхам 8:

Энэ бүх ажлыг хийсний дараа бид бүрэн ажиллагаатай цахилгаан хангамжтай боллоо!

Бусад гайхалтай төслүүд дээр ажиллахад бид өөрсдийн гараар хийсэн цахилгаан хангамжийг эдлэх боломжтой боллоо. Хамгийн гол нь бид замдаа олон зүйлийг сурч мэдсэн.

Хэрэв танд энэ төсөл таалагдсан бол халаасны болон микроконтроллерийн уралдаанд надад саналаа өгөөрэй, би үүнд үнэхээр талархах болно!