便携式LED灯

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简介:便携式LED灯

关于:我喜欢做涉及电子,3D打印和CNC的爱好者项目。

笔记:此页面集中在建造灯泡上。如果要自定义固件,请在3D模型上进行黑客,或阅读更多设计详细信息,请参阅相关的GitHub项目

如果您需要光,但没有提供出口,很高兴有一个可以接受各种电池的高效光。

灯可以接受宽范围的电压 - 在6到30V之间。这允许它是与不同的电池一起使用,您可能会躺在,包括18650包,RC电池,12V铅酸等。

灯设计为非常有效并且甚至全力以赴地发热。调光器旋钮可用于调整功耗和光输出。当“关闭”灯泡在其“睡眠状态”状态下消耗小于40个UA。

在小OLED显示屏上监视电压和电流。这使您可以在给定光线级别估计电池寿命,并根据您的情况进行调整。

设备有当电池电压变得太低时自动关闭

设备可以使用手动覆盖的选项自动释录使用的电池。

在我们走得太远之前,免责声明

使用电池带来风险。犯错误会导致电池捕捉着火。由于在制造或运输过程中未知的问题,即使一切正常正确地完成电池也会着火。预计您了解您选择的电池相关的风险。即使在测试此页面上的硬件和软件,您也应该不假设您的构建和电池不会在没有问题的情况下运作。我没有责任对于您在本指南或使用提供的软件之后可能遇到的问题。用一个安全容器建议您的电池。

补给品

需要用品

这就是我使用的。如果您了解设计,您可以在下面的许多零件中换出替代方案。

  1. 3.3V Arduino Pro Mini:10美元(或低成本克隆3美元)
  2. 3 Picobuck LED司机:48美元
  3. 10个3W LED(以5包装为5):16美元(或eBay上的更便宜5美元)
  4. 128x64 I2C OLED(美国航运):6美元(或CN运输2美元)
  5. 3.3V稳压器LM2936:2美元
  6. INA260电压/电流监视器:10美元
  7. 10K旋转电位器:1美元
  8. 2x触觉按钮:1美元
  9. 5.5mm千斤顶的电力:2美元
  10. P沟道功率MOSFET。我用过FQP27P06但很多人都可以工作。它只需拥有VDSS> 30V和ID> 2a($ 1)
  11. N沟道MOSFET。我用过BS170.除了VDSS> 30V的任何东西都将起作用。(<$ 1)
  12. 电阻器:我使用了3x 47k,1x 10k和1x 1k。最大部分的价值观并不重要,Ballpark将会做。一个例外是47K和10K之间的1:5比例应该是相似的。
  13. PCB板。我用过A.30x70和50x70原型板。如果您想将设计发送到FAB,查看github文件
  14. M2M2.5.螺栓如果您选择使用3D打印的外壳。
  15. 一些连接线。我认为22种码硅丝是一个很好的契合,但你可以使用你拥有的东西。
  16. 可选的:连接器输入PCB和主PCB之间。我去了8针XH连接器,但可以使用许多不同的选项。

  17. 可选的:一些女性别针标题将允许您插入和拔下OLED,Power Monitor和Arduino。这有助于在焊接时进行故障排除和保护部件。

价格范围:$ 60 - $ 150,取决于您获取组件的位置,可选零件,运输等。

需要工具

  1. 3.3V.FTDI程序员。链接的是15美元,但有许多便宜的替代品。
  2. 一种烙铁和焊料
  3. 六角扳手适合组装。
  4. 可选:ANeSD腕带建议当处理MOSFET.
  5. 可选:A面包板对增量验证有用。

该项目还包括.STL文件3D打印的外壳。您可以自己打印它,将文件发送到服务,或DIY您自己的案例解决方案。

需要软件

  1. Avrdude.将固件上传到Pro Mini(免费)。
  2. 可选的:AVR GCC工具如果你想在固件上攻击或写自己的话。(自由)
  3. 可选的:openscad.如果您想在3D模型文件上攻击。(自由)

第1步:主要示意图概述

让我们从我们领导的地方开始。示意图显示了连接的最终电路。如果此信息看起来势不可挡,随意跳过它正如我们将在即将到来的步骤中浏览设计:

  • 电源进入J1上的左上角,引脚2.它直接进入INA260功率计的V +端口。
  • 功率流过INA260的V端口。INA260将测量通过V +和V-和V +和GND之间的电压的电流
  • ina260的V-连接到2个设备
    • 一个是LM2936电压调节器在左边(U2)。该调节器将arduino Pro Mini,INA260和OLED下降到3.3V的电压降至3.3V。虽然Pro Mini具有内置的3.3V稳压器,但这内置稳压器无法处理V-上的30V最大额定值。Pro Mini调节器还具有更高的“静止电流”,这意味着当Pro Mini处于低功耗模式时,它的效率较低。
    • 连接到v-的另一个设备是aPFET(Q1)。这是用来的为Picobuck LED驱动程序削减所有人。47K拉力电阻(R3)将大门拉到V-默认情况下,PFET默认为OFF。
    • 需要电阻器和Q2(NFET)以切换PFET。Pro Mini不能直接打开PFET,因为PFET栅极处的电压太高,因此使用NFET(Q2)用作中间人。电阻器R3和R4用于保持PFET的VGS规格范围。默认情况下,R2电阻保持Q2。要打开Q2,Arduino Pro Mini必须驱动D7高。R1电阻消耗开启和关闭Q2时可以开发的电位振荡。
  • 回到Q1,PFET块(几乎所有)电流或允许(几乎所有)电流,具体取决于它的状态。该电流的接收器是3个Picobuck LED驱动器,用于驱动9个3W LED。
  • 让我们专注于Pro Mini的界面引脚
    • A4(SDA),A5(SCL):这些用于与INA260和OLED通差交谈I2C.。I2C是一个总线架构,意思是A4同时连接到INA260和OLED的SDA。SCL也一样。
    • A0:这连接到一个中心腿用于调光LED的电位器
    • D4:这连接电位计的电压(右)腿。您可以直接将此腿直接连接到3.3V供应,但随后电位计也会燃烧电源。使用D4,当单位关闭时,Pro Mini可以将电源切换到电位器,节省330 uA电流绘图。
    • D2:这连接了“绿色”按钮。按钮的另一侧连接到GND。这种配置称为“开放”。基本上Pro Mini内部的上拉电阻保持D2高于3.3V,但是通过像按钮的东西很容易地拉动该电压 - Pro Mini将被检测为按钮按下。
    • D3:与D2一样的想法,但对于红色按钮
    • D7.:Arduino将此引脚驱动到3.3V以打开Q2,又转动Q1,这打开LED。要关闭Q2,我们可以选择或驱动D7到GND或将其重新配置为输入(Hi-Z),并让R2将栅极拉到地面。固件需要后面的选择。
    • D9.:此引脚发出PWM信号。它讲述了Picobucks暗淡的LED是多少。固件通过考虑灯的状态来实现这一决定(它是亮起的吗?电压正常吗?)并通过读取电位计值
    • 3.3V VCC,GND:需要为芯片供电

第2步:输入原理图概述

输入PCB在单独的电路板上连接并通过接口电缆连接到主板。如果您正在制作自己的情况并希望在一块板上想要所有内容,则不必使用接口电缆。

此板上的每个组件都在上一步中描述。如果它不清楚发生了什么,即将到来的面包板示例应该有所帮助。

第3步:初始OLED连接和固件测试

注意:考虑所有面包板步骤可选练习,以获取有趣,教育和零件验证。如果你想跳到最终的建筑物,请随时免费(祝你好运)。

对于此步骤,我们只是将Arduino Pro Mini连接到OLED并将固件上传到Pro Mini。

我建议使用面包板进行此步骤。

  1. 将Pro Mini和OLED添加到面包板上
  2. 对OLED的接线是
    1. Pro Mini GND→OLED GND
    2. Pro Mini VCC→OLED VCC
    3. Pro Mini A4→OLED SDA
    4. Pro Mini A5→OLED SCL
  3. 现在将3.3V FTDI程序员连接到Arduino Pro Mini接口引脚,如照片所示,并将USB电缆连接到PC

现在你需要上传LED_LAMP.HEX.HEX.固件文件(链接以下)。这需要将Avrdude安装在您的计算机上。

我使用的命令是:

avrdude -cavrdude.txt -v -patmega328p -carduino -p / dev / ttyusb0 -b57600 -d -uflash:w:led_lamp.hex:i

我在Arch Linux和Debian Linux中测试了这一点,但Avrdude也在Mac和Windows上工作 - 您需要调整(或省略)-P设置以正确指向串行设备。这是一些avrdude文档这可能有助于Windows或Mac。

您应该看到错误“致命:Ina260 01”。虽然报告了错误,但事情进展顺利如果您看到此消息(尚未添加INA260)。

步骤4:INA260当前监视器设置

INA260电流监视器用于测量LED的电压和电流。

目前,我们可以将其连接到面包板上(照片中的红色电线没有连接到任何东西)

  1. Connect Pro Mini GND→INA260 GND
  2. Connect Pro Mini VCC→INA260 VCC
  3. 连接Pro Mini A4(SDA)→Ina260 SDA
  4. Connect Pro Mini A5(SCL)→INA260 SDL

您会注意到上面的所有连接也连接到OLED。

再次上电器,您应该看到它询问您所拥有的电池以及告诉您有零伏特。

步骤5:添加电压调节器

到目前为止,3.3V已由FTDI编程板提供。对于此步骤,我们将安装电压调节器,以便我们可以脱离任意(例如6-30V)输入电源。这使我们能够看到Ina260现在的工作,并稍后允许我们为真实的LED电源。

这里的接线错误可以烧掉零件。一种方法来避免这种情况使用调节电源并设定最大电流低(20 mA现在应该足够)。另一种方法是与电池串联串联熔断器。第三种方法是验证3.3V调节器是否在连接到它之前按预期工作。

基本布线流如下:

  1. Ina260上的电池+→v +
  2. 电池 - →GND
  3. INA260 V-→稳压器VIN
  4. 调节器VOUT→3.3V轨道(Pro Mini,OLED和INA260都连接到)
  5. 调节器GND→GND
  6. 按数据表描述将电容器放在调节器上。
    1. lm2936数据表呼叫VIN→100nf→GND和VOUT→10UF→GND
    2. 。我已经使用示波器确认,不使用帽子,如图所示导致该部分不稳定。

您对获取所有内容的奖励是正确的,即固件现在将在启动时显示您的电压。我们仍然无法与该单位沟通,但这将很快变化。

第6步:添加按钮和电位计

在这里,我们将按钮和电位器添加到面包板上。在下一步中,我们构建一个输入板。如果您没有面包板的良好组件,则可以跳至下一步。

我在此步骤中使用的按钮和电位计不是我在最终设计中使用的按钮,只有一些来自零件盒的东西。接线如下:

  • Pro Mini D2→红色按钮(左侧)
  • 红色按钮(右侧)→GND
  • Pro Mini D3→绿色按钮(左侧)
  • 绿色按钮(右侧)→GND
  • 电位器(左针)→GND
  • Pro Mini A0→电位器(中心针)
  • Pro Mini D4→电位器(右针)

现在您可以控制该设备。该装置将认为它在此点控制真正的LED,并且控件将像最终设计一样响应。在这种设计中,绿色亮起,红色截止,电位器控制亮度。

在这里我添加了一个临时LED和电阻(1K)在D9和GND之间。D9是PWM输出,可以让我们暗淡我们的LED。在最终设计中,D9只是对Picobuck转换器的信号,但这里我用它来推动电力通过小LED进行直接演示。示波器信号显示D9的输出。当您将电位器转向右侧时,平方波的占空比变化,每个时期更多的时间为3.3V。按钮还更改单元的状态,然后打开和关闭PWM。

第7步:构建输入板

在步骤2中查看用于布线的示意图。我使用了70x30mm原型pcb。如果希望输入板很好地适合3D打印,请密切关注零​​件放置。我建议将PCB孔作为参考计数。

我用环氧树脂将电位器胶合到董事会。

要将输入板连接到主板(和面包板),我用雄性8针JST XH连接器(2.54毫米引脚音调)。您可以使用您想要的任何连接器,包括直接在电线上焊接。

第8步:准备Picobuck和3个LED

这张照片显示了3D印刷组件上的Picobuck,但您还不需要装配。

对于Picobuck,您可以将所有PWM输入放在一起,如图所示。您还可以将信号和LED GND一起放在电路板上(假设您使用本指南中使用的高端PFET开关。如果选择“低侧”开关,则不会短暂它们)。

我在LED和Picobuck之间使用了JST连接。这可能没有必要。只要您的电线为3.5-4英寸(90-100mm),您应该能够使用没有连接器的3D印刷圆顶。

步骤9:连接和测试PFET开关

该示意图是在步骤1.您基本上需要电源PFET,任何NFET和4个电阻器。从PFET到Picobuck的47K下拉是可选的 - 当PFET关闭时,它将允许电压降至零。

这张照片显示了一个Femtobubck而不是Picobuck。它们可以互换使用。

笔记:您还可以选择省略PFET / NFET开关,从INA260直接插入Picobuck电源输入。随着固件的“OFF”位置仍然有效,也是D9的PWM信号的“OFF”位置。缺点是,每个Picobuck在这种配置中使用约1 mA,对于3mA的总浪费,即使单位出现关闭。使用PFET避免这3 mA寄生排水管。

第10步:构建主PCB

现在我们将面包板电路转移到PCB。我使用了50x70mm pcb,这也是3D打印设计的使用。我用了吉拉德帮助布局组件(文件在这里)在接线板之前。请注意,KICAD原理图包含4.7K用于SDA和SCL的上拉电阻。Ina260和OLED已经有上载电阻,测试中从未在测试中从未需要过4.7K上拉,因此我没有在我的实际接线中包含它们。

步骤11:3D打印和组装前部和底板

我的openscad设计文件在这里,但如果您不需要任何设计更改,则可以使用下面的.stl文件。

我在PLA中使用了0.15mm的层高度。也可以使用0.2mm的高度。可以使用PETG或其他长丝代替PLA。我印刷了前面支持对于弯曲表面 - 它们可能不是必要的。

底座中间有一个六角螺母孔。它可以配有一个1/4-20六角螺母,然后将允许灯连接到标准三脚架安装座。

前部用M2.5螺栓连接到底座上。在6mm和16mm之间应该有效。小心不要过度拧紧螺栓,或者他们会剥离塑料。

第12步:3D打印Picobuck安装并附上Picobucks

Picobuck驱动程序附着于M2.5螺栓。超过6mm的任何东西都应该没问题。螺栓不需要非常紧密和拧紧它们会剥离塑料。

步骤13:打印LED圆顶并进行最终预测试

我使用了一个筏子和对此打印的支持 - 筏子是有用的,因为圆顶的顶部具有小细节,不适用于良好的第一层。

在继续最终装配之前,将Picobucks插入主板上的PWM端口,并断言光线按预期工作

第14步:最终装配和笔记

用M2.5螺栓将圆顶连接到底座,长度为6mm和16mm。下面附上的是3D可打印调光器旋钮,您可以推动电位器以完成构建。

一些未来设计的注释:

  • 该单元可以模块化成两个组件。一个提供电源,PWM和监控。另一个只是所需的降压(或升压)转换器和LED。这将允许不同的LED模块,例如平/方向上。或带有不同颜色温度的LED
  • 可以添加其他传感器,例如光电电阻或运动检测器。

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    2评论

    0.
    Seamster.

    3天前

    优秀的工作,这是非常详细和彻底的。灯看起来很棒,你的指示也很棒!:)

    0.
    马特瓦赫

    回复3天前

    谢谢!