Kontrolowana przez Arduino stacja dokująca do telefonu z lampami: 14 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Pomysł był dość prosty; stworzyć stację dokującą do ładowania telefonu, która włączy lampę tylko podczas ładowania telefonu. Jednak, jak to często bywa, rzeczy, które początkowo wydają się proste, mogą stać się nieco bardziej skomplikowane w ich wykonaniu. Oto historia tego, jak stworzyłem stację dokującą do podwójnego ładowania telefonu, która spełnia moje proste zadanie.

Krok 1: Czego użyłem

Nie jest to w żadnym wypadku wyczerpująca lista wszystkiego, czego użyłem, ale chciałem dać ogólne pojęcie o głównych komponentach, których użyłem. Do większości tych komponentów dołączyłem linki Amazon. (Pamiętaj, że otrzymuję niewielką prowizję od Amazon, jeśli użyjesz tych linków. Dzięki!)

Arduino Uno: https://amzn.to/2c2onfeAdafruit Czujnik prądu 5V DC (x2): https://amzn.to/2citA0S2-Kanałowy przekaźnik półprzewodnikowy: https://amzn.to/2cmKfkA 4-portowa skrzynka USB: https://amzn.to/2cmKfkA Kabel USB o długości 1' do montażu na panelu (x2): https://amzn.to/2cmKfkA Kabel USB 6 AB:

Użyłem również następujących materiałów eksploatacyjnych, które kupiłem w sklepie z narzędziami:Pudełka z tworzywa sztucznego o wymiarach 4 x 4 cale (x2) Żarówki Edisona 40 W (x2) Żarówka SocketTrack Light BracketRóżne czarne żelazne rury (3/8 )Różne mosiężne złączki do rur3 ' Nakrętki przewodu przedłużającego

Krok 2: Eksperymenty, projektowanie i okablowanie

Aby określić, kiedy telefon się ładuje, przepływ prądu do telefonu musiałby być stale monitorowany. Chociaż jestem pewien, że istnieją projekty obwodów, które mogą mierzyć prąd i sterować przekaźnikiem w oparciu o poziom prądu, w żadnym wypadku nie jestem ekspertem od elektryków i nie chciałem zajmować się budowaniem niestandardowego obwodu. Z pewnego doświadczenia wiedziałem, że mały mikrokontroler (Arduino) może być użyty do pomiaru prądu, a następnie sterowania przekaźnikiem do włączania i wyłączania światła. Po znalezieniu małego czujnika prądu stałego firmy Adafruit zacząłem eksperymentować z podłączeniem go do kabla USB, aby zmierzyć przepływający przez niego prąd podczas ładowania telefonu. Typowy kabel USB 2.0 zawiera 4 przewody: biały, czarny, zielony i czerwony. Ponieważ czarny i czerwony przewód przenoszą prąd przez kabel, każdy z nich może być użyty do pomiaru przepływu prądu - ja użyłem czerwonych przewodów. Typowy czujnik prądu musi być umieszczony w linii z przepływem prądu (prąd musi płynąć przez czujnik), a czujnik Adafruit nie jest wyjątkiem od tej reguły. Czerwony przewód został przecięty z dwoma odciętymi końcami podłączonymi do dwóch zacisków śrubowych na czujniku prądu. Czujnik Adafruit został podłączony do Arduino i napisałem prosty kod, aby zgłosić przepływ prądu przez czujnik. Ten prosty eksperyment pokazał mi, że ładujący się telefon pobiera od 100 do 400 mA. Po całkowitym naładowaniu telefonu przepływ prądu spadłby poniżej 100 mA, ale nie osiągnąłby 0.

Po tym, jak mój eksperyment pomyślnie pokazał, że mogę zmierzyć przepływ prądu za pomocą Arduino, zaprojektowałem pokazany powyżej obwód. Dwa 1-calowe przedłużacze USB do montażu na panelu można podłączyć do 4-portowej skrzynki ładującej. Kable do ładowania telefonu będą podłączone do tych przedłużaczy, dzięki czemu system będzie w stanie pomieścić każdy rodzaj kabla ładującego USB – i miejmy nadzieję, że będzie „odporny na telefon w przyszłości”. Czerwone przewody przedłużaczy zostałyby przecięte i podłączone do czujników prądu. Czujniki prądu dostarczają informacje do Arduino, które z kolei steruje dwukanałowym przekaźnikiem półprzewodnikowym. Przekaźnik służy do przełączania zasilania 110V na żarówki. Zasilanie do skrzynki USB i żarówki można ze sobą połączyć, dzięki czemu system może korzystać z jednego gniazdka. Szczególnie podoba mi się, jak zasilanie Arduino może być dostarczane przez jeden z dodatkowych portów USB w pudełku ładującym.

Krok 3: Stacja dokująca

Stacja dokująca została zbudowana z czarnej rury 3/8 . Użyłem dwóch kolanek damsko-męskich, trójnika, krótkiego odcinka z pełnym gwintem i okrągłego kołnierza. Do części mosiężnych na górze stacji dokującej wycięłem rura mosiężna o długości 1 1/2 cala na pół i użyta po jednej połowie dla każdej części. W trójniku wywiercono mały otwór, który był wystarczająco duży, aby pomieścić końce kabli oświetleniowych. Kable przeszły przez kolanka i zostały wspawane metodą JB w mosiężne rury. Skończyło się na tym, że było to o wiele trudniejsze, niż się wydaje, ponieważ łokcie nie były wystarczająco duże wewnątrz, aby zmieścić koniec kabla oświetleniowego. Skończyło się na rozwiercaniu wnętrz łokci, aż pasowały.

Gdybym miał zrobić tę stację dokującą ponownie, dałbym mu więcej wsparcia dla telefonu. Jak można się spodziewać, jeśli telefon w ogóle zostanie popchnięty, gdy znajduje się na stacji dokującej, końcówki błyskawicy można bardzo łatwo zgiąć. Wydaje mi się dziwne, że Apple faktycznie sprzedaje stację dokującą o podobnej nieobsługiwanej konfiguracji.

Krok 4: Lampy

Chciałem, aby lampy miały podobny industrialny wygląd do doku. W przypadku pierwszej lampy użyłem typowego gniazda żarówki na górze kołnierza rurowego 3/8 . Niektóre małe mosiężne rurki łączą podstawę z gniazdem i uzupełniają mosiężne akcenty na stacji dokującej. Żarówka Edisona o mocy 40 W naprawdę jest gwiazdą tej lampy. Chciałem użyć żarówek Edisona, ponieważ idealnie pasują do projektu tej stacji dokującej i pozwalają stworzyć piękną lampę z odsłoniętą żarówką.

Podczas pobytu w Lowe's znalazłem wspornik światła szynowego na prześwicie, który uważałem za interesujący. Odwróciłem wspornik do góry nogami i dodałem kołnierz rury, aby wykonać podstawę. Gniazdo w uchwycie szynowym nie było do niego przymocowane, ponieważ zostało zaprojektowane do utrzymywania na miejscu przez płaską żarówkę. Ponieważ używałem żarówki Edisona, wykonałem mały aluminiowy wspornik do trzymania gniazda wewnątrz okrągłej obudowy wspornika światła szynowego. Do reszty systemu dodano małe mosiężne gałki.

Gdy dok i światła zostały ukończone, pomalowano je na matową czerń - z wyjątkiem mosiężnych bitów.

Krok 5: Obudowa Arduino

Do obudowy Arduino użyłem dwóch obudów PVC 4" x 4". Wyciąłem szczeliny wentylacyjne z jednej strony i pokrywę każdej obudowy. Z boku jednej obudowy wyciąłem dwa prostokątne otwory na kable USB do montażu panelowego. Po obu stronach tych prostokątnych otworów wywiercono otwory rozmieszczone w odległości 1 1/8 cala, które posłużyły do przymocowania kabli do obudowy. Jedna strona obu obudów została wycięta tak, aby dwa pudełka tworzyły jedno pudełko, gdy były ustawione obok siebie. Drewniany klocek o grubości 3/4" został użyty do przechowywania pudełek w tej konfiguracji obok siebie, a także stanowi wygodną podstawę do siedzenia.

Krok 6: Podłącz pudełko USB

Pierwszym elementem dodanym do obudowy jest 4-portowa ładowarka USB. Po prostu naprawiłem to za pomocą taśmy dwustronnej.

Krok 7: Zamontuj Arduino w obudowie

Do montażu podzespołów elektronicznych lubię używać przekładek do płyty czołowej skrzynki elektrycznej, ponieważ są one wykonane z tworzywa sztucznego i mogą być przystosowane do pracy jako dociski lub dystanse. Po prostu przecinam je nożem, a następnie wciskam w nie śruby. Arduino zostało zamontowane w jednej obudowie za pomocą małych śrubek z płaskim łbem, a pomiędzy Arduino a obudową zamontowano przekładki dystansowe płyty czołowej.

Po zamontowaniu Arduino krótki (6 ) kabel USB typu AB został podłączony między portem USB Arduino a najbliższym portem skrzynki ładującej. To było naprawdę ciasno dopasowane do przewodu i faktycznie musiałem przyciąć z powrotem wygięte plastikowe kawałki otaczające przewód na końcu kabla, aby pasowały.

Krok 8: Okablowanie i montaż przekaźnika

Sznury do lamp poprowadzono przez otwory w obudowie. Jeden przewód z każdego przewodu został podłączony do wyjść (przełączana strona 120V) obu kanałów przekaźnika półprzewodnikowego. Krótkie (4 ) odcinki przewodu zostały podłączone do pozostałych zacisków śrubowych sąsiadujących z miejscami podłączenia tych przewodów lampy. Przewody te będą używane do zasilania strony 120 V przekaźnika.

Po stronie DC przekaźnika podłączono 4 przewody zgodnie z pokazaną konfiguracją. Dwa z przewodów dostarczają napięcie + i - DC niezbędne do działania przekaźnika, podczas gdy pozostałe dwa przewody przenoszą sygnały cyfrowe, które informują kanały o włączeniu lub wyłączeniu.

Te 4 przewody zostały następnie podłączone do Arduino w następujący sposób: Czerwony przewód (DC +) jest podłączony do styku 5 V. Czarny przewód (DC-) jest podłączony do styku GND. Brązowy przewód (CH1) jest podłączony do cyfrowego pin wyjściowy 7Pomarańczowy przewód (CH2) jest podłączony do pinu wyjścia cyfrowego 8

Po podłączeniu wszystkich przewodów do przekaźnika montowano go w obudowie za pomocą małych śrubek z płaskim łbem.

Krok 9: Okablowanie i montaż czujników prądu

Przewody komunikacyjne i zasilające zostały stworzone dla dwóch czujników prądowych poprzez splatanie dwóch zestawów przewodów prowadzących z czujników do Arduino. Tak jak poprzednio, do zasilania czujników wykorzystywane są przewody czerwony i czarny. Przewody te są podłączone do pinów Vin (czerwony przewód) i GND (czarny przewód) Arduino. Co zaskakujące, nawet przewody komunikacyjne (przewody SDA i SDL) można łączyć ze sobą. Dzieje się tak, ponieważ każdy czujnik prądu Adafruit może otrzymać unikalny adres w zależności od tego, jak ich piny adresowe są ze sobą zlutowane. Jeśli na płytce nie ma przylutowanych żadnych styków adresowych, płytka jest adresowana jako płytka 0x40 i będzie tak oznaczona w kodzie Arduino. Po zlutowaniu razem pinów adresu A0, jak widać na schemacie, adres płyty staje się 0x41. Gdyby podłączone były tylko piny adresowe A1, płytka miałaby wartość 0x44, a gdyby oba piny A0 i A1 były połączone, adres byłby równy 0x45. Ponieważ używamy tylko dwóch czujników prądu, musiałem tylko przylutować piny adresowe na płytce 1, jak pokazano.

Po prawidłowym zaadresowaniu płytek przymocowywano je do obudowy za pomocą małych mosiężnych śrubek.

Przewody SDA (niebieski) i SCL (żółty) z czujników są podłączone do pinów SDA i SCL w Arduino. Te piny nie zostały oznaczone na moim Arduino, ale są to ostatnie dwa piny po pinie AREF po cyfrowej stronie płyty.

Krok 10: Podłącz przedłużacze USB

Jak wcześniej wspomniano, przedłużacze USB muszą przepuszczać prąd przez czujniki prądu. Ułatwiło to wplatanie przewodów w czerwone przewody kabli. Po zamontowaniu kabli USB w obudowie, te przewody ze spawów są podłączane do czujników prądowych. W przypadku każdego kabla USB przepływający przez niego prąd spłynie tymi przewodami, przez czujnik, a następnie powróci, aby kontynuować przez kabel do telefonu ładującego. Męskie końce kabli USB zostały podłączone do dwóch otwartych portów ładowarki USB.

Krok 11: Podłącz zasilanie

Ostatnim krokiem w skrzynce z elektroniką jest podłączenie przewodu zasilającego do skrzynki USB i lampek (czyli strony 120V przekaźnika). Czarne przewody prowadzące bezpośrednio do lamp są połączone z jednym przewodem przewodu zasilającego razem z brązowym przewodem ze skrzynki ładującej. Kabel zasilający do skrzynki ładującej został po prostu odcięty, a dwa przewody w środku (są to przewody niebieski i brązowy) zostały usunięte. Na koniec dwa białe przewody z przekaźnika są połączone przewodem z drugim przewodem przewodu zasilającego razem z niebieskim przewodem ze skrzynki ładującej USB.

Krok 12: Ukończony system

Po całkowitym złożeniu skrzynki można wymienić osłony obudowy. Teraz, gdy sprzęt dla tego systemu jest gotowy, nadszedł czas, aby przejść do oprogramowania.

Krok 13: Kod Arduino

Rozwój kodu Arduino był dość prosty, chociaż wymagało kilku testów, aby uzyskać właściwy wynik. W najprostszej postaci kod wysyła sygnał do zasilania odpowiedniego kanału przekaźnikowego, gdy tylko odczytuje przepływ prądu większy lub równy 90mA. Chociaż ten prosty kod był dobrym punktem wyjścia, telefony komórkowe nie ładują się do 100%, a potem siedzą i pobierają bardzo mało prądu. Odkryłem raczej, że po naładowaniu telefon pobierał przez krótki czas kilkaset mA co kilka minut. To tak, jakby telefon był nieszczelnym wiadrem, które trzeba uzupełniać co kilka minut.

Aby rozwiązać ten problem, opracowałem strategię, w której każdy kanał może znajdować się w jednym z trzech stanów. Stan 0 oznacza, że telefon został wyjęty ze stacji ładującej. W praktyce stwierdziłem, że po wyjęciu telefonu praktycznie nie płynął prąd, ale ustawiłem górną granicę prądu tego stanu na 10mA. Stan 1 to stan, w którym telefon jest w pełni naładowany, ale nadal znajduje się w stacji dokującej. Jeśli przepływ prądu spadnie poniżej 90mA i przekroczy 10mA, system znajduje się w stanie 1. Stan 2 to stan ładowania, w którym telefon pobiera 90mA lub więcej.

Po umieszczeniu telefonu w stacji dokującej inicjowany jest stan 2, który trwa podczas ładowania. Po zakończeniu ładowania i spadku prądu poniżej 90 mA, system znajduje się w stanie 1. W tym momencie wydano oświadczenie warunkowe, aby system nie mógł przejść bezpośrednio ze stanu 1 do stanu 2. Dzięki temu system jest w stanie 1, dopóki telefon nie zostanie usunięty, w którym to momencie przechodzi w stan 0. Ponieważ system może przejść ze stanu 0 do stanu 2, gdy telefon zostanie ponownie umieszczony na ładowarce, a przepływ prądu wzrośnie powyżej 90 mA, stan 2 jest uruchamiany ponownie. Dopiero gdy system jest w stanie 2, do przekaźnika wysyłany jest sygnał, aby włączyć światło.

Innym problemem, z którym się natknąłem, jest to, że prąd czasami spadał na krótko poniżej 90 mA, zanim telefon został w pełni naładowany. Spowoduje to wprowadzenie systemu w stan 1, zanim powinien. Aby to naprawić, uśredniam bieżące dane przez 10 sekund i tylko wtedy, gdy średnia wartość prądu spadnie poniżej 90mA, system przejdzie w stan 1.

Jeśli interesuje Cię ten kod, załączyłem plik Arduino.ino z kilkoma dodatkowymi opisami. Ogólnie rzecz biorąc, działa całkiem nieźle, ale zauważyłem, że czasami system wydaje się przechodzić do stanu 0, gdy telefon jest nadal podłączony i w pełni naładowany. Oznacza to, że co jakiś czas światło zapali się na kilka sekund (gdy przejdzie w stan 2), a następnie zgaśnie. Myślę, że coś nad czym popracować na przyszłość.

Krok 14: Gotowy system

Zainstalowałem stację ładującą na naszej półce z książkami, z pudełkiem Arduino umieszczonym za niektórymi książkami. Jeśli po prostu na niego spojrzysz, nigdy nie zdasz sobie sprawy z pracy, jaką w to włożono – a nawet zobaczenie go w działaniu nie jest sprawiedliwe. Z drugiej strony cieszę się, że światła zapalają się i gasną, a nawet polegam na nich, aby sprawdzić, czy telefon się ładuje.