backup zasilania dla urządzeń zasilanych z USB
Witam serdecznie po dłuższej przerwie 
Ponieważ zwykle potrzeba staje się matką wynalazków, tak i tym razem coraz częściej odczuwając zbyt szybkie wyczerpywanie się baterii w urządzeniach posiadających możliwość ładowania z portu USB, postanowiłem stworzyć własnego battery-tanka.
A ponieważ nie tylko ja stanąłem przed taką potrzebą, dołączam się do już otwartego przez Calineczkę i mocno przetartego przez szanownych forumowiczów wątku, mając nadzieję, że może kogoś jeszcze temat ten zainspiruje.
Założenie było proste - zbudować małe, poręczne i uniwersalne urządzenie, które byłoby w stanie zapewnić backup zasilania dla urządzeń, z którymi w dobie naszej cywilizacji trudno się nam rozstać (tj. telefon, aparat foto, kamerka, GPS, mp3 player itd.) podczas wyjazdów, wycieczek i innych wypraw, gdzie gniazdka pod ręką nie ma.
Wymagania jakie powinno urządzenie to spełniać:
- możliwie duża pojemność przy małych rozmiarach
- możliwość uniwersalnego ładowania z różnych dostępnych źródeł
- dwa gniazda USB do ładowania urządzeń o łącznej wydajności prądowej nie mniejszej niż 1A
- pomiar i wizualizacja stanu naładowania baterii
- zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem
- wskaźnik poziomu bieżącego obciążenia
- zabezpieczenie przed przeciążeniem
- soft start
- automatyczne wyłączenie
- możliwość jednoczesnego ładowania backupu oraz zasilania podłączonych do niego urządzeń
- opcjonalnie przeniesienie linii sygnałowych z portu ładującego urządzenie na porty wyjściowe oraz zastosowanie dzielnika napięciowego na liniach sygnałowych, dzięki którym niektóre urządzenia ładowane są większym prądem, a więc szybciej.
Przy wyborze źródła zasilania backupu wybór padł na 2 ogniwa Li-Ion 18650 zapewniające ok. 20Wh, które z uwagi na łatwiejszą obsługę nie wymagającą balansowania oraz możliwość bezpośredniego zasilania pozostałych komponentów, zostaną połączone równolegle.
Urządzenie ładowane będzie przez port USB z komputera lub ładowarki sieciowej / samochodowej posiadająca taki port o wydajności prądowej 500mA.
Jako gniazdo służące do ładowania urządzenia przyjąłem port mini-USB.
Za kontrolę procesu ładowania ogniw odpowiadać będzie dedykowany układ MAX 1811, a proces ten sygnalizowany będzie czerwoną diodą LED na panelu urządzenia.
Podniesienie napięcia wyjściowego z 3,7V do 5V na wyjścia USB realizować będzie układ MAX 1797, który w zakładanych przedziałach napięć charakteryzuje się dość dobrą sprawnością.
Całością sterować będzie mikrokontroler ATtiny 13v i to na jego barkach spoczywać będą wszystkie dodatkowe funkcje.
Pomiar napięcia baterii, zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem i sygnalizacja na dwukolorowej (R/G) diodzie LED:
- Vbatt > 3,4V - dioda świeci na zielono światem ciągłym
- Vbatt < 3,4V - dioda miga na zielono
- Vbatt < 3,0V - dioda świeci na czerwono światem ciągłym
- Vbatt < 2,8V - sygnalizacja całkowitego wyczerpania baterii diodą przez 10 sek. migającą na czerwono po czym układ automatycznie wyłącza się (w tym stanie napięcie wyjściowe jest odłączone)
Kontrola obciążenia i jej sygnalizacja na żółtej diodzie LED:
- Iout < 10mA - dioda zgaszona, po 90 sekundach w tym stanie układ automatycznie wyłączy się. Funkcja ta ma na celu oszczędzanie energii np. po zakończeniu procesu ładowania urządzenia zewnętrznego.
- Iout < 100mA - dioda miga z wypełnieniem 1:4
- Iout < 500mA - dioda miga z wypełnieniem 1:2
- Iout < 1A - dioda świeci światłem ciągłym
- Iout > 1A - natychmiastowe automatyczne odłączenie obciążenia i sygnalizacja przeciążenia jednocześnie migającymi diodami: czerwoną (wskaźnika baterii) oraz żółtą (obciążenie). Po 4 sekundach następuje ponowna próba włączenia obciążenia.
Cztery kolejne próby zakończone przeciążeniem powodują wyłączenie układu w trybie awaryjnym.
Na obecnym etapie, powstał projekt elektroniki, na razie jeszcze w wersji koncepcyjnej na papierze oraz drobne prace mechaniczne polegające na powycinaniu otworów w wybranej do tego celu obudowie.
Wprawne oko zauważy, że jeden z portów pracować będzie naprzemiennie w dwóch trybach - jako port wejściowy do pomiaru napięcia na ADC oraz jako cyfrowy port wyjściowy służący do sterowania diodą LED - rozwiązanie takie podyktowane było chęcią posiadania dedykowanego wskaźnika obciążenia, przy ograniczonej liczbie dostępnych w malutkim ATtiny portów. Portu Reset celowo nie ruszałem, gdyż chciałem zachować możliwość przeprogramowywania przez ISP, co w fazie prototypowej jest bardzo pomocne. Napięcie przewodzenia tego LED-a jest wyższe niż maksymalne napięcie pomiaru prądu (<1,1V), więc dioda ta nie powinna przeszkadzać w realizowanych naprzemiennie pomiarach, a mierzona zaś wartość prądu jest mocno orientacyjna i nie musi być realizowana z tak dużą dokładnością i liniowością jak ma to miejsce np. przy pomiarze dużo bardziej krytycznego napięcia baterii.
I tak to mniej więcej będzie wyglądać:
Ponieważ zwykle potrzeba staje się matką wynalazków, tak i tym razem coraz częściej odczuwając zbyt szybkie wyczerpywanie się baterii w urządzeniach posiadających możliwość ładowania z portu USB, postanowiłem stworzyć własnego battery-tanka.
A ponieważ nie tylko ja stanąłem przed taką potrzebą, dołączam się do już otwartego przez Calineczkę i mocno przetartego przez szanownych forumowiczów wątku, mając nadzieję, że może kogoś jeszcze temat ten zainspiruje.
Założenie było proste - zbudować małe, poręczne i uniwersalne urządzenie, które byłoby w stanie zapewnić backup zasilania dla urządzeń, z którymi w dobie naszej cywilizacji trudno się nam rozstać (tj. telefon, aparat foto, kamerka, GPS, mp3 player itd.) podczas wyjazdów, wycieczek i innych wypraw, gdzie gniazdka pod ręką nie ma.
Wymagania jakie powinno urządzenie to spełniać:
- możliwie duża pojemność przy małych rozmiarach
- możliwość uniwersalnego ładowania z różnych dostępnych źródeł
- dwa gniazda USB do ładowania urządzeń o łącznej wydajności prądowej nie mniejszej niż 1A
- pomiar i wizualizacja stanu naładowania baterii
- zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem
- wskaźnik poziomu bieżącego obciążenia
- zabezpieczenie przed przeciążeniem
- soft start
- automatyczne wyłączenie
- możliwość jednoczesnego ładowania backupu oraz zasilania podłączonych do niego urządzeń
- opcjonalnie przeniesienie linii sygnałowych z portu ładującego urządzenie na porty wyjściowe oraz zastosowanie dzielnika napięciowego na liniach sygnałowych, dzięki którym niektóre urządzenia ładowane są większym prądem, a więc szybciej.
Przy wyborze źródła zasilania backupu wybór padł na 2 ogniwa Li-Ion 18650 zapewniające ok. 20Wh, które z uwagi na łatwiejszą obsługę nie wymagającą balansowania oraz możliwość bezpośredniego zasilania pozostałych komponentów, zostaną połączone równolegle.
Urządzenie ładowane będzie przez port USB z komputera lub ładowarki sieciowej / samochodowej posiadająca taki port o wydajności prądowej 500mA.
Jako gniazdo służące do ładowania urządzenia przyjąłem port mini-USB.
Za kontrolę procesu ładowania ogniw odpowiadać będzie dedykowany układ MAX 1811, a proces ten sygnalizowany będzie czerwoną diodą LED na panelu urządzenia.
Podniesienie napięcia wyjściowego z 3,7V do 5V na wyjścia USB realizować będzie układ MAX 1797, który w zakładanych przedziałach napięć charakteryzuje się dość dobrą sprawnością.
Całością sterować będzie mikrokontroler ATtiny 13v i to na jego barkach spoczywać będą wszystkie dodatkowe funkcje.
Pomiar napięcia baterii, zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem i sygnalizacja na dwukolorowej (R/G) diodzie LED:
- Vbatt > 3,4V - dioda świeci na zielono światem ciągłym
- Vbatt < 3,4V - dioda miga na zielono
- Vbatt < 3,0V - dioda świeci na czerwono światem ciągłym
- Vbatt < 2,8V - sygnalizacja całkowitego wyczerpania baterii diodą przez 10 sek. migającą na czerwono po czym układ automatycznie wyłącza się (w tym stanie napięcie wyjściowe jest odłączone)
Kontrola obciążenia i jej sygnalizacja na żółtej diodzie LED:
- Iout < 10mA - dioda zgaszona, po 90 sekundach w tym stanie układ automatycznie wyłączy się. Funkcja ta ma na celu oszczędzanie energii np. po zakończeniu procesu ładowania urządzenia zewnętrznego.
- Iout < 100mA - dioda miga z wypełnieniem 1:4
- Iout < 500mA - dioda miga z wypełnieniem 1:2
- Iout < 1A - dioda świeci światłem ciągłym
- Iout > 1A - natychmiastowe automatyczne odłączenie obciążenia i sygnalizacja przeciążenia jednocześnie migającymi diodami: czerwoną (wskaźnika baterii) oraz żółtą (obciążenie). Po 4 sekundach następuje ponowna próba włączenia obciążenia.
Cztery kolejne próby zakończone przeciążeniem powodują wyłączenie układu w trybie awaryjnym.
Na obecnym etapie, powstał projekt elektroniki, na razie jeszcze w wersji koncepcyjnej na papierze oraz drobne prace mechaniczne polegające na powycinaniu otworów w wybranej do tego celu obudowie.
Wprawne oko zauważy, że jeden z portów pracować będzie naprzemiennie w dwóch trybach - jako port wejściowy do pomiaru napięcia na ADC oraz jako cyfrowy port wyjściowy służący do sterowania diodą LED - rozwiązanie takie podyktowane było chęcią posiadania dedykowanego wskaźnika obciążenia, przy ograniczonej liczbie dostępnych w malutkim ATtiny portów. Portu Reset celowo nie ruszałem, gdyż chciałem zachować możliwość przeprogramowywania przez ISP, co w fazie prototypowej jest bardzo pomocne. Napięcie przewodzenia tego LED-a jest wyższe niż maksymalne napięcie pomiaru prądu (<1,1V), więc dioda ta nie powinna przeszkadzać w realizowanych naprzemiennie pomiarach, a mierzona zaś wartość prądu jest mocno orientacyjna i nie musi być realizowana z tak dużą dokładnością i liniowością jak ma to miejsce np. przy pomiarze dużo bardziej krytycznego napięcia baterii.
I tak to mniej więcej będzie wyglądać:
Flagiusz
Witam
Ze względu na totalny brak czasu, mój podobny projekt powstaje na razie tylko jako "tentegowanie w głowie" ale poczyniłem pewne próby. W związku z zapewnieniem uniwersalności pod względem ładowania wewnętrznych akumulatorów, postanowiłem zaprząc do obniżenia napięcia przetwornicę AX2002, która ze względu na niskie koszty uzyskania i dobre parametry miała wstępnie obniżyć napięcie do około 4,5V później podanego na max1811 lub inny układ dedykowany do zasilania z USB. Przetwornica przeszła pomyślnie testy.
Może df zmodyfikujesz o takie lub podobne rozwiązanie. Oczywiście jak zwykle jestem pełen podziwu dla funkcji kontrolno sygnalizacyjnych upchniętych w µC. Pełne uznanie.
Pozdrawiam
Ze względu na totalny brak czasu, mój podobny projekt powstaje na razie tylko jako "tentegowanie w głowie" ale poczyniłem pewne próby. W związku z zapewnieniem uniwersalności pod względem ładowania wewnętrznych akumulatorów, postanowiłem zaprząc do obniżenia napięcia przetwornicę AX2002, która ze względu na niskie koszty uzyskania i dobre parametry miała wstępnie obniżyć napięcie do około 4,5V później podanego na max1811 lub inny układ dedykowany do zasilania z USB. Przetwornica przeszła pomyślnie testy.
Może df zmodyfikujesz o takie lub podobne rozwiązanie. Oczywiście jak zwykle jestem pełen podziwu dla funkcji kontrolno sygnalizacyjnych upchniętych w µC. Pełne uznanie.
Pozdrawiam
Izali miecz godniejszy niżli topór w boju?
Piszmy po polsku, wszak jesteśmy Polakami.
Piszmy po polsku, wszak jesteśmy Polakami.
DNF port mini-USB jako wejście (do łądowania) jest dobrym wyborem, ja bym teraz szedł już w strone microUSB jako ogólnie stosowanego w nowych komórkach-wtedy ten sam kabel ładuje tel podpięty do ładowarki i jednocześnie można go użyć do ładowania akusów w ładowarce.
Bardzo ciekawy pomysł, ale jednocześnie nie wiem, czy nie opłaca się bardziej kupić tej ładowarki z DX za 15dołków, pomijam oczywiście zabawę itd
Bardzo ciekawy pomysł, ale jednocześnie nie wiem, czy nie opłaca się bardziej kupić tej ładowarki z DX za 15dołków, pomijam oczywiście zabawę itd
W sumie powinienem to wrzucić do innego działu, ale chyba się nie obrazicie, że to tu wrzucę.
Natknąłem się na urządzonko o nazwie Miller ml-102 Link. Czyli ładowarka 18650 i zasilanie awaryjne w jednym. Zamówiłem właśnie parę sztuk i zobaczymy co to warte.
Natknąłem się na urządzonko o nazwie Miller ml-102 Link. Czyli ładowarka 18650 i zasilanie awaryjne w jednym. Zamówiłem właśnie parę sztuk i zobaczymy co to warte.
Ja też chciałbym zrobić sobie takie backup'owe zasilanie telefonu tylko wykorzystując zasobnik 6x18650 od lampki rowerowej. Zabezpieczył bym się w ten sposób przed całkowitym rozładowaniem telefonu w czasie rowerowych wypadów co ostatnio mi się niestety zdarzyło a był to środek Kampinosu i noc... Czy któryś z bardziej "kumatych" kolegów mógłby zaproponować mi odpowiedni driver do takiego napięcia wejściowego?
Z góry dziękuję
Z góry dziękuję
Widzę światełko w tunelu...coraz mocniejsze...
Rowerowy zestaw kombinowany DIY czyli światła długie i krótkie z przełącznikiem na kierownicy
Rowerowy zestaw kombinowany DIY czyli światła długie i krótkie z przełącznikiem na kierownicy