Dock per telefono controllato da Arduino con lampade: 14 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

L'idea era abbastanza semplice; creare un dock di ricarica del telefono che accendesse una lampada solo quando il telefono era in carica. Tuttavia, come spesso accade, le cose che all'inizio sembrano semplici possono finire per diventare un po' più complesse nella loro esecuzione. Questa è la storia di come ho creato un dock di ricarica per doppio telefono che svolge il mio semplice compito.

Passaggio 1: cosa ho usato?

Questo non è affatto un elenco esaustivo di tutto ciò che ho usato, ma volevo dare un'idea generale dei componenti principali che ho usato. Ho incluso i collegamenti Amazon per la maggior parte di questi componenti. (Nota che ricevo una piccola commissione da Amazon se usi questi link. Grazie!)

Arduino Uno: https://amzn.to/2c2onfeAdafruit 5 V CC Sensore di corrente (x2): https://amzn.to/2citA0S2-Channel Relè a stato solido: https://amzn.to/2cmKfkA Scatola USB a 4 porte: https://amzn.to/2cmKfkA Cavo USB da 1' per montaggio a pannello (x2): https://amzn.to/2cmKfkA Cavo USB da 6 AB:

Ho anche usato i seguenti materiali di consumo che ho ritirato presso il negozio di ferramenta:Scatole per tubi in plastica da 4"x4" (x2) Lampadine Edison da 40 W (x2) Portalampada Staffa per luci a binario Tubo di ferro nero assortito (3/8") Raccordi per tubi in ottone assortiti3 'Prolunga Cavo DadiWi

Passaggio 2: sperimentazione, progettazione e cablaggio

Per determinare quando il telefono si sta caricando, il flusso di corrente al telefono dovrebbe essere costantemente monitorato. Sebbene siano sicuro che ci siano progetti di circuiti in grado di misurare la corrente e controllare un relè in base al livello di corrente, non sono affatto un esperto di elettricità e non volevo affrontare la costruzione di un circuito personalizzato. Per esperienza sapevo che un piccolo microcontrollore (Arduino) poteva essere utilizzato per misurare la corrente e quindi controllare un relè per accendere e spegnere le luci. Dopo aver trovato un piccolo sensore di corrente CC di Adafruit, ho iniziato a sperimentare collegandolo a un cavo USB per misurare la corrente che lo attraversa mentre caricava un telefono. Un tipico cavo USB 2.0 contiene 4 fili: bianco, nero, verde e rosso. Poiché i fili nero e rosso trasportano energia attraverso il cavo, uno di questi può essere utilizzato per misurare il flusso di corrente - ho usato i fili rossi. Un tipico sensore di corrente deve essere posizionato in linea con il flusso di corrente (la corrente deve fluire attraverso il sensore) e il sensore Adafruit non fa eccezione a questa regola. Il filo rosso è stato tagliato con le due estremità tagliate fissate ai due terminali a vite sul sensore di corrente. Il sensore Adafruit è stato collegato a un Arduino e ho scritto un semplice codice per segnalare il flusso di corrente attraverso il sensore. Questo semplice esperimento mi ha mostrato che un telefono in carica ha assorbito tra 100 e 400 mA. Dopo che il telefono è stato completamente carico, il flusso di corrente scende sotto i 100 mA, ma non raggiunge lo 0.

Con il mio esperimento che ha dimostrato con successo che potevo misurare il flusso di corrente con un Arduino, ho progettato il circuito mostrato sopra. Due cavi di prolunga USB per montaggio a pannello da 1 pollice sarebbero collegati a una scatola di ricarica a 4 porte. I cavi di ricarica del telefono sarebbero collegati a queste prolunghe, rendendo il sistema in grado di ospitare qualsiasi tipo di cavo di ricarica USB e, si spera, rendendolo "a prova di telefono futuro". I fili rossi delle prolunghe verrebbero tagliati e collegati ai sensori di corrente. I sensori di corrente forniscono informazioni all'Arduino, che a sua volta controlla un relè a stato solido a due canali. Il relè viene utilizzato per commutare l'alimentazione a 110 V alle lampadine. L'alimentazione alla scatola USB e le lampadine possono essere collegate insieme consentendo al sistema di utilizzare un'unica presa. Mi piace particolarmente come l'alimentazione ad Arduino possa essere fornita da una delle porte USB extra nella scatola di ricarica.

Passaggio 3: il dock del telefono

Il dock del telefono è stato costruito con un tubo nero da 3/8". Ho usato due gomiti maschio-femmina, una T, una sezione corta completamente filettata e una flangia rotonda. Per le parti in ottone nella parte superiore del dock, ho tagliato un tubo di ottone lungo 1 1/2" a metà e usato una metà per ogni parte. È stato praticato un piccolo foro nella T, che era abbastanza grande da ospitare le estremità dei cavi di illuminazione. I cavi sono stati lavorati attraverso i gomiti e sono stati saldati JB nei tubi di ottone. Questo è finito per essere molto più difficile di quanto sembri poiché i gomiti non erano abbastanza grandi all'interno per far passare l'estremità del cavo di illuminazione. Ho finito per alesare l'interno dei gomiti finché non si adattavano.

Se dovessi rifare questo dock, gli darei più supporto per il telefono. Come ci si potrebbe aspettare, se il telefono viene spinto del tutto quando è sul dock, le estremità del cavo Lightning possono piegarsi molto facilmente. Trovo strano che Apple venda effettivamente un dock con una configurazione simile non supportata.

Passaggio 4: le lampade

Volevo che le lampade avessero un aspetto industriale simile a quello del dock. Per la prima lampada, ho usato un portalampada generico posizionato sopra una flangia del tubo da 3/8 . Alcuni piccoli tubi in ottone collegano la base al portalampada e completano gli accenti in ottone sul dock. Una lampadina Edison da 40W è davvero la stella di questa lampada. Ho voluto utilizzare le lampadine Edison in quanto si adattano perfettamente al design di questo dock e consentono di creare una bellissima lampada a bulbo esposto.

Mentre da Lowe ho trovato una staffa per luci da pista sul gioco che ho pensato fosse interessante. Ho capovolto la staffa e ho aggiunto una flangia del tubo per realizzare la base. La presa nel supporto della luce a binario non era collegata ad essa poiché era progettata per essere tenuta in posizione da una lampadina a faccia piatta. Dato che usavo una lampadina Edison, ho realizzato una piccola staffa in alluminio per tenere la presa all'interno dell'alloggiamento circolare della staffa della luce a binario. Sono state aggiunte piccole manopole in ottone per completare il resto del sistema.

Una volta che il molo e le luci sono stati completati, sono stati dipinti di nero opaco, ad eccezione delle parti in ottone.

Passaggio 5: la custodia Arduino

Ho usato due custodie in PVC da 4 "x 4" per l'alloggiamento di Arduino. Ho tagliato le fessure di ventilazione in un lato e il coperchio di ogni custodia. Sul lato di una custodia, ho praticato due fori rettangolari per i cavi USB per montaggio a pannello. Fori distanziati di 1 1/8" al centro sono stati praticati su entrambi i lati di questi fori rettangolari e sono stati utilizzati per fissare i cavi alla custodia. Un lato di entrambe le custodie è stato tagliato via in modo che le due scatole formassero un'unica scatola quando erano affiancati. Un blocco di legno spesso 3/4 "è stato utilizzato per contenere le scatole in questa configurazione affiancata e costituisce anche una comoda base su cui sedersi.

Passaggio 6: collegare la scatola USB

Il primo componente da aggiungere all'enclosure è la scatola di ricarica USB a 4 porte. L'ho semplicemente fissato in posizione con del nastro biadesivo.

Passaggio 7: montare Arduino nel contenitore

Mi piace usare i distanziatori del frontalino della scatola elettrica per montare i componenti elettronici poiché sono fatti di plastica e possono essere adattati per funzionare come elementi di fissaggio o distanziatori. Li ho semplicemente tagliati con il mio coltello e poi li ho spinti attraverso le viti. L'Arduino è stato montato nell'unica scatola del contenitore con piccole viti a testa piatta con i distanziatori del frontalino montati tra l'Arduino e la scatola.

Una volta montato l'Arduino, è stato collegato un cavo USB corto (6 ) di tipo AB tra la porta USB dell'Arduino e la porta più vicina della scatola di ricarica. Questo era davvero stretto per il cavo e in realtà ho dovuto tagliare indietro le punte di plastica flessibili che circondano il filo all'estremità del cavo in modo che si adatti.

Passaggio 8: cablaggio e montaggio del relè

I cavi delle lampade venivano alimentati attraverso fori nel recinto. Un filo di ciascun cavo è stato collegato alle uscite (lato commutato a 120 V) di entrambi i canali del relè a stato solido. Sezioni di filo corte (4 ) sono state collegate ai terminali a vite rimanenti adiacenti a dove erano collegati questi fili della lampada. Questi fili verranno utilizzati per fornire alimentazione al lato 120 V del relè.

Sul lato CC del relè, sono stati collegati 4 fili secondo la configurazione mostrata. Due dei fili forniscono la tensione + e - DC necessaria per il funzionamento del relè, mentre i restanti due fili portano i segnali digitali, che dicono ai canali di accendersi o spegnersi.

Questi 4 fili sono stati quindi collegati all'Arduino come segue: Il filo rosso (DC+) è collegato al pin 5V. Il filo nero (DC-) è collegato al pin GND. Il filo marrone (CH1) è collegato al digitale pin di uscita 7Il filo arancione (CH2) è collegato al pin di uscita digitale 8

Una volta che tutti i fili sono stati collegati al relè, questo è stato montato nella custodia utilizzando piccole viti a testa piatta.

Passaggio 9: cablaggio e montaggio dei sensori di corrente

I cavi di comunicazione e alimentazione sono stati creati per i due sensori di corrente unendo i due set di cavi che portano dai sensori all'Arduino. Come prima, i fili rosso e nero vengono utilizzati per alimentare i sensori. Questi fili sono collegati ai pin Vin (filo rosso) e GND (filo nero) dell'Arduino. Sorprendentemente, anche i cavi di comunicazione (i cavi SDA e SDL) possono essere uniti insieme. Questo perché ai sensori di corrente Adafruit può essere assegnato un indirizzo univoco a seconda di come i loro pin di indirizzo sono saldati insieme. Se la scheda non ha nessuno dei pin di indirizzo saldati insieme, la scheda viene indirizzata come scheda 0x40 e verrà referenziata come tale nel codice Arduino. Saldando insieme i pin dell'indirizzo A0, come mostrato nel diagramma, l'indirizzo della scheda diventa 0x41. Se sono collegati solo i pin dell'indirizzo A1, la scheda sarebbe 0x44 e se entrambi i pin A0 e A1 fossero collegati, l'indirizzo sarebbe 0x45. Dato che stiamo usando solo due sensori di corrente, ho dovuto saldare solo i pin dell'indirizzo sulla scheda 1 come mostrato.

Una volta che le schede sono state indirizzate correttamente, sono state fissate alla custodia utilizzando piccole viti in ottone.

I fili SDA (blu) e SCL (giallo) dei sensori sono collegati ai pin SDA e SCL su Arduino. Questi pin non sono stati etichettati sul mio Arduino, ma sono gli ultimi due pin dopo il pin AREF sul lato digitale della scheda.

Passaggio 10: collegare i cavi di prolunga USB

Come accennato in precedenza, i cavi di prolunga USB devono far passare la corrente attraverso i sensori di corrente. Ciò è stato facilitato dalla giunzione dei fili nei fili rossi dei cavi. Una volta montati i cavi USB nella custodia, questi fili delle giunzioni vengono collegati ai sensori di corrente. Per ogni cavo USB, la corrente che lo attraversa scorrerà lungo questi fili, attraverso il sensore, e poi tornerà per continuare attraverso il cavo al telefono in carica. Le estremità maschio dei cavi USB sono state collegate a due delle porte aperte della scatola di ricarica USB.

Passaggio 11: collegare l'alimentazione

Il passaggio finale nella scatola dell'elettronica è collegare il cavo di alimentazione alla scatola USB e alle lampade (ovvero il lato 120V del relè). I fili neri che portano direttamente alle lampade sono collegati a un filo del cavo di alimentazione insieme al filo marrone dalla scatola di ricarica. Il cavo di alimentazione alla scatola di ricarica è stato semplicemente tagliato con i due fili all'interno (sono i fili blu e marrone) spellati. Infine, i due fili bianchi del relè sono collegati all'altro filo del cavo di alimentazione insieme al filo blu dalla scatola di ricarica USB.

Passaggio 12: il sistema completo

Una volta che la scatola è completamente assemblata, è possibile sostituire i coperchi della custodia. Ora che l'hardware per questo sistema è completo, è il momento di passare al software.

Passaggio 13: il codice Arduino

Lo sviluppo del codice Arduino è stato abbastanza semplice, anche se ci sono voluti alcuni test per farlo nel modo giusto. Nella sua forma più semplice, il codice invia un segnale per alimentare il canale del relè appropriato ogni volta che legge un flusso di corrente maggiore o uguale a 90 mA. Anche se questo semplice codice è stato un buon punto di partenza, i telefoni cellulari non si caricano al 100% e quindi stanno lì a assorbire pochissima corrente. Piuttosto, ho scoperto che una volta che il telefono è stato caricato, assorbirebbe diverse centinaia di mA per un breve periodo ogni pochi minuti. È come se il telefono fosse un secchio che perde che deve essere riempito ogni pochi minuti.

Per risolvere questo problema, ho sviluppato una strategia in cui ogni canale potrebbe trovarsi in uno dei tre stati. Lo stato 0 è definito come quando il telefono è stato rimosso dal dock di ricarica. In pratica ho scoperto che praticamente non scorreva corrente quando il telefono è stato rimosso, ma ho impostato il limite di corrente superiore di questo stato a 10 mA. Lo stato 1 è lo stato in cui il telefono è completamente carico, ma è ancora sul dock. Se il flusso di corrente scende al di sotto di 90 mA ed è superiore a 10 mA, il sistema è nello stato 1. Lo stato 2 è lo stato di carica, in cui il telefono assorbe almeno 90 mA.

Quando il telefono viene posizionato sul dock, lo stato 2 viene avviato e continua durante la ricarica. Una volta che la carica è terminata e la corrente scende sotto i 90 mA, il sistema è nello stato 1. A questo punto è stata fatta una dichiarazione condizionale in modo che il sistema non possa passare direttamente dallo stato 1 allo stato 2. Ciò mantiene il sistema nello stato 1 fino a quando il telefono non è rimosso, a quel punto entra nello stato 0. Poiché il sistema può passare dallo stato 0 allo stato 2, quando il telefono viene rimesso sul caricabatterie e il flusso di corrente sale oltre i 90 mA, lo stato 2 viene riavviato. Solo quando il sistema è nello stato 2, viene inviato il segnale al relè per accendere la luce.

Un altro problema che ho riscontrato è che la corrente a volte scendeva brevemente al di sotto dei 90 mA prima che il telefono fosse completamente carico. Ciò metterebbe il sistema nello stato 1 prima che avrebbe dovuto. Per risolvere questo problema, faccio la media dei dati correnti su 10 secondi e solo se il valore corrente medio scende al di sotto di 90 mA il sistema entrerà nello stato 1.

Se sei interessato a questo codice, ho allegato un file.ino di Arduino con alcune descrizioni in più. Nel complesso, funziona abbastanza bene, ma ho notato che a volte il sistema sembra procedere allo stato 0 quando il telefono è ancora collegato e completamente carico. Ciò significa che ogni tanto la spia si accenderà per qualche secondo (quando passerà allo stato 2) e poi si spegnerà. Qualcosa su cui lavorare per il futuro, immagino.

Passaggio 14: il sistema finito

Ho installato il dock di ricarica sulla nostra libreria, con la scatola Arduino situata dietro alcuni libri. Se lo guardi semplicemente non ti renderesti mai conto del lavoro che è stato fatto - e anche vederlo in funzione non gli rende giustizia. Poi di nuovo, mi rende felice vedere le luci accendersi e spegnersi, e sono persino arrivato a fare affidamento su di loro per vedere se il telefono si sta caricando.