Base para teléfono controlada por Arduino con lámparas: 14 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

La idea era bastante simple; Cree una base de carga para teléfono que encienda una lámpara solo cuando el teléfono se esté cargando. Sin embargo, como suele ser el caso, las cosas que inicialmente parecen simples pueden terminar volviéndose un poco más complejas en su ejecución. Esta es la historia de cómo creé una base de carga de teléfono dual que cumple con mi sencilla tarea.

Paso 1: lo que usé

Esta no es una lista exhaustiva de todo lo que usé, pero quería dar una idea general de los componentes principales que usé. He incluido enlaces de Amazon para la mayoría de estos componentes. (Tenga en cuenta que recibo una pequeña comisión de Amazon si utiliza estos enlaces. ¡Gracias!)

Arduino Uno: https://amzn.to/2c2onfeAdafruit 5V DC Sensor de corriente (x2): https://amzn.to/2citA0S2-Channel Relé de estado sólido: https://amzn.to/2cmKfkA Caja USB de 4 puertos: https://amzn.to/2cmKfkA Cable USB de montaje en panel de 1 '(x2): https://amzn.to/2cmKfkA Cable USB AB de 6 :

También utilicé los siguientes suministros que recogí en la ferretería: Cajas de conductos de plástico de 4 "x4" (x2) Bombillas Edison de 40W (x2) Enchufe de bombilla Soporte de luz de riel Tubo de hierro negro surtido (3/8 ") Accesorios de tubería de latón surtidos3 Tuercas de cable de extensión

Paso 2: experimentación, diseño y cableado

Para determinar cuándo se estaba cargando el teléfono, sería necesario monitorear constantemente el flujo de corriente al teléfono. Aunque estoy seguro de que hay diseños de circuitos que pueden medir la corriente y controlar un relé en función del nivel de corriente, de ninguna manera soy un experto en electricidad y no quería abordar la construcción de un circuito personalizado. Por experiencia, sabía que se podía usar un pequeño microcontrolador (Arduino) para medir la corriente y luego controlar un relé para encender y apagar las luces. Después de encontrar un pequeño sensor de corriente CC de Adafruit, comencé a experimentar con la conexión a un cable USB para medir la corriente que fluía a través de él mientras cargaba un teléfono. Un cable USB 2.0 típico contiene 4 cables: blanco, negro, verde y rojo. Dado que los cables negro y rojo transportan energía a través del cable, cualquiera de estos se puede usar para medir el flujo de corriente; usé los cables rojos. Un sensor de corriente típico debe colocarse en línea con el flujo de corriente (la corriente debe fluir a través del sensor), y el sensor Adafruit no es una excepción a esta regla. El cable rojo se cortó con los dos extremos cortados unidos a los dos terminales de tornillo en el sensor de corriente. El sensor Adafruit estaba conectado a un Arduino y escribí un código simple para informar el flujo de corriente a través del sensor. Este simple experimento me mostró que un teléfono de carga consumía entre 100 y 400 mA. Una vez que el teléfono se cargó por completo, el flujo de corriente caería por debajo de 100 mA, pero no llegaría a 0.

Con mi experimento demostrando con éxito que podía medir el flujo de corriente con un Arduino, diseñé el circuito que se muestra arriba. Dos cables de extensión USB de montaje en panel de 1 'se conectarían a una caja de carga de 4 puertos. Los cables de carga del teléfono se conectarían a estos cables de extensión, lo que haría que el sistema pudiera acomodar cualquier tipo de cable de carga USB y, con suerte, lo haría "a prueba de teléfonos en el futuro". Los cables rojos de los cables de extensión se cortarían y conectarían a los sensores de corriente. Los sensores de corriente suministran información al Arduino, que a su vez controla un relé de estado sólido de dos canales. El relé se utiliza para cambiar la potencia de 110 V a las bombillas. La alimentación a la caja USB y las bombillas se pueden unir, lo que permite que el sistema utilice una única salida. Me gusta particularmente cómo se puede suministrar energía al Arduino a través de uno de los puertos USB adicionales en la caja de carga.

Paso 3: la base del teléfono

La base para teléfono se construyó con tubería negra de 3/8 ". Usé dos codos macho-hembra, una T, una sección corta que estaba completamente roscada y una brida redonda. Para las partes de latón en la parte superior de la base, corté un tubo de latón de 1 1/2 "de largo por la mitad y use la mitad para cada parte. Se perforó un pequeño orificio en la T, que era lo suficientemente grande para acomodar los extremos de los cables de iluminación. Los cables se trabajaron a través de los codos y se soldaron con JB en los tubos de latón. Esto terminó siendo mucho más difícil de lo que parece, ya que los codos no eran lo suficientemente grandes en el interior para pasar el extremo del cable de iluminación. Terminé escariando el interior de los codos hasta que encajaron.

Si tuviera que hacer esta base nuevamente, le daría más soporte para el teléfono. Como es de esperar, si se presiona el teléfono cuando está en la base, los extremos del cable del relámpago se pueden doblar con mucha facilidad. Me parece extraño que Apple realmente venda una base con una configuración similar no compatible.

Paso 4: Las Lámparas

Quería que las lámparas tuvieran un aspecto industrial similar al del muelle. Para la primera lámpara, utilicé un casquillo de bombilla genérico colocado encima de una brida de tubería de 3/8 . Algunos pequeños tubos de latón conectan la base al casquillo y complementan los detalles de latón en la base. Una bombilla Edison de 40 W realmente es la estrella de esta lámpara Quería usar bombillas Edison ya que encajan perfectamente con el diseño de esta base y te permiten crear una hermosa lámpara de bombilla expuesta.

Mientras estaba en Lowe's, encontré un soporte de luz de riel en el espacio libre que pensé que era interesante. Le di la vuelta al soporte y agregué una brida de tubería para hacer la base. El casquillo en el soporte de la luz de riel no estaba conectado a él, ya que fue diseñado para mantenerse en su lugar con una bombilla de cara plana. Como estaba usando una bombilla Edison, hice un pequeño soporte de aluminio para sostener el casquillo dentro de la carcasa circular del soporte de la luz de riel. Se agregaron pequeñas perillas de latón para complementar el resto del sistema.

Una vez que se completaron el muelle y las luces, se pintaron de negro mate, a excepción de las brocas de latón.

Paso 5: el gabinete Arduino

Usé dos gabinetes de PVC de 4 "x 4" para la carcasa de Arduino. Corté las ranuras de ventilación en un lado y la cubierta de cada recinto. En el costado del gabinete, corté dos orificios rectangulares para los cables USB de montaje en panel. Se perforaron orificios espaciados 1 1/8 "en el centro en ambos lados de estos orificios rectangulares y se usaron para conectar los cables al gabinete. Se cortó un lado de ambos gabinetes para que las dos cajas formaran una sola caja cuando se colocadas una al lado de la otra. Se usó un bloque de madera de 3/4 "de grosor para sostener las cajas en esta configuración lado a lado y también forma una base conveniente para que se asienten.

Paso 6: conecte la caja USB

El primer componente que se debe agregar al gabinete es la caja de carga USB de 4 puertos. Simplemente arreglé esto en su lugar con cinta adhesiva de doble cara.

Paso 7: Monte Arduino en el gabinete

Me gusta usar espaciadores de placa frontal de caja eléctrica para montar componentes electrónicos, ya que están hechos de plástico y se pueden adaptar para funcionar como sujeciones o separadores. Simplemente los corto con mi cuchillo y luego empujo tornillos a través de ellos. El Arduino se montó en la caja de un gabinete con pequeños tornillos de cabeza plana con los espaciadores de la placa frontal montados entre el Arduino y la caja.

Una vez que se montó el Arduino, se conectó un cable USB tipo AB corto (6 ) entre el puerto USB del Arduino y el puerto más cercano de la caja de carga. Este fue un ajuste muy ajustado para el cable y de hecho tuve que recortarlo los pedazos de plástico flexible que rodean el cable en el extremo del cable para que encaje.

Paso 8: cableado y montaje del relé

Los cables de las lámparas se introdujeron a través de orificios en el recinto. Se conectó un cable de cada cable a las salidas (el lado conmutado de 120 V) de ambos canales del relé de estado sólido. Se conectaron secciones cortas (4 ) de cable a los terminales de tornillo restantes adyacentes a donde se conectaron estos cables de la lámpara. Estos cables se utilizarán para suministrar energía al lado de 120 V del relé.

En el lado de CC del relé, se conectaron 4 cables de acuerdo con la configuración que se muestra. Dos de los cables suministran el voltaje + y - CC necesario para el funcionamiento del relé, mientras que los dos cables restantes transportan las señales digitales, que indican a los canales que se enciendan o apaguen.

Luego, estos 4 cables se conectaron al Arduino de la siguiente manera: el cable rojo (DC +) está conectado al pin de 5V, el cable negro (DC-) está conectado al pin GND, el cable marrón (CH1) está conectado a la clavija digital pin de salida 7 El cable naranja (CH2) está conectado al pin de salida digital 8

Una vez que todos los cables se conectaron al relé, se montó en el gabinete con pequeños tornillos de cabeza plana.

Paso 9: cableado y montaje de los sensores de corriente

Los cables de comunicación y alimentación se crearon para los dos sensores de corriente empalmando los dos juegos de cables que van desde los sensores al Arduino. Como antes, los cables rojo y negro se utilizan para alimentar los sensores. Estos cables están conectados a los pines Vin (cable rojo) y GND (cable negro) del Arduino. Sorprendentemente, incluso los cables de comunicación (los cables SDA y SDL) se pueden empalmar. Esto se debe a que a cada uno de los sensores de corriente Adafruit se les puede dar una dirección única dependiendo de cómo se suelden sus pines de dirección. Si la placa no tiene ninguno de los pines de dirección soldados juntos, la placa se direcciona como placa 0x40 y se hará referencia como tal en el código Arduino. Al soldar los pines de la dirección A0 juntos, como se ve en el diagrama, la dirección de la placa se convierte en 0x41. Si solo los pines de la dirección A1 están conectados, la placa sería 0x44, y si los pines A0 y A1 estuvieran conectados, la dirección sería 0x45. Como solo estamos usando dos sensores de corriente, solo tuve que soldar los pines de dirección en la placa 1 como se muestra.

Una vez que las placas se direccionaron correctamente, se unieron al gabinete con pequeños tornillos de latón.

Los cables SDA (azul) y SCL (amarillo) de los sensores están conectados a los pines SDA y SCL del Arduino. Estos pines no estaban etiquetados en mi Arduino, pero son los dos últimos pines después del pin AREF en el lado digital de la placa.

Paso 10: conecte los cables de extensión USB

Como se mencionó anteriormente, los cables de extensión USB deben pasar corriente a través de los sensores de corriente. Esto se facilitó empalmando cables en los cables rojos de los cables. Una vez que los cables USB están montados en el gabinete, estos cables de los empalmes se conectan a los sensores de corriente. Para cada cable USB, la corriente que fluye a través de él fluirá por estos cables, a través del sensor, y luego regresará para continuar a través del cable hasta el teléfono de carga. Los extremos macho de los cables USB se conectaron a dos de los puertos abiertos de la caja de carga USB.

Paso 11: conecte la energía

El último paso en la caja de la electrónica es conectar el cable de alimentación a la caja USB y las lámparas (también conocido como el lado de 120 V del relé). Los cables negros que van directamente a las lámparas están conectados a un cable del cable de alimentación junto con el cable marrón de la caja de carga. El cable de alimentación a la caja de carga se cortó simplemente y se retiraron los dos cables internos (son los cables azul y marrón). Finalmente, los dos cables blancos del relé están conectados con tuercas al otro cable del cable de alimentación junto con el cable azul de la caja de carga USB.

Paso 12: El sistema completo

Una vez que la caja está completamente ensamblada, se pueden reemplazar las cubiertas de la caja. Ahora que el hardware de este sistema está completo, es hora de pasar al software.

Paso 13: el código Arduino

El desarrollo del código Arduino fue bastante sencillo, aunque se necesitaron algunas pruebas para hacerlo bien. En su forma más simple, el código envía una señal para alimentar el canal de relé apropiado cada vez que lee un flujo de corriente mayor o igual a 90 mA. Si bien este código simple fue un buen punto de partida, los teléfonos celulares no se cargan al 100% y luego se quedan allí con muy poca corriente. Más bien, descubrí que una vez que el teléfono estaba cargado, consumía varios cientos de mA durante un breve período de tiempo cada pocos minutos. Es como si el teléfono fuera un cubo con fugas que necesita ser llenado cada pocos minutos.

Para resolver este problema, desarrollé una estrategia en la que cada canal podría estar en uno de tres estados. El estado 0 se define como cuando el teléfono se ha retirado de la base de carga. En la práctica, descubrí que prácticamente no fluía corriente cuando se quitó el teléfono, pero establecí el límite de corriente superior de este estado en 10 mA. El estado 1 es el estado en el que el teléfono está completamente cargado, pero aún en la base. Si el flujo de corriente cae por debajo de 90 mA y está por encima de 10 mA, el sistema está en el estado 1. El estado 2 es el estado de carga, donde el teléfono consume 90 mA o más.

Cuando el teléfono se coloca en la base, el estado 2 se inicia y continúa durante la carga. Una vez que la carga concluye y la corriente cae por debajo de 90 mA, el sistema se encuentra en el estado 1. En este punto, se hizo una declaración condicional para que el sistema no pueda pasar directamente del estado 1 al estado 2. Esto mantiene al sistema en el estado 1 hasta que el teléfono se apaga. retirado, en cuyo punto entra en el estado 0. Dado que el sistema puede pasar del estado 0 al estado 2, cuando el teléfono se vuelve a colocar en el cargador y el flujo de corriente aumenta por encima de 90 mA, el estado 2 se inicia de nuevo. Solo cuando el sistema está en el estado 2, se envía la señal al relé para encender la luz.

Otro problema con el que me encontré es que la corriente a veces caía brevemente por debajo de 90 mA antes de que el teléfono estuviera completamente cargado. Esto pondría el sistema en el estado 1 antes de lo debido. Para solucionar esto, promedío los datos actuales durante 10 segundos y solo si el valor actual promedio cae por debajo de 90 mA, el sistema ingresará al estado 1.

Si está interesado en este código, adjunto un archivo.ino de Arduino con algunas descripciones más. En general, funciona bastante bien, pero he notado que a veces el sistema parece pasar al estado 0 cuando el teléfono todavía está conectado y completamente cargado. Esto significa que de vez en cuando la luz se encenderá durante unos segundos (cuando progresa al estado 2) y luego se apagará. Algo en lo que trabajar para el futuro, supongo.

Paso 14: El sistema terminado

Instalé la base de carga en nuestra estantería, con la caja de Arduino ubicada detrás de algunos libros. Si simplemente lo mira, nunca se daría cuenta del trabajo que se realizó, e incluso verlo en funcionamiento no le hace justicia. Por otra parte, me hace feliz ver que las luces se encienden y se apagan, e incluso he llegado a confiar en ellas para ver si el teléfono se está cargando.