Я человек ленивый и люблю комфорт, поэтому люблю всяческого рода автоматизацию. В машине у меня есть видеорегистратор, иногда использую навигатор, часто нужно зарядить телефон или планшет себе или семье/знакомым. Как результат указанных потребностей — вся машина окутана проводами и зарядками, при этом всегда надо думать, что выдернуть из тройника прикуривателя и не потеряла ли контакт в прикуривателе очередная зарядка. Конечно, потихоньку в машине образовался клубок проводов и зарядок, а это мало того, что не эстетично, так еще и может привлечь наркоманов.В один прекрасный момент это всё достало и было принято решение сделать что-то универсальное.
Задача:
- Выходное напряжение 5.1V
- Ток не менее 3A (телефон, 0.6А, видеорегистратор — 0.3А, iPad — 2A)
- Автоматическое включение БП при запуске двигателя
- Ручное включение БП
- Автоматическое отключение БП через 15-30 минут после выключения двигателя (с возможностью продлить это время). Чтобы можно было оставить регистратор в машине без необходимости каждый раз его выключать/включать.
- Автоматическое отключение БП при сильном разряде аккумулятора
- Ручное выключение БП
Свистелки и перделкиСветовая и звуковая сигнализация- Достаточное количество USB-разъемов (хотя бы 4 шт.) в легкодоступном месте но без извращения над салоном
- Нормальный (как родной зарядкой) заряд устройств Samsung и Apple
- Без занимания прикуривателя.
Решение:
Решение вполне очевидное. Микроконтроллер для автоматизации и какой-нибудь преобразователь напряжения, но у преобразователя должна быть возможность включения/выключения работы логическими уровнями.
С размещением в машине было немного сложнее, сначала хотел вставить USB в подстаканник, но потом откинул эту идею, т.к. не эстетично плюс стакан будет не поставить да и очередные мотки проводов не радовали. Потом я обратил внимание на подлокотник и ящичек находящий в нём. Это было то, что нужно! Сам ящичек вытаскивается — значит можно легко обслуживать, в самом подлокотнике много места — значит спокойно влезет электроника. USB разъемы легко врезать в боковину ящичка и не нужные провода зарядок можно не вытаскивая из разъемов прятать в ящик.
Помимо USB разъемов для зарядок, требовалось питание для видеорегистратора. Для этого был протянут провод от подлокотника до зеркала заднего вида, на зеркале был наклеен еще один USB-разъем и выведен разъем для видеорегистратора.
Если с размещением разъемов, всё было довольно понятно, то с электроникой возникли небольшие проблемы.
Сначала была LM2596.
Чуть ранее я заказал на eBay несколько платок регулируемых блоков питания, собранных на микросхеме LM2596. Мне нужно было сделать зарядку для iPad, чтобы заряжала большим током (как родная — 10W). Зарядку я сделал, всё прекрасно работало, зарядка выдавала что-то около 2.1A на 5.1V (при входном напряжении около 12-13V — аккумулятор ИБП), но был один минус — она жутко грелась! Вся плата грелась так, что расплавила пластиковую коробочку, в которой была и сама плата потемнела (несмотря на то, что туда был приколхожен радиатор). После замеров КПД выяснилось, что при большом токе КПД около 60%, что нам совершенно не подходило.
Дополнительным нехорошим моментом было то, что у таких китайских платок не выведена отдельно ножка управления и пришлось бы отпаивать одну ножку микросхемы от платы и подпаивать к ней проводки.
Что делать с модулями на LM2596 не ясно.
KIS-3R33S — чудо китайских «конверсионных» технологий.
Шерстя eBay, я часто встречал некие модули KIS-3R33S, в описании которых указывалось, что они выдают 3A. Стоимость модулей тоже внушала — при покупке 10 штук, каждый модуль обходится около 50-90 центов с бесплатной доставкой. Почитав Яндекс стало ясно, что это довольно хороший модуль на микросхеме MP2307, который можно переделать в регулируемый преобразователь, а из навесных элементов нужно только два конденсатора — на вход и на выход.
И что важно — даже при нагрузке 2A он совершенно не греется!
Все продающиеся модули — паянные. Откуда они их берут в таком количестве совершенно непонятно ;)
Тех. параметры микросхемы MP2307
Вообщем за какие-то пять копеек кучка модулей была приобретена и работа закипела.Входное напряжение — 4,75-23V
Выходное напряжение — 0,925-20V
Максимальный продолжительный выходной ток (кратковременный) — 3A (4A)
Частота преобразования — 340kHz
КПД — до 95%
Встроенная защита от короткого замыкания и перегрева
Вход управления
Выходное напряжение — 0,925-20V
Максимальный продолжительный выходной ток (кратковременный) — 3A (4A)
Частота преобразования — 340kHz
КПД — до 95%
Встроенная защита от короткого замыкания и перегрева
Вход управления
Подготовка БП.
По умолчанию модуль KIS-3R33S настрое на 3.3V, поэтому надо модуль немного адаптировать. Есть разные варианты переделки этого модуля (например), но я решил обойтись минимальными переделками. Вооружившись даташитом и схемой KIS-3R33S я составил такой список переделок:
- Вскрываем модуль
- Удаляем резистор и стабилитрон отмеченные красным. (некоторые удаляют конденсатор, отмеченный жёлтым — я не стал)
- Припаиваем (прямо внутри, чтобы потом корпус можно было закрыть) «выводный» резистор (0,125 ваттный) R между минусом и входом ADJ модуля. Резистор фиолетовый. Резистор номиналом от 9.1ком до 10 ком, в зависимости от резистора будет и разное напряжение (от 5.28V до 5.15V соответственно). Этот резистор включается последовательно с уже установленным резистором на 3.3ком (т.е. общее сопротивление резисторов будет 3.3+9.1=12.4) и параллельно резистору R1, за счёт чего их общее сопротивление падает и напряжение на выходе микросхемы растёт.
- Собираем модуль обратно
- На вход и выход модуля подпаиваем электролитические конденсаторы примерно указанных ёмкостей. Напряжение конденсаторов меньше брать нельзя, а больше можно.
Я не хотел, чтобы преобразователь работал на полную нагрузку, поэтому решил использовать 2 преобразователя, на одном будет 2 USB + USB и питание видеорегистратора, а на втором только 2 USB.
В принципе, уже всё работает и может заряжать, если не нужна автоматика, то можно закончить читать :)
Микроконтроллер.
Блок питания это самое простое, дальше нужно реализовать логику работы. Как мне показалось, контролировать заведен ли двигатель проще всего по напряжению в бортовой сети авто. Посидев с тестером в машине, получил такие данные:
- > 13.8V — машина заведена.
- < 13.3V — машина заглушена.
- < 11.8V — дальше аккумулятор лучше поберечь.
Можно было контроль напряжения сделать на дискретных элементах, но мне хотелось
Схема управления.
Схема вроде простая. Резистор RV2, обычный подстроечный, чтобы легче было задать нужное напряжение на входе МК. Биппер LS1 обычный компьютерный, светодиод и кнопка тоже компьютерные. Вся схема питается от КРЕНки (78L05). Выход МК подключается к управлению модулями KIS-3R33S — высокий уровень включает, а низкий выключает модули.
Программа
Программа оказалась самой трудной задачей. В ассемблере я не силён, да и Си знаю в основном по примерам. Программу несколько раз переписывал, чтобы добиться нужного функционала и влезть в доступную память, в итоге память МК занята на 100%.
Логика работы такая:
- Режим 1. Если напряжение выше или равно 13.8V и БП должен включится. Так же должен гореть светодиод и при включении должен пикнуть биппер.
- Режим 2. Если напряжение упало до 13.3V значит двигатель заглушен, пикнем биппером три раза и начнём отсчет времени (по умолчанию — около 30 минут). Если во время этого режима нажать на кнопку, то к времени ожидания прибавится 1 час, еще одно нажатие — еще час и т.д. Светодиодом начинаем мигать.
- Если напряжение упало до 11.8V или истекло время предыдущего режима, то пикнем долго и выключим БП. Светодиод погасим.
- Когда БП выключен, то можно нажать на кнопку и БП включится на 30 мин (во второй режим).
- При включенном БП и заведенном двигателе можно выключить БП нажав кнопку и удерживая её (около 3-х секунд) до короткого сигнала. БП выключится. Обратного его включить можно коротким нажатием на кнопку либо он включится сам, если двигатель заглушить и снова завестись.
Адов код и фьюзы для PonyProg
Для программатора PonyProg фьюзы ставить так
/*****************************************************
This program was produced by the
CodeWizardAVR V2.05.0 Professional
Automatic Program Generator
Chip type : ATtiny13a
AVR Core Clock frequency: 4,800000 MHz
Memory model : Tiny
External RAM size : 0
Data Stack size : 16
*****************************************************/
#include <tiny13a.h>
#include <delay.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x00
unsigned char iter3=10;
unsigned char i,POFF, sec, nobeep;
//POFF - запрещает включать БП при заведенном двигателе;
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
}
//пищалка
void beep(unsigned char on)
{
//включим светодиод
PORTB.2=1;
//включим пищалку, если не запрещено
if(!nobeep)DDRB.0=1;
//пищим on*100 милисекунд
while(on){on--; delay_ms(100);}
//выключим светодиод и пищалку
PORTB.2=0;
DDRB.0=0;
}
//процедура включения БП
void on()
{
if(POFF!=0)return;
//включаем БП
PORTB.4=1;
iter3=10;
beep(5);
POFF=1;
}
//процедуры выключения БП
void off()
{
//выключение не из-за времени, а из-за напряжения
if(iter3 > 1)
{
//подождем пол минуты и если напряжение всё еще низкое будет, то выключится
delay_ms(30000);
iter3=1;
return;
}
//пикнем о выключении
if(PORTB.4)beep(30);
//отключаем БП
PORTB.4=0;
if(POFF)
POFF--;
iter3=1;
}
// External Interrupt 0 service routine
//Отрабатываем нажатие на кнопки
interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void)
{
// Place your code here
//нажатие кнопки сопровождается пиканьем
beep(1);
//если БП был выключен, то включим на час
if(!PINB.4)
{
on();
POFF=0;
}
//а если БП включен, то с каждым нажатием будем прибавлять +1 час к ожиданию до выключения
//длинное нажатие (больше 2-х сек, выключит БП)
else
{
//прибавляем +1 час к ожиданию
iter3=iter3+20;
//считаем сколько времени нажата кнопка
i=8;
while(!PINB.1){
i--;
delay_ms(250);
//кнопка нажата больше 2-х сек.? Вырубаем!
if(i==0)
{
//пикнем, чтобы было понятно, что дальше нажимать на кнопку смысла нет и всё готово к выключению
beep(1);
iter3=0;
//здесь стоит 2, чтобы даже при высоком напряжении БП заново не включился.
//включится он после того, как двигатель будет заглушен и заново заведен.
POFF=2;
}
}
}
}
// Declare your global variables here
void main(void)
{
// Declare your local variables here
// Crystal Oscillator division factor: 1
#pragma optsize-
CLKPR=0x80;
CLKPR=0x00;
#ifdef _OPTIMIZE_SIZE_
#pragma optsize+
#endif
// Input/Output Ports initialization
// Port B initialization
// Func5=In Func4=Out Func3=In Func2=Out Func1=In Func0=Out
// State5=T State4=1 State3=T State2=0 State1=T State0=0
PORTB=0x10;
DDRB=0x15;
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: 1,172 kHz
// Mode: Normal top=FFh
// OC0A output: Disconnected
// OC0B output: Disconnected
//TCCR0A=0x40;
//TCCR0B=0x02;//x05; выключаем таймер
TCNT0=0x00;
OCR0A=0x00;
OCR0B=0x00;
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: 4,688 kHz
// Mode: CTC top=OCR0A
// OC0A output: Toggle on compare match
// OC0B output: Disconnected
TCCR0A=0x42;
TCCR0B=0x05;
TCNT0=0x00;
OCR0A=0x00;
OCR0B=0x00;
// External Interrupt(s) initialization
// INT0: On
// INT0 Mode: Low level
// Interrupt on any change on pins PCINT0-5: Off
GIMSK=0x40;
MCUCR=0x00;
GIFR=0x40;
// Timer/Counter 0 Interrupt(s) initialization
TIMSK0=0x00;
// Analog Comparator initialization
// Analog Comparator: Off
ACSR=0x80;
ADCSRB=0x00;
DIDR0=0x00;
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 600,000 kHz
// ADC Bandgap Voltage Reference: Off
// ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped
// Digital input buffers on ADC0: On, ADC1: On, ADC2: On, ADC3: Off
DIDR0&=0x03;
DIDR0|=0x08;
ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff;
ADCSRA=0x83;
#asm("sei")
//выключим пищалку
DDRB.0=0;
while (1){
delay_ms(1000);
//напряжение больше 13.8 - завелись
if( (0.0048828125*read_adc(3)) >=3.42)
on();
//напряжение меньше 11.8 или время работы с заглушенным двигателем истекло
if ( (0.0048828125*read_adc(3)) <3.23 || !iter3 )
off();
//напряжение ниже 13.3 - выключили двигатель
else if( (0.0048828125*read_adc(3)) < 3.38)
{
//БП включен? включим таймер
if(PINB.4)
{
nobeep=1;
beep(1);
nobeep--;
//осталось полчаса
if(iter3 == 10)
{
if(sec==1)
//пикнем 3 раза коротко
for(; sec<4; sec++)
{
beep(2);
delay_ms(200);
}
}
if(sec>=180)
{
iter3--;
sec=0;
}
sec++;
}
//если выключили с заведенным двигателем, чтобы после повторной заводки БП включился
POFF=0;
}
//при заведенном двигателе светодиод постоянно горит
else if(iter3 > 1)
PORTB.2=1;
}//end while
}
Для программатора PonyProg фьюзы ставить так
«Правильные» зарядки.
USB используются двойные, при том у каждой пары у одного USB-выхода средние контакты закорочены (чтобы большинство устройств понимали, что они воткнуты не в USB, а в зарядку), а у второго поставлены резисторы подтяжки, чтобы Apple-устройства считали, что подключены к родной зарядке и заряжались быстро.
Как Apple-устройство узнает «родную» зарядку.
Способов масса. Как вариант:
Чтобы получить «родную» зарядку из неродной необходимо на data-контакты подать потенциалы в 2.00В и 2.70В
Простейший делитель на эти номиналы:
если таких номиналов нет, то можно рассчитать делители и по другим номиналам резисторов, калькулятор в помощь.
Чтобы получить «родную» зарядку из неродной необходимо на data-контакты подать потенциалы в 2.00В и 2.70В
Простейший делитель на эти номиналы:
если таких номиналов нет, то можно рассчитать делители и по другим номиналам резисторов, калькулятор в помощь.
Для Samsung-устройств тоже существует "своя схема" зарядки, но даже с закороченными средними контактами, мой телефон SGS2 кушал 600mA, что считаю вполне достаточным для заряда.
Конструкция и размещение в машине.
Схематично всё выглядит так:
Плату я делал под имеющуюся коробочку, делал ЛУТом.
Кровь, кишки
4 USB хорошо разместились в ящике, рядом был выведен светодиод и проделана дырочка (1мм), чтобы лучше слышать биппер.
И обратная сторона «медали». В алюминиевой коробочке находится плата управления и 2 преобразователя. Коробочка приклеивается скотчем к днищу ящика, который вставляется в подлокотник.
А в машине всё выглядит культурно (кнопку ещё нормально не приделал :).
На зеркале чуть хуже.
Питание брал от прикуривателя, размещенного в подлокотнике. Все подключения на разъемах, чтобы можно было всю систему легко вытащить и унести домой на апгрейд.
Сейчас понимаю, что можно было всё сделать красивее, взяв провода потоньше. Наверно весной переделаю.
Архив со схемой, исходник программы, прошивка, поделки платы можно скачать в ZIP.
ПС. Уже две недели собирался написать этот пост и только появившиеся аналогичная статья мотивировала начать :)
