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HP-25是其时代的革命性计算器。1975年推出,它是第一款负担得起的可编程工程计算器。随着时间的推移,开发了更多功能更强大的型号。但25在功能、尺寸和易用性之间取得了特别好的平衡。 今天我们生活在一个非常不同的世界:我们都拥有多个强大的计算设备。如今,没有工程师会考虑在计算器上进行图形绘制:我们有能够更快更好完成这项工作的计算机。同样的,对于代数操作或符号计算也是如此。然而,我们仍然需要的是一款好的工程计算器——一款易于获取、能够快速执行简单计算并具有恰到好处的功能数量的设备。 这就是为什么HP-25再次变得有吸引力。如果您从事电子或机械设计工作,您经常需要使用科学或工程记数法进行计算,对于手机上的简单计算器应用程序来说太有限了。简单的按键编程功能意味着您可以快速自动化任务:例如,我经常将并联电阻公式输入为一个程序,使用单个按键即可访问。输入两个电阻,按R/S键,得到结果。HP-25是由工程师为工程师设计的,当您使用它时,您会感受到这一点。重要的是,它很适合您的手掌,可以单手使用,这对于许多其他优秀的后期HP计算器(如Voyager系列:HP-11C和HP-15C)来说并非如此。 我拥有的HP-25是我爸爸在我出生时买的。我一直很喜欢使用它,但这整个系列的计算器(被称为“伍德斯托克”)受到电池组设计的限制。原始电池组包含两个密封的镍镉电池,显然多年前就已经失效。大多数人用新的镍镉电池、然后是镍氢电池,甚至是碱性AA电池替换了它们。这总是有问题的:新电池略大,从未很好地适配。此外,带LED显示屏的计算器的功耗很大,因此需要频繁更换电池。 HP-25随附一个“充电器”(实际上只是一个变压器),但充电电路很糟糕:无负载时充电器提供10V AC:一个比计算器能够处理的更高的电压,假设连接的NiCd电池单元会夹持电压。整个充电电路由一个二极管和一个电阻组成!如果您的电池未能正确接触,或者在未插入电池组的情况下连接了充电器,您的计算器就会报废。 我决定应该做些什么让我的HP-25每天都能使用。所以,我开始设计一个可充电电池组,它替代原装电池组,但使用现代的Li-Po电池,并具有Qi/WPC无线充电和USB备用功能。 我现在有了一个完美的工程计算器,它已经有45年的历史了,但仍然可以愉快地放在Qi充电垫上充电。如果我没有充电垫,我可以取出电池组并使用侧面的micro-USB连接器充电。但事实证明,充电并不是那么经常需要的——一个900mAh的LiPo电池可以为我多周的使用提供足够的能量。 设计假设是: 我在Fusion 360中设计了电池组外壳,测量了原始电池组的尺寸。这并不简单:原始包装是为注塑设计的,倾斜角度使得几何形状复杂。由于我不打算大规模生产这些,我没有考虑为注塑设计,而是假设使用SLS(选择性激光烧结)进行3D打印。这就是为什么我的电池组与原始电池组的开启方式不同,提供了更好的电子和电池访问方式,但牺牲了注塑的能力。 没有使用紧固件:一个简单的弹簧夹就足以固定盖子,而且电池包大部分时间都在计算器中使用,所以盖子打开的风险很小。 计算器通常由两个NiCd电池供电,每个电池的电压为1.2V。我决定产生2.5V而不是2.4V,假设额外的0.1V不会对任何东西造成伤害(毕竟,许多人一直在使用碱性电池为他们的计算器供电,碱性电池的电压为1.25V),并且增加的电压会使计算器中的升压转换器稍微更高效。 我决定使用德州仪器(Texas Instruments)的现代低功耗降压控制器之一(TPS62740)。其低至360nA的工作静态电流意味着我不必担心开/关开关。有些控制器的静态电流更低(甚至降至60nA!),但我想要可编程的电压输出——继续阅读以了解原因。 对于WPC/Qi,我选择了德州仪器的bq51050B和Wuerth Elektronik的线圈。这比我想象的要困难得多:设计带有无线充电的设备很难,需要多个原型和我没有的测量设备。最终,我采取了可能不是最佳的设计决策,但在这种情况下(低功率要求)提供了可接受的性能。换句话说,我凭经验做的。这个过程因为bq51050B的文档令人失望,而且并不真正达到TI的标准,变得有些困难。 该板还有一个Micro-USB端口用于有线充电,一个充电控制器IC(流行的MCP73832),一个作为USB电源开关的MOSFET对,一堆ESD保护用于暴露的端子,以及一个离散的热敏电阻来监测电池温度,因为许多廉价的LiPos没有热敏电阻,或者与充电IC期望的不匹配。 设计低电量指示器是一个有趣的挑战。假设电压是电池电量的代理(对于LiPo电池来说并不完全正确),如何在不持续消耗电力并在此过程中放电的情况下测量电压?请记住,我们的功率预算是纳安:整个设备的静态功耗应低于1μA。 由于库仑计数IC设备价格过高且通常采用不友好的BGA封装,同时我也不想让设计过于复杂,因此我必须找到更简单的方案。 一个基于微控制器的解决方案可以被设计,但多年来我第一次想要设计一个不使用微控制器和软件的设备。 此外,您如何显示结果?您不能点亮一个LED,因为这会迅速消耗剩余的能量,可能没有人会注意到指示灯。一个“电池检查”按钮?可能,但这会大大增加机械设计的复杂性。 花了一段时间,但我确实找到了一个解决方案。 我意识到计算器实际上确实有一个内置的低电量指示器。当电池电压低于阈值(我测量为2.1V)时,LED屏幕会点亮所有的小数点,除了正常应该激活的那个。以这种方式“反转”小数点,您仍然可以使用计算器,但您清楚地看到需要更换电池。 所以,我使用了一个带有250nA供电电流的电压(复位)监视器来监控电池电压。如果它降到3V以下,输出变低。该输出连接到TPS62740降压调节器上的一个电压选择引脚(这就是我需要一个可编程电压输出零件的原因),并导致它开始产生2.1V而不是2.5V。换句话说,电池电量低,小数点LED亮起,任务完成! 这在实践中证明效果非常好,2.1V 的阈值适用于我拥有的所有 HP-25 单元。唯一的限制是,对于大多数 LiPo 电池,它们的保护电路会在电压略低于 3V 时切断输出,所以在您的点亮后没有太多时间。 我的测试显示,900mAh的LiPo电池可以连续使用大约10小时,在低电量指示灯亮起后还可以使用10-20分钟。对我来说足够了! 总的来说,我对这个周末黑客项目的结果非常满意:我的HP-25计算器(是的,我有不止一个)再次变得有用,而且我每天都能使用它们,不用担心电池问题。我只需不时地将它们放在充电垫上。电池寿命非常好,做这件事一个月一次就足够了。 如果你想想,一个45年老的计算器得益于21世纪的技术而获得新生,这是相当了不起的! Jan Rychter(PartsBox创始人) (如果您喜欢阅读这篇文章,并且您从事电子工作,请查看PartsBox——对于公司来说它是不可或缺的工具,对于业余爱好者/制造者来说是免费的) PartsBox是一个在线应用程序,让您控制电子元件库存、BOM定价和小规模生产。它跟踪元件的存储位置、当前库存水平,以及哪些元件用于哪些项目/BOM。<\/p>
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周末黑客活动:为HP-25计算器提供无线充电