Všichni už dlouho slýcháme o polovodičových světelných zdrojích, tedy LED. Jsou ekonomičtější a odolnější a obecně je vše velmi často pozitivní. Ale jak nám to může pomoci? LED lampy (běžné spotřebitelské lampy s paticemi E27 a E14) stojí stále poměrně dost peněz a je to zcela neopodstatněné. O něco lépe v oblasti automatického osvětlení, kde si již můžete do auta objednat nepříliš drahé náhražky za žárovky. Pouze zatím z nich neexistují žádné zvláštní výhody, s výjimkou spotřeby energie a někdy spolehlivosti (protože mnohé z nich jsou špatně sestaveny a nepoužívají proudové stabilizátory). A pravděpodobně nejpokročilejší aplikací vysoce výkonných LED jsou baterky a světla na jízdní kola. Proto budu hovořit o sestavení mého cyklistického světla založeného na výkonných LED. Tyto zkušenosti lze uplatnit v mnoha oblastech, včetně uspořádání LED osvětlení doma, s minimálními dovednostmi při práci s páječkou.
Navíc, pokud vím, je kolo mezi námi IT lidmi (soudím podle kol na fórech) docela oblíbené. To, že je nutná normální čelovka, je myslím jasné každému, kdo někdy jezdil večer. A tak zde je popis mého experimentu před dvěma lety. Mimochodem, za dva roky se po technické stránce téměř nic nezměnilo. Ceny cyklosvětel ale nadále pomalu klesají a sestavit si vlastní čelovku z důvodu velkých úspor je stále méně opodstatněné..
Přibližná sada komponentů pro sestavení světlometu na kolo svépomocí. Potřebujeme výkonné LED (150r) * počet diod + čočky a držáky (100r) * počet diod + driver pro správné napájení LED (200r-500r) + baterie (zde volitelná) a pouzdro (50- . r) + drobnost jako dráty a konektory.
Například z průmyslově vyráběných světlometů je minimum (kvalitní světlomety), které lze nalézt: Dinotte 200L (napájení 4x AA bateriemi) ~90 $, Hope Vision 1 LED ~ 97 $. Dávají stejné světlo, světelný tok je přibližně ~ 200 lumenů. Myslím, že 200 lumenů je minimum, se kterým se můžete při výběru světla na kolo spokojit. Není to tak dávno, co se na známé stránce objevil 900 lumenový světlomet za pouhých 79 dolarů. Motorkáři v Moskvě již provedli testy a jsou působivé. Pokud vás zajímají recenze a testy světlometů, můžete se podívat sem, sem a tam.
Čelovku jsme se ale rozhodli sestavit sami, tak se o naši čelovku starejme. Celkově vzato, ve světlometu není nic nadpřirozeného nebo drahého. Proto není vůbec těžké si ho vyrobit sami. Nejtěžší je najít si pohodlné bydlení a vymyslet, z čeho budeme krmit světlo. V ideálním případě, pokud máte přístup k frézce, je lepší vyrobit pouzdro jako Dinotte / Hope vision 1. A bude to vypadat velmi slušně a bude to vynikající radiátor. Ale pokud ne, ani to nevadí, hlavní je, že pouzdro je kovové. Vzhledem k tomu, že vysoce výkonné LED diody generují velké množství tepla při provozu v nejjasnějších režimech, potřebují slušný chladič. V šetrnějších režimech je odvod tepla samozřejmě menší, ale nezapomínejte, že přehřívání diod více snižuje jejich životnost.
A tak začneme s výběrem komponent:
Vzal jsem jednoduchou hliníkovou krabičku pro REA, takhle, jednoduše a z celého pouzdra bude dobrý radiátor. Vyvrtal jsem 6 otvorů pro upevnění diod a jednoduše je přišrouboval k pouzdru šrouby, po přidání trochy teplovodivé pasty mezi falešnou diodu a pouzdro. Udělal jsem drážky pro dva vypínače a zásuvku pro připojení napájení.
Jelikož jsem chtěl udělat čelovku výkonnější, rozhodl jsem se dát 3 LED a podle toho potřebuji k napájení alespoň 12 voltů (3v + na diodu a rezervu). Pouzdro (držák) na baterie bylo zvoleno takto.
Vybral jsem si tyto diody: P4 Soul S42182-01LF-TST0H/Star. Tento strašně dlouhý název obsahuje všechny informace o LED. P4 – model, Soul – výrobce. Následuje přihrádka, která zakóduje: teplotu barvy vyzařovaného světla a jeho sílu v lumenech, napájecí napětí, barvu, typ čočky atd. Zde je podrobný popis s rozpisem všech hodnot (pro polovodičové diody Soul).
Dále byly vybrány vhodné držáky čoček a čočky Carclo. S držáky nejsou žádné potíže, ale je lepší zvolit bílé, protože budou trochu fungovat a jako odrazky. Čočky pro diody se liší úhlem rozptylu světla, většina používá kolimátory. Pokud máte jiné potřeby, například potřebujete co nejvíce rozptýlit světlo, pak můžete vzít objektiv s velkým úhlem rozptylu nebo s matným povrchem.
Výkonné diody vyrábí nejen Seoul semiconductor, ale také CREE Inc., Luxeon Philips, Edison. Tehdy jsem si vybral Soul, protože v určitém okamžiku byl nejúčinnější. Více než 100 lumenů na watt. Nyní je již k dispozici takové monstrum Seoul p7 900lm (90lm/watt). V podstatě čtyřkolka Soul p4. Přesně to je použito v super jasném čínském světlometu od Dealextreme. Můžete si vybrat nejpohodlnější nebo cenově dostupné – výběr je velký.
A tak zpět k diodám. Tyto diody dávají tzv. přirozené bílé světlo. To znamená, že se blíží bílému světlu. Vzhledem k tomu, že zatímco neexistují žádné zdroje bílého světla, získává se pomocí fosforu. A čím více bílého světla potřebujeme, tím menší bude světelný tok (protože ve skutečnosti takové diody vyzařují modré světlo). Téměř všechny průmyslové světlomety proto používají čistě bílé LED (mají více lumenů), které dávají namodralé světlo (na způsob xenonu). V popisech diod naleznete grafy vyzařovaného spektra. Zde je kompilace různých modifikací bílých diod Seoul P4, které jsem sestavil:
Jak vidíte, přirozená bílá vyzařuje více světla v rozsahu, který je pro naše oči nejvnímavější. Navíc přirozeně bílé světlo je lepší než modré, za prvé na mokrou dlažbu a zem s ním mnohem lépe vidíte a za druhé je prostě příjemnější.
Jelikož jsem v té době měl již dva Dinotte 200L, a ty měly čistě bílé diody, rozhodl jsem se vyrobit čelovku s normálním bílým světlem, předem obětovat trochu světelného toku. A co se týče diod, je snazší použít hvězdicové diody než ty emitorové. Jejich substrát nevede proud a všechny diody můžeme bezpečně upevnit na jeden zářič. Ano a snadněji na ně nasazujte čočky.
Takto vypadají hvězda a emitorové diody:
Diody lze objednat jak na Dealextreme.com nebo jeho dvojčeti Kaidomain.com, tak v mnoha malých lokálních společnostech prodávajících LED komponenty (před dvěma lety jsem vše objednával z planar.spb.ru, nyní je takových společností řádově více ).
A tak jsme přišli na diody, teď vymyslíme, jak je správně napájet. Abychom správně napájeli diody, potřebujeme stabilizovaný proud a s tím nám pomůže driver. Za prvé, bez toho nezískáme jeho jmenovitý výkon a životnost bude nižší, a za druhé, chytřejší ovladače vám umožní vybrat si zdroje energie v širokém rozsahu a zároveň upravit výstupní proud. Všechny slušné světlomety napájejí diodu(y) přes řidiče. Pokud dokážete sestavit současný stabilizační obvod sami, cena zařízení se výrazně sníží. Půjdeme tou jednoduchou cestou, vezmeme si hotového řidiče, který vše udělá za nás. Můžete si ji objednat na stejném místě jako diody, Dealextreme / Kaidomain / atd. Vybral jsem pak v té době nejpokročilejší ovladač (byť nejdražší) LUXDRIVE Buckpack 3021-DI-1000.
Tento driver akceptuje až 32 voltů na vstupu, vydává regulovaný proud až 1A, má vstup pro připojení proměnného rezistoru (pro změnu výstupního proudu a podle toho i jasu připojených diod) a je extrémně snadno použitelný . Existují ovladače pro AC i 220V síť – pro všechny příležitosti. LED světlo tedy můžete hned použít kdekoli, včetně osvětlení například v bytě. Pokud napájíte diody z baterie nebo akumulátorů, nezapomeňte na malou rezervu, aby na vstup šlo o 2-3 volty více, než chcete na výstupu dostat.
Konečné schéma světlometu:
Kde je co podle rozložení v případě:
Několik slov o připojení diod, je lepší je zapojit do série, protože diody mají stále mírně odlišné vlastnosti a při paralelním zapojení jsou možné nepříjemné nuance v provozu.
Zde je srovnání se dvěma světlomety Dinotte 200L ~400 lumenů a tímto domácím světlometem ~500 lumenů. Vlevo je tento podomácku vyrobený světlomet (přírodně bílé diody), čočky 15 stupňů, vpravo 2 x Dinotte 200L (čistě bílé diody), čočky 7 stupňů. Vyvážení bílé ve fotoaparátu je pevné.
To je prakticky vše, co lze o použití výkonných diod říci. Je to opravdu jednoduché, sestavit obvod s hotovým driverem zvládne i začátečník, doslova je potřeba propojit diody – driver – zdroj. Nyní již množství hotových řešení (modulů) dokáže uspokojit téměř všechny potřeby. Například řada acriche od Seoul semiconductor se připojuje přímo k 220v síti. Existuje také mnoho řešení od jiných výrobců.
Pokud jsem napsal něco, co není jasné – zeptejte se, pokusím se odpovědět a vysvětlit. Článek se ukázal být dlouhý, takže chyby jsou nevyhnutelné (samozřejmě jsem to několikrát zkontroloval), pokud se něco pokazí, napište do osobní zprávy.
PWM stmívač pro MK ATmega8, bateriové napájení a indikace nabití.
Článek je určen osobám s určitou znalostí radioelektroniky, konkrétně:
- co je mikrokontrolér a jak jej flashovat,
- co je regulace PWM,
- co je veden řidič.
Projekt byl koncipován pro instalaci na jízdní kolo. Jak to všechno začalo. S kamarády jsme se často účastnili nočních vyjížděk na kole, takže jsme potřebovali čelovku na kolo. No, nechtěl jsem dát obyčejnou baterku . potřeboval jsem něco funkčnějšího. Například s nastavením jasu „malý / střední / maximální“ a protože bylo plánováno použití lithium-iontové baterie jako zdroje napájení, byl také zapotřebí indikátor úrovně nabití. Viděl jsem na internetu spoustu podobných projektů, ale nějak mi neseděly. Narazil jsem například na projekty PWM stmívačů, ale ty buď neměly indikátor úrovně nabití, nebo indikátor úrovně nabití svítil na 1 . 3 LED, ale takový malý informační obsah se mi nelíbil. No, udělej to, udělej to a já se pustil do montáže svého projektu. Takže jako indikátor nabití vezmu 10 LED, nebo spíše, vezmu LED „sloupec“, jako je tento:
Objednal jsem si tento LED “sloupec” v internetovém obchodě (v našem městě nejsou rádia), takže mi dorazí až za pár týdnů. Místo toho jsem dočasně dal 10 obyčejných LED.
Jako řídící mikrokontrolér jsem použil ATmega8 (nebo ATmega328), jelikož tento MK má ADC, pomocí kterého jsem organizoval měření úrovně nabití baterie. Také tento MK má dostatečný počet pinů (a chceme připojit až 10 LED). Tento mikrokontrolér je běžný v obchodech s rádiem a je relativně levný – v rozmezí 50 . 100 rublů, v závislosti na chamtivosti obchodu a typu pouzdra.
Abychom pochopili, jak zařízení funguje, podívejme se na blokové schéma:
Tento článek popisuje pouze to, co se týká PWM regulátoru (levá strana blokového schématu), a ovladač LED a samotnou LED si vyberete podle svého vkusu, který vám nejlépe vyhovuje. Ovladač ZXSC400 mi vyhovuje, takže jej uvedu jako příklad.
Ovladač PWM musí být připojen k ovladači LED, který má funkci stmívání (DIM, PWM atd.), jako je ZXSC400. Můžete použít jakýkoli jiný vhodný ovladač, pokud podporuje ovládání jasu PWM a je napájen stejnou baterií, která napájí ovladač PWM. Pro ty, kteří nevědí, co je to LED ovladač, vysvětlím: ovladač je potřeba, aby LED svítila stejně jasně, když je baterie nabitá, i když je baterie vybitá. Jinými slovy, ovladač LED udržuje stabilní proud přes LED.
Typické schéma zapojení pro ovladač LED ZXSC400:
Napájení tohoto obvodu musí být připojeno k napájení našeho PWM regulátoru a PWM výstup z regulátoru musí být připojen ke vstupu „STDN“ ovladače ZXSC400. Výstup “STDN” slouží pouze k nastavení jasu pomocí PWM signálu. Podobným způsobem můžete připojit PWM ovladač k mnoha dalším LED ovladačům, ale to je samostatný problém.
Algoritmus provozu zařízení. Po připojení napájení MK zobrazí úroveň nabití baterie po dobu 1 sekundy (na stupnici LED 10 LED), poté stupnice LED zhasne, MK přejde do úsporného režimu a čeká na ovládací příkazy. Udělal jsem veškerou kontrolu na jedno tlačítko, abych na motorce vytáhl méně drátů. Když tlačítko podržíte déle než 1 sekundu, PWM regulátor se zapne, na PWM výstup se přivede signál s pracovním cyklem 30 % (1/3 jasu LED). Když tlačítko znovu podržíte déle než 1 sekundu, PWM regulátor se vypne, na výstup PWM není odeslán žádný signál (0% pracovní cyklus). Krátkým stisknutím tlačítka se jas přepne z 30 % – 60 % – 100 % a na 1 sekundu se zobrazí nabití baterie. Jediným stisknutím tedy změníte jas LED a dlouhým stisknutím LED zapnete/vypnete. Pro otestování výkonu PWM regulátoru jsem na jeho výstup připojil běžnou LED, ale opakuji ještě jednou – pouze za účelem testování výkonu. V budoucnu připojím PWM ovladač k ovladači ZXSC400. Obsluha zařízení je podrobněji a přehledně zobrazena na videu (odkaz na konci článku).
Následující diagram také ukazuje proces nastavení jasu:
Co dělat, pokud tyto hodnoty jasu nejsou spokojeny? Chcete, aby to bylo například takto: 1 %, pak 5 %, pak 100 %. Zvažoval jsem i tuto variantu. Nyní může uživatel nastavit tyto tři hodnoty jasu na cokoliv chce! K tomu jsem napsal malý program, který na základě požadovaných hodnot vygeneruje soubor pro firmware EEPROM. Po flashování tohoto souboru do mikrokontroléru se jas změní podle požadovaných hodnot. Přikládám screenshot okna programu:
Pokud neflashujete soubor EEPROM, zůstanou hodnoty jasu „výchozí“ – 30%, 60%, 100%. Správně sestavené zařízení není nutné konfigurovat. V případě potřeby můžete upravit pouze minimální, průměrný a maximální jas podle svého uvážení. Program a návod k použití jsou na konci článku.
Vyberte baterii, kterou chcete použít. Použil jsem Li-ion baterii kvůli její rozšířenosti a levnosti. Ale v obvodu jsem zajistil propojku J1, pomocí které si můžete vybrat, co použijeme jako napájení.
Pokud je propojka J1 v poloze “1”, je použita jedna Li-ion baterie. Pokud je propojka J1 v poloze “2”, pak jsou použity tři běžné baterie AAA/AA/C/D zapojené do série. Jumper J1 je nezbytný pro správné zobrazení úrovně nabití baterie, protože provozní napětí Li-ion baterie je přibližně v rozsahu 3,3 . 4,2 V a u běžných baterií je provozní napětí přibližně 3,0 . 4,5 V. Připojil jsem tabulky shody napětí baterie s hodnotami indikátoru ve spodní části článku.
Indikační LED diody. LED, které zobrazují úroveň nabití baterie, mohou být jakékoli. Jejich jas můžete upravit v malém rozsahu změnou hodnoty odporu R1 omezujícího proud. Pro zobrazení úrovně nabití se používá dynamická indikace, díky které je dosaženo úspory energie, protože svítí vždy pouze jedna LED. Můžete se také podívat na video o indikaci úrovně nabití baterie (odkaz na konci článku).
Mikrokontrolér může být buď ATmega8 nebo ATmega328. Oba tyto mikrokontroléry jsou kompatibilní umístěním kontaktů, liší se pouze obsahem „firmwaru“. Použil jsem ATmega328, protože jsem měl tento MK na skladě. Pro snížení spotřeby energie je mikrokontrolér napájen interním 1 MHz RC oscilátorem. Program mikrokontroléru byl napsán v prostředí FlowCode 4.3.6.61 (nebo 4.3.9.65).
Obvod využívá čip zdroje referenčního napětí TL431. S jeho pomocí je dosaženo dobré přesnosti měření napětí baterie. Napájení je do TL431 přiváděno z pinu PC1 mikrokontroléru přes rezistor R3. Napájecí napětí k TL431 se vyskytuje pouze během indikace úrovně nabití. Po zhasnutí indikačních LED je odpojeno napájecí napětí, což šetří energii baterie. Čip TL431 najdeme v nepoužitelných počítačových zdrojích, v rozbitých nabíječkách mobilních telefonů, ve spínaných zdrojích z notebooků a různých elektronických zařízení. Použil jsem TL431 v pouzdře SOIC-8 (volba smd), ale TL431 je běžnější v pouzdře TO-92, takže jsem udělal několik možností PCB.
O emulaci v programu „Proteus“. Projekt v Proteus nefunguje správně. Vzhledem k tomu, že se model ATmega8 nebudí a také s brzdami, zobrazuje se dynamická indikace. Pokud po spuštění projektu ihned podržíte tlačítko, aby se PWM regulátor zapnul, pak vše funguje. Ale stojí za to vypnout PWM ovladač opětovným podržením tlačítka, protože MK přejde do režimu spánku a znovu se neprobudí (dokud nebude projekt restartován). Projekt v Proteus nepřikládám. Kdo chce hrát – napište, projekt pošlu Proteusovi.
