LED‎ > ‎

1W tlmené LED svetlo

Tento projekt popisuje výrobu LED osvetlenia pomocou 1W LED diód. Výsledkom projektu bude tlmené osvetlenie, ktoré bude produkovať rozptýlené svetlo odrazom od stropu. Bude ovládateľné diaľkovým ovládačom bežného typu.

Testovanie IR diaľkového prijímača

Ovládanie diaľkového prijímača je jednoduchá záležitosť. Experimenty s prijímačom a základné zapojenie nájdete na samostatnej stránke.

Testovanie 1W LED svetiel

Pri LED diódach vyšších výkonov už nie je rozumné používať obyčajné rezistory na limitovanie pretekajúceho prúdu. 1W LED sú obvykle konštruované na prúd 330 mA a rezistory sú dosť citlivé na zahrievanie, takže vyladiť celý systém je náročnejšie. Vzhľadom na to, že tieto LED poskytujú veľa svetla, nie je ich potrebných veľa a je preto možné aj uvažovať o inom spôsobe obmedzenia prúdu. Napríklad zdrojom konštantného prúdu. Prvotné experimenty aj s humorným výsledkom popisujem na stránke Popálené prsty.
V zdroji konštantného prúdu je lepšie použiť Mosfet, ktorý umožňuje napájanie celého obvodu aj vyšším napätím (napríklad z olovenej batérie). Prebytočné napätie sa jednoducho spáli na Mosfete, ktorý môžeme ľahko chladiť. Postavil som na malom plošnom spoji experimentálne zapojenie pre tri LED diódy. Dá sa na ňom nastavovať pretekajúci prúd a môžeme tak skúmať, ako dobre svietia diódy pri rôznom prúde. Pre moje potreby predpokladám postavenie troch zdrojov, v ktorých sa použije celkovo 9 týchto diód. Na získanie predstavy o tom, ako silno vedia svietiť, si môžete preštudovať článok o LED svetlách v našej predsieni.

Konštrukcia 1W svetla

Najekonomickejšie je kúpiť osobitne LED a osobitne malé hliníkové chladiče. LED majú dve ploché nožičky, ktoré je treba priletovať na chladiče. Nie je úplne jednoduché rozlíšiť plus a mínus, pretože je to robené obvykle iba malým výstupkom na nožičkách. Najlepšie je otestovať polaritu LED multimetrom, ktorý prepnete na vyhľadávanie skratu. Vtedy pôjde cez LED drobný prúd a v jednom smere sa jemne rozsvietia.
Letovanie na hliníkovom chladiči je trošku umenie a je dobre, ak pod LED dáte malú kvapku teplovodivej pasty, aby sa zlepšil prestup tepla. Ale s troškou trpezlivosti sa to dá urobiť. Malé hliníkové chladiče majú v priemere okolo 25 mm a vyzerajú ako malé hviezdice. Po obvode je niekoľko poloblúkov, ktoré je možné využiť na prichytenie chladičov k podkladu pomocou skrutiek. Ak sa rozhodnete napájať LED prúdom okolo 300 mA, je lepšie ich pripevniť na väčšie hliníkové chladiče. V mojom prípade pôjde o chladiče, ktoré som demontoval z pokazeného routera, ale aj keby to človek mal kupovať, chladiče budú stáť okolo 5 dolárov.
Predchádzajúce úvahy sa ukázali ako nie veľmi rozumné. Prichytenie pomocou skrutiek sa nedá urobiť, pretože skrutky svojimi hlavičkami zasahujú až nad vodivé plochy a preto hrozí nebezpečenstvo skratu, spôsobené tým, že dve skrutky sa dotknú navzájom opačných pólov. Bolo mi divné, prečo to všetci na Internete lepia epoxidom k podkladu. Teraz už viem, že toto je ten dôvod.
Druhá výrazná zmena sa bude týkať chladenia. Podarilo sa mi kúpiť hliníkový uholník metrovej dĺžky, na ktorý sa pohodlne zmestí veľa svetiel a vzhľadom na jeho rozmery bude chladenie viac než dostatočné. Nie je tam potom potrebné riešiť, ako celú konštrukciu zmontovať dokopy.

Demo

Zatiaľ som doplnil vzorový príklad, ktorý sníma kódy z diaľkového ovládača a pomocou PWM ich posiela na LED diódu. LED diódu pripojte nejakú silno svietivú, cez rezistor 4k7, aby cez ňu išiel iba minimálny prúd a bolo dobre vidno, ako sa postupne rozsvedcuje. V programe je využitých niekoľko zaujímavých techník, otvorte si program a študujte. Nájdete tam prevod skenkódov na enum, standby režim, ktorý prepína medzi nulou a posledným stavom a pár tlačidiel na postupné pridávanie alebo uberanie jasu. Jas sa nastavuje od 0 do 100 a je využitá nelineárna citlivosť ľudského oka, aby to išlo pekne rovnomerne. Ak si zapnete výstup na sériový port, budete pekne vidieť, aká hodnota sa práve nastavila.

Prototyp

Prototyp je poskladaný z niekoľkých samostatných častí:
  • Zdroj konštantného prúdu s tromi LEDkami - Toto je mierne upravená verzia z prvého videa. Pridal som odlamovacie lišty, pomocou ktorých je možné priviesť napájanie do lineárneho regulátora. Pribudli piny, pomocou ktorých môžem prepínať napätie na gate z 12 V, alebo zo zdroja signálu. Ako zdroj signálu poslúži Arduino.
  • Arduino na veroboarde - Na takéto účely mám postavené Arduino, v ktorom môžem podľa potreby vymieňať integrované obvody ATmega328P alebo ATmega8. Programuje sa cez ISP konektor. Takto nehrozí nebezpečenstvo, ak by som aj niečo zle zapojil, že si odpálim normálne Arduino UNO. Ak by sa niečo stalo, len sa vymení integrovaný obvod a ide sa ďalej.
  • Lineárny regulátor z 12 V na 5 V - Na skúšobnom poli poskladaný lineárny regulátor, ktorý zabezpečuje napájanie Arduina.
  • IR prijímač - Infračervený prijímač spolu s modrou LED diódou z predchádzajúceho videa. Signál z Arduina, ktorý ovláda diódu je použitý aj ako zdroj signálu pre zdroj konštantného prúdu.
Na priloženom videu je už pekne vidno budúcu konštrukciu. Všetko funguje a LEDky sa pekne ovládajú v desiatich možných intenzitách. Aby sme pri testovaní neoslepli, sú LEDky prikryté servítkou, ktorá tlmí ich silné svetlo.

Realizácia

Realizáciu môžeme rozdeliť na štyri samostatné časti:
  • Svetlá na hliníkovom profile
  • Plošný spoj
  • Programovanie
  • Krabica

Realizácia: Svetlá na hliníkovom profile

Určil som si, že na osvetlenie použijem 15 1W LED diód. Sú rozdelené na dva okruhy. Prvý okruh tvorí 3x3 1W LED studenšej bielej farby. Druhý okruh tvorí 2x3 1W LED teplej bielej farby. Sú navzájom rozmiestnené približne rovnomerne, aby sa mohli spolu dopĺňať. Rozmiestnenie vychádza na 63 mm medzi diódami s 50 mm okrajom po oboch stranách. Keďže celá konštrukcia bude skrytá ľudským očiam, mohol som beztrestne fixkou vyznačiť stredy pre diódy, očíslovať jednotlivé okruhy a zakresliť aj obrysy pre jednotlivé malé chladiče.
Uholník som chytil do malého zveráku tak, aby bola jeho široká strana vodorovne. Diódy na malých chladičoch som potom poukladal na uholník, odmeral, či majú všetka správnu polaritu, na spodnú stranu naniesol trochu teplovodivej pasty a prilepil som ich k uholníku epoxidom. Nasledovalo niekoľkohodinové schnutie.
Jednotlivé okruhy sú pospájané vodičmi, ktoré som vymontoval zo starého PC zdroja. Aby nebolo navrchu priveľa vodičov, vyvŕtal som vedľa každej diódy dve diery vrtákom 2,5 mm. Cez ne som prestrčil vodiče a priletoval ich ku diódam. Zvyšné vodiče, ktoré predstavujú plus a mínus pre diódy som tiež prestrčil dozadu a vyviedol ich nabok cez ďalších 10 dier, vyvŕtaných v kratšej stene uholníka. Tak som dosiahol, že na prednej strane uholníka trčia iba kratučké jednocentimetrové vodiče, ktoré vedú ku diódam.

https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1w_front.JPG https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1wback.JPG

Zatiaľ som otestoval iba po jednom okruhu a možno povedať, že chladenie je dostatočné. Celý profil je aj pri stopercentnom svetle iba vlažný. Mosfet s chladičom je vlažný pri 70%-nom svetle. Pri stopercentnom už je teplý, odhadom tak na 40-50 stupňov Celzia. Pri takomto zapojení sa hreje viac, pretože druhý tranzistor ho drží v lineárnom pásme, kde majú mosfety väčšiu spotrebu energie.

Realizácia: Plošný spoj

Pôvodne som predpokladal, že plošný spoj bude vytvorený na stripboarde s vodorovnými medenými dráhami. Konkrétne na tomto. Akurát sa tam zmestí na jednu stranu ATmega328 a na druhú päť zdrojov konštantného prúdu. Ale medzitým som úspešne absolvoval test prenosu toneru na papier a následné nažehlenie na plošný spoj a preto bude výsledné osvetlenie leptané doma v chloride.
Predpokladané napojenie na LED diódy je cez čokoládky, aby sa to celé dalo prípadne aj rozobrať.

Schéma

Na schéme led1w.pdf je:
  • Napájanie z 12 V.
  • Minimalistické Arduino.
  • Dva kanály CH1 a CH2, ktoré ovládajú zdroje konštantného prúdu.
  • IR prijímač TSOP4838.
https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1wsvetlo.png

Zoznam súčiastok

 Značka  Súčiastka
 C1, C3  0,1 uF
 C2  0,33 uF
 C4, C5  0,22 pF
 D1  1N4001
 IC1  ATmega328P DIP
 ISP1  2x3 pin (male pin header)
 Q1, Q3, Q4, Q7, Q8  BC547B
 Q2, Q5, Q6, Q9, Q10  IRF540 - Je potrebný chladič, ale stačí úplne malý. Pri plnom svietení je na dotyk vlažný.
 R1, R4, R5, R10, R11  1k 1%
 R2, R6, R7, R12, R13, R16  10k 1%
 R3, R8, R9, R14, R15  2R7 1% - Prúd sa počíta ako 0,65/R. V tomto prípade to je 240 mA. Možno použiť aj 2R4 (270 mA). Nižšie by som asi v prípade čínskych LED nešiel.
 U1 78L05
 U2 TSOP4838 - Nepriletoval som ho priamo, ale v mojom riešení je zastrčený do kolíkovej lišty (female pin header). Ku nemu je treba použiť nejaké diaľkové ovládanie. Musí byť schopné minimálne základných príkazov, kódy 0-9 a +,-.
 X1 16 MHz
 LED Na schéme nie sú zakreslené, ale pripojí sa vždy trojica 1W LED sériovo medzi konektory P8 a P1. Na P8 sa pripojí kladný pól LED.
Používam dva druhy diód. 9 diód v prvom okruhu má studené biele svetlo. 6 diód v druhom okruhu má teplé biele svetlo. Výsledkom je príjemná kombinácia pre očí. Ale dá sa experimentovať s jednotlivými okruhmi a nastaviť si napríklad len západ slnka s druhým okruhom. Fantázii sa medze nekladú.

PCB

Plošný spoj som kreslil v Kicade. Je nakreslený ako dvojvrstvový, Leptal som ho ale na jednovrstvový materiál a tých 6 cestičiek z druhej strany som dal ako drôtené prepojky. Aj veľkosti cestičiek a letovacích pinov sú prispôsobené tomu, aby sa dali pohodlne preniesť na plošný spoj metódou nažehlenia toneru.
https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1wsvetlokicad.png

Fotografie výsledného stmievača.
https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1wsvetlofront.JPG https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1wsvetloback.JPG https://sites.google.com/site/arduinoslovakia/led/1w-tlmene-led-svetlo/1wsvetlodetailled.JPG

Video testu stmievača tesne pred tým, ako som ho išiel leptať.

Realizácia: Programovanie

Program bude vychádzať z dema, ktoré už je publikované na tejto stránku. Bude sa líšiť iba tým, že sa budú dať ovládať dva okruhy, prechody medzi intenzitami svetla budú lineárne namiesto skokových a bude využitá knižnica Narcoleptic na minimalizovanie spotreby mikrokontroléra. Zdrojový kód programu je v súbore irled01.zip.
Z toho je hotové:
  • Dva okruhy
  • Prechody medzi intenzitami svetla

Logika tlačidiel

Jednotlivé tlačidlá slúžia na nasledovné činnosti.
 Off Nastavenie intenzity svetla na 0 percent.
 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 Nastavenie intenzity svetla na 10x tlačidlo. 0 nastavuje plnú intenzitu.
 Šedé Zapína prvý okruh.
Červené Zapína druhý okruh.
 Zelené Zapína oba okruhy. Implicitne je zapnuté toto.
 CH+, CH- Pridávanie a uberanie svetla po 10 percent.
 Vol+, Vol- Pridávanie a uberanie svetla po 1 percente.
Implicitne je pri zapnutí nastavená intenzita svetla 50 percent.

Video

Video výsledku. Detaily na stmievač, pohľad na možnosti ovládania a pokusné umiestnenie na vrchu knižnice, kde by sa mal potom umiestniť natrvalo.

Prvé testovanie naznačuje, že je to presne podľa mojich predstáv. Z dvoch druhov lediek a nastaviteľnej intenzity svetla sa dá nakombinovať osvetlenie, pri ktorom sa dá aj čítať, aj v príjemnom šere sledovať televízor.

Realizácia: Krabica

Krabicu predpokladám vyrezanú zo smrekolitu, s nejakou povrchovou úpravou. Horná strana by mala byť prikrytá priehľadným sklom, aby sa dovnútra neprášilo. Niekde pri hornom okraju by mal byť IR prijímač, ktorému na ovládanie stačí aj odrazené IR svetlo z ovládača, ktoré sa ku nemu dostane od stropu.

[text bude pokračovať]
ċ
irled01.zip
(3k)
Robo Ulbricht,
12. 3. 2015, 12:14
ċ
irleddemo.zip
(3k)
Robo Ulbricht,
30. 12. 2014, 5:19
Ċ
led1w.pdf
(55k)
Robo Ulbricht,
12. 3. 2015, 12:02
Comments