Схемы и конструкции фонариков и модернизация китайских излучателей
В жизни каждого человека бывают моменты, когда необходимо наличие освещения, а электричества нет. Это может быть и банальное отключение электроэнергии, и необходимость ремонта проводки в доме, а возможно, и лесной поход или что-либо подобное.
И, конечно же, все знают, что в таком случае выручит только электрический фонарик – компактное и в то же время функциональное устройство. Сейчас на рынке электротехники множество различных видов данного товара. Это и обычные фонари с лампами накаливания, и светодиодные, с аккумуляторами и батарейками. Да и фирм, производящих эти приборы, великое множество – «Дик», «Люкс», «Космос» и т. п.
А вот каков принцип его работы, задумываются не многие. А между тем, зная устройство и схему электрического фонарика, можно при необходимости его починить или вообще собрать собственными руками. Вот в этом вопросе и попробуем разобраться.
Простейшие фонари
Так как фонарики бывают разные, то имеет смысл начать с самого простого – с батарейкой и лампой накаливания, а также рассмотреть его возможные неисправности. Схема подобного прибора элементарна.
Схема простейшего фонарикаПо сути, в нем нет ничего, кроме батарейки, кнопки включения и лампочки. А потому и проблем с ним особых не бывает. Вот несколько возможных мелких неприятностей, которые могут повлечь за собой отказ такого фонаря:
- Окисление любого из контактов. Это могут быть контакты выключателя, лампочки или батареи. Нужно просто почистить эти элементы схемы, и приборчик снова заработает.
- Сгорание лампы накаливания – тут все просто, замена светового элемента решит эту проблему.
- Полный разряд батареек – замена элементов питания на новые (либо зарядка, если они аккумуляторные).
- Отсутствие контакта или перелом провода. Если фонарик уже не новый, в таком случае есть смысл поменять все провода. Сделать это совершенно не сложно.
Фонарик на светодиодах
Этот вид фонарей отличается более мощным световым потоком и при этом потребляет очень мало энергии, а значит, и элементы питания в нем прослужат дольше. Все дело в конструкции световых элементов – в светодиодах отсутствует нить накаливания, они не расходуют энергию на нагрев, ввиду этого коэффициент полезного действия таких приборов выше на 80–85%. Также велика роль дополнительного оборудования в виде преобразователя с участием транзистора, резистора и высокочастотного трансформатора.
Если аккумулятор фонарика встроенный, то с ним в комплекте обязательно идет и зарядное устройство.
Схема подобного фонаря состоит из одного или нескольких светодиодов, преобразователя напряжения, выключателя и элемента питания. В более ранних моделях фонариков количество потребления энергии светодиодами должно было соответствовать вырабатываемому источником.
Сейчас эта проблема решена при помощи преобразователя напряжения (его также называют умножителем). Собственно, он-то и является главной деталью, которую содержит электрическая схема фонарика.
Схема преобразователя напряженияПри желании сделать такой прибор своими руками особых сложностей не возникнет. Транзистор, резистор и диоды – не проблема. Самым непростым моментом будет намотка высокочастотного трансформатора на ферритовом кольце, который называется блокинг-генератор.
Но и с этим можно справиться, взяв подобное колечко из неисправного электронного пускорегулирующего аппарата энергосберегающей лампы. Хотя, конечно, если не хочется возиться или нет времени, то в продаже можно найти высокоэффективные преобразователи, такие как 8115. С их помощью, при применении транзистора и резистора, и стало возможным изготовление светодиодного фонарика на одной батарейке.
Сама же схема светодиодного фонаря подобна простейшему прибору, и на ней останавливаться не стоит, т. к. собрать ее способен даже ребенок.
Кстати, при применении в схеме преобразователя напряжения на старом, простейшем фонаре, работающем от квадратной батареи в 4.5 вольт, которую сейчас уже не купить, можно будет спокойно ставить элемент питания в 1.5 вольт, т. е. обычную «пальчиковую» или «мизинчиковую» батарею. Никакой потери в световом потоке наблюдаться не будет. Основная задача при этом – иметь хотя бы малейшее представление о радиотехнике, буквально на уровне знания, что такое транзистор, а также уметь держать в руках паяльник.
Доработка китайских фонариков
Иногда бывает так, что купленный (с виду вполне качественный) фонарик с аккумулятором полностью отказывает. И вовсе не обязательно покупатель виноват в неправильной эксплуатации, хотя и это тоже встречается. Чаще – это ошибка при сборке китайского фонарика в погоне за количеством в ущерб качеству.
Конечно, в таком случае придется его переделать, как-то модернизировать, ведь потрачены деньги. Сейчас необходимо понять, как это сделать и возможно ли побороться с китайским производителем и выполнить ремонт такого прибора самостоятельно.
Рассматривая наиболее часто встречающийся вариант, при котором при включении прибора в сеть индикатор зарядки светится, но фонарь не заряжается и не работает, можно заметить вот что.
Обычная ошибка производителя – индикатор заряда (светодиод) включается в цепь параллельно с аккумулятором, чего допускать никак нельзя. При этом покупатель включает фонарь, и видя, что тот не горит, снова подает питание на заряд. В результате – перегорание всех светодиодов разом.
Дело в том, что не все производители указывают, что заряжать подобные устройства с включенными светодиодами нельзя, т. к. отремонтировать их будет невозможно, останется только заменить.
Итак, задача по модернизации – подключить индикатор заряда последовательно с аккумулятором.
Как видно из схемы, эта проблема вполне решаема.
А вот если китайцы в свое изделие поставили резистор 0118, то светодиоды придется менять постоянно, т. к. ток, поступающий на них, будет очень высоким, и какие бы световые элементы ни были установлены – они не выдерживают нагрузки.
Налобный светодиодный фонарь
В последние годы подобный световой прибор получил достаточно широкое распространение. Действительно, ведь очень удобно, когда руки свободны, а луч света бьет туда, куда смотрит человек, в этом как раз главное преимущество налобного фонарика. Раньше таким могли похвастаться только шахтеры, да и то для его ношения нужна была каска, на которую фонарь, собственно, и крепился.
Сейчас же крепление подобного прибора удобно, носить его можно при любых обстоятельствах, да и на поясе не висит довольно объемный и тяжелый аккумулятор, который, к тому же, еще и обязательно нужно раз в сутки заряжать. Современный намного меньше и легче, притом имеет очень маленькое энергопотребление.
Так что же представляет собой подобный фонарь? А принцип его работы нисколько не отличается от светодиодного. Варианты исполнения такие же – аккумуляторный или со съемными элементами питания. Количество светодиодов варьируется от 3 до 24 в зависимости от характеристик батареи и преобразователя.
К тому же обычно такие фонари имеют 4 режима свечения, а не один. Это слабый, средний, сильный и сигнальный – когда светодиоды моргают через короткие промежутки времени.
Схема налобного светодиодного фонаряРежимами налобного светодиодного фонарика управляет микроконтроллер. Причем при его наличии возможен даже режим стробоскопа. К тому же светодиодам это совсем не вредит, в отличие от ламп накаливания, т. к. их срок службы не зависит от количества циклов включения-выключения по причине отсутствия нити накаливания.
Так какой же фонарь выбрать?
Конечно, фонарики могут быть различными и по потребляемому напряжению (от 1.5 до 12 В), и с различными выключателями (сенсорный или механический), с наличием звукового оповещения о разряде батареи. Это может быть оригинал или его аналоги. Да и не всегда можно определить, что же за прибор перед глазами. Ведь пока он не выйдет из строя и не начнется его ремонт, нельзя увидеть, какая в нем стоит микросхема или транзистор. Наверное, лучше выбирать тот, который нравится, а возможные проблемы решать уже по мере поступления.
lampagid.ru
Принципиальная Электрическая Схема Фонаря — tokzamer.ru
Зарядный ток в амперах обычно выбирают в десять раз меньше численного значения емкости аккумулятора в ампер-часах. Далее нужно параллельно цепочке HL1-R2 подключить резистор Rd, проходя через который ток зарядки аккумулятора будет создавать необходимое падение напряжения для обеспечения свечения светодиода HL1.
Если использовать светиков больше 6 штук — начинает сильно греться транзистор, яркость свечения падает. Виктор Донской.
Однако на практике это не совсем так, т. В данном случаи, теоретически, если не обращать внимание на габариты, то чем больше индуктивность, тем лучше по всем показателем.
Ремонт налобного фонаря
Если все сделано правильно преобразователь начинает работать .
Простейший расчет показывает, что такой фонарик на светодиодах будет значительно экономичней.
Источником питания является одна минипальчиковая батарейка с напряжением 1,5 Вольт. На корпусе фонарика информации о производителе и технических характеристиках не нашел, но судя по почерку изготовления и причине поломки, производитель тот же, китайский Lentel.
Каждый из нас выбирает тип фонарика по своему усмотрению: налобный фонарик;.
Когда светодиодный фонарик стоит на зарядке в сети В, категорический нельзя включать и отключать светодиоды кнопкой отключения, так как в момент переключения возникают скачки напряжения, что приведет к перегоранию светодиодов.
Ремонт обычного фонарика
Схема светодиодного фонарика
Величину резистора легко узнать по цветовой маркировке с помощью онлайн калькулятора. Так вот у меня есть специальная коробка для мобильных остатков шнурки, старые батареи, карточки и т. А располагать светодиоды удобнее в линейку, на расстоянии около 5 мм друг от друга, например, как это показано в конструкции на рисунке ниже. Следовательно конденсатор С будет оставаться в заряженном состоянии.
Если светодиод не светит, необходимо поменять местами крайние выводы первичной или вторичной обмотки трансформатора. Если блокинг генератор не запустился — вы перепутали концы обмоток трансформатора.
Парафин для заливания всего преобразователя.
Во время зарядки фонарик был включен, ток через светодиоды и резисторы превысил предельный, что и привело к выходу их из строя.
По заявлению производителя световой поток фонаря достигает метров, корпус выполнен из ударопрочного ABS-пластика, в комплекте имеется отдельное зарядное устройство и ремень для переноса на плече. Как получают переменный ток — преобразование механической энергии в электрическую энергию при помощи генератора.
Я измерял выходное напряжение, и оно составило В. Разумеется, возможно, применение и других светодиодов с напряжением питания 2, В.
Устройство заряда аккумуляторов для фонаря Для подзаряда аккумуляторов от бортовой сети автомобиля можно воспользоваться схемой, показанной на рисунке ниже.
Садовый фонарь на солнечной батарее. Как он …
Проекты по теме:
К сожалению аккумулятор был изношен и его хватало для работы фонаря в течение 2 часов.
Ремонт зарядного устройства Измерение величины напряжения мультиметром на контактах выходного разъема зарядного устройства показало его отсутствие. После 15 мин.
Недостатком схемы является высокое 1,25V напряжение на входе FB вывод 8. Проволока 0,1 мм — витков с отводом от середины, намотанные на тороидальное колечко. Переделка схемы индикации режима зарядки аккумулятора Фонарь отремонтирован, и можно приступать к внесению изменений в схему индикации зарядки аккумулятора.
Светодиод был подключен через ограничительный резистор 6,2 Ом, ток потребления светодиода составил мА. Спасибо за статью. Вот такая простая защита. Минус крепим к плечевой части, с помощью завинчивающей крышки просто зажав провод крышкой.
Короткие импульсы повышенного потенциала отпирают p-n переход. При повторном нажатии на кнопку S1, транзистор закрывается и фонарь выключается. Только если сделать отдельную схемку для мигания на NE Ирина Спасибо, что ответили!
По этой причине от перегрева и сгорела первичная обмотка трансформатора. При подключении зарядного устройства напряжение на клеммах аккумулятора не изменялось, стало очевидным, что зарядное устройство не работает. Однако на практике это не совсем так, т. Но, хочу заострить ваше внимание, если корпус фонарика металлический — зарядное устройство туда не монтируйте, а сделайте его выносным, то есть отдельно. Назначение кружка — двойное.
Состоит из двух ячеек по 2 вольта, соединённых последовательно. Типовыми неисправностями фонариков с аккумулятором являются: Выход из строя элементов сетевого выпрямителя диодов, электролитического конденсатора, резистора в цепи индикации ; Неисправность кнопки-выключателя легко чинится любой подходящей кнопкой с фиксацией или же рокерным выключателем ; Деградация старение аккумулятора;.
При положении движка переключателя в крайнем левом положении общий вывод подключается к левому выводу переключателя. Этот фонарик за доллара. Все три светодиода от аккумуляторов при номинальном напряжении 3,6 В потребляют ток не более 75…80 мА по мере разряда элементов ток будет снижаться, но все равно свечение будет достаточно ярким для подсветки. Введение транзисторов выровняло яркость, однако они имеют сопротивление и на них падает напряжение, что вынуждает преобразователь повышать уровень выходного до 4В, для снижения падения напряжения на транзисторах можно предложить схему на рис. Как оказалось в ручке небыло радиоэлектронных элементов.
✅ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГЕЛЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ СВОИМИ РУКАМИ
Как разобрать светодиодный аккумуляторный фонарь Lentel GL01
При этом аккумуляторы не придется вынимать из отсека фонарика, если на его корпусе установить соединительный разъем Х2. В авторском варианте в качестве трансформаторного блока применен стандартный блок, предназначенный для питания модемов.
Алюминиевая плечевая часть тюбика от зубной пасты , крема и т.
Для простоты и наглядного примера рассмотрим простейший генератор, состоящий из двух полюсного магнита и одной обмотки. Настройка электрической схемы фонаря сводится к регулировке тока заряда аккумулятора. Он настолько слаб, что полежав неделю, уже не горит.
Брать делитель еще меньше, чтобы понизить напряжение в точке V2, нельзя т. Лампа гореть при таком напряжении, конечно, еще будет, но вряд ли можно говорить о ней как о реальном источнике света. В схеме для получения высокого КПД желательно использовать чип-компоненты.
Смотрите также: Гост на прокладку кабеля в земле
На этот раз речь пойдёт о фонарике с аккумулятором. Его можно сделать из железной проволоки 0.
Если не сложно сбросьте параметры катушки. Диод Шоттки. Трансформатор я делал на небольшом ферритовом кольце — выпаянном из нерабочей материнки. Master
Ремонт бытовой техники своими руками
Можно ли собрать схему на более простых компонентах транзисторах? Так как LP это микромощный стабилизатор, ток до mA , то пришлось поэкспериментировать. Обязательно попробую скорее всего на выходных , надеюсь на успех!
Операционный усилитель U2B — усиливает напряжение, снимаемое с датчика тока. Доработка Фонарика vlad — Затем переменное напряжение после гасящего конденсатора выпрямляется диодным мостом на диодах VD1 — VD4 1N С увеличением номинала резистора допустимое напряжение разряда увеличивается, и наоборот.
ДЕЛАЕМ ПРОСТОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКБ с авто выключением при полном заряде
tokzamer.ru
Электрические схемы фонариков
Электрический фонарик относится как бы к дополнительному вспомогательному инструменту для проведения каких либо работ при наличии плохого освещения либо отсутствия освещения вообще. Каждый из нас выбирает тип фонарика по своему усмотрению:
- налобный фонарик;
- карманный фонарик;
- фонарик на ручном генераторе
и так далее.
Схема простого фонарика
рис.1
Электрическая схема простого фонарика \рис.1\ состоит из:
- батареи элементов;
- лампочки;
- ключа \выключателя\.
Схема в своем исполнении простая и разъяснений на этот счет не требует. Причинами неисправности фонарика при такой схеме могут быть:
- окисление контактных соединений с батарейками;
- окисление контактов патрона лампочки;
- окисление контактов самой лампочки;
- неисправность ключа \выключателя света\;
- неисправность самой лампочки \перегорела лампочка\;
- отсутствие контактного соединения с проводом;
- отсутствие питания батареек.
Другими причинами неисправности могут быть какие либо механические повреждения корпуса фонарика.
Схема аккумуляторного фонарика на светодиодах
фонарик налобный со светодиодами BL — 050 — 7C
Фонарик BL — 050 — 7C поступает в продажу со встроенным зарядным устройством, при подключении такого фонарика к внешнему источнику переменного напряжения — осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи.
Аккумуляторные батарейки, а точнее электрохимические аккумуляторы,- принцип зарядки таких элементов основан на использовании обратимых электрохимических систем. Вещества, образовавшиеся в процессе разряда аккумулятора, под воздействием электрического тока — способны восстанавливать свое первоначальное состояние. То есть подзарядили фонарик и можем дальше им пользоваться. Такие электрохимические аккумуляторы или отдельные элементы, могут состоять из определенного количества, — в зависимости от потребляемого напряжения:
- количества лампочек;
- типа лампочек.
Количество, комплект таких отдельных элементов фонарика, — представляют из себя батарею.
рис.2
Электрическую схему фонарика \рис.2\ можно рассматривать как состоящей из простой лампочки накаливания так и из определенного количества светодиодных лампочек. Для любой схемы фонарика что именно важно? — Важно то, чтобы потребляемая энергия лампочками состоящими в электрической цепи — соответствовала выдаваемому напряжению источника питания \батареи, состоящей из отдельных элементов\.
Читаем схему соединений:
Резистор R1 сопротивлением — 510 кОм и номинальным значением мощности — 0,25 Вт в электрической цепи соединен параллельно, за счет данного большого сопротивления, напряжение на дальнейшем участке электрической цепи значительно теряется, а точнее, часть электрической энергии преобразовывается в тепловую энергию.
С резистора R2 \сопротивлением 300 Ом и номинальным значением мощности — 1 Вт\ ток поступает на светодиод VD2. Данный светодиод служит индикаторной лампочкой, показывающей подключение зарядного устройства фонарика к внешнему источнику переменного напряжения.
На анод диода VD1 ток поступает от конденсатора C1. Конденсатор в электрической цепи является сглаживающим фильтром, часть электрической энергии теряется при положительном полупериоде синусоидального напряжения, так как при данном полупериоде конденсатор заряжается.
При отрицательном полупериоде конденсатор разряжается и ток поступает на анод катода VD1. Внешнее падение напряжения для данной электрической цепи происходит при наличии в электрической схеме — двух резисторов и лампочки. Так же, можно учесть, что при переходе тока от анода к катоду — в диоде VD1 — так же существует свой потенциальный барьер. То есть диоду тоже свойственно в какой то степени подвергаться нагреванию, при котором происходит внешнее падение напряжения.
На батарею GB1 состоящей из трех элементов, от зарядного устройства \при подключении фонарика к внешнему источнику переменного напряжения\ поступает ток двух потенциалов \+ -\. В батарее происходит восстановление электрохимического состава батареи — в свое первоначальное состояние.
Следующая схема \рис.3\ которая встречается в светодиодных фонариках, состоит из следующих элементов электроники:
рис.3
- двух резисторов \R1; R2\;
- диодного моста состоящего из четырех диодов;
- конденсатора;
- диода;
- светодиода;
- ключа;
- батареи;
- лампочки.
Для данной схемы, внешнее падение напряжения происходит за счет всех состоящих элементов электроники — соединенных в этой цепи. Одна диагональ диодного моста мостовой схемы подключается к внешнему источнику переменного напряжения, другая диагональ диодного моста соединена с нагрузкой — состоящей из определенного количества светоизлучающих диодов.
Все подробные описания по замене элементов электроники при проведении ремонта фонарика, а так же проведение диагностики данных элементов — Вы сможете найти в этом сайте, где приведены подобные темы в которых усматривается ремонт бытовой техники.
Как отремонтировать светодиодный фонарик
По своей работе приходится иногда пользоваться налобным фонариком. Примерно через полгода после приобретения аккумуляторная батарея фонарика перестала заряжаться после его включения на подзарядку через сетевой шнур.
При установлении причины поломки налобного фонарика, ремонт сопровождался фотоснимками, чтобы изложить данную тему в наглядном примере.
Причина неисправности была в начале не ясна, так как при включении фонарика на подзарядку — сигнальная лампочка при этом загоралась и сам фонарик при нажатии кнопки выключателя — излучал слабый свет. Так в чем же может быть причина такой неисправности? В неисправности аккумуляторной батареи или в какой либо другой причине?
Необходимо было вскрыть корпус фонарика для его осмотра. На фотоснимках \фото №1\ наконечником отвертки указаны места скрепления \соединения\ корпуса.
фото №1
Если корпус фонарика не поддается вскрытию, нужно внимательно осмотреть — все ли вывернуты шурупы.
На фотоснимке №2 показан понижающий преобразователь как по напряжению так и по силе тока.
фото №2
В схеме не следует искать причину неисправности, так как при подключении к внешнему источнику — сигнальная лампочка светится \фото №2 красная светодиодная лампочка\. Проверяем дальше соединения.
Перед нами на фотоснимке \фото №3\ изображен выключатель света светодиодного фонарика. Контакты кнопочного поста выключателя представляют из себя устройство двойного выключателя света, где для данного примера загораются:
- шесть светодиодных ламп,
- двенадцать светодиодных ламп
фонарика. Два контакта выключателя как мы видим, замкнуты накоротко и к данным контактам припаян общий провод. К двум следующим контактам выключателя припаяны два провода — по отдельности, от которых поступает ток на освещение:
- шести ламп;
- двенадцати ламп.
фото №3
Контакты выключателя света \при переключении\ достаточно проверить пробником как это показано на фотоснимке №4. К общему контакту \два короткозамкнутых контакта\ прикасаемся пальцем руки и к другим двум контактам поочередно соприкасаемся пробником.
фото №4
При исправности выключателя, светодиодная лампочка пробника загорается \фото №4\. Выключатель света исправный, проводим дальше диагностику.
Сетевой шнур здесь также можно проверить пробником \фото №5\. Для этого, пальцем руки нужно замкнуть штырьки штепсельной вилки накоротко и поочередно к первому и ко второму контакту разъема кабеля подсоединить пробник. Загорание лампочки пробника будет указывать на отсутствие разрыва в проводе сетевого шнура.
фото №5
Сетевой шнур для подзарядки аккумуляторной батареи исправен, проводим дальше диагностику. Необходимо также проверить аккумуляторную батарею фонарика.
фото №6
На увеличенном изображении аккумуляторной батареи \фото №6\ видно, что для ее подзарядки поступает постоянное напряжение — 4 Вольт. Сила тока данного напряжения составляет — 0,9 ампер\час. Проверяем аккумуляторную батарею.
фото №7
Прибор мультиметр в этом примере устанавливается в диапазон измерения постоянного напряжения от 2 до 20 Вольт, чтобы измеряемое напряжение соответствовало установленному диапазону.
фото №7
Как мы видим, дисплей прибора показывает постоянное напряжение батареи — 4,3 Вольт. Фактически, данный показатель должен принимать большее значение, — то есть здесь недостаточное напряжение для питания светодиодных ламп. В светодиодных лампах учитывается потенциальный барьер для каждой такой лампы, — как нам известно из электротехники. Следовательно, батарея не получает необходимое напряжение при подзарядке.
фото №8
А вот и вся причина неисправности \фото №8\. Данная причина неисправности была установлена не сразу, — в разрыве контактного соединения провода с аккумуляторной батареей.
Что здесь можно отметить:
Провода в данной схеме ненадежные для паяния, так как тонкое сечение провода не позволяет надежно крепиться в месте припаивания.
Но и такая причина поломки устранима, проводка была заменена на более надежное сечение и светодиодный фонарик в настоящее время действующий, работает безотказно.
Изложенную тему считаю незаконченной, будут приводиться в примерах для Вас, — ремонты других типов фонариков.
На этом пока все.
zapiski-elektrika.ru
Простая переделка китайского фонаря своими руками
На днях заходит к нам соседка и приносит с собой симпатичный переносной фонарь.
Фонарь проработал полгода, полгода пролежал без дела, сейчас понадобился, а не работает. Фонарем пользовались в подвале; лампочка только над дверью, а у дальних полок с вареньем — соленьем сумрачно. Фонарь в подвале и обитал, висел на косяке под выключателем и розеткой. Подвал сухой, супруг хотел переноску с лампочкой сделать, а фонарь появился — надобности в ней не стало. Пока женщины судачили между собой, я занялся фонарем. Фонарь изготовили китайцы, имеется гелиевый кислотный аккумулятор,
галогеновая лампа накаливания,
зарядное устройство для подзарядки аккумулятора,
собранное по примитивной схеме.
Произвел необходимые замеры аккумулятора мультиметром:
Напряжение и ток на нуле, сопротивление — бесконечность. Возиться с таким аккумулятором нет смысла, имел с такими возможность попыток реанимировать, но если умерла, так умерла. Решено было делать простой фонарь со светодиодом, питание от сети 220 вольт.
Соседка принесла сетевой шнур около пяти метров с вилочкой на одном конце.
Нашлась светодиодная лампочка на 12 вольт,
работоспособная плата от необходимого зарядного устройства так же имелась,
установил только вместо индикаторного светодиода стабилитрон Д815Д,
да сетевой шнур к плате паяльном припаял.
Воткнул вилку в сеть и ласковый свет фонаря осветил комнату.
Делов — то всего на рубль с полтиной, а трехлитровую банку овощного маринованного ассорти в качестве презента от соседки получил.
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
usamodelkina.ru
Новое сердце для китайского фонарика / Habr
Купив множество китайских фонариков, мощностью от 100 до 16000 люмен, так и не остался доволен.В большинстве случаев фонарик не отдаёт заявленный продавцом световой поток. Так получается из-за того, что продавцы в лучшем случае указывают максимальный световой поток, который может отдавать установленный светодиодный модуль, но в результате экономии на материалах светодиод работает, если повезёт, в половину от своего максимума. Для ограничения тока применяются тонкие провода, это позволяет отказаться от использования источника постоянного тока и ограничиться простым ШИМ контроллером с силовым ключём.
В качестве донора был выбран «2500Lm CREE XM-L T6 LED Headlamp» ценой в 12 долларов, у которого через год использования умер ШИМ контроллер CX2812. Данный контроллер имеет три выхода для нагрузки, два входа для настройки режимов работы и один вход для кнопки переключения режимов. Первым неприятным моментом практически любого китайского фонарика для меня оказалось наличие режимов Strobe и SOS. В случае с данным контроллером, достаточно подать на вход OPT1 логическую единицу и из пяти режимов останется только три (High, Low, Off). Если единицу подать на оба OPT входа, то режим Low тоже исчезнет.
Продавец заявляет, что в фонарике используется светодиод Cree XM-L T6 и он жарит аж 2500 люменов на максимальном режиме. На сайте Cree для данного светодиода заявлена светосила 100 люменов на ватт и максимальная мощность 10 ватт. На самом деле используется светодиод XM-L U2, его характеристики не сильно отличаются от T6, но из-за толщины проводов до светодиода доходит только 1.1А, что при напряжении аккумулятора 4.1В составляет 4.51Вт. Получается, что на максимальном режиме фонарик излучает примерно 451 люмен. Люксметр показывает 420 люменов, и это довольно далеко от цифры 2500.
Схема драйвера проще некуда и усложнять её не будем. В качестве нового каменного сердца был выбран микроконтроллер ATtiny85, хотя хватило бы и ATtiny13(a), но в нужном корпусе его под рукой не оказалось. Кнопка переключения режимов удачно попала на ножку PB2/INT0, а вот база транзистора оказалась подключенной к выходу RESET. Имея на борту аппаратный ШИМ, было решено использовать именно его, поэтому дорожка ведущая к RESET была перерезана, а база транзистора подключена перемычкой к выходу PB1/OC0B. Для удобства программирования необходимые пины были вынесены наружу. Провода зафиксированы соплями термоклея. Провода от аккумуляторов до платы заменены на чуть более толстые.
Прошивка собиралась в Arduino 1.0.6, в качестве программатора использовался Arduino Nano. Установлены фьюзы в соответствии со схемой «ATtiny85 @ 1 MHz (internal oscillator; BOD disabled)». Вес прошивки в бинарном виде на данный момент составляет 278 байт. В выключенном состоянии фонарик потребляет 0.3мкА, при кратковременном нажатии на кнопку включается минимальный режим, потребление увеличивается до 7.6мА. Для выключения необходимо кратковременно нажать и отпустить кнопку. Если продолжить удержание кнопку, то яркость плавно увеличится до максимальной. Частичная замена проводов не дала существенного прироста яркости, ибо провода от блока питания до головы остались узким местом. На данный момент на максимальном режиме потребление получилось 1.2А, напряжение АКБ 4.2, получается примерно 500 люменов.
Но даже несмотря на то, что китайские продавцы указывают в несколько раз завышенные показатели по светосиле, зачастую даже минимальный, из предложенных, режим был слишком ярким для меня. После переделки, минимального режима вполне достаточно для того, чтобы ночью не запнуться на лесной тропинке или использовать фонарик в качестве ночника при ночёвке в пещере. Итого буквально за пару часов из мёртвого фонарика удалось сделать фонарик моей мечты. Надеюсь мой опыт окажется для кого-нибудь полезным. Код доступен по ссылке HeadLamp.ino.
Обновление 04.02.2015: Подумав немного, добавил возможность моментального включения фонарика на максимальный режим (два быстрых клика), а так же режим стробоскопа (три быстрых клика). Для активации этих режимов необходимо раскомментировать соответствующие дефайны в начале кода.
habr.com
Светодиодный фонарь от 1,5 В и ниже
Блокинг – генератор представляет собой генератор кратковременных импульсов повторяющихся через довольно большие промежутки времени.
Одним из достоинств блокинг — генераторов являются сравнительная простота, возможность подключения нагрузки через трансформатор, высокий КПД, подключения достаточно мощной нагрузки.
Блокинг-генераторы очень часто используются в радиолюбительских схемах. Но мы будем запускать от этого генератора светодиод.
Очень часто в походе, на рыбалке или охоте нужен фонарик. Но не всегда под рукой есть аккумулятор или батарейки 3В. Данная схема может запустить светодиод на полную мощность от почти разряженной батарейки.
Немного о схеме. Детали: транзистор можно использовать любой (n-p-n или p-n-p) в моей схеме КТ315Г.
Резистор нужно подбирать, но об этом потом.
Кольцо ферритовое не очень большое.
И диод высокочастотный с низким падением напряжения.
Итак, убирался я в ящике в столе и нашел старый фонарик с лампочкой накаливания, конечно же, сгоревшей, а недавно видел схему этого генератора.
И решил я спаять схему и засунуть в фонарик.
Ну-с приступим:
Для начала соберем по этой схеме.
Берем ферритовое кольцо (я вытащил из балласта люминесцентной лампы) И мотаем 10 витков проводом 0,5-0,3мм (можно и тоньше, но не удобно будет). Намотали, делаем петельку, ну или отвод, и мотаем еще 10 витков.
Теперь берем транзистор КТ315, светодиод и наш трансформатор. Собираем по схеме (см. выше). Я поставил еще конденсатор параллельно с диодом, так ярче светилось.
Вот и собрали. Если светодиод не горит, поменяете полярность батарейки. Все равно не горит, проверьте правильность подключения светодиода и транзистора. Если все правильно и все равно не горит, значит не правильно намотан трансформатор. Если честно у меня тоже схема завелась далеко не с первого раза.
Теперь дополняем схему остальными деталями.
Поставив диод VD1 и конденсатор С1 светодиод засветится ярче.
Последний этап — подборка резистора. Вместо постоянного резистора ставим переменный на 1,5кОма. И начинаем крутить. Нужно найти то место где светодиод светит ярче, при этом надо найти место где если увеличить сопротивление хоть чуть-чуть светодиод гаснет. В моем случае это 471Ом.
Ну ладно, теперь ближе к делу))
Разбираем фонарик
Вырезаем из одностороннего тонкого стеклотекстолита кружок под размер трубки фонарика.
Теперь идем и ищем детали нужных номиналов размером несколько миллиметров. Транзистор КТ315
Теперь размечаем плату и разрезаем фольгу канцелярским ножом.
Лудим плату
Исправляем косяки, если таковы имеются.
Теперь чтобы паять плату нам нужно специальное жало, если нет — не беда. Берем проволоку 1-1,5мм толщиной. Тщательно зачищаем.
Теперь наматываем на имеющийся паяльник. Конец проволоки можно заострить и залудить.
Ну-с приступим припаивать детали.
Можно воспользоваться лупой.
Ну, вроде все припаяли, кроме конденсатора, светодиода и трансформатора.
Теперь тест-запуск. Все эти детали (не припаивая) прицепляем на «сопли»
Ура!! Получилось. Теперь можно не опасаясь все детали припаивать нормально
Мне вдруг стало интересно, какое же напряжение на выходе, я измерил
3,7В нормально для светодиода большой мощности.
Самое главное припаять светодиод))
Вставляем в наш фонарик, когда я вставлял, я отпаял светодиод — он мешался.
И так, вставили, убедились, что все пролазит свободно. Теперь вытаскиваем плату и покрываем края лаком. Чтобы замыкания не было, ведь корпус у фонарика это минус.
Теперь припаиваем обратно светодиод и проверяем еще раз.
Проверили, все работает!!!
Теперь все это аккуратно вставляем в фонарик и включаем.
Такой фонарик можно запустить даже от разряженной батарейка, а если вообще нет батареек (например, в лесу на охоте). Есть много разных способов получить маленькое напряжение (в картошку вставить 2 проволочки из разных металлов) и запустить светодиод.
Желаю удачи!!!
sdelaysam-svoimirukami.ru
TinyFL — драйвер фонарика на микроконтроллере / Habr
Привет, Habr!
Хочу рассказать историю о том, как мне в руки попал китайский налобный фонарик на светодиоде Cree XM-L и что дальше с ним стало.
Предыстория
Когда-то давно я заказал с одного китайского сайта фонарик с ярким светодиодом. Фонарик оказался довольно эргономичным (хотя он мог быть и полегче), но вот его драйвер оставлял желать лучшего.
Светил он достаточно ярко, но у драйвера было только 3 режима — очень яркий, яркий и стробоскоп, переключение между которыми производилось нажатием кнопки. Для того, чтобы просто включить и выключить фонарь, требовалось каждый раз перебирать эти 3 режима. Вдобавок, этот фонарик, будучи включенным, разряжал батарею до последнего – так пара моих банок 18650 ушли в глубокий разряд.
Все это было неудобно и надоедало, поэтому в какой-то момент я решил сделать для него свой драйвер, о чем и будет дальнейшее повествование.
Фонарик со старым драйвером
Вот такой фонарик, наверняка многие имели дело с подобными
Так выглядит оригинальный драйвер
Техническое задание
Как известно, для достижения хорошего результата любая разработка должна иметь хорошее ТЗ, поэтому постараюсь сформулировать его для себя. Итак, драйвер должен:
- Уметь включаться/отключаться по короткому нажатию кнопки (кнопка без фиксации). Пожалуй, это основная причина, по которой все это затеялось.
- Иметь плавную (бесступенчатую) регулировку яркости, от самого яркого — «турбо», до «мунлайта», когда диод еле светится. Яркость должна изменяться равномерно.
- Запоминать установленную яркость на время выключения.
- Контролировать заряд батареи, предупреждая когда она почти разряжена (примерно 3.3В) и отключаясь, когда разряжена полностью (примерно 2.9В). Для разных АКБ эти параметры могут быть иными. Соответственно, рабочее напряжение должно быть в диапазоне 2.7~4.5В.
- Иметь 2 специальных режима — аварийный маячок и стробоскоп (ну а почему бы и нет?)
- Уметь включать/выключать задний светодиод (это актуально при езде на велосипеде ночью, получается что-то вроде габаритного огня).
- Иметь защиту от переполюсовки и статического электричества. Не обязательно, но будет приятным дополнением, поскольку в темноте можно по ошибке поставить АКБ неправильной стороной.
- Быть меньше изначального драйвера по размерам, но при этом иметь те же посадочные места. Китайский драйвер просто огромен, сделать крупнее будет непросто.
Ну и если фонарик подвергается моддингу, почему бы не встроить в него зарядное устройство с micro-USB разъемом? У меня под рукой всегда есть такой кабель и USB зарядка, а родной блок питания приходится искать.
Железо
У меня есть кое-какой опыт работы с Arduino, поэтому было решено делать драйвер на МК семейства AVR. Они широко доступны, легко программируются и имеют режимы пониженного энергопотребления (сна).
В качестве «мозга» драйвера был выбран микроконтроллер Attiny13a — это один из самых дешевых МК фирмы Atmel (ныне поглощенной компанией Microchip), он имеет на борту все необходимое — GPIO для подключения кнопки и светодиода, таймер для генерации ШИМ-сигнала, АЦП для измерения напряжения и EEPROM для сохранения параметров. Доступно всего 1 КБ флеш-памяти (но много ли надо для фонарика), а так же 64 Б RAM и столько же EEPROM.
Attiny13 выпускается в нескольких вариантах корпуса, в частности в DIP-8, который можно воткнуть прямо в обычную макетную плату с шагом 2.54мм.
Поскольку от задней части к голове фонаря идет всего 3 провода, кнопка вынуждена замыкаться на землю (о невозможности замыкать на плюс — позже), придется коммутировать светодиод по плюсу — а значит, нужен P-канальный полевик. В качестве такого транзистора я взял AO3401, но можно взять SI2323, он дороже, но имеет меньшее сопротивление открытого канала (40 мОм, тогда как у AO3401 60 мОм, при 4.5 В), следовательно драйвер будет меньше греться.
От слов к делу, собираю на макетке предварительную версию
Питается оно пока что напрямую от программатора, напряжением 5 В (на самом деле меньше из-за потерь в кабеле USB). Вместо светодиода XM-L пока воткнул обычный светодиод на ножках и поставил слабый транзистор с высоким пороговым напряжением.
Затем в программе Altium Designer была начерчена схема, которую я дополнил защитой от переполюсовки и ESD.
Подробное описание и предназначение всех компонентов
Обязательные компоненты:
U1 – микроконтроллер Attiny13a в корпусе 8S1 (индекс SSU)
С1 — развязывающий конденсатор по питанию микроконтроллера, должен быть в районе 0.1 мкф, корпус 1206 или 0805, температурный коэффициент X7R
R1-R2 — резисторный делитель для измерения напряжения батареи, номиналы можно ставить любые, тут главное соотношение (750К/220K, коэффициент деления 4.41) и ток утечки, который будет больше, если увеличить номиналы (при текущих он порядка 4 мкА). Поскольку используется внутренний ИОН (1.1 В, согласно даташиту он может быть в пределах 1.0 В — 1.2 В), максимальное напряжение на выходе делителя не должно быть более 1 В. При делителе 750/220 максимально допустимое напряжение на входе делителя будет 4.41 В, что более чем достаточно для всех типов литиевых аккумуляторов.
Делитель я рассчитывал при помощи вот этого калькулятора .
R3 — защита вывода порта микроконтроллера от замыкания (если вдруг PB1 окажется притянуто к VCC, через пин потечет большой ток и МК может сгореть)
R4 — подтяжка RESET МК к питанию, без него возможны перезагрузки от наводок.
Q1 — P-канальный полевой транзистор в корпусе SOT-23, я поставил AO3401, но можно и любой другой с подходящей распиновкой (например SI2323)
R7 — токоограничительный резистор затвора. Поскольку затвор транзистора имеет некоторую емкость, при зарядке этой емкости через пин может проходить большой ток и пин может выйти из строя. Можно ставить в районе 100-220 Ом (больше не следует, транзистор начнет долго находиться в полузакрытом состоянии, и, как следствие, будет сильнее греться).
R6 — резистор подтяжки затвора к питанию. На случай, если PB0 перейдет в высокоимпедансное состояние, через этот резистор на затворе Q1 установится логическая 1 и транзистор будет закрыт. Такое может произойти из-за ошибки в коде или в режиме программирования.
D2 — «запирающий» диод — позволяет при «проседании» напряжения (когда светодиод включается на короткий период на полную яркость) питаться МК от конденсатора какое-то время, так же защищает от переполюсовки.
Можно ставить любой диод шоттки в корпусе SOD323 с минимальным падением напряжения, я поставил BAT60.
Изначально, защита от неправильной полярности питания была сделана на полевом транзисторе (это можно увидеть на платах, изготовленных лутом). После распайки вылезла неприятная особенность — при включении нагрузки возникала просадка напряжения и МК перезагружался, поскольку полевик не ограничивает ток в обратном направлении. Сначала я припаял между VCC и GND электролитический конденсатор на 200 мкФ, но мне не понравилось такое решение из-за его размеров. Пришлось отпаивать транзистор и на его место ставить диод, благо SOT-23 и SOD-323 имеют похожие размеры.
Итого, в схеме всего 10 компонентов, обязательных для установки.
Необязательные компоненты:
R5 и D1 отвечают за заднюю подсветку (LED2). Минимальный номинал R5 — 100 Ом. Чем больше номинал, тем слабее светится задний светодиод (он включается в постоянном режиме, без ШИМ). D1 — любой светодиод в корпусе 1206, я поставил зеленый, т.к. визуально они ярче при тех же токах, чем прочие.
D3 и D4 — защитные диоды (TVS), я использовал PESD5V0 (5.0В) в корпусе SOD323. D3 защищает от перенапряжения по питанию, D4 — по кнопке. Если кнопка закрыта мембраной, то в нем нету особого смысла. Защитные диоды наверное имеет смысл использовать двунаправленные, иначе при переполюсовке через них пойдет ток и они выгорят (см. ВАХ двунаправленного защитного диода).
C2 — танталовый конденсатор в корпусе А (похож на 1206), имеет смысл ставить при нестабильной работе драйвера (напряжение питания мк может просаживаться при больших токах коммутации светодиода)
Все резисторы типоразмера 0603 (для меня это адекватный предел для пайки вручную)
С компонентами все ясно, можно делать печатную плату по вышеприведенной схеме.
Первым делом для этого нужно построить 3D модель будущей платы, вместе с отверстиями — имхо, в Altium Designer это самый удобный способ определить геометрию ПП.
Измерил размеры старого драйвера и его посадочных отверстий — плата должна крепиться к ним же, но иметь меньшие габариты (для универсальности, вдруг куда-то еще придется встроить).
Разумный минимум здесь получился где-то 25х12.5мм (соотношение сторон 2:1) с двумя отверстиями диаметром 2мм для крепления к корпусу фонаря родными винтами.
3D-модель я сделал в SolidWorks, затем экспортировал в Altium Designer как STEP.
Затем я разместил компоненты по плате, контакты сделал по углам (так паять удобнее и проще разводить землю), Attiny13 поставил по центру, транзистор поближе к контактам LED.
Развел силовые дорожки, разместил остальные компоненты как получится и развел сигнальные дорожки. Для удобства подключения ЗУ я вывел под него отдельные контакты, которые дублируют контакты батареи.
Всю разводку (за исключением одной перемычки) я сделал на верхнем слое — для того, чтобы была возможность изготовить плату в домашних условиях ЛУТом.
Минимальная ширина сигнальных дорожек — 0.254 мм / 10 mil, силовые имеют максимальную ширину там, где это возможно.
Так выглядит разведенная плата в Altium Designer
В Altium Designer есть возможность посмотреть, как будет выглядеть плата в 3D (для этого необходимо наличие моделей для всех компонентов, некоторые пришлось строить самому).
Возможно, кто-то тут скажет, что 3D режим для трассировщика не нужен, но лично для меня это удобная функция, которая облегчает размещение компонентов для удобства пайки.
На момент написания статьи было сделано 3 версии платы — первая под ЛУТ, вторая для промышленного изготовления и 3-я, финальная с некоторыми исправлениями.
Изготовление плат
Самодельный способ
ЛУТ — лазерно-утюжная технология, способ производства плат при помощи травления по маске, полученной переводом тонера с бумаги на медь. Этот способ отлично подходит для несложных односторонних плат — таких как этот драйвер.
В сети достаточно много статей по этой технологии, поэтому я не буду углубляться в подробности, а лишь расскажу вкратце про то, как это делаю я.
Для начала нужно подготовить шаблон, который будет распечатан на термобумаге. Экспортирую в PDF слой top_layer, получаю векторное изображение.
Поскольку плата маленькая, есть смысл брать кусок текстолита с габаритами в несколько раз больше и делать то, что в промышленности называют панелизацией.
Для этих целей весьма удобен CorelDraw, но можно пользоваться и любым другим векторным редактором.
Размещаю копии шаблонов на документе, между платами делаю промежутки в 0.5-1мм (зависит от способа разделения, об этом позже), платы должны быть расположены симметрично — иначе будет сложно их разделить.
Подбираю кусок одностороннего текстолита размерами чуть больше, чем скомпонованная панель, зачищаю и обезжириваю (предпочитаю тереть ластиком и потом спиртом). Печатаю на термобумаге шаблон для травления (тут важно не забыть отзеркалить шаблон).
При помощи утюга и терпения, аккуратно поглаживая по бумаге, перевожу на текстолит. Жду пока остынет и осторожно отдираю бумагу.
Свободные участки меди (не покрытые тонером) можно покрыть лаком или заклеить скотчем (чем меньше площадь меди, тем быстрее идет реакция травления).
Такая вот домашняя панелизация — большое количество плат позволяет компенсировать брак производства
Я травлю платы лимонной кислотой в растворе перекиси водорода, это самый доступный способ, хотя и довольно медленный.
Пропорции такие: на 100мл перекиси 3% идет 30г лимонной кислоты и примерно 5г соли, это все перемешивается и выливается в емкость с текстолитом.
Подогревание раствора ускорит реакцию, но может привести к отслаиванию тонера.
Начинается неведомая химическая магия: медь покрывается пузырями, а раствор приобретает синий оттенок
Через какое-то время достаю протравленую плату, очищаю от тонера. У меня его не получается смывать какими-либо растворителями, поэтому я удаляю его механически — мелкозернистой наждачной бумагой.
Теперь остается залудить плату — это поможет при пайке и защитит медь от окисления и облегчит пайку. Лудить я предпочитаю сплавом Розе — этот сплав плавится при температуре около 95 градусов, что позволяет лудить им в кипящей воде (да, возможно не самый надежный состав для лужения, но для самодельных плат годится).
После лужения я сверлю плату (для контактов использую твердосплавные сверла ф1.0, для перемычек — ф0.7), сверлю дремелем за неимением другого инструмента. Пилить текстолит я не люблю из-за пыли, поэтому после сверления разрезаю платы канцелярским ножом — с двух сторон делаю несколько надрезов по одной линии, затем разламываю по надрезу. Это напоминает метод V-cut, используемый в промышленности, только там надрез делается фрезой.
Так выглядит плата, готовая к пайке
Когда плата готова, можно приступать к распайке компонентов. Сначала я запаиваю мелочь (резисторы 0603), затем все остальное. Резисторы примыкают вплотную к МК, поэтому в обратной последовательности запаять может быть проблематично. После пайки я проверяю, нет ли КЗ по питанию драйвера, после чего уже можно приступать к прошивке МК.
Драйверы, готовые к загрузке прошивки
Промышленный способ
ЛУТ — это быстро и доступно, но технология имеет свои недостатки (как и почти все «домашние» методы изготовления ПП). Проблематично сделать двухсторонную плату, дорожки могут быть перетравлены, а о металлизации отверстий остается только мечтать.
Благо, предприимчивые китайцы давно предлагают услуги изготовления печатных плат промышленным способом.
Как ни странно, однослойная плата у китайцев будет стоить дороже, чем двухслойная, поэтому я решил добавить второй (нижний) слой к печатной плате. На этом слое продублированы силовые дорожки и земля. Так же, появилась возможность сделать теплоотвод от транзистора (медные полигоны на нижнем слое), что позволит драйверу работать на более высоких токах.
Нижний слой платы в Altium Designer
Для этого проекта я решил заказать печатную плату на сайте PcbWay. На сайте есть удобный калькулятор расчета стоимости плат в зависимости от их параметров, размеров и количества. После расчета стоимости я загрузил gerber-файл, созданный ранее в Altium Designer, китайцы его проверили и плата отправилась на производство.
Изготовление комплект из 10 плат TinyFL обошлось мне в $5. При регистрации нового пользователя дается скидка $5 на первый заказ, поэтому я оплачивал только доставку, которая тоже стоит где-то в районе $5.
На этом сайте есть возможность выложить проект в общий доступ, поэтому если кто-то захочет заказать эти платы, можно просто добавить в корзину этот проект.
Спустя пару-тройку недель мне пришли те же самые платы, только красивенькие изготовленные промышленным способом. Их остается только распаять и залить в них прошивку.
Программа (прошивка)
Основная трудность, которая возникла при написании прошивки драйвера, связана она с крайне малым размером flash-памяти — у Attiny13 ее всего-навсего 1024 байта.
Так же, поскольку изменение яркости плавное, нетривиальной задачей оказалось равномерное ее изменение — для этого пришлось делать гамма-коррекцию.
Алгоритм управления драйвером
Драйвер включается по короткому нажатию на кнопку, выключается по нему же.
Выбранный режим яркости сохраняется на время выключения.
Если во время работы сделать двойное короткое нажатие кнопки (двойной клик), будет включен/выключен дополнительный светодиод.
При длинном нажатии во время работы начнет плавно изменяться яркость фонаря. Повторное длинное нажатие изменяет направление (сильнее/слабее).
Драйвер периодически проверяет напряжение батареи, и если оно ниже установленных значений, предупреждает пользователя о разряде, а затем отключается во избежание глубокого разряда.
Более подробное описание алгоритма работы драйвера
- При подаче питания на МК производится настройка периферии и МК погружается в сон (если STARTSLEEP определено). При подаче питания на драйвер оба светодиода мигают некоторое количество раз, если STARTBLINKS определено.
- Сон. Attiny13 засыпает в режиме power-down (это самый экономичный режим, по даташиту потребление МК составит ~ 1 мкА), выйти из которого оно может только по какому-либо прерыванию. В данном случае это прерывание INT0 — нажатие кнопки (установка PC1 в логическое 0).
На PC1 при этом должна быть включена внутренняя слабая подтяжка к питанию. АЦП и компаратор являются основным потребителями тока из всей периферии, поэтому их тоже нужно отключить. На время сна содержимое регистров и оперативной памяти сохраняется, поэтому EEPROM не нужен для запоминания яркости. - После сна периферия и ШИМ включается и драйвер входит в бесконечный цикл, в котором отслеживается нажатие кнопки и периодически проверяется напряжение батареи.
- Если кнопка нажата — засекается время нажатия.
4.1. Если нажатие короткое — ожидается двойной клик (если BTN_DBCLICK определено).
Если он был, переключается дополнительный светодиод LED2
Если нет, то переход к п.2 (сон)
4.2. Если нажатие долгое (дольше, чем BTN_ONOFF_DELAY) — включается режим управления яркостью. В этом режиме:- Инвертируется направление изменения (больше/меньше) и изменяется % заполнения ШИМ, пока нажата кнопка.
- Если достигнуто максимальное/минимальное значение (RATE_MAX / RATE_MIN), светодиод начинает мигать;
- Если прошло n-миганий (AUXMODES_DELAY) и кнопка все еще нажата, включается дополнительный режим. Таких режимов два — стробоскоп ( включается на 25 мс, частота 8 Гц) и аварийный маячок (включается на полную яркость на 50мс, частота 1 Гц). В этих режимах не происходит проверки заряда батареи, а для выхода нужно какое-то время держать нажатой кнопку.
- Если пришло время проверять напряжение батареи — считываются показания с ADC2, результат сравнивается с предустановленными значениями.
- Если значение АЦП больше значения BAT_WARNING – все нормально
- Если меньше BAT_WARNING – пользователь предупреждается о разряде, драйвер мигает основным светодиодом. Кол-во вспышек будет пропорционально степени разряда. Например, с дефолтными значениями при полном разряде фонарь мигнет 5 раз.
- Если меньше BAT_SHUTDOWN — МК переходит в п.2 (сон).
Управление яркостью светодиода
Как известно, самый простой способ управлять яркостью — изменять скважность ШИМ, при этом светодиод на какое-то время включается на полную яркость, затем выключается. Из-за особенностей человеческого глаза кажется, что светодиод светит менее ярко, чем если бы он был включен постоянно. Поскольку светодиод подключен через P-канальный полевой транзистор, для его открытия необходимо притянуть затвор к земле, а для закрытия — наоборот, к питанию. Время открытия транзистора по отношению ко времени его закрытого состояния будет коррелировать с заполнением ШИМ.
За скважность шим отвечает переменная rate, 255 rate = 100% ШИМ.
При частоте тактирования 1.2 МГц и предделителе таймера в 1, частота ШИМ будет равна 1200000/256 = 4.7 КГц. Поскольку это частота звуковая (воспринимаемая человеческим ухом), на некоторой скважности ШИМ драйвер может начать пищать (точнее, пищит не драйвер, а провода, либо элементы питания). Если мешает, можно увеличить рабочую частоту до 9.6 (CKSEL[1:0]=10, CKDIV8=1) или 4.8 МГц (CKSEL[1:0]=01, CKDIV8=1), тогда частота ШИМ будет в 8 или в 4 раза больше, но энергопотребление МК так же вырастет пропорционально.
Считается, что диод нужно питать путем стабилизации тока через него, а в таком режиме он быстро выйдет из строя. Тут я соглашусь и скажу, что у меня в фонаре (да и во многих налобниках аналогичной конструкции) светодиод не подключается напрямую к драйверу, а до него идут достаточно длинные и тонкие провода, сопротивление которых, а так же внутреннее сопротивление батареи и сопротивление драйвера ограничивают максимальный ток в районе 1.5 А, что в 2 раза меньше максимального тока для данного светодиода (максимальный ток для Cree XM-L согласно документации — 3 А).
Если у Вас драйвер подключен к светодиоду короткими проводами и у держателя батареи хорошие контакты, ток при максимальной яркости (rate=255) может превышать значение в 3А. В этом случае данный драйвер Вам скорее всего не подойдет, так как есть риск выхода светодиода из строя. Тем не менее, можно скорректировать параметр RATE_MAX до получения приемлемых значений тока. К тому же, хоть по спецификации транзистора SI2323DS его максимальный ток и превышает 4 А, лучше выставить порог в 2 А, иначе драйверу может потребоваться охлаждение.
Гамма-коррекция
Человеческий глаз воспринимает яркость объектов нелинейно. В случае с этим драйвером, разница между 5-10% ШИМ будет восприниматься как многократное увеличение яркости, тогда как разница между 75-100% будет практически не будет заметна глазу. Если увеличивать яркость светодиода равномерно, со скоростью n процентов в секунду, будет казаться, что в начале яркость очень быстро растет от нуля до среднего значения, затем очень медленно увеличивается от середины до максимума.
Это весьма неудобно, и для компенсации этого эффекта пришлось сделать упрощенный алгоритм гамма-коррекции. Его суть в том, что шаг изменения яркости увеличивается от 1 при минимальных значениях ШИМ до 12 при максимальных значениях. В графическом представлении это выглядит как кривая, точки которой сохранены в массиве rate_step_array. Таким образом, кажется, что яркость изменяется равномерно на всем диапазоне.
Контроль напряжения батареи
Каждые n-секунд (за интервал в миллисекундах отвечает параметр BAT_PERIOD) происходит замер напряжения батареи. Положительный контакт батареи, который подключается к VIN и попадает на резисторный делитель R1-R2, к средней точке которого подключен пин PB4 (он же ADC2 у мультиплексора АЦП).
Поскольку напряжение питания изменяется вместе с измеряемым напряжением, не получится измерить его, использовав в качестве опорного напряжения Vref, поэтому в качестве ИОН я применил внутренний источник на 1.1 В. Как раз для этого и нужен делитель — МК не может измерить напряжение, большее чем напряжение опорного источника (так, напряжению 1.1 В будет соответствовать значение АЦП в 1023 или 255, если использовать 8-битное разрешение). Проходя через делитель, напряжение в средней его точке будет в 6 раз меньше входного, значению 255 будет соответствовать уже не 1.1 В, а целых 4.33 В (делитель на 4.03), что с запасом покрывает диапазон измерений.
В итоге получается некоторое значение, которое дальше сравнивается с предустановленными значениями минимальных напряжений. При достижении значения BAT_WARNING светодиод начинает мигать некоторое количество раз (чем сильнее разряжено, тем больше мигает — за это отвечает BAT_INFO_STEP, подробнее в коде), а при достижении BAT_SHUTDOWN драйвер отключается.
Значение АЦП переводить в милливольты я не вижу смысла, т.к. это тратит лишную память, которой в тиньке и так мало.
Кстати, делитель является основным потребителем питания, когда МК находится в режиме сна. Так, делитель на 4.03 с R1 = 1M и R2 = 330К, будет иметь общее R = 1330K и ток утечки при 4 В = 3 мкА.
На время измерения напряжения нагрузка (светодиод) отключается примерно на 1 мс. Это почти не заметно для глаз, но помогает стабилизировать напряжение, иначе измерения будут некорректные (а делать какие-либо поправки на скважности шим и прочее — слишком сложно).
Внесение изменений в прошивку
Это нетрудно сделать, особенно если был опыт работы с Arduino или просто с C/C++.
Даже если такого опыта не было, можно настроить почти все рабочие параметры путем редактирования определений (defines) заголовочного файла flashlight.h.
Для редактирования исходного кода нужно будет поставить Arduino IDE с поддержкой Attiny13(a) или Atmel Studio – оно не сложнее, чем Arduino IDE, но гораздо удобнее.
Arduino IDE
Сперва необходимо будет установить поддержку Attiny13 в IDE. Достаточно подробная инструкция имеется в этой статье.
Далее нужно выбрать в меню Tools>Board Attiny13(a) и в меню Tools>Frequency 1.2MHz.
«Скетч» содержится в файле с расширением .ino, он содержит всего одну строчку кода — это включение в проект заголовочного файла. По сути дела, данный скетч — просто способ скомпилировать прошивку через Arduino IDE. Если Вы захотите внести в проект какие-либо изменения, работайте с файлом .cpp.
После открытия проекта нужно нажать на галочку, пойдет компиляция, в случае успеха в логе будет ссылка на файл *.hex. Его нужно залить в микроконтроллер по инструкции ниже.
Atmel Studio
Проект для этого IDE содержится в файле flashlight.atsln, а исходники — в файлах flashlight.h содержит определения (настройки) и flashlight.cpp содержит собственно код.
Расписывать более подробно содержимое исходников не вижу смысла — в коде полно комментариев.
После внесения изменений в код надо нажать F7, прошивка скомпилируется (или нет, тогда компилятор укажет, где ошибка). В папке debug появляется flashlight.hex, который можно загрузить в микроконтроллер по инструкции ниже.
Загрузка прошивки в микроконтроллер
Для загрузки прошивки и настройки фьюзов я использую программатор USBASP в сочетании с программой AVRDUDEPROG. Программа представляет из себя подобие GUI для программы avrdude, есть удобный встроенный калькулятор фьюзов — достаточно поставить галочки возле нужных битов. В списке контроллеров нужно выбрать подходящий (в данном случае Attiny13(a), зайти на вкладку Fuses и нажать кнопку read. Только после того, как значения фьюзов считаны из МК, можно их изменять. После изменения нужно нажать programm, новые фьюзы будут записаны в МК. Подходящие значения фьюзов записаны в файле flashlight.h
Для заливки прошивки надо перейти на вкладку Program, в строке Flash выбрать скомпилированный файл прошивки в формате HEX (flashlight.hex) и нажать Program. Статус прошивки будет отображаться в окне снизу. Если загрузка неудачна, возможно дело в плохом контакте, так бывает — стоит попробовать еще раз. Кстати, именно для этого был сделан параметр STARTBLINKS — однократное мигание LED2 в момент подачи питания на драйвер служит индикацией контакта драйвера с программатором.
Вместо USBASP для загрузки прошивки можно использовать Arduino, подробнее тут и тут
Программатор USBASP, подключенный к драйверу через клипсу со шлейфом
Для подключения USBASP к тиньке я использую клипсу под 8-контактный SOIC. Не очень удобное приспособление, приходится помучаться минут 10, прежде чем поймаешь контакт (возможно, мне просто попалась бракованная клипса). Бывают так же адаптеры SOIC-DIP, куда вставляется микросхема до пайки и в нее заливается прошивка — этот вариант удобнее, но теряется возможность программировать драйвер внутрисхемно (то есть обновлять прошивку после пайки МК на плату).
Если всего этого нет, то можно просто припаять проводки к выводам МК, которые затем прикрепить к Arduino.
Калибровка
Токи, проходящие через драйвер и светодиод, не должны превышать максимальных значений. Для светодиода XM-L это 3 А, для драйвера оно зависит от используемого транзистора, например для SI2323 максимальный ток около 4 А, но лучше гонять на меньших токах из-за чрезмерного нагрева. Для уменьшения тока на максимальной яркости используется параметр RATE_MAX (#define RATE_MAX xx, где xx — максимальная яркость от 0 до 255).
Калибровка АЦП не является обязательной процедурой, но если хочется, чтобы драйвер точно отслеживал пороговое напряжение, то придется с этим повозиться.
Расчеты не дадут высокой точности измерений, т. к. во-первых, номиналы резисторов могут варьироваться в пределах допуска (обычно 1-5%), а во-вторых, внутренний ИОН может иметь разброс от 1.0 до 1.2 В.
Поэтому, единственный приемлемый способ — выставить значение в единицах АЦП (BAT_WARNING и BAT_SHUTDOWN), экспериментально подбирая его под нужное. Для этого понадобится терпение, программатор и регулируемый источник питания.
Я выставлял в прошивке значение BAT_PERIOD в 1000 (проверка напряжения раз в секунду) и постепенно снижал напряжение питания. Когда драйвер начинал предупреждать о разряде, я оставлял текущее значение BAT_WARNING как нужное.
Это не самый удобный способ, возможно в будущем надо сделать процедуру автоматической калибровки с сохранением значений в EEPROM.
Сборка фонарика
Когда плата была готова и прошивка была залита, можно было наконец ставить ее на место старого драйвера. Я выпаял старый драйвер и припаял на его место новый.
Новый драйвер подключается вместо старого по этой схеме
Проверив, нет ли короткого замыкания по питанию, подключил питание и проверил работоспособность. Затем смонтировал плату зарядки (TP4056), для этого пришлось немного дремелем рассверлить отверстие разъема зарядки, и зафиксировал ее термоклеем (тут важно было, чтобы клей не затек в разъем, достать его оттуда будет сложно).
Я не стал прикручивать плату винтами, т. к. резьба в корпусе сорвалась от многократных закручиваний, а просто залил ее клеем, провода тоже заклеил в местах пайки, дабы они не перетирались. Драйвер и ЗУ я решил покрыть акриловым бесцветным лаком, это должно помочь от коррозии.
Тестирование и расчет стоимости изготовления
После всех операций можно было приступать к тестированию драйверов. Ток измерял обычным мультиметром, подключив его в разрыв цепи питания.
Энергопотребление старого драйвера (измерялось при 4.04 В):
- Во время сна — не измерялось
- Максимальный режим: 0.60 А
- Средний режим: 0.30 А
- Стробоскоп: 0.28 А
Энергопотребление нового драйвера (измерялось при 4.0 В):
- В режиме сна потребляет в районе 4 мкА, это намного меньше тока саморазряда литий-ионной батареи. Основной ток в этом режиме протекает через резисторный делитель.
- На минимальном режиме, «мунлайт» — около 5-7 мА, если считать, что емкость одной ячейки 18650 около 2500 мА*ч, то получается около 20 дней непрерывной работы. Сам МК потребляет где-то 1.2-1.5 мА (при рабочей частоте 1.2 МГц).
- На максимальном режиме, «турбо» — потребляет около 1.5 А, в таком режиме проработает около полутора часов. Светодиод на таких токах начинает сильно нагреваться, поэтому данный режим не предназначен для длительной работы.
- Аварийный маячок — потребляет в среднем около 80 мА, в таком режиме фонарь проработает до 30 часов.
- Стробоскоп — потребляет около 0.35 А, проработает до 6 часов.
Цена вопроса
Если покупать компоненты в Чип и Дипе, выйдет около 100р (60р Attiny13, ~40р остальная рассыпуха). С китая заказывать имеет смысл, если делается несколько штук — тогда в пересчете на штуку выйдет дешевле, китайцы продают как правило партиями от 10 штук.
Платы выйдут по цене в районе 300р за 10 штук (без доставки), если заказывать их в Китае.
Распайка и прошивка одного драйвера у меня занимает где-то час.
Заключение
Китайский фонарик стал гораздо удобнее, хотя теперь у меня появились претензии к его механике — передняя часть слишком тяжелая, да и фокусировка не особо нужна.
В будущем планирую сделать версию этого драйвера для фонарей с кнопкой по питанию (с фиксацией). Правда, меня смущает обилие подобных проектов. Как вы считаете, стоит ли делать еще один такой?
Драйвер крупным планом (версия 2_t)
UPD: Добавлена поддержка Arduino IDE.
Исходники прошивки, схема, и разводка платы теперь лежит на гитхабе, скачать можно тут: https://github.com/madcatdev/tinyfl_t
habr.com