Сборка мощного RGB фонаря с управлением от микроконтроллера Arduino. Для этого понадобится:
— Контроллер Arduino Nano: http://ali.pub/28sn0v резерв: http://ali.pub/2351o1
— Экран LCD 1602 с модулем I2C: http://ali.pub/28sn2m резерв: http://ali.pub/241bmo
— RGB светодиод на 50 ватт: http://ali.pub/28smvt
— Линза для светодиода: http://ali.pub/28smyq
— Повышающий преобразователь 150 ватт: http://ali.pub/28smv8
— Другой на 200 ватт: http://ali.pub/28smrc
— Токоограничивающий модуль надо 3шт: http://ali.pub/28smhf
— 10шт полевые транзисторы IRF3205: http://ali.pub/28sn6b
— Термо клей: http://ali.pub/28sol2
— Термоскотч: http://ali.pub/28smps
— Термовыключатель: http://ali.pub/28sowj
— Выключатель с фиксацией: http://ali.pub/28sn7v
— Кнопки 25шт: http://ali.pub/28sn4y резерв: http://ali.pub/235230
— Потенциометр 10кОм 5шт: http://ali.pub/28smiz
— Колпачки для потенциометра: http://ali.pub/28smlp
— Набор резисторов 600шт: http://ali.pub/28smng
— Вольтметр до 40В: http://ali.pub/28smi0
— Аккумулятор 4S 16 вольта емкостью 1800мач: https://goo.gl/JGbB8D
✔ Страница проекта GITHUB: https://github.com/voltnik/RGB-flashlight
Обзор на 3D принтер: https://youtu.be/l0Fw1vF3B60
Привет друзья, в этом видео я покажу как Вы можете самостоятельно собрать крутейший цифровой фонарь используя 110 канализационную трубу, программируемую платформу Ардуино и учебник по физике за 10-11й класс. Да-да! Придется вспомнить Георгия Ома и его коллегу Андрюшу Ампера. И че они там наизобретали.
Итак, для сборки фонаря Вам понадобится. 110й канализационный патрубок удлинитель с длинной широкой частью. Две заглушки 110мм для него, в них нужно будет прорезать отверстия под установку линзы, электроники и экрана. Шаблон, по которому нужно резать также есть в файлах проекта. Компьютерный куллер, подойдет любой лишь бы влез в трубу. У меня от старого 478 сокета. Вроде.
Еще понадобится кучка электронной начинки. Фокусирующая линза для больших светодиодов. Сам цветной светодиод с шестью линейками кристаллов красного, зеленого и синего цвета. Это хороший светодиод от китайской конторы Chanzon на 50 ватт. По сути этот светодиод представляет из себя три цветных светодиода в одном корпусе. И по бокам торчат шесть ног для подключения питания. Такие светодиоды продаются с единой плюсовой и минусовой площадкой. Поэтому берем кусачки и разрезаем контакты.
Далее нужен повышающий преобразователь напряжения на 150 ватт. Три понижающих преобразователя с возможностью ограничения тока. И конечно понадобится Ардуино Нано, экран 1602 для нее, выключатель с фиксацией, маленькие кнопки, три мосфет транзистора, потенциометр и резисторы на 10 кОм и 100 Ом.
Для питания понадобится абсолютно любой аккумулятор с напряжением от 12 до 24 вольт способный выдавать 4 ампера. Я буду использовать литиевый аккумулятор от гоночного квадракоптера. Такой, такой или даже такой. Это не важно, подойдет любой на 3, 4 или 6 банок. И чем выше у него будет ёмкость – тем дольше будет работать фонарь.
Полный список компонент со ссылками для заказа находится в описании этого видео и на странице проекта, заказать это все можно на сайте Алиэкспресс, а канализационную трубу купить в строительном магазине или Леруа Мерлен.
Линза устанавливается на сам светодиод и далее эта конструкция прикручивается на компьютерный радиатор. Для фиксации в нем нужно просверлить 12 отверстий и нарезать в них резьбу М3 под винты, у меня это уже сделано. Проще всего это сделать сверлами с метчиками.
Для тестирования прошивки я разместил все электронные компоненты на макетной плате и накидал простейший код управления, далее буду его расширять, добавляя разные режимы. Как видите тут три светодиода подключены не напрямую к Ардуино, а через полевые транзисторы. Именно так мы и будем управлять мощной нагрузкой.
На данном этапе схема имеет такой упрощенный вид. Три кнопки управления, три мосфета с обвязкой из 100 Омного резистора для защиты ног микроконтроллера и 10 килоОмного резистора для закрытия мосфета. А резисторы на 220 Ом и светодиоды имитируют нагрузку.
#Схема1
При каждом нажатии на кнопку соответствующему светодиоду добавляется 20 процентов яркости и так до 100 процентов, а далее по циклу. Ну что, макетка работает и пришло время собирать фонарь в железе.
Для того чтобы подключить светодиод нужно узнать его характеристики, они есть на странице товара. Тут указано что 50 ваттному светодиоду на каждый канал цвета требуется 700 миллиампер тока. При этом на красном канале напряжение будет в диапазоне от 16 до 18 вольт, а для зеленого и синего канала оно составит от 24 до 27 вольт.
Подключаем светоиод к лабораторнику и проверяем эти утверждения. Красный свет при ограничении тока до семисот миллиампер требует почти 18 вольт. А синий сжирает те же самые 700 миллиампер уже при 25 вольтах и столько же требуется зеленому цвету. Имеем полное соответствие характеристик с сайтом производителя.
Т.к. я буду использовать 4х баночный литиевый аккумулятор на 16 вольт, его напряжения не хватит. Поэтому вольтаж нужно будет увеличить повышающим преобразователем. Для этого настраиваем его выходной канал на 27 вольт.
Далее немного муторный процесс. Но благо он разовый, нужно настроить три понижающих преобразователя на ограничение по току. Сначала выставляем на двух понижайках напряжение 25 с половиной вольт, а на третьей 18 с половиной вольт. Для этого вращаем первый потенциометр на каждой. Советую сразу подписать 18 вольтовый преобразователь для красного канала чтобы не спутать его с другими.
Далее нужно ограничить на всех преобразователях ток до 700 миллиампер. Переключаем мультиметр в 10 амперный режим и подключаем его в разрыв к светодиоду. Вращая третий регулятор добиваемся значения в 700 миллиампер. При этом на преобразователе должен включится светодиод, информирующий о работающем ограничении по току. У меня это синий светодиод по центру модуля платы.
Преобразователи настроены и подписаны, можно идти дальше.
Закрепляем светодиод на радиаторе куллера. Для этого я буду использовать термопроводящий клей в тюбике. Мажем радиатор, плотно прижимаем светодиод выдавливая излишки термоклея из-под него. И дополнительно затягиваем на пару винтов М3 в нарезанную в радиаторе резьбу.
Лудим все контакты светодиода и припаиваем к ним провода питания.
Далее одеваем отражатель, линзу и зажим. Линзу также притягиваем винтам М3 к радиатору в заранее подготовленную для этого резьбу.
Блок светодиода в сборе с радиатором. Для интереса подключил снова к лабораторному блоку питания и включил каждый канал. Линза фокусирует свет на потолке и внутри нее видно, как горят линейки светодиодов. Красный канал, зеленый и синий.
Продолжим сборку. Для управления большой нагрузкой удобнее всего использовать мощные полевые транзисторы. Они позволят не только включать и выключать цветовые каналы, но и использовать высокочастотный ШИМ и тем самым регулировать яркость на каждом световом канале.
Мосфеты я прилепил на термо проводящий клей сбоку на радиатор. Конечно для этого лучше использовать специальный двухсторонний теплопроводный скотч, но у меня его нету — поэтому буду клеить. Тут важно не прижимать транзистор корпусом к радиатору, нужно сохранить слой клея для изоляции т.к. корпус транзистора является его истоком и можно замкнуть все на радиатор.
Припаиваем к центральным ногам транзисторов цветовые каналы светодиода, к правой ноге запаиваем общую массу и делаем обвязку из 10 кОм резистора на левую ногу затвора. Это нужно чтобы транзистор закрывался. Использовать можно любые резисторы номиналом от 1 кОм до 20 кОм.
Далее на левые ноги затворов припаиваем резисторы на 100 Ом. Они нужны для защиты ног Арнудино. И к ним уже припаял цветные провода красного, зеленого и синего цвета обозначающие цветовые каналы.
Очередная стадия проверки, подача 5 вольтового напряжения на затвор транзистора открывает его и включает синий канал. Таким образом мосфет работает как быстрый выключатель. Время переключения – около 10 наносекунд.
Далее я подключил готовый силовой блок к макетной плате для проверки работоспособности электроники фонаря и возможности регулировки яркости ШИМ при помощи полевых транзисторов. Яркость регулируется и одновременно с большим светодиодом на макетке включается дублирующий маленький светодиод, подключенный также через мосфет транзистор.
В максимальной яркости потребление составило менее 3.5 ампер от 16 вольт. Т.е. получилось примерно 55 ватт.
Как все это подключено. Лабораторник 16 вольтами питает повышающий преобразователь, тут я сразу припаял аккумуляторный разъем ХТ-60 для удобства. Повышающий преобразователь увеличивает напряжение до 27 вольт и питает три токоограничивающих преобразователя. Они ограничивают ток на каждый канал до 700 миллиампер. Далее за ними подключены полевые транзисторы. От которых идет три провода управления на Ардуино. Сам же контроллер питается от крошечного импульсного преобразователя на 5 вольт.
Электроника работает. Осталось все собрать в корпус.
Отрезаем узкую часть канализационного патрубка. В узкую часть не влезает заглушка, поэтому нужна только широка часть патрубка. Это будет центральная часть фонаря.
Далее в заднюю заглушку устанавливаем вольтметр для отображения напряжения аккумулятора, и вырезаем окно под дисплей. Устанавливаем экран сразу припаяв его контакты к Ардуино.
Для подачи питания от аккумулятора я буду использовать кнопку с фиксацией. Сверлим под нее отверстие, устанавливаем на место и подключаем проводами. Теперь при включении на экране вольтметра сразу будет отображаться текущее напряжение аккумулятора. И как я уже сказал – можно использовать любой аккумулятор от 3 до 6 банок.
На радиаторе есть вентилятор, чтобы он вечно не был включен, а включался только при нагреве радиатора. Его удобнее всего запитать через термовыключатель. Это пассивный элемент, ему не требуется питание, при нагреве корпуса внутри замкнется контакт и включится вентилятор.
Гуру Ардуино тут скажут, что нужно было ставить температурный датчик и подключать все через микроконтроллер, тогда бы еще была видна температура на экране. Да, это круто, но термовыключателя под эту задачу более чем достаточно. Я стараюсь упростить проект и не нагружать его множеством элементов.
Отдельно на макетной плате разместил четыре кнопки управления. На заднюю крышку они у меня не влезли, поэтому буду ставить их в центральную часть фонаря. Припаиваем к ним провода и обрезаем плату. Далее сверлим в центральной части отверстия под кнопки. Возился я с ними долго, их перекашивало, и они заедали, много ругался и не снял этот процесс.
Ну, в общем вот они, уже с колпачками правильного цвета.
На текущий момент отдельные компоненты фонаря готовы, осталось только их соединить между собой. Передняя и задние заглушки и центральна часть.
В задней крышке я разместил Ардуино, 5 вольтовый модуль питания, экран 1602, повышающий преобразователь и кнопку питания.
В передней части установлен светодиод с радиатором, три токоограничивающих модуля и транзисторы.
Вставляем переднюю заглушку, ну прям ваще уже красота. Осталось только с проводами разобраться. А сзади крышка будет выглядеть вот так.
Далее все запаивается к Ардуино по схеме и подключается, сложностей никаких. И хочу показать вам работу термо выключателя, он сам включает вентилятор при нагреве радиатора выше 40 градусов. Такие выключатели продаются в нормально открытом или нормально закрытом состоянии и под температуры до ста с лишним градусов.
При длительной работе на максимальной яркости нагрев не превышал 55 градусов цельсия. На тепловизоре кажется, что нагрелись токоограничивающие модули, но на самом деле они еле теплые, а нагрелся корпус из-за того, что в нем нет вентиляционных отверстий и куллер гоняет горячий воздух по кругу. Поэтому не забудьте сделать вентиляцию чтобы воздух забирался снаружи и выдувался.
Для установки потенциометра у меня не оказалось колпачка. Поэтому напечатал пару на 3Д принтере. Напечатались за 8 минут. Удобно, не нужно бегать в магазин и покупать. Если вы еще не видели мой обзор на эту модель принтера – то ссылка будет в описании. Там полное видео с подробностями и ньюансами и 3Д печати.
Сверлим отверстие под потенциометр, устанавливаем его под гайку и надеваем напечатанный колпачок.
Итоговая схема сборки фонаря получилась следующая.
#Cхема2
Питание осуществляется от любого аккумулятора с напряжением от 12 до 24 вольт. Аккумулятор питает повышающий преобразователь, который увеличивает напряжение до 27 вольт. Далее установлены три токоограничивающих понижающих преобразователя, они ограничивают максимальный ток на каждый канал светодиода до 700 миллиампер.
После установлены полевые транзисторы для открытия и закрытия каналов. Мосфеты не только обеспечивают включение и выключение цветового канала, но и регулируют яркость.
Отдельно к аккумулятору подключен простой вольтметр, 5 вольтовый модуль питания Ардуино и вентилятор куллера через термовыключатель.
К 3, 5 и 6 ногам Ардуино подключены затворы транзисторов. Их можно подключать можно только к определенным ногам на которых есть ШИМ, поэтому не советую менять расположение.
Далее к 8,9,10 и 11 ногам подключены кнопки управления.
К выходу А7 подключен потенциометр и дисплей висит на А4 и А5.
Для управления фонарем нужно загрузить в Ардуино прошивку. Для этого заходим на страницу проекта, ссылка есть в описании видео. Скачиваем архив и распаковываем его. Запускаем файл прошивки. Менять в ней особо нечего, но, если вам вдруг захочется – я постарался максимально прокомментировать код сносками. Прошивка достаточно простая, и в нее по вашему желанию можно добавить множество различных режимов работы фонаря, миганий и переливаний, я же остановил себя на 5 режимах.
#Демонстрация режимов
И небольшая демонстрация работы фонаря на улице, он получился очень ярким, особо интересна смена режимов мерцания и возможность изменения и подстройки цвета. Фонарем можно освещать большие площади и фасады меняя яркость, цвет и режим, или можно добавить свои собственные режимы работы. Это значительно интереснее чем использовать просто белый фонарь для освещения.
Вот такой вот получился мощный самодельный цветной фонарь с электронно-цифровым управлением. Если вам понравился данный проект – ставьте ему лайкос и не забудьте подписаться на канал. А на этом сегодня все и до встречи в новых видео! Всем пока-пока!
Leave A Comment
You must be logged in to post a comment.