Электросхемы как собрать юизби фонарик: Как можно сделать USB фонарик в домашних условиях. Улучшение работы фонарика

TinyFL — драйвер фонарика на микроконтроллере / Хабр

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

1. 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.
2. 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.
3. После сна периферия и ШИМ включается и драйвер входит в бесконечный цикл, в котором отслеживается нажатие кнопки и периодически проверяется напряжение батареи.
4. 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.
5. 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):

1. Во время сна — не измерялось
2. Максимальный режим: 0. 60 А
3. Средний режим: 0.30 А
4. Стробоскоп: 0.28 А

Энергопотребление нового драйвера (измерялось при 4.0 В):

1. 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.
2. 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).
3. 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.
4. Аварийный маячок — потребляет в среднем около 80 мА, в таком режиме фонарь проработает до 30 часов.
5. 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

недорогой и яркий EDC-фонарик со встроенной зарядкой через USB Type-C / Фонари / iXBT Live

Недорой, яркий фонарик, с гибким управлением, встроенной зарядкой и полной стабилизацией яркости.  Фактически я описал вам идеальный фонарь, не так ли? Прошлая попытка Sofirn сделать подобное обернулась пшиком (это я про Sofirn SP33 v3.0.)  Предлагаю посмотреть, удалось ли Софирн учесть опыт прошлых ошибок и выпустить фонарик, который станет таким же бестселлером среди EDC, как Sofirn C8G среди дальнобойных фонарей. 

Содержание

• Характеристики
•  Упаковка и внешний вид
• Управление
• Как светит Sofirn SP35
• Общие впечатления 
• Где купить и как сэкономить

Характеристики

 Упаковка и внешний вид

Неожиданно, но упаковка приобрела хоть какой-то намёк на дизайн. Это все еще на голову ниже упаковки любого брендового фонаря, но уже и не обычная картонная коробка.   Выглядит, впрочем, дешёво )

 Внутри сам фонарик, хорошая двусторонняя клипса, темляк, кабель зарядки, уплотнительные кольца и руководство. Ничего нового, общем-то. Опционально, можно заказать комплект с аккумулятором.  Сейчас при покупке на али дарят и чехол. 

Фонарь лишь совсем ненамного длиннее и шире какого-то обычного 18650 карманного фонаря.  Можно было бы сделать на сантиметр короче, заменив рефлектор ТИР-линзой, но и так сойдет (в хорошем смысле).  Фонарик не верх компактности, но, в общём-то, поместится почти в любой карман.  Да и гонка за предельной компактностью может вылиться в сугубо декоративную работу на старших режимах. 

Дизайн простейший, проще лишь S2+.  В целом, внешне Sofirn SP35 это чуть-чуть увеличенный SP32A v.2 или чуть-чуть уменьшенный SP33.v2.  Sofirn решили не заморочиваться и фонарь получился совершенно безликий. Ну вот чисто фонарь-фонарь.  Впрочем, лучше хорошо работающий фонарь с плохим дизайном, чем наоборот.  А насчет того насколько хорош новый SP35 мы посмотрим дальше.  

720 vid720 vid

 В хвостокрышке находится достаточно неплохая по толщине двойная пружина.  Со стороны головы ее нет, там пятак контактной площадки, что я никак не считаю минусом для EDC фонарика.  Хотя это осложнит использование плоскоголовых 18650 аккумуляторов. 

Резьба совершенно сухая. 

За счет углубленных продольных канавок хват вполне крепкий.  За счет же длины корпуса он удобнее, на мой взгляд, нежели у основной масса карманных фонарей с 1850 питанием. Вот эту этот небольшой излишек длины и диаметра корпуса играет на руку.

Кнопка небольшая, выпирающая и с подсветкой, выглядит достаточно дешево.  Но зато нащупать её вслепую однозначно не составляет ни малейшего труда.  Разумеется, она будет нажиматься в кармане при каждом удобном случае, так что хорошо что в управлении есть блокировка. 

720 sp35 knopka

С противоположной от нее стороны находится Type-C разъём зарядки.  Заглушка толстая.  Изначально я подозревал что она будет случайно открываться из-за торчащего хвостика, но за несколько недель, в течении которых я делал обзор Sofirn SP35 такого не случилось не разу

Ток зарядки великолепный, 1. 5А!  2А было бы идеалом в 21700 фонарике, но и 1.5, согласитесь, это очень и очень хорошо. 

Голова заклеена.  Но нагрев в турбо  (об этом дальше) делает свое дело и в итоге добраться до содержимого можно без усилий

Ребра охлаждения символические.  Впрочем,  при голове такого размера их влияние не стоит переоценивать.  

Безель с символическими зубами.  Рефлектор за каким-то кляпом решили сделать гладким.  Не самый оправданный выбор для EDC фонаря.  Понятно, что кому-то будет удобен именно получившийся в итоге свет, но все же для карманного фонаря хочется более удобного вблизи света и тут оправданным будет текстурированный рефлектор.  Или уж, на худой конец, дать возможность выбора.

На дне находится SST40 светодиод

Вот, собственно, и все. Фонарик выглядит достаточно бюджетно и внешне повторяет всех своих предшественников из EDC сегмента. 

Управление

А вот управление меня порадовало.  Тут бюджетный фонарь стоит на голову выше массы существенно более дорогих карманных фонарей от небюджетных брендов.  

Фактически, это широкоизвестный интерфейс Olight\Thrunite с дополнением в виде линейки с плавной регулировкой яркости.   

Группа 1: ступенчатая группа режимов (по умолчанию)

ВЫКЛ-ВКЛ по щелчку

Перемотка режимов (Eco — Low — Medium — High) по удержанию

2х щелчка — Turbo  (2 щечка из турбо — переход в moonlight), двойным нажатием еще раз для активации режима лунного света.

Удержание из ВЫКЛ — moonlight

Группа 2: Плавная регулировка (Ramping Group )

ВЫКЛ-ВКЛ — по щелчку 

Увеличение-уменьшение яркости по удержанию

2х щечка — TURBO (2 щечка из турбо — moonlight)

Удержание из ВЫКЛ — moonlight

Строб — 3 щечка (2щечка цикл через SOS-маячок-стробоскоп)

(раз) Блокировка — 4 щелчка из ВКЛ. По удержанию кнопки в заблокированном состоянии запускается moonlight

Переход между режимом 1 и 2 — 4 щелчка из ВКЛ.

Как светит Sofirn SP35

Решение поставить гладкий рефлектор откровенно спорное для повседневных нужд, где чаще надо светить недалеко.   Сейчас я обсуждаю с производителем варианты установки текстурированного рефлектора и\или ТИР-оптики.  Справедливости ради, наверняка кому-то будет удобен именно такой среднебойный вариант. Как-никак на дистанции где-то от 10 метров фонарик оказывается весьма удобен. 

Сейчас же цветовые артефакты с большой вероятностью оттолкнут искушенных пользователей (или вынудят их сменить светодиод на более теплый). Светораспределение сдвигает удобство и практичность этой модели за пределы где-то 7-10м дистанции. 

Визуально свет порядка 5700K  (upd софирн уточнили что это 6500К) и это из разряда «сгодится». Я бы однозначно предпочел 5000К, это было бы аккурат то что надо.  upd. И такой свет сейчас появился, вы можете купить 5000к версию

Фонарь расположен где-то в метре от стены. Разумеется,  при реальном использовании вы и светить будете на другую дистанцию, и глаз увидит все определённо не так как улавливает сенсор камеры. 

720 sp35 beam

А дальше идет важная часть.    

Фонарь, который достался мне отличается по терморегуляции от того что софирн планирует продавать в дальнейшем. Да, собственно, вроде бы от того, что уже продает.  Так что когда мне в руки попадет новая версия, я добавлю графики.  High и остальные режимы  стабилизированы. 

При разумном подходе к использования для меня это, скорее, преимущество.  И вот почему. Да, фонарик сильно (ОЧЕНЬ) нагревается и это не в плюс как потрохам, так и аккумулятору. Но при реальном использовании ваша рука работает в качестве термодатчика и говорит когда перейти с турбо в режим ниже.  Зато зимой, в хорошие холода, к примеру,  можно без особых опасений выживать из турбо все возможное.  Еще раз, повторюсь, преимуществом эта особенность становится когда ты понимаешь последствия злоупотребления ей.   Руки, впрочем, не позволят пользователю злоупотреблять турбо — вы просто не сумете удержать в руках фонарик. А блокировка предотвратит случайное включение.  

В комнатных условиях:

а) High прогревает корпус до ощутимой, но вполне комфортной температуры, не более.

б) Turbo режим прогревает до некомфортной температуры где-то за полторы-две минуты.  Можно держать и дольше, если взяться руками ближе к хвосту.  Но корпус становится очень горячий.

Адекватный пользователь не будет осатанело светить в турбо, для большинства повседневных задач за глаза хватит и 900 люмен high.  В конечном итоге, есть изрядно моделей и отсечкой турбо по таймеру и возможностью повторного запуска.  И ничего, пользоваться можно, если здраво понимать какие плюсы и минусы дает эта возможность. 

Я активно убеждаю (и вроде как убедил) Sofirn не повторять ошибку с SP33v3 и не внедрять сверхактивную терморегуляцию, ограничиться лишь классическим термостепдауном с turbo в high. При обновлении в эту сторону обзор тоже отразит актуальную ситуацию. 

Турбо перемеряю, сейчас обратил внимание что по графику с охлаждением и большей яркостью фонарик работает дольше, что абсурд. Но для общего впечатления пока оставлю этот.   

50м

720 sp35 50m720 sp35 75m720 sp35 dvor720 ulitsa720 ulitsa2

Видео обзор sofirn Sp35 2021 содержит больше примеров того как светит этот фонарик

Общие впечатления 

В попавшей мне на обзор модели Sofirn остановились в одном шаге от того чтобы сделать очень хороший фонарь, просто исключительно интересный соотношением цены и функционала.    Предположу что изначальная задумка была в том чтобы сделать по-современному оснащенный карманный EDC фонарь для повседневных нужд. То есть фонарь с 21700 аккумулятором, гибким управлением, стабилизированной яркостью и быстрой Type-C зарядкой. Вот только нужды эти зачастую подразумевают работу в радиусе этак 10м.  Фактически — посветить себе под ноги или на полке.  И рассеянный свет тут определённо важнее большОй яркости.

В SP35 же (пока, по крайней мере) получается другое.   Установленный тут гладкий рефлектор позволяет говорить о по-настоящему комфортной работе лишь за пределами этой повседневной дистанции. Фонарь отлично проявит себя именно в пределах где-то 10-100 метров.  Т.е. фактически получается среднебойный фонарь.  Справедливости ради, глупо, разумеется, считать недостатком фонаря то, что он хорошо работает на одной дистанции и хуже на другой.  

И лично мне среднебойные фонари весьма нравятся тем, что они позволяют работать как вблизи (пусть и с меньшим удобством, но позволяют), так и на каком-то отдалении в силу запаса яркости.  Если вы гуляете с собакой,  или вам нужен фонарь чтобы посветить и под ноги, и по окрестным кустам — это как раз про среднебои.  В условиях городской застройки это может быть и избыточным, но на даче или где-то в частном секторе такой запас чтобы уверенно дотянуться через свой участок до конца соседнего будет в самый раз. 

Тут вопрос в том что мне определённо хотелось бы увидеть 5000К (UPD — появился, убедил-так Софирн! Ссылка в шапке обзора) и текстурированный рефлектор. И  я всячески убеждаю (по опыту других моделей Sofirrn шанс быть услышанным вполне реален) производителя в логичности этого шага. Это сделало бы и свет более приятным глазу, и расширило аудиторию до тех продвинутых пользователей, которые не против уйти в бюджетный сегмент. А ведь если еще дать выбор какой-то HiCRI версии…  Ведь в остальном-то тут полный порядок.  Смотрите сами.

Управление в Sofirn SP35 выше всяких похвал: со всеми закладками и блокировкой, с бесступенчатой и ступенчатыми регулировками яркости. 

Емкий 21700 аккумулятор позволяет достичь 7 (!) часов в самом ходовом режиме 400люмен.  С рассеивателем у вас будет настоящая люстра на всю ночь. 

Зарядка Type-C и быстрая, в 1.5А.  Емкий 4800mah аккумулятор полностью заряжается меньше чем за 3 часа!

Стабилизация. 

Максимальная яркость в 2000люм (ну, даже если пару сотен не доложили, тут мне не проверить, — это все равно много).

Цена! 30 баксов полной комплектации за все это  —  исключительно интересный ценник.  И если вас устраивает текущая цветовая температура,  а продолжительное турбо для вас преимущество — то я смело готов рекомендовать. 

Особняком сейчас стоит турбо. В случае экстренной нужды вы можете светить очень долго и очень ярко, тут ограничением будет лишь удобство хвата.  Зимой же на открытом воздухе в этом режиме фонарь вообще раскроется по-полной.  Главное, повторюсь — подходить к этой особенности здраво оценивая все ее  плюсы и минусы. Это сейчас разумеется, при появлении термостепдауна все придет к обычному виду.    

UPD Таки-появилась 5000К версия с полноценно работающей терморегуляцией (добавлю в обзор как приедет)!

Где купить и как сэкономить

 Купить Sofirn SP35 можно в официальном магазине на Aliexpress

ЯНДЕКС-МАРКЕТ СБЕРМЕГАМАРКЕТ

Сэкономить на покупке этого или любого другого товара можно с купонами и промокодами из скидочного канала в telegram,  смотрите смотрите ссылку на него ниже в блоке «об авторе».

Самодельный фонарик из светодиодной ленты и отработавшего аккумулятора шуруповерта

• Главная
>
• Электроника
⬎

Светодиодные ленты сейчас применяются повсеместно и порой попадают в руки отрезки таких лент, ленты со сгоревшими местами светодиодами. А целых, рабочих светодиодов полным-полно и жалко выбрасывать такое добро, хочется где-то их применить. Так же попадаются различные аккумуляторные элементы. В частности мы рассмотрим элементы «сдохшей» Ni-Cd (никель-кадмиевой) батареи. Из всего этого хлама можно соорудить добротный самодельный фонарь, с большой вероятностью лучше заводского.

Светодиодная лента, как проверить

Как правило, светодиодные ленты рассчитаны на напряжение 12 вольт и состоят из множества независимых сегментов, соединенных параллельно в ленту. Это означает, что если выходит из строя какой-то элемент, работоспособность теряет только соответствующий элемент, остальные сегменты светодиодной ленты продолжают работать.

Собственно, нужно лишь подать питающее напряжение 12 вольт на специальные точки-контакты, которые имеются на каждом кусочке ленты. При этом, напряжение поступит на все сегменты ленты и станет ясно, где неработающие участки.

Каждый сегмент состоит из 3-х светодиодов и токоограничивающего резистора, включенных последовательно. Если разделить 12 вольт на 3 (количество светодиодов), то получим 4 вольта на светодиод. Это напряжение питания одного светодиода — 4 вольта. Подчеркну, так как всю цепь ограничивает резистор, то диоду вполне хватит напряжения 3,5 вольта. Зная это напряжение, мы можем проверить непосредственно любой светодиод на ленте по отдельности. Сделать это можно, коснувшись выводов светодиода щупами, подключенными к блоку питания с напряжением 3,5 вольта.

Для этих целей можно использовать лабораторный, регулируемый блок питания или зарядное устройство мобильного телефона. Зарядное устройство не рекомендуется подключать напрямую к светодиоду, ибо его напряжение около 5 вольт и теоретически светодиод может сгореть от большого тока. Чтобы этого не произошло, подключать зарядное устройство нужно через резистор 100 Ом, так мы ограничим ток.

Я сделал себе такое простое устройство — зарядка от мобильного с крокодилами вместо штекера. Очень удобна для включения сотовых без батареи, подзарядки батарей вместо «лягушки» и прочего. Для проверки светодиодов тоже сойдет.

Для светодиода важна полярность напряжения, если перепутать плюс с минусом, диод не загорится. Это не проблема, на ленте обычно указанна полярность каждого светодиода, если нет, то нужно пробовать и так и так. От перепутанных плюсов или минусов диод не испортится.

Лампа из светодиодов

Для фонарика необходимо изготовить светоизлучающий узел, лампу. Собственно, нужно светодиоды с ленты демонтировать и сгруппировать на свой вкус и цвет, по количеству, яркости и питающему напряжению.

Для снятия с ленты я использовал концелярский нож, акуратно срезая светодиоды прямо с кусочками токопроводящих жил ленты. Пробовал выпаивать, но что-то у меня плохо это удавалось. Наковыряв штук 30-40, я остановился, для фонарика и прочих поделок более чем достаточно.

Соединять светодиоды следует по простому правилу: 4 вольта на 1 или несколько запараллеленных диодов. То есть, если сборка будет запитываться от источника не более 5 вольт, сколько бы не было светодиодов, их нужно спаивать параллельно. Если же планируется питать сборку от 12 вольт — нужно сруппировать 3 последовательных сегмента с равным количеством диодов в каждом. Вот например сборка, которую я спаял из 24 светодиодов, разделив их на 3 последовательные секции по 8 штук. Рассчитана она на 12 вольт.

Каждая из трех секций этого элемента рассчитана на напряжение около 4-х вольт. Секции соединены последовательно, поэтому вся сборка питается от 12 вольт.

Кто-то пишет, что светодиоды не следует включать в параллель без индивидуального ограничивающего резистора. Может это и правильно, но я не ориентируюсь на такие мелочи. Для продолжительного срока службы, на мой взгляд, важнее подобрать токоограничительный резистор для всего элемента и подбирать его следует не измеряя ток, а щупая работающие светодиоды на предмет нагрева. Но об этом позже.

Я решил делать фонарь, работающий от 3-х никель-кадмиевых элементов из отработавшей батареи шуруповерта. Напряжение каждого элемента 1.2 вольта, следовательно 3 элемента, соединенных последовательно, дают 3.6 вольт. На это напряжение и будем ориентироваться.

Подключив 3 аккумуляторных элемента к 8-ми параллельным диодам, я измерил ток — около 180 миллиампер. Было решено делать светоизлучающий элемент из 8 светодиодов, как раз он удачно поместится в отражатель от галогеновой, точечной лампы.

В качестве основания я взял кусочек фольгированного стеклотекстолита примерно 1смХ1см, на него поместится 8 светодиодов в два ряда. В фольге прорезал 2 разделяющих полосы — средний контакт будет «-«, два крайних будут «+».

Для пайки таких мелких деталей моего 15-ваттного паяльника многовато, точнее слишком большое жало. Можно сделать жало для пайки SMD-компонентов из куска электромонтажного провода 2.5мм. Чтобы новое жало держалось в большом отверстии нагревателя, можно согнуть проволоку пополам или добавить дополнительные кусочки проволоки в большое отверстие.

Основание залуживается припоем с канифолью и светодиоды впаиваются с соблюдением полярности. К средней полосе припаиваются катоды («-«), а к крайним аноды («+»). Припаиваются соединительные провода, крайние полосы соединяются перемычкой.

Нужно проверить спаянную конструкцию, подключив ее к источнику 3.5-4 вольта или через резистор к зарядному устройству телефона. Не забываем про полярность включения. Остается придумать отражатель фонаря, я взял отражатель от галогеновой лампы. Светоэлемент нужно надежно зафиксировать в отражателе, например клеем.

К сожалению, фото не может передать яркости свечения собранной конструкции, от себя скажу: слепит весьма не плохо!

Аккумулятор

Для питания фонаря я решил использовать аккумуляторные элементы из «сдохшей» батареи шуруповерта. Достал из корпуса все 10 элементов. Шуруповерт работал от этой батареи 5-10 минут и садился, по моей версии, для работы фонаря вполне могут подойти элементы этой батареи. Ведь для фонаря нужны токи, гораздо меньшие, чем для шуруповерта.

Я сразу отцепил три элемента от общей связки, они как раз будут давать напряжение 3.6 вольт.

Я замерил напряжение на каждом элементе по отдельности — на всех было около 1,1 В, только одна показывала 0. Видимо это неисправная банка, ее в мусорку. Остальные еще послужат. Для моей светодиодной сборки будет достаточно трех банок.

Проштудировав интернет, я вывел для себя важную информацию о никель-кадмиевых аккумуляторах: номинальное напряжение каждого элемента 1.2 вольт, заряжать банку следует до напряжения 1.4 вольт (напряжение на банке без нагрузки), разряжать следует не ниже 0.9 вольт — если составленно несколько элементов последовательно, то не ниже 1 вольта на элемент. Заряжать можно током десятой доли емкости (в моем случае 1.2А/ч=0.12А), но по факту можно и большим (шуруповерт заряжается не более часа, значит токи зарядки не менее 1.2А). Для тренировки/востановления полезно разрядить аккумулятор до 1 В какой-либо нагрузкой и зарядить заново, так несколько раз. Заодно оценить примерное время работы фонаря.

Итак, для трех элементов, соединенных последовательно, параметры таковы: напряжение зарядки 1.4X3=4.2 вольта, номинальное напряжение 1.2X3=3.6 вольт, ток заряда — какой даст зарядное мобильного со стабилизатором моего изготовления.

Единственный не ясный момент: как мерять минимальное напряжение на разряженных аккумуляторах. До подключения моего светильника на трех элементах было напряжение 3.5 вольт, при подключении — 2.8 вольт, напряжение быстро восстанавливается при отключении опять до 3. 5 вольт. Я решил так: на нагрузке напряжение не должно падать ниже 2.7 вольт (0.9 В на элемент), без нагрузки желательно чтобы было 3 вольта (1 В на элемент). Однако, разряжать придется долго, чем дольше разряжаешь, тем стабильнее напряжение, перестает быстро падать на зажженых светодиодах!

Свои и без того разряженные аккумуляторы я разряжал несколько часов, иногда отключая лампу на несколько минут. В итоге получилось 2.71 В с подключенной лампой и 3.45 В без нагрузки, разряжать дальше не рискнул. Замечу, светодиоды продолжали светить, хоть и тускловато.

Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов

Теперь следует соорудить зарядное устройство для фонарика. Основное требование — напряжение на выходе не должно превышать 4.2 В.

Если планируется питать зарядное от какого-либо источника более 6 вольт — актуальна простая схема на КР142ЕН12А, это очень распространенная микросхема для регулируемого, стабилизированного питания. Зарубежный аналог LM317. Вот схема зарядного устройства на этой микросхеме:

Но эта схема не вписывалась в мою задумку — универсальность и максимальное удобство для зарядки. Ведь для этого устройства понадобится делать трансформатор с выпрямителем или использовать готовый блок питания. Я решил сделать возможность заряда аккумуляторов от зарядного устройства мобильника и USB порта компьютера. Для реализации потребуется схемка посложнее:

Полевой транзистор для этой схемы можно взять с неисправной материнской платы и другой компьютерной периферии, я срезал его со старой видеокарты. Таких транзисторов полно на материнке возле процессора и не только. Чтобы быть уверенным в своем выборе, нужно вбить номер транзистора в поиск и убедиться по даташитам, что это полевой с N-каналом.

В качестве стабилитрона я взял микросхему TL431, она встречается практически в каждом заряднике от мобилы или в других импульсных блоках питания. Выводы этой микросхемы нужно соединить как на рисунке:

Я собрал схему на кусочке текстолита, для подключения предусмотрел сразу гнездо USB. В дополнение к схеме впаял один светодиод возле гнезда, для индикации зарядки (что на USB-порт поступает напряжение).

Немного пояснений к схеме Так как зарядная схема будет все время присоединена к батарее, диод VD2 необходим, чтобы батарея не разряжалась через элементы стабилизатора. Подбором R4 нужно добиться на указанной контрольной точке напряжения 4.4 В, мерять нужно при отцепленной батарее, 0.2 вольта — это запас на просадку. Да и вообще, 4.4 В не выходит за пределы рекомендуемого напряжения для трех аккумуляторных банок.

Схему зарядного можно существенно упростить, однако заряжать придется только от источника 5 В (USB-порт компьютера удовлетворяет этому требовванию), если зарядное телефона выдает большее напряжение — использовать его нельзя. По упрощенной схеме, теоретически, аккумуляторы могут перезаряжаться, на практике же так заряжают аккумуляторы во многих заводских изделиях.

Ограничение тока светодиодов

Чтобы исключить перегрев светодиодов, а заодно уменьшить потребляемый ток от батареи, нужно подобрать токоограничительный резистор. Я подбирал его без каких-либо приборов, на ощупь оценивая нагрев и на глаз контролировал яркость свечения. Подбор нужно производить на заряженной батарее, следует найти оптимальное значение между нагревом и яркостью. У меня получился резистор 5.1 Ом.

Время работы

Я производил несколько зарядок-разрядок и получил следующие результаты: время зарядки — 7-8 часов, при непрерывно включенной лампе аккумулятор разряжается до 2.7 В примерно за 5 часов. Однако, при выключении на несколько минут, батарея немного восстанавливает заряд и может проработать еще полчаса, и так несколько раз. Это означает, что фонарик достаточно долго проработает, если светить не все время, а на практике так и выходит. Даже если пользоваться практически не выключая, на пару ночей должно хватить.

Конечно, ожидалось более продолжительное время работы без перерыва, но не стоит забывать, что аккумуляторы были взяты из «сдохшей» батареи шуруповерта.

Корпус для фонаря

Получившееся устройство нужно куда-то поместить, сделать какой-то удобный корпус.

Хотел расположить аккумуляторы со светодиодным фонарем в полипропиленовой водопроводной трубе, но банки не лезли даже в 32 мм трубу, ведь внутренний диаметр трубы намного меньше. В итоге остановился на соединительных муфтах для полипропилена 32 мм. Взял 4 соединительных муфты и 1 заглушку, склеил их вместе клеем.

Склеив все в одну конструкцию, получился весьма массивный фонарь, диаметром около 4 см. Если использовать какую-либо другую трубу, то можно существенно уменьшить размеры фонаря.

Обмотав все это дело изолентой для лучшего вида, мы получили вот такой фонарь:

Послесловие

В заключение хочется сказать несколько слов о получившемся обзоре. Не каждый USB порт компьютера может заряжать этот фонарь, все зависит от его нагрузочной способности, 0.5 А должно вполне хватить. Для сравнения: сотовые телефоны при подключении к некоторым компьютерам могут показывать зарядку, однако на самом деле никакой зарядки нет. Другими словами, если компьютер заряжает телефон, то и фонарь тоже будет заряжаться.

Схему на полевом транзисторе можно использовать для заряда от USB 1-го или 2-х аккумуляторных элементов, нужно лишь подстроить напряжение соответственно.

Смотрите также другие статьи

Как собрать схему для фонарика своими руками

Появление технологий принесло много улучшений в индустрию фонариков, и светодиоды заняли первое место. Итак, у нас есть фонари с непревзойденной долговечностью, которые вы можете собрать, не выходя из дома, в зависимости от схемы фонарика.

Конечно, да — схема фонарика является важным аспектом, который следует учитывать при сборке фонарика.

Хорошая новость:

Фонарик представляет собой простую последовательную схему, и его механизм не так сложен, как кажется.

Итак, мы создали эту статью, чтобы показать вам, как собрать схему фонарика своими руками.

Начнем.

Как работают фонарики?

Старый ручной электрический фонарь с металлическим корпусом

Когда вы включаете фонарик, он соприкасается с инструментами для зачистки проводов с обеих сторон выключателя и создает электрическое соединение. Затем электричество начинает течь от батарей.

По сути, лучше всего, если вы соедините аккумуляторы так, чтобы поток электронов протекал между отрицательным и положительным выводами аккумуляторов (источник питания).

Плюс идеально подходит для размещения батарей на небольшой пружинке, соединенной с тонкой проволокой (обычно медной или свинцовой). Таким образом, когда тонкий провод соприкасается с одной частью переключателя, он может активировать электрическое соединение при работе фонарика.

Также с другой стороны полосы есть еще один провод, соединяющий лампу с выключателем.

Еще один провод соединяет лампу с положительным электродом батареи и замыкает цепь.

Кроме того, включение источника света (лампы накаливания или светодиода) с помощью электричества позволяет ему излучать свет, исходящий от отражателя, окружающего лампу. Отраженные световые лучи затем создают устойчивый луч света, который вы видите, когда используете фонарик.

Vintage Portable с лампой накаливания

Когда вы выключаете фонарь, провода физически разъединяются, прерывая поток электронов. И этот процесс не позволяет фонарику излучать свет.

Итак, все указанные детали должны быть на месте и должным образом соединяться в корпусе фонаря. В противном случае у вас будет разомкнутая цепь, и ваш портативный фонарик не будет генерировать электричество или свет.

Схема фонарика

Схема фонарика

Источник: Wikimedia Commons

Обычно для правильной работы фонарика (светодиода) требуется питание 3,5 вольта без использования токоограничивающих резисторов.

Однако на этой схеме на транзисторы (T1) подается напряжение 3,7 В, когда вы включаете фонарик с помощью переключателя (S1).

Здесь транзисторы имеют прямую связь с переключателем. Таким образом, он питает светодиод, поскольку его провода подключаются к отрицательным катодам светодиода.

Кроме того, на этой печатной плате используется перезаряжаемая батарея. Кроме того, диод в секции зарядки защищает аккумулятор и обеспечивает его зарядку. Кроме того, L1 указывает на то, что фонарь подключен к сети и заряжается.

Электрическая схема — это простая идея проекта, поэтому ее легко создать. Кроме того, вы можете питать его от перезаряжаемой мобильной батареи на 3,7 вольта.

Фонарик также использует три светодиода, которые обеспечивают достаточное освещение в темных местах. Кроме того, вы можете использовать гнездовой USB-порт в качестве слота для подзарядки. Однако не забудьте сначала удалить диод, если вы хотите использовать зарядное устройство для мобильного телефона для зарядки сборки схемы.

Как сделать схему светодиодного фонарика

Итак, чтобы сделать простую схему светодиодного фонарика, вам понадобятся следующие материалы:

• Лампы и батарейки (4 светодиода и 3 батарейки АА)
• Резистор 27 Ом
• Protoboard

Solderless Protoboard 

• Switch
• Circuit Components

Electronic circuit board

• 1k resistor (R1)

Resistor

• LED indicator (any color)

Assembly of LED indicator

• 1N4007 (D1)
• 2N5551 transistor (T1)

Transistor

• On/off switch (S1)
• Аккумулятор мобильного телефона 3,7 В
• Резистор 560 Ом (R2)

Куча коричневых резисторов 560 Ом

• Три белых светодиода для зарядки (L2) Совместимый слот
• 2
0072
• Провод

Изолированный провод

• Паяльный железо

Soldering Iron

Шаги.

1: Сначала подключите светодиоды и резисторы к макетной плате. Короче говоря, каждый светодиод должен иметь анод (длинная ножка) и катод (короткая ножка).

Шаг 2: Затем согните вместе все длинные и короткие ноги. Кроме того, вы можете связать ноги вместе или связать ноги вместе.

Шаг 3: Убедитесь, что ножки касаются друг друга. Также согните резистор и расположите его параллельно светодиодам. Затем переверните плату и согните одну ножку резистора, чтобы коснуться ближайшей группы проводов, и согните вторую ножку в другом направлении.

Шаг 4:   С помощью паяльника надежно соедините светодиоды.

Шаг 5: Проверьте светодиоды и подтвердите правильность пайки. Затем используйте батарейный блок и подключите провода к отрицательной стороне светодиодов и свободному концу резистора.

Шаг 6: С помощью паяльника прикрепите два 6-сантиметровых провода к припаянным ножкам светодиода и свободному концу резистора.

Шаг 7: Подсоедините конец провода, подключенного к отрицательным ножкам светодиода, к контактам переключателя, а положительный провод к клеммам аккумулятора (положительный конец). Кроме того, подключите отрицательный конец аккумуляторной батареи к другому контакту переключателя.

Шаг 8: Наконец, проверьте свою схему и припаяйте все соединения, если она работает.

Часто задаваемые вопросы

Какая схема используется в фонарике?

Фонари используют простую последовательную цепь, которая позволяет электричеству проходить по одному проводнику к двум или более нагрузкам.

Зачем фонарику две батарейки?

Большинство фонариков накаливания с лампочкой и без электроники могут работать от одной батарейки. С другой стороны, для правильной работы светодиодам требуется двойной аккумулятор или больше.

Аккумуляторы для фонарей подключены последовательно или параллельно?

Батарейки в фонарике включены последовательно.

Является ли фонарик замкнутой цепью?

Да, фонарь замкнутый. Кроме того, ваш фонарик не будет работать, если в нем есть обрыв цепи.

Заключительные слова

Теперь вы знаете, как собрать схему фонарика своими руками, благодаря инструкциям, приведенным в этой статье.

Следующее, что нужно сделать, это получить все необходимые материалы и инструменты, необходимые для создания этого проекта.

Также обязательно извлекайте батарейки при пайке последнего прямого соединения, а если делаете перезаряжаемый фонарик, не включайте его во время зарядки.

Итак, это все, что вам нужно знать о фонарике и о том, как сделать схему фонарика.

Если вам нужна дополнительная информация, свяжитесь с нами.

Осветите свой путь: дизайн-сборка серийного фонарика — задание

(1 оценка)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 4 (3-5)

Необходимое время: 1 час

Расходные материалы Стоимость/группа: 6,00 долл. США

Размер группы: 4

Зависимость от деятельности: Нет

Связанное задание по неформальному обучению: Осветите свой путь: схематический фонарик «Разработай-собери»

предметных областей: Физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:

3-5-ETS1-1

---

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Во время отключения электричества или когда мы выходим на улицу ночью, мы хватаем фонарик, чтобы найти дорогу. Что происходит внутри фонарика, из-за чего лампочка загорается? Зачем нужен выключатель, чтобы включить фонарик? Вы когда-нибудь замечали, что для работы фонарика необходимо определенным образом сориентировать батарейки, вставляя их в корпус? Многие не знают, что фонарик представляет собой простую последовательную схему. В этом практическом занятии учащиеся понимают явление электричества, когда строят этот повседневный предмет домашнего обихода. Они используют научную и инженерную практику определения простой проблемы проектирования и основную дисциплинарную идею разработки решений для разработки собственных фонарей с серийной схемой. Изучая электричество и то, как работают фонарики, учащиеся знакомятся с сквозной концепцией развивающихся технологий.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Когда инженеры проектируют электрооборудование, они разрабатывают оптимальную схему для конкретной ситуации, будь то установка солнечных батарей, проектирование электромобилей, поведение светофоров, включение/выключение фена, указатели поворота на транспортном средстве. или даже простой фонарик. Они выбирают между созданием параллельной или последовательной цепи или часто создают сложную систему схем, состоящую из обоих типов.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

• Разработайте и соберите работающий портативный фонарик.
• Определение, распознавание и сборка последовательных цепей.
• Объясните путь прохождения электрического заряда через их цепь.
• Опишите технологический процесс создания фонарика.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука

Ожидаемая производительность NGSS
3-5-ЭТС1-1. Определите простую задачу проектирования, отражающую потребность или желание, которая включает определенные критерии успеха и ограничения по материалам, времени или стоимости. (3-5 классы) Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика	Ключевые дисциплинарные идеи	Концепции поперечного сечения
Определите простую задачу проектирования, которую можно решить путем разработки объекта, инструмента, процесса или системы и которая включает несколько критериев успеха и ограничений по материалам, времени или стоимости. Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!	Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничения). Успех спроектированного решения определяется учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения решений можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует заданным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!	Потребности и желания людей со временем меняются, как и их потребности в новых и улучшенных технологиях. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология

• Системы обработки превращают природные материалы в продукты. (Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Инструменты, машины, продукты и системы используют энергию для выполнения работы. (Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписывайся

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

Каждой группе нужно:

• 2 батарейки D-cell (если каждый учащийся принесет 2 батарейки D-элемента, то он сможет взять с собой самодельные фонарики домой. Если вы это сделаете, убедитесь, что у вас достаточно других расходных материалов, чтобы сделать по одному фонарику на учащегося , не на группу.)
• 5 отрезков изолированного медного провода (разной длины) (продаются в хозяйственных магазинах)
• 1 Лампа #40 (доступна в хозяйственных магазинах)
• 1 держатель лампы (можно приобрести в хозяйственных магазинах)
• 1 картонное бумажное полотенце или трубка из оберточной бумаги
• Рабочие листы «Освети свой путь», по одному на каждого учащегося

Для всего класса:

• Светоотражающие материалы, такие как алюминиевая фольга, маленькие формочки для пирогов, формочки для маффинов из фольги и т. д.
• кнопки
• резинки
• малярная лента
• Инструмент для зачистки проводов или наждачная бумага средней зернистости (для снятия изоляции с концов проводов)
• кусачки
• ножницы

Дополнительные материалы для этого дизайнерского проекта:

• тонкие плоские планки из дерева или пластика
переключатель
• (продается в магазинах электроники) или различные материалы для изготовления переключателей: скрепки, алюминиевая фольга, гвозди, монеты, изолированный провод (возможно, разного сечения), ключи и т. д.
• кнопки для пальцев

Примечание. Многие материалы, необходимые для этой лаборатории, можно повторно использовать во многих других работах с электричеством. Когда батареи изнашиваются, утилизируйте их на месте утилизации опасных отходов.

Рабочие листы и вложения

Рабочий лист «Освети свой путь» (pdf)

Осветите свой путь, рабочий лист с ответами (pdf)

Рабочий лист схемы фонарика (pdf)

Ответы на рабочий лист схемы фонарика (pdf)

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_electricity_lesson05_activity2], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Высший элементарный урок

Цепи: один путь для электричества

Учащиеся узнают, что движение заряда по цепи зависит от сопротивления и расположения компонентов цепи. В одном связанном практическом упражнении учащиеся строят и исследуют характеристики последовательных цепей. В другом упражнении учащиеся проектируют и строят фонарики.

Цепи: один путь к электричеству

Высшая элементарная деятельность

Лампы и батареи в ряд

Во время этого занятия учащиеся строят простую последовательную цепь и обнаруживают свойства, связанные с последовательными цепями.

Лампы и батареи подряд

Высший элементарный урок

Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества

Студенты изучают состав и практическое применение параллельных схем по сравнению с последовательными схемами. Учащиеся проектируют и строят параллельные цепи, исследуют их характеристики и применяют закон Ома.

Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества

Высший элементарный урок

Электроны в движении

Учащиеся узнают о текущем электричестве и необходимых условиях для существования электрического тока. Учащиеся строят простую электрическую цепь и гальванический элемент, чтобы понять, что такое напряжение, сила тока и сопротивление.

Электроны в движении

Введение/Мотивация

Вы когда-нибудь слышали звонок или зуммер звенящей сигнализации здания? (Некоторые ответят «да».) Давайте проведем мозговой штурм: как, по вашему мнению, здание знает, как включить сигнализацию, когда злоумышленник пытается открыть дверь или окно? (Дайте учащимся время подумать над некоторыми идеями. Возможные ответы: Здание действительно умное, или цепь сигнализации разорвана, из-за чего звучит звонок.) Инженеры-электрики проектируют проводку системы сигнализации так, чтобы она представляла собой «последовательную» цепь. . Двери и окна здания действуют как выключатель цепи сигнализации. Цепь сигнализации представляет собой замкнутую цепь, когда сигнализация включена, а окна и двери закрыты. Однако, когда кто-то пытается открыть дверь или окно (не выключив предварительно сигнализацию), цепь сигнализации становится «разомкнутой», и здание, по сути, приказывает включить сигнализацию… динь, динь, динь !

Системы сигнализации — не единственные устройства с последовательным соединением. Батареи также могут быть соединены последовательно, что обеспечивает большее напряжение на устройстве. Например, если мы соединим три батарейки АА «последовательно», это обеспечит большее напряжение, чем одна батарейка АА. Когда инженеры проектируют фонарик, они определяют, должны ли батареи быть соединены «последовательно» или «параллельно».

В ходе сегодняшнего занятия мы, как и инженеры, спроектируем собственные фонарики и определим, будут ли батарейки в нашем фонарике соединяться «последовательно» или «параллельно».

Процедура

Фон — Фонарики

Первый фонарик был изобретен в 1896 году и стал возможен благодаря изобретению в том же году батареи D-cell. До 1896 года единственная батарея, которую можно было использовать для переносного освещения, была слишком тяжелой, чтобы ее можно было использовать. Эти новые устройства были названы «вспышками», потому что они давали короткую вспышку света, когда пользователь нажимал на переключатель, в отличие от постоянного светового луча, создаваемого сегодняшними фонариками.

Со временем детали фонаря практически не изменились (см. рис. 1). Батареи подключены к лампочке в базовой последовательной цепи, содержащей переключатель. Металлический отражатель, расположенный за колбой, увеличивает светоотдачу. Защитная крышка объектива закрывает колбу и отражатель. Корпус, часто трубчатый по форме, содержит батареи, лампочку, пружину, провода и отражатель и соединяется с крышкой объектива. Переключатель удерживается на месте снаружи корпуса. Фонарик, который учащиеся собирают в этом упражнении, имеет все эти части, кроме крышки объектива и пружины.

Рис. 1. Поперечное сечение фонарика с указанием составных частей.

Copyright

Copyright © 2003 Джо Фридрихсен, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

Перед занятием

• Если применимо, соберите оставшиеся куски изолированного провода (различной длины) от предыдущих работ с электричеством.
• Соберите все материалы.
• Примечание. Если вы используете готовые переключатели, вам не нужно собирать какие-либо материалы для переключателей.

Рис. 2. Базовая схема сборки фонарика.

Авторское право

Авторское право © http://www. saltspring.com/brochmann/math_you_need/math_you_need.html

Со студентами

1. Свободный вариант: учащиеся объединяются в команды по четыре человека. Сообщите им, что цель этого задания состоит в том, чтобы команды спроектировали и построили работающий фонарик, используя только предоставленные материалы. Фонарик должен включаться и выключаться с помощью выключателя. Кроме того, вся проводка и батареи должны находиться внутри трубок для бумажных полотенец. Все члены команды должны участвовать как на этапах проектирования, так и на этапах строительства.
2. Обсудите с учениками качества хорошего фонарика. (Возможные характеристики: переключатель включения/выключения, надежный переключатель, простой в использовании переключатель, удобный для переноски, небольшой размер, яркий луч света, долгий срок службы, не ломается.) Раздайте рабочий лист «Осветите свой путь» и предложить учащимся заполнить соответствующий вопрос на рабочем листе.
3. Попросите учеников всем классом нарисовать фонарик на доске. Отдельные учащиеся должны внести одну часть в рисунок. (Детали включают в себя: корпус, пружину, лампу, переключатель, защитное стекло/пластик, отражатель, батарейки.) Попросите других учащихся описать функцию каждой нарисованной части фонарика. (Функции см. в разделе «Ответы на рабочий лист «Освети свой путь».) Пусть каждый учащийся ответит на соответствующий вопрос в рабочем листе.
4. Покажите учащимся материалы, из которых можно собрать фонарик. Пусть команды проведут мозговой штурм по дизайну своего фонарика, определяя, какие материалы они будут использовать для каждой детали. Чтобы помочь процессу мозгового штурма, покажите учащимся принципиальную схему типичного фонарика (рис. 2) в виде распечатки или нарисуйте ее на доске. Предложите учащимся зафиксировать свой план материалов на рабочем листе (вопрос № 3).
5. Предложите учащимся нарисовать принципиальную схему своего фонарика на листе.
6. Предложите учащимся написать шаги, которые они собираются предпринять, чтобы собрать фонарик. После того, как вы просмотрели (и одобрили) проект команды, попросите учащихся собрать свои материалы.
7. Дайте каждой команде время на создание фонарика.
8. Проверьте фонарик каждой команды. Чтобы считаться надежным, он должен загореться три раза подряд. Если у команды не работает фонарик, пусть они сравнит электрическую схему фонарика (рис. 2) со схемой фонарика своей команды. На рабочем листе попросите учащихся записать любые изменения конструкции или усовершенствования изготовления, которые им необходимо внести. Если позволяет время, попросите их внести свои изменения, чтобы фонарик заработал.

Рис. 3. Пример конструкции фонарика.

Copyright

Copyright © 2003 Джо Фридрихсен, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

Оценка

Предварительная оценка

Мозговой штурм: Предложите учащимся провести открытое обсуждение, чтобы перечислить на доске качества хорошего фонарика. Напомните учащимся, что никакая идея или предложение не является «глупой». Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Поощряйте дикие идеи и препятствуйте критике идей.

Рисунок: Попросите учащихся всем классом нарисовать фонарик на доске. Отдельные учащиеся должны внести одну часть в рисунок. (Детали включают в себя: корпус, пружину, лампу, переключатель, защитное стекло/пластик, отражатель, батарейки.) Попросите других учащихся описать функцию каждой нарисованной части фонарика. (Функции см. в «Ответах на рабочем листе «Освети свой путь».) Пусть каждый учащийся ответит на соответствующий вопрос в рабочем листе «Освети свой путь».

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Предложите учащимся заполнить рабочий лист «Освети свой путь»; просмотрите их ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Рисунок: Предложите учащимся нарисовать принципиальную схему своего фонарика на рабочем листе «Освети свой путь».

Мозговой штурм: Пусть учащиеся в своих командах примут участие в открытой дискуссии, чтобы определить конструкцию своего фонарика. Они должны решить, какие материалы они будут использовать для каждой части. Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Поощряйте дикие идеи и препятствуйте критике идей. Пусть каждый учащийся ответит на соответствующий вопрос в рабочем листе «Освети свой путь».

Процедура Практика: С помощью рабочего листа «Освети свой путь» попросите учащихся перечислить шаги, которые они предпримут, чтобы спроектировать и собрать свой фонарик.

Практика повторного проектирования: Предложите учащимся перечислить любые изменения конструкции или изготовления, которые они хотели бы внести в свой фонарик, в рабочем листе «Освети свой путь».

Оценка после активности

Рисунок: С помощью рабочего листа «Освети свой путь» попросите учащихся выполнить последний пункт в рабочем листе, нарисовав фонарик своей команды и подписав все части.

Математика и схемы:  Предложите учащимся заполнить рабочий лист «Схема дробей», чтобы узнать о принципиальных схемах и попрактиковаться в сложении дробей!

Презентация! Предложите учащимся изобразить из себя продавцов, которые пытаются продать свой фонарик производителю или потребителю. Попросите студенческие команды создать убедительный плакат или листовку, а также 10-минутную рекламную презентацию своего дизайна фонарика для презентации на следующем занятии. Попросите их включить в свои коммерческие предложения серийную принципиальную схему, детали и особенности фонарика, а также то, как он работает.

Вопросы безопасности

• Предупредите учащихся, чтобы они не играли с изолированным проводом; они могут ткнуть или порезать себя или других.
• Предупредите учащихся, чтобы они не держали изолированный провод D-элементной батареи пальцами в течение длительного времени. Зачищенные концы провода нагреваются, когда их держат на клеммах аккумулятора.

Советы по устранению неполадок

Разрежьте небольшие картонные трубки посередине, чтобы в них можно было разместить батарейки типа D.

Для фиксации лампочки можно использовать скрепку.

Ученики должны убедиться, что все их соединения надежны, чтобы при перемещении фонарика соединения не ослабли.

В идеале, все провода, используемые в фонарике, должны находиться внутри трубки от бумажных полотенец — провода не должны торчать. Если у учащихся возникают проблемы с переключением внутри трубки, попросите их установить переключатель снаружи, как показано на рис. 3.

Расширения деятельности

Портативные фонарики могут питаться не от батарей. Предложите учащимся провести интернет-исследование фонариков на солнечных батареях, «встряхнуть» фонарики и «завести» фонарики. Попросите учащихся обсудить экологические и экономические последствия использования таких фонариков.

Масштабирование активности

• Для младших классов предоставьте готовые образцы фонарика и рисунок электрической цепи (в виде распечатки или на доске) для изучения учащимися. Это помогает им в процессе мозгового штурма, когда они определяют, какие материалы использовать для изготовления фонарика. Вместе с классом заполните принципиальную схему из рабочего листа «Осветите свой путь».
• Старшеклассникам может не понадобиться предоставлять чертеж электрической схемы фонарика, чтобы ученики могли изучить его в процессе мозгового штурма, когда они определяют, какие материалы использовать для изготовления фонарика своей команды.

использованная литература

Упражнение адаптировано из: Make a Flashlight , Rough Science, PBS. По состоянию на 29 апреля 2004 г. http://www.pbs.org/weta/roughscience/discover/powerplant.html#flashlight

Авторские права

© 2004 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Сочитл Замора Томпсон; Сэйбер Дюрен; Джо Фридрихсен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 28 мая 2021 г.

Off Road Led Light Bars Руководство по установке — Nilight Led Light

Многие владельцы внедорожников любят путешествовать, особенно по менее населенным районам. справиться с резкими изменениями климата. Некоторым владельцам внедорожников нравится стильный стиль фонарей на крыше. Даже если они редко сходят с ума, когда они едут в пригород с друзьями на выходные и устраивают вечеринку, включите в это время светодиодный свет на крыше, и он осветит всю площадь, что позволит им и их друзьям насладиться карнавал. Это также стандартное оборудование.

Установка световой панели может быть проблемой для некоторых людей. Некоторые люди могут отказаться от идеи установки световой панели из-за сложных этапов установки. Послушайте меня, вот простое руководство по установке световой панели автомобиля, которое может упростить установку вашей собственной световой панели. Самостоятельная установка не только позволяет сэкономить на найме людей для установки, но и является очень интересным процессом. После установки световой панели мы можем наслаждаться ночью, освещенной световой панелью, во время путешествия. Теперь давайте сделаем это вместе!

Подготовка к установке световой панели

1. Осмотр при распаковке

Когда вы заказываете светодиодную панель в компании Nilight, она поставляется с соответствующим набором болтов и гаек, которые помогут закрепить ее на любом транспортном средстве. выбирать. Эти внешние фитинги очень важны, они могут поставляться или не поставляться с некоторыми внешними фитингами, они могут поставляться или не поставляться со жгутом проводов. Таким образом, вам нужно будет проверить каждый отдельный свет для этих частей. Вы можете заказать комбинированный комплект световой полосы и провода, потому что он более доступен по цене, а провод специально изготовлен для световой полосы. Если вы купите комбо-набор, то в него войдут эти вещи, кронштейны крепления, специальные жгуты, светодиодная световая панель, гарантийный талон, дисконтная карта на следующие покупки или дополнительные подарки.

2. Убедитесь, что ваш автомобиль готов.

Перед установкой выключите двигатель и питание. Сначала снимите клемму заземления, а затем снимите плюсовую клемму. Если вы только что проехали на автомобиле, необходимо дождаться, пока автомобиль остынет. Убедитесь, что это делается в безопасной среде.

3. Выберите положение установки световой полосы

В соответствии с их любимым стилем выберите подходящие светодиодные рабочие фары и световую полосу. Световая полоса в основном устанавливается в верхней части автомобиля, некоторые светодиодные полосы меньшего размера, вы можете установить автомобиль на решетке воздухозаборника. Передняя и центральная части автомобиля или расположение бампера облегчают установку световой полосы. .

Если вы хотите установить светодиодные рабочие фары меньшего размера, их обычно устанавливают парами либо на переднем кронштейне безопасности автомобиля, либо перед зеркалом заднего вида. Обычно устанавливаются на крышу в 3-4 ряда, при наличии багажника можно установить и на багажник.

Давайте перейдем к делу. Выбор места установки световой полосы является очень важным вопросом, на этот раз вам необходимо точно измерить место установки световой полосы, чтобы убедиться, что у них нет проблемы с зазором, если вы хотите установить световую планку на крышу, то вам лучше знать высоту вашего автомобиля, потому что во многих местах теперь гараж, предел высоты столба составляет 2,2 метра или даже 2 метра, а сам внедорожник очень высокий, соединенный со многими людьми и осуществляется подъем и модификация больших шин, поэтому в положении световой панели на крыше легко быть высоким. Это доставит много хлопот при повседневном использовании. Многие люди даже не могут попасть на свои подземные парковочные места, что смущает.

4. Tools Needed

Electrical Tape

Socket Sets

Drill and Drill bits

Measuring instrument

A pen to mark the location of a hole

Light установка стержня

Шаг 1: Сверление отверстия

Шаг 2: Монтажные кронштейны

Шаг 3: Монтаж жгута проводов

Шаг 4: Установка коммутатора

Шаг 5: Подключите провода к стержне и тесту

Шаг 6: Дважды проверьте свою работу

Шаг 7: теплый подсказка

1.Druckilling A Hool

1.Druckling A HOL лучше надеть защитные очки при сверлении отверстий. Поместите кусок скотча на выбранное место и отметьте отверстия маркером на ленте. Мы будем использовать биты правильного размера для этого отверстия, такие как сверло на четверть дюйма. Причина, по которой мы используем ленту, заключается в том, что когда мы сверлим отверстия, мы получаем пластиковые или металлические сверла, которые могут поцарапать краску или, возможно, бампер. Это позволяет нам сверлить, не царапая краску и не попадая в отверстие. После сверления отверстий необходимо проверить соответствие световой балки и кронштейна в сборе.

Совет: лучше не сверлить крышу. Если вы не хотите использовать багажник на крыше, но хотите использовать винты, убедитесь, что крыша зарезервирована для установки интерфейса багажника на крыше. Если принудительно просверлить и установить, произойдет утечка воды, ржавчина и т. д., что повлияет на использование автомобиля в будущем.

2. Монтажные кронштейны

Если вам не нужно сверлить отверстие для установки световой панели, вы можете пропустить этот шаг и сразу установить кронштейн, чтобы зафиксировать световую панель в нужном положении. У разных марок установка брекетов может немного отличаться, но разница не слишком велика. Этот шаг должен следовать шагам в руководстве по эксплуатации. Как правило, сборку можно выполнить в соответствии со следующими шагами. Установите кронштейн с помощью болтов и гаек, используйте плоскую шайбу под головкой болта, используйте плоскую шайбу под гайкой и используйте ближайшую к гайке стопорную шайбу. Большинство комплектов кронштейнов поставляются с застежками и специальными шайбами. Будьте осторожны, чтобы не затянуть полностью какие-либо крепления, чтобы отрегулировать их позже.

Существует два способа крепления кронштейна: один — боковой монтаж, а винты крепятся непосредственно сбоку. Преимущество такого способа установки в том, что удобно регулировать угол наклона световой полосы. Другой — база. На задней панели световой панели есть ползунок с резьбовым отверстием. Винт проходит через основание и устанавливается в пространство. Преимущество этого метода монтажа заключается в том, что световая панель может перемещаться влево и вправо и регулировать положение вверх и вниз.

3. Расположение жгута проводной жгута

3.1 Положение . функции этих частей. После понимания этого, это будет большим подспорьем для нашего подключения жгута проводов. Обычно в жгуте есть реле, переключатель, красный провод питания и черный провод заземления (с кольцевой клеммой), пара соединительных проводов (отрицательный и положительный).

3.2 Прокладка кабеля

Первый шаг – пропустить жгут проводов через брандмауэр и оставить часть сегмента переключателя в автомобиле. Пропустив его, протяните его через резиновое кабельное кольцо и установите где-нибудь рядом с аккумулятором, чтобы к аккумулятору можно было подключить кабели питания и заземления. Затем вы можете установить предохранительное реле, подключить предохранитель в любом месте, подключить красный положительный кабель непосредственно к аккумулятору или 12-вольтовой цепи, затем установить отрицательный кабель и прикрепить его к массе кузова или аккумулятору.

При сборке не натягивайте жгут проводов слишком туго (особенно при поперечном расположении жгута проводов), во избежание смещения точек крепления жгута проводов при тряске автомобиля, что может привести к мгновенное увеличение расстояния между двумя фиксированными точками, что удлиняет жгут проводов, что приводит к оттягиванию/виртуальному соединению внутренних контактов жгута проводов, изменению параметров проводов и даже обрыву проводов.

После сборки жгута проводов вокруг него должен быть достаточный зазор, чтобы он не был сдавлен другими частями и не сдавлен другими частями и их креплениями. Избегайте замыканий на землю, вызванных обрезанием, износом или разрывом изоляционного слоя кабельного жгута.

Наконечники:

• Жгут проводов должен идти непосредственно к аккумулятору, чтобы избежать касания провода и возгорания.
• Шнур питания светодиодного фонаря на крыше оснащен водонепроницаемой вилкой, его также необходимо обернуть, протянуть в автомобиль, чтобы дверь не открывалась и не закрывалась, не оставляйте слишком долго снаружи автомобиля, чтобы случайно не повесить трубку. будущее.
• Закрепите сверхдлинный жгут проводов в автомобиле нейлоновой стяжной лентой после соединения, не забывайте избегать жгута проводов в месте со слишком высокой температурой.
• Следуйте принципу связывания и закрепления позже: Если несколько жгутов кабелей параллельны или слишком длинны, сложите их пополам и свяжите в пучок. Затем закрепите их надлежащим образом.
• Перед подсоединением разъемов жгута проводов проверьте, нет ли на контактах разъемов токопроводящих веществ, таких как вода. Если есть, удалите их.
• Если жгут проводов слишком длинный, определите положение клемм и длину жгута проводов и привяжите длинную часть к предыдущей процедуре использования клемм.
• Схема должна быть стандартизирована в соответствии с направлением объекта, прикрепленного к жгуту проводов. Если прикрепленный объект представляет собой большой самолет, жгут проводов должен иметь горизонтальное, плоское и вертикальное направление и стараться избегать перекоса.

4. Монтаж коммутатора

Более простой способ – установить тумблер в нужное положение в кабине, закрепить его клеем, а затем подсоединить оставшуюся часть жгута проводов к одному концу переключателя. Достаточная длина должна быть зарезервирована для разъема, соединяющего выключатель и жгут проводов панели приборов. В соответствии с глубиной установки выключателя, положением розетки, направлением открытия розетки и задним пространством после сборки выключателя, в соответствии с удобством эксплуатации зарезервированная длина разъема на жгуте проводов должна быть соответствующей. вырос.

5. Подключите w ires к световой полосе и проверьте

. Сначала подключите провод от световой панели к переключателю реле. Подсоедините красный провод лампочки к красному проводу на выключателе, а черный провод лампочки к черному проводу на выключателе. После того, как провода подключены, закройте все оголенные провода изоляционной лентой или термоусаживаемыми трубками, чтобы предотвратить опасность утечки тока. Затем вы можете включить выключатель, чтобы проверить свет, помните, что нельзя находиться перед автомобилем, чтобы не повредить твои глаза.

6  . Дважды проверьте свою работу

Перед проверкой мощности можно отрегулировать угол освещения. Дальность действия светодиодных рабочих фар и светодиодной световой полосы составляет около 50-100 метров. Чтобы отрегулировать угол, необходимо соответствовать требованиям освещения. Не забудьте зафиксировать крепежные винты. При обычном использовании необходимо регулярно проверять, не ослаблены ли винты.

7. Теплая подсказка

1. Подумайте, сколько у вас места. Обязательно измерьте и выберите правильную световую полосу.
2. Выберите аккумулятор для освещения, который не истощит вас. Некоторые бренды используют больше энергии, чем другие, для получения более яркого света.
3. Ищите бренды с длительной гарантией. Некоторые предлагают только шесть месяцев покрытия, в то время как другие предлагают двухлетнюю гарантию, которая может дать вам душевное спокойствие.

Проблемы, которые могут возникнуть из-за нестандартной установки световой балки

Наиболее распространенная проблема в процессе установки заключается в том, что в цепи всегда присутствует ток из-за неправильной проводки жгута. Это приведет к постоянному или прерывистому протеканию небольшого тока внутри реле, что приведет к многократному притягиванию контактов реле и перегреву, а затем и к выходу из строя всего реле.

Поэтому, если есть неисправность абляции жгута, мы должны сначала проверить диаметр провода и выбор предохранителя. Большинство этих проблем вызвано предохранителем, который не может защитить провод. Во-вторых, при выборе времени расположения плавких предохранителей, если позволяют условия, постарайтесь расположить плавкие предохранители одного и того же типа источника питания в одинаковых местах.

Еще одна очень важная проблема, которую легко упустить из виду, — намотка жгута ленты. Некоторые люди не получают хорошего клеевого эффекта из-за грязных рук или нестандартных методов намотки при намотке жгута ленты. Это приведет к тому, что клейкая лента отвалится, так что подвеска не сможет быть хорошо защищена. Правильный способ — не касаться конца ленты пальцами при намотке ленты. Когда будете наматывать ленту, старайтесь быть как можно плотнее, а лучше всего сделать так, чтобы они перекрывались. Наконец, относительно стабильным состоянием является перемотка ленты три раза в конце.

Факторы, влияющие на срок службы пролет  световой полосы

На самом деле не только световая полоса, но и все светодиодные светильники являются одинаково важными влияющими факторами.

Во-первых, напряжение, стабильная по напряжению световая панель может не только продлить срок ее службы, но и быть более безопасной для автомобилей. Представьте, что когда вы включаете свет, свет сразу становится особенно ярким, но через некоторое время возвращается к нормальной яркости, и он начинает мигать вместе с частотой запуска двигателя автомобиля. Не думаю, что такое состояние понравится автовладельцам.

Второй — температура. Когда вы используете свет в течение длительного времени, температура света обязательно повысится. В настоящее время функция рассеивания тепла световой панели очень важна. Если рассеивание тепла световой полосы плохое, температура будет продолжать расти, что не только повлияет на срок службы световой полосы, но даже сожжет ее.

Наконец, он водонепроницаем. Для фонарей, устанавливаемых на внедорожники, очень важна водонепроницаемость. Внедорожники часто ездят по безлюдным местам и часто сталкиваются с экстремально плохой погодой. После дождя внутри корпуса лампы легко запотеть. После воздействия влаги в светильниках легко происходит короткое замыкание, поэтому при выборе световой панели следует обратить внимание на ее водонепроницаемую конструкцию.

Немного знаний о вспомогательном освещении

Люкс, официальное обозначение лк) — единица измерения освещенности. Когда световой поток объекта, равномерно освещенного светом на площади 1 квадратный метр, равен 1 световому потоку, его освещенность равна 1 лк. Освещенность, пригодная для чтения и шитья, составляет около 500 люкс.

Общая классификация размеров вспомогательных огней: круглые или прямоугольные квадратные: все выражены в дюймах, 1 дюйм, 3 дюйма, 5 дюймов, 6 дюймов, 7 дюймов, 9дюйм и т.д.

Источник света: галогенный, ксеноновый, светодиодный, лазерный, галогенный, хотя и давно, но все еще широко используется из-за его низкой цены, удобной замены и низкой стоимости;

Преимущества галогенного светильника, низкая цена, малый вес светящегося корпуса, отсутствие необходимости в дополнительном пусковом оборудовании, простой способ замены и возможность переноса большого количества в режиме ожидания;

Яркость явно ниже, чем у других передовых источников света, срок службы короткий, а яркость будет уменьшаться в более поздний период срока службы.