Wieża Eiffla - oświetlenie do zestawów klocków

[DiNi_Gri]

Witam,

Od dawna interesowałem się elektroniką, lecz dopiero od zeszłego roku poświęciłem na to więcej uwagi, i tak zacząłem intensywną naukę. Głównie moje projekty bazują na oświetleniu(różnego rodzaju diody LED), po prostu wszystko co daje światło. Chciałbym zaznaczyć, że niniejszy projekt może nie jest nie wiadomo czym, ale dał mi ogromną wiedzę jak posługiwać się w praktyce diodami LED. Zaczynając krótkim wstępem, następnie przechodząc przez 5 etapów budowy oświetlenia, na końcu nasze oczy będą mogły delektować się filmem demonstrującym działanie całego układu.

Słowo wstępu

Jedną z kategorii, w której stosuje ledy są zestawy klocków(Lego, Chińskie itp.). Ktoś może rzec, przecież można kupić gotowe moduły oświetlenia, nawet specjalnie dedykowane pod określone modele. Tylko właśnie są co najmniej 3 powody dla których warto takie oświetlenie zrobić samemu:

• Cena, pomijając kwoty samych klocków, zestawy oświetleniowe nie są tanie(wliczając nawet te z chińskich stron) i chodzi mi bardziej o takie konstrukcje jak ta opisana w dalszej części tego tematu.
• Customizacja, o ile gotowe zestawy spełniają większość wymagań nabywców, to nie każdy może się tym zadowolić(np. mimo, że Lego posiada różne czujniki itp.). Mamy możliwość pokazania swojej własnej kreatywności.
• Poszerzanie wiedzy, zaprojektowanie następnie zbudowanie czy rozwiązywanie problemów samodzielnie w bardzo dużym stopniu rozwija myślenie, co wpływa na lepsze efekty w przyszłości.

Dzisiejszym modelem konstrukcyjnym jest słynna wieża Eiffla o wymiarach 57x57cm i aż 1.5m wysokości!

Budowa

Całość składa się z 5 etapów, które są opisane poniżej ze zdjęciami i krótkimi objaśnieniami. 4 układy oświetlenia(większe i te bardziej prymitywne) oraz elektronika zasilająca. Działanie całości pokazuje film na końcu. Do budowy oświetlenia wykorzystano diody led 5mm oraz łańcuch połączonych ze sobą równolegle małych diod led(zob. zdj. poniżej), które można kupić w PEPCO, 10 metrów za ok. 10 zł. Cały łańcuch jest emaliowany, także można go ciąć w dowolnym miejscu i tak samo łączyć.

 

Etap 1

Pierwsza grupa oświetlenia zrobiona z powyższego łańcucha o długości ok. 5 metrów. Wieża liczy 1.5m, lampki umieszczono na każdym z ramion od dołu do góry(pomijając wierzchołek), więc wychodzi ok. 4 x 1.2m. Ta grupa lampek jest zasilana z 9V przez 2 rezystory połączone szeregowo 68Ω 0,5W, co daje 136Ω 1W(bo nie miałem innych). Rezystory zostały dobrane metodą prób i błędów, ponieważ oryginalnie lampki pracują na 5V, żeby się szybko nie przepaliły potrzebny był większy rezystor(Oryginalny rezystor z tych lampek to 10Ω 0,5W). Rezystor przy 9V mocno się nagrzewał, więc jego moc musiała być 1W. Efektem powyższego jest taki oto efekt:

Cytat

Warto wiedzieć:
Jak łączyć rezystory, żeby otrzymać odpowiednią moc, gdy nie posiadamy takowych rezystorów? Widziałem wiele dyskusji na ten temat i chciałbym raz na zawsze to podkreślić. Załóżmy, że chcemy otrzymać rezystor o mocy 1W z dwóch rezystorów 0,5W. Zasada jest taka, że oba rezystory muszą mieć zarówno taką samą rezystancję, jak i moc. Przykład: dwa rezystory 100Ω 0,5W, przy połączeniu szeregowym otrzymamy rezystor 200Ω 1W, a przy równoległym 50Ω 1W. W Obu przypadkach moc się SUMUJE, rezystacje w połączeniu szeregowym także się sumuje, natomiast w równoległym jest dzielona przez ilość podpiętych rezystorów. UWAGA ta zasada dotyczy tylko łączenia rezystorów o takich samych parametrach. W przypadku stosowania różnych rezystorów należy najlepiej skorzystać z kalkulatorów łączenia rezystorów dostępnych w Internecie. 

Etap 2

Kolejną grupą oświetlenia są małe latarnie umieszczone pod konstrukcją. W tej części również wykorzystano łańcuch lampek. Jednak pocięto go na 48 części, bo tyle jest latarni. W tym etapie było dużo lutowania, samo to zajęło cały dzień. Wcześniej trzeba było poprzewiercać się przez klocki, żeby doprowadzić każdego leda do latarni. Wszystko polutowano pod spodnią warstwą konstrukcji(zob. zdj. poniżej - prawe). Ledy(48 sztuk) połączone równolegle zasilane są z napięcia 3,3V przez rezystor 10Ω 0,5W. Każde łączenie zabezpieczone jest klejem na gorąco(zob. zdj.), dobra metoda zabezpieczania lutów przed różnymi warunkami środowiskowymi.

Etap 3

Kolejny układ jest banalny. Po prostu połączono 4 diody led 5mm, 2x czerwona, niebieska i biała, szeregowo(symulacja flagi Francji). Zasilony jest z 12V przez rezystor 220Ω. Diody zamontowano na iglicy.(Sorki za rozmyte zdjęcie)

Etap 4

Teraz najciekawszy rodzaj oświetlenia(według mnie), czerwone światło biegnące w dół(możliwość sterowania szybkością, potencjometrem na płytce i przerobienie świecenia z dołu do góry). Do tego celu wykorzystano zestaw AVT EDU631(zob. zdj.). Odlutowano diody led z płytki i przylutowano przewody prowadzące do każdego z 4 "pięter" konstrukcji, połączonych po 4 ledy czerwone równolegle ze sobą. Moduł zasilany jest prosto z 5V i pobiera najwięcej prądu - ok. 250mA. Gif słabej jakości, lecz pokazuje samą zasadę działania, lepsza jakość na końcowym filmie.

Etap 5

Dlaczego każda sekcja oświetlenia zasilana jest z 4 różnych napięć? Oczywiście można było by wszystko zasilić z 12V(najwyższe napięcie jednego z układów), lecz należałoby zastosować wielowatowe rezystory, gdzie były by duże straty mocy. Wydaje mi się, że praktyczniejsze jest stosowanie stabilizatorów liniowych napięcia. W tym celu wszystko zasilane jest przez eliminator baterii np. AVT5872. Nie chciałem też przeciążać stabilizatorów, ponieważ układ z etapu 4 i tak nagrzewa dość stabilizator L7805CV, dlatego taki układ bardzo dobrze sprawdził się w tym zastosowaniu do rozdzielenia i zmiany napięć.

Ostatnią rzeczą, którą chciałbym opisać, przed końcowym pokazem, jest kwestia estetyczna. Przewody jakie wykorzystywane są w tego typu klockach to 32AWG(miara określania średnicy przewodu), które można bez problemu chować między klocki. Ja użyłem przewodów 26AWG, jednak są zbyt grube do takich zastosowań(zob. zdj. poniżej), mimo to nie są mocno widoczne. Akurat na tamtą chwilę miałem tylko takie przewody i po drugie gonił mnie czas, żeby pokazać efekt na święta zebranemu gronu widzów.

Teraz można zauważyć ile kosztował by specjalny zestaw z przewodami, ledami, zasilaniem do tej konstrukcji, gdzie liczone jest w metrach. Mały zestaw na chińskiej stronie chodzi od ok. 30 do 50 zł.

Rozwiązywanie problemów

W konstrukcji napotkałem jeden problem - z zasilaniem. Okazało się, że przy świeceniu oświetlenia z etapu 4(pobór ok. 250mA) pozostałe oświetlenie przygasało. Problemem był zasilacz o maksymalnym prądzie 300mA. Ponieważ cała konstrukcja pobiera 380mA(a gdzie jeszcze zapas dla zasilacza). To tak na marginesie.

Demonstracja

Oto całkowity efekt, przed oglądaniem sprawdźcie głośność . Oczywiście film nie oddaje w pełni tego, co na żywo.

https://vimeo.com/manage/videos/1059316858/165a40d714

PS. Czujcie się wolni wytykania błędów i swoich opinii.

[Harnas]

22 godziny temu, DiNi_Gri napisał:

nagrzewa dość stabilizator L7805CV

Polecam takie stabilizatory impulsowe https://aliexpress.com/item/1005007092498838.html . Kosztują 2zł/szt. Pinout jest kompatybilny z 78xx (dochodzi pin EN który może być nie podłączony). Pewnie pomogłoby to z przeciążeniem zasilacza, bo siłą rzeczy pobór prądu z niego byłby przy takim stabilizatorze mniejszy.

[DiNi_Gri]

Dzięki za info, faktycznie może to mieć sens. Użyję go w innym projekcie, gdzie lasery pobierają dużo prądu i mogą świecić nieprzerwanie przez ok. 5 min.

Ten 7805 niby obsłuży ok. 800mA, to nie powinien się załamać przy zaokrąglając 300mA.