Гирлянд было решено сделать 8 штук, по две каждого цвета. Посчитал, вышло 40 светодиодов к каждой гирлянде. Очень даже неплохо. Решено, так решено. Полез на Алиэкспресс и заказал 400 светодиодов, по 100 каждого цвета (красный, зеленый, синий, желтый), брал с широким углом, чтобы свет не бил лучом.
И 400 резисторов к ним. Всего вышло около 700р учитывая падение рубля относительно вечнозеленой валюты.
Пока заказанные детали пробивались сквозь недра почты, занялся схемой. Немного экспериментов, и остановился на МК ATmega8. Для поставленной задачи его больше чем достаточно. Изначально для удаленного управления планировал использовать модули NRF24. Основное неудобство заключалось в том, что для управления нужен отдельный пульт.
Управление по ИК каналу отбросил сразу, нет никакой гарантии, что схема не будет реагировать на команды, посылаемые бытовой технике. В итоге, уже подбирая корпус под пульт, я вспомнил про заказанные когда-то китайские Bluetooth модули HC-05 и HC-06. Основное их отличие друг от друга в том, что HC-05 может работать и в режиме мастера, и в режиме подчиненного.
7 световых эффектов на микросхеме QD803 из дешевой елочной гирлянды
А вот HC-06 умеет быть только подчиненным. Иными словами он не может инициировать подключение, а может только ждать, когда подключатся к нему. Как раз то, что требуется. Вряд ли гирлянда должна будет сама искать bluetooth девайсы и просить поуправлять собой. Работа с такими модулями до предела проста, шлем данные по UART, а модуль их сам выплевывает в сеть. Ну очень удобно.
Плюс управлять можно буквально с любого телефона и не только. В результате блок получил именно «синезубое» управление.
Теперь перейдем к схеме. Для удобства установки в корпус она разбита на два блока: цифровой и силовой. Схема цифровой части получилась довольно простой:
С силовой частью все также просто, достаточно поставить связку симистор + оптосимистор. В принципе наличие оптосимисторов не обязательно, но тогда возникнут проблемы при прошивке и отладке. Гальваническая связь с сетью 220В не шутки, во включенном состоянии к компу уже не подцепить.
Здесь же находится детектор нуля, также гальванически развязанный от цифровой части. Управление яркостью осуществляется при помощи фазоимпульсной модуляции (ФИМ). Смысл такого управления в том, чтобы включать нагрузку не в момент перехода переменного тока через 0, а с некоторым запаздыванием, равным части времени полупериода переменного тока.
Соответственно, чем позже будет включена нагрузка, тем меньшую мощность она получит. Реализуется это очень легко. Для этого требуется лишь знать, когда случается переход переменного тока через ноль. Для этого служит схема детектора нуля.
Сигнал с детектора нуля заводится на вход прерывания МК, по прерыванию запускается таймер, который выключает канал, отсчитывает некоторое время и при совпадении с необходимым нам значением включает канал. При этом таймер настроен таким образом, чтобы он «тикнул» несколько десятков раз за время одного периода переменного тока. Чем больше «тиков», тем плавнее можно изменять значение мощности на нагрузке.
Под обе схемы были сделаны платы в программе Altium Designer 3D. Выглядят они вот так:
Питание цифровой части осуществляется от маломощного ИИП, который извлечен из дешевого китайского ЗУ для телефона. Воооот такого:
Заряжать телефон таким устройством явно не стоит, а вот для питания различных самоделок оно вполне годится. Напряжение на выходе задавлено до уровня около 3.3В при помощи изменения номиналов цепи ОС. На всякий случай, для защиты от внезапностей китайской техники, по входу питания цифровой части стоит низкоомный резистор и стабилитрон.
Со схемой вроде разобрались, перейдем к функционалу. Всего в памяти блока хранится 12 эффектов:
- бегущий огонь.
- бегущий огонь, плавный.
- бегущая тень.
- бегущая тень, плавная.
- резко зажигается, плавно гаснет,
- рандомная бегущая тень с плавным нарастанием/гашением,
- рандомно зажигаются, рандомно гаснут,
- светят не на полную яркость, рандомно вспыхивают,
- плавно загораются по очереди, ступенчато гаснут по кругу,
- переливаются,
- 5 миганий каждой, после 5 пробежек бегущего огня
- стробоскоп со случайным переключением гирлян.
При этом в каждом эффекте параметры меняются случайным образом. Это скорость переключения, скорость нарастания/спада яркости, порядок переключения гирлянд. Теперь перейдем непосредственно к работе самого блока.
Функционирование блока управления возможно в двух режимах: ручной и автоматический. В ручном режиме смена эффекта происходит по нажатию кнопки, а в автоматическом все происходит само собой. При этом время работы каждого эффекта выбирается случайным образом. Управление осуществляется двумя способами: непосредственным нажатием кнопки на блоки, либо по Bluetooth.
Сначала разберемся с первым вариантом. Для этого предусмотрено две кнопки «EFFECT» и «AUTO». Для включения/выключения блока необходимо нажать обе кнопки одновременно. При этом гашение гирлянд в момент выключения будет производиться плавно по одной. После включения выбирается необходимый режим работы. Тут возможно два варианта.
Либо листать эффекты по кругу нажатием кнопки «EFFECT» и оставить наиболее приглянувшийся, либо перейти в режим автопереключения нажатием кнопки «»AUTO». При этом загорится светодиод «LED_Auto». Выключение этого режима осуществляется повторным нажатием кнопки «AUTO». Выбранные эффект, режим работы и вкл/выкл блока сохраняются с EEPROM и при последующем включении схема перейдет в тот режим, который был до отключения питания.
Второй вариант несколько интереснее и отличается большим набором функций. Для его осуществления понадобится телефон под управлением ОС Android не ниже 4.4.2. (под другие версии переделать не проблема, проект прикреплен в конце статьи). На телефон устанавливается специальное приложение для управления. При запуске которого будет произведен поиск блока и подключение к нему в случае нахождения в зоне действия связи. Само приложении выглядит следующим образом:
Создатель графики из меня неважный, поэтому получилось то, что получилось. Вроде достаточно функционально еще и работает. В исходном состоянии все кнопки красные, это означает, что они отключены. Если же удалось установить связь с блоком, то кнопка включения подсветится зеленым (если блок выключен и находится в режиме ожидания, иначе сразу отобразится текущий режим работы), после чего будет произведено считывание текущих параметров блока:
После нажатия на нее, блоку будет отправлена команда включения. Если блок команду принял, и ответил, активируются остальные кнопки. Подсветка сменится на зеленую, а у активных (нажатых) на синюю.
В верхней части окна расположены 4 кнопки:
- AUTO — включение автоматического режима, если приложение не закрывать, то в авторежиме будет отображаться текущий номер эффекта;
- TEST — тестирование гирлянд, все гирлянды включаются;
- STOP — отключения авторежима/текущего эффекта/режима тестирования;
- EXIT — выход из приложения
Ниже расположены 12 кнопок выбора режима работы. Нажатие на любую из них отключает авторежим. И в самом низу расположились кнопки выбора количества гирлянд от 3 до 8. Мало ли, какая елка будет в этом году, все 8 могут не влезть. Как было сказано выше, нажатая кнопка подсвечивается синим. При этом кнопка изменит вид только при получении положительного ответа от блока.
Все настройки сохраняются в EEPROM микроконтроллера.
Приложение, как и прошивка, написано в среде Eclipse. Проверялось на Android 5 и 6. Работает и там и там абсолютно одинаково. Вся электроника упаковалась вот в такой корпус, размеры 100х35х70 мм.
С одной стороны разъем питания и индикатор его наличия, а с другой стороны разъемы для подключения гирлянд. Применил обычные пятилапые круглые разъемы. В каждом из них выведены 4 канала и один общий провод. Кнопки расположились на верхней крышке блока.
Гирлянды паял обычным проводом МГТФ В каждой из них 40 светодиодов и столько же резисторов. Количество резисторов отличается лишь в желтой и синей гирлянде. Времени на пайку ушло прилично, около трех недель при пайке по вечерам. Светодиоды очень порадовали, светят ярко и во все стороны. Китайцы не обманули.
Теперь немного о начальной настройке схемы. Обмен данными с Bluetooth модулем идет по USART на скорости 115200. Соответственно сам модуль надо настроить на эту скорость. Делается это через любой USART адаптер обычными AT командами:
AT — проверка связи, ответ ОК AT+BAUD8 — установка скорости, ответ OK115200 AT+NAMEELKA — установка имени bluetooth, ответ OKELKA
ПИН код модуля по умолчанию «1234», имя ELKA. Кроме этого приложение на Android имеет жесткую привязку к MAC адресу модуля, MAC узнается средствами телефона/ПК с которым спарен модуль и вписывается в строку:
private static String address = «20:14:04:14:12:12»;
Которая находится в файле MainActivity.java. После этих манипуляций все готово для работы.
Ну и видео работы всего этого. Ведь, как известно, лучше один раз увидеть:
Источник: cxem.net
Схемотехника светодиодной двухпроводной гирлянды
Моя девушка принесла с рынка домой две гирлянды. Купила их там по 8$ за штуку.
Из особенностей:
Гирлянда питается от USB и имеет стандартный разъём Type-A.
Габариты 3х3м. (10 полосок по 3м каждая).
В комплекте имеется ИК пульт управления.
Гирлянда имеет 10 программ работы.
Обычно меня гирлянды не очень интересуют. Всё что я про них знаю – это то, что знает каждый, пролежав год лампочки у них портятся и их нужно менять.
Но эти гирлянды меня заинтересовали. Каждая линия двухпроводная, но светодиоды в ней мигают по-разному. Перед новым годом я решил не драконить сие произведение инженерной мысли и просто понаблюдать со стороны, дабы не вызывать на свою голову гнева.
Наблюдения показали:
1) мигания светодиодов в линии повторяются через один.
2) Светодиоды в одной линии могут через один менять яркость.
3) Светодиоды в линии могут одновременно светиться и мигать.
возможно есть ещё какие-то эффекты, но в чаде новогодних праздников я их упустил…
Сами светодиоды достаточно компактные, наподобие 0402, ну самый максимум — 0603, припаяны между двух проводов и залиты капелькой прозрачного компаунда.
Пока наблюдал, я сразу отмёл вариант умных светодиодов, наподобие WS2812, WS2813, APA102 и прочих. Для них же три провода необходимо.
Так же отмёл идею частотного разнесения. Слишком дорого и габаритно, не этот случай.
Осталось одно решение, которое мне пришло на ум – диоды припаяны через один разной полярностью на линию в параллель. Эта гипотеза кажется самой правдоподобной. По крайней мере имея Н-мост можно динамически создавать все замеченные мною эффекты. Ладно, подождём окончания праздников…
И вот праздники закончились, даже «старый новый год» позади. Можно не бояться не туда тыкнуть щупом и посмотреть на волшебный дым.
Так получилось, что сейчас в моём арсенале дома только две осциллографические приставки к компьютеру, но этого должно хватить, хотя мультиметр тоже не помешал бы.
Для начала зачищаю хвост одной из линий и становлюсь осциллографом на неё. И вижу подтверждение своей гипотезы. Мигание светодиодов чётко соответствует картинке с осциллографа. И диммирование и мигание через один, и одновременная работа. Красота, да и только!
Но тут интерес уже не унять, как же схемотехники из поднебесной реализовали это дело в USB свистке?
Вскрытие показало не отмытую плату, с одной кнопкой, одним ИК приёмником, одним кварцевым резонатором, двумя микросхемами, двумя конденсаторами, двумя резисторами и разъёмом. Кажется, ничего не забыл.
Потыкав осциллографом в плату и понажимав на пульт и кнопку определил все пины до единого меньше чем за две минуты.
Частота генератора 32768Гц, хотя это и так по его внешнему виду можно угадать на 98%.
Вот такая схема получается. Контроллер, ИК датчик нарисовал известные мне и подходящие по распиновке.
Тут можно было бы сделать прикидку цены на серию, или пофантазировать как прошивают в Китае серии таких гирлянд в 100500 штук, или почему плата не отмыта. Не хочу. Лично я удовлетворил свой интерес и возможно чей-то из интернета тоже, ведь подобного разбора как работают такие двухпроводные светодиодные гирлянды не нашёл.
P.S.: гирлянда осталась жива и продолжает работать.
P.P.S.: гирлянды оказались достаточно не плохи, не смотря на свою простоту конструкции. Висят у нас уже почти месяц и работают почти круглыми сутками, с небольшим перерывом.
- электроника
- electronics
- fairylight
- слономышь
- схемотехника
- гирлянда
- двухпроводная гирлянда
- как работает гирлянда
- светодиодная гирлянда
- Реверс-инжиниринг
- Схемотехника
- Производство и разработка электроники
- DIY или Сделай сам
- Электроника для начинающих
Источник: habr.com
Устройство, схема и ремонт контроллера
для гирлянд своими руками
Контроллер электрической гирлянды – это электронное устройство, создающее статодинамические эффекты путем изменения величины и времени подачи питающего напряжения.
Гирлянда электрическая – это декоративное разноцветное световое декоративное украшение, представляющее собой последовательно соединенные светодиоды или лампочки накаливания с помощью электрических проводов.
Схема, устройство и принцип работы
контроллера для гирлянд
Для успешного ремонта контроллера для гирлянд и дюралайта своими руками нужно знать его электрическую схему, принцип ее работы и устройство контроллера.
Обращаю ваше внимание, что в статье приведена инструкция ремонта контроллеров, с выходным напряжением 220 В, не предназначенного для подключения R G B светодиодных лент на напряжение 12 В или 24 В. Ремонту светодиодных лент посвящена статья «Ремонт контроллера светодиодной ленты».
Электрическая схема и принцип работы контроллера
Электрическая схема очень простая и в ней разберется даже человек, не имеющий специальных знаний. На чертеже показана схема светодинамической системы. Она состоит из двух частей – контроллера и гирлянд.
Питающее напряжение из сети переменного тока напряжением 220 В поступает через сетевую вилку на выпрямительный мост, состоящий из четырех диодов VD1-4. Сглаживающий конденсатор отсутствует, так как для работы тиристоров нужно изменяющееся напряжение.
Выпрямленное напряжение положительной полярности (+) с диодного моста поступает на общий провод гирлянды и через резистор R2 на 10 вывод микропроцессора DD1 типа Q803. Для сглаживания пульсаций после резистора установлен электролитический конденсатор С1.
К отрицательному выводу (–) диодного моста подключен конденсатор С1, вывод 2 микропроцессора и катоды тиристоров VS1-4.
Для формирования управляющего напряжения для подачи на управляющие электроды тиристоров на вывод 1 DD1 через резистор R1 подается напряжение непосредственно от одного из сетевых проводов.
Кнопка SA1 предназначена для выбора светодинамических режимов работы системы. При каждом кратком нажатии включается следующий световой эффект. В простых контроллерах обычно запрограммировано 8 вариантов свечения гирлянды.
Управляющие выводы тиристоров VS1-4 подключены к выходам микропроцессора 3-6. Когда уровень положительного напряжения на выходе микросхемы превысит 2 В относительно катода (k), тиристор открывается и на гирлянду подается питающее напряжение.
Устройство и конструкция контроллера
Простой китайский контроллер состоит из двух половинок корпуса, между которыми размещена печатная плата из фольгированного гетинакса.
Подводящие питающее напряжение провода и идущие на гирлянды соединены с печатной платой контроллера путем пайки непосредственно к контактным площадкам печатных проводников.
Кнопки для переключения режимов работы встречаются псевдосенсорные и механические. На фотографии слева – псевдосенсорная, на торце толкателя кнопки нанесен слой токопроводящей резины. При нажатии на кнопку токопроводящая резина замыкает не покрытые лаком расположенные рядом проводники печатной платы, и сигнал управления поступает на микропроцессор.
В контроллере установлен бескорпусной микропроцессор, который распаян на отдельной печатной плате. Такие микросхемы в народе называют «клякса». Печатная плата с микропроцессором вставляется в прорезь печатной платы контроллера и удерживается за счет пайки печатных дорожек.
Светодиодные и с лампами накаливания гирлянды припаиваются непосредственно к плате контроллера. Для шнуров дюралайт, в связи с его конструктивными особенностями, конец кабеля снабжается круглым (для круглого) или плоским (для плоского) разъемом. Количество штырей зависит от количества в дюралайте цепочек светодиодов или лампочек.
Ремонт контроллера для гирлянд
Внимание, электрические схемы контроллеров гальванически связаны с фазой электрической сети и поэтому следует соблюдать предельную осторожность. Прикосновение к оголенным участкам схемы подключенной к электрической сети может привести к поражению электрическим током.
Прежде, чем ремонтировать контроллер нужно провести диагностику с целью определения в какой из частей системы находится неисправность – в контроллере или в гирлянде. Только после этого можно будет выбрать способ ремонта.
| Одноканальная или многоканальная гирлянда не светит | Нет напряжения в розетке, сетевой шнур, контроллер или гирлянды | Провести диагностику |
| В многоканальном дюралайте зажигается только часть каналов | Разъем дюралайт, контроллер или цепочка гирлянды | Проверить разъем, перепаять в контроллере местами провода исправной и неисправной цепочек. Если после перепайки цепочка засветилась, то неисправен контроллер. В противном случае перегорел один или несколько светодиодов |
| В многоканальной гирлянде зажигается только часть ниток | Контроллер или нитки гирлянды | Перепаять в контроллере местами провода исправной и неисправной нитки. Если после перепайки светодиоды засветилась, то неисправен контроллер. В противном случае перегорел один или несколько элементов в цепочке |
| В гирлянде постоянно светят один или несколько каналов | Контроллер | Пробой перехода анод-катод тиристора у постоянно светящегося канала, неисправен микропроцессор |
| При нажатии на кнопку не меняется светодинамический режим | Контроллер | На мгновение закоротить выводы или контактные площадки кнопки. Если режим изменился, значит заменить кнопку или промыть псевдосенсорные контакты на печатной плате. Если не помогло, заменить микропроцессор |
Пример ремонта
многоканального светодинамического контроллера дюралайт
Попал мне в ремонт сгоревший контроллер от плоского дюралайта в результате короткого замыкания из-за попадания воды в место соединения разъема и шнура.
Саморезы фиксатора от попадания воды заржавели и внутри него были следы копоти от короткого замыкания.
Разъем идущий от контроллера для подключения шнура дюралайт тоже был покрыт между штырями копотью. Поэтому перед началом ремонта контроллера, чтобы не повторилось короткое замыкание, она была удалена с помощью ветоши, смоченной в спирте. Копоть можно просто соскоблить ножом.
Для разборки корпуса контроллера нужно вставить лезвие ножа между половинок в местах выхода проводов и проворачивая его раздвинуть их. Обычно они разделяются без приложения больших усилий.
После разборки корпуса контроллера стало понятно почему он не работает. Одни из тиристоров из-за протекающего через него тока, превышающего допустимый, взорвался и даже покрылась копотью поверхность печатной платы.
Со стороны печатных проводников платы, две дорожки расплавились и перегорели. В контроллере не предусмотрено защиты, не установлен плавкий предохранитель, поэтому при котором замыкании выхода в качестве него послужили дорожки и тиристор.
Для управления подачей питающего напряжения на гирлянды в контроллере были применены тиристоры типа PCR606A, рассчитанные на рабочее напряжение до 600 В и ток коммутации до 600 мА. Прозвонка тиристоров мультиметром показала, что у всех переход анод-катод пробит. Пришлось их все заменить новыми, тиристорами с такими же параметрами типа MCR100-8. На замену подойдут также тиристоры PCR406, которые часто устанавливают в светодиодные и с лампочками накаливания контроллеры елочных гирлянд.