"Żarówka" RGB+W na pilota RC-5

Witam serdecznie.

Na wstępie powiem iż jest to moja pierwsza konstrukcja jaką przedstawiam na forum i liczę na konstruktywne opinie.

Podstawowe założenia projektu:
1. Zbudowanie "żarówki" (źródła światła) emitującego światło RGB oraz białe,
2. "żarówka" musi być zasilana z 230V i musi mieć możliwość montażu w gnieździe E27 (gruby gwint żarówki),
3. obudowa ma być typu BAŃKA (kula),
4. płynna regulacja natężenia światła każdego koloru z uwzględnieniem nieliniowości ludzkiego oka,
5. sterownie z pilota IR.

Pierwszym problemem przed jakim przyszło mi stanąć był wybór obudowy jaką wykorzystam do mojego projektu. W sklepach jest wiele świetlówek energooszczędnych w obudowie typu bańka, lecz cena nowej jest dość duża aby ją kupić i od razu rozebrać. Zatem wybór padł na to co było pod ręką czyli przepaloną 18W świetlówkę energooszczędną firmy PHILIPS (Rys. 1, Rys. 2, Rys. 3, Rys. 4).
Obudowa świetlówki została rozcięta, wszystkie wnętrzności (Rys 5.) wyjęte i tu zaskoczenie. Wewnątrz kulistej bańki zastałem spiralną świetlówkę, której niestety nie dało się wyciągnąć i musiałem ją najpierw pokruszyć, co delikatnie porysowało mi bańkę od środka. Na domiar złego urwał się jeden z przewodów zasilających widocznych na Rys. 3. Próby lutowania tego przewodu od wewnątrz kończyły się niepowodzeniem, w końcu jakimś magicznym topnikiem i magiczną temperaturą udało mi się przylutować kabelek od zewnątrz, co widać na Rys. 4.

Rys. 1Rys. 2Rys. 3Rys. 4Rys. 5

Drugim problemem okazała się zamiana 230V AC na 5V DC. Próbowałem wielu konstrukcji, począwszy od prostych bez transformatorowych konstrukcji, poprzez przerywacz tranzystorowy obniżający napięcie (buck conveter / step down conwerter), aż do zasilacza fly-back. Wybór padł na zasilacz typu fly-back. Początkowo postanowiłem zaprojektować swój własny zasilacz korzystając z wiedzy zdobytej na studiach oraz z książek. Jak to bywa coś działało, a coś nie. Następnie poznałem program firmy Power Integrations PI EXPERT 8, oraz zintegrowane klucze. Program fajny... ale... znalazłem gotowe rozwiązanie jakie satysfakcjonowało mnie zarówno pod względem napięcia wyjściowego, mocy oraz kubatury. A mianowicie zbudowałem zasilacz opisany jako RDR-158 (Reference Design Report) - odsyłam do wujka GOOGLE. Podstawowe elementy tego układu czyli transformator, cewki oraz klucz LNK616 można kupić w firmie Feryster. Dostępność reszty elementów wymienionych w BOM jest ciężka lecz możliwa. W niektórych przypadkach zastosowałem elementy w innej obudowie lub o większej mocy, nie mniej jednak nie wpłynęło to na pracę zasilacza. Oryginalna płytka jaką można również nabyć w Freysterze ma wymiary 64x33mm. Ja zaprojektowałem płytkę o średnicy 4cm gdyż tylko taką zmieściłem do obudowy. Zdjęcia oryginalnej płytki przedstawione są na rysunkach 6 i 7, natomiast moja płytka na rysunkach 8, 9, 10, 11 oraz 12. Dwa kondensatory idealnie pasują do wnętrza gwintu E27.

Rys. 6Rys. 7Rys. 8Rys. 9Rys. 10Rys. 11Rys. 12

Trzeci problem to wybór źródła światła. Problem rozwiązałem dość szybko gdyż wybór był prawie oczywisty. Wybrałem Diodę Led RGB o mocy 3x1W oraz białą diodę o mocy 5W. Niestety wybrałem diodę dającą światło białe zimne... i bardzo tego żałuję (wymieniam ją białą ciepłą). Wiem, że kolor biały można uzyskać mieszając kolory podstawowe, lecz biel uzyskana w ten sposób (dla mnie) jest "brudna". Oczywiście diody będą się grzały więc zastosowałem do nich radiator prostokątny o wymiarach około 40x20x15mm. Diody przymocowane są do radiatora za pomocą metalowych izolowanych drucików, a po między diodą a radiatorem termo przewodząca pasta sylikonowa. Wszystko widoczne na rysunkach 13 i 14.

Rys. 13Rys. 14

Problem czwarty - mózg oraz sposób sterowania.
Początkowo wybrałem AtTiny2313 lecz szybko zapełniłem 2kB pamięci flash, pamięci ram też było jakoś tak mało (128B). Aby nie zmieniać zaprojektowanej już płytki wykorzystałem trudniej dostępny lecz pinowo kompatybilny AtTiny4313. Pamięci flash wykorzystuję około 90%, pamięci ram 60%.
Wszystkie diody posiadają wspólną anodę. Tranzystor N-Mosfet typu IRLML2502 (dostępny w TME za 0,83zł/szt) o napięciu VGSTH=0,6÷1,2V co przy sterowaniu z uC 0-5V jest idealnym rozwiązaniem.Tranzystor posiada bardzo małą rezystancję podczas pełnego odetkania RDS=0,045Ohm, uzyskiwaną (wg. noty katalogowej przy prądzie przewodzenia 4A) już dla napięcia VGS=2,4V. Ogólnie odsyłam do noty katalogowej Link.
Sterowanie jasnością diody odbywa się oczywiście poprzez PWM. Wykorzystuje cztery 8bit kanały PWM. Czyli każdy kanał daje mi 2^8=256 stopni jasności, lecz w celu likwidacji nieliniowości ludzkiego oka zrezygnowałem z 256 stopni i posiadam obecnie tylko 50 stopni jasności diody. Wybieram sobie jasność w zakresie od 0 do 50 (wiem, wiem... mam 51 stopni jasności diody - stanu Off nie liczę) następnie ze specjalnej tablicy z "komórki" odpowiadającej wybranej jasności świecenia odczytuję wartość na jaką ma zostać ustawiony PWM (już w zakresie 0÷255). Próbowałem likwidować nieliniowość ludzkiego oka poprzez wprowadzenie odpowiedniego wzoru lecz operacje na liczbach typu float zapełniły prawie całą pamięć flash AtTiny2313, więc wybrałem sposób tablicowy co zabiera pamięć ram, a nie flash.
Co do sposobu sterowania to wybrałem to co miałem pod ręką czyli pilot firmy PHILIPS od wierzy FWM-777. Pilot obsługuje standard RC-5. Więc chyba nie ma co się nad tym rozpisywać, wykorzystuję standardowy odbiornik na 36kHz i używam przerwania INT0.

Programy jakie wgrałem do uP.
1. Stopniowe rozjaśnianie oraz gaszenie diody białej. Dokonuję tego klawiszami Volume+ oraz Volume- (proste i logiczne),
2. Wybór predefiniowanego koloru. Do wyboru mamy następujące kolory: zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony, różowy, fioletowy, niebieski, błękit turkusowy (aqua). Zmiany koloru dokonujemy znów przyciskami Volume+ oraz Volume-.
3. Płynne przejście pomiędzy predefiniiowanymi kolorami. Płynna zmiana pomiędzy kolorami w kolejności w jakiej je podałem w punkcie 2 (zmieniają się w kółko). Przyciski Volume+ oraz Volume- zmieniają szybkość zmian kolorów.
4. W tym programie możemy sami ustawić jasność każdego z kolorów. Przyciskami Volume+ oraz Volume- zmianiamy jasność danego koloru, a kolory zmieniamy klikając na przycisk Album+ oraz Album-.

Dodatkowo w trybach 1 oraz 4 naduszenie przycisku Play ustawi jasność na 100% a przycisk Stop ustawi jasność na 0%.

Przechodzenie pomiędzy poszczególnymi programami dokonujemy przyciskami przewijania >> lub <<.

Naduszenie przycisku Off na pilocie ustawia nas w program 1 oraz na zerowe wypełnienie.

Oczywiście po zaniku zasilania "żaróweczka" wraca do stanu w jakim była przed zanikiem napięcia. Wykonane jest to następująco. Z zasilacza fly-back poprzez diodę 1N4007(smd) ładuję kondensator 2000uF low ESR i dalej na nóżkę Vcc. Natomiast do komparatora analogowego, który jest w AtTiny4313, do nóżki AIN1 poprzez diodę 1N4007(smd) podaję napięcia bezpośrednio z zasilacza, no i jeszcze rezystor do masy 47kOhm. Gdy następuje zanik napięcia to napięcia na zasilaczu szybko spada do 0V, a napięcia na uC dzięki kondensatorowi 2000uF utrzymuje się jeszcze jakiś czas. Fakt zaniku napięcia wykrywa komparator i wykonuje odpowiednie przerwanie. A w tym przerwaniu jak się wszyscy domyślacie zapisuję odpowiednie dane do pamięci eeprom. Pojemność kondensatora jest na tyle duża, że spokojnie wykonuję zapis do eeprom 16B (zapisuje chyba mniej, nie pamiętam). W momencie gdy napięcie znów się pojawia dane są odczytywane z pamięci eeprom. Moduł sterujący przedstawiają Rys. 15, Rys. 16 oraz Rys. 17.

Rys. 15Rys. 16Rys. 17

Kondensator JACKSON widoczny na zdjęciach został wymieniony na inne gdyż ten nie mieścił się w obudowie był na 16V 2200uF, wymieniłem na kondensatory na 6,3V 2000uF.

A oto gotowa "żarówka":



Co planuję zmienić lub poprawić:
1. Wymienić diodę z białej zimnej na białą ciepłą,
2. zmienić układ zasilający na fly-back ale dołożyć dodatkowe uzwojenia wtórne osobne dla każdego koloru, dobrane tak abym mógł zasilać diodę bez szeregowych rezystorów.
3. Może zmiana procka na inny jak wpadnę na jakieś pomysły i mi pamięci flash zabraknie

Film z płynnego przechodzenia kolorów:

Za kilka dni dorzucę jeszcze film z działania reszty programów.