Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterownik Podświetlania Sufitu

mirley 02 Sty 2012 13:38 17550 8
  • Sterownik Podświetlania Sufitu

    Witam wszystkich

    Ostatnio byłem trochę zajęty ale teraz przedstawiam jedną z moich najnowszych konstrukcji

    Sterownik podświetlania sufitu to kolejny projekt, który może zostać wykorzystany jako element architektury światła w domu. Ponieważ w obecnych czasach bardzo ważny jest aspekt oszczędzania energii całość docelowo ma zostać oparta o diody LED pod różnymi postaciami. Mowa tutaj o "żarówkach" LED w obudowach do typowych sufitowych oprawek halogenowych (zasilanych 230V), taśmach z diodami LED SMD oraz klasycznych diodach w obudowach do montażu przewlekanego. Opisywany układ został podzielony na 3 moduły: dwa układy wykonawcze i sterownik oparty o mikrokontroler ATMega162. Sterownik pozwala na sekwencyjne zapalanie do 12 lamp halogenowych 230V (za pomocą układu wykonawczego z triakami), reguluje jasność taśmy LED 12V i symuluje niebo z gwiazdami w postaci 40 niebieskich diod LED pracujących w 8 niezależnych kanałach. Gwieździste niebo może pracować w różnych trybach animacji, a pokaźne zasoby pamięci programu mikrokontrolera (16kB) pozwalają wprowadzić niemal dowolne przejścia świetlne. Program w wersji podstawowej nie zajmuje nawet połowy dostępnego miejsca, zatem możliwa jest jego dowolna rozbudowa. Obsługa sterownika jest możliwa za pomocą pilota RC5 lub czterech klasycznych przełączników podtynkowych. Układ zapewnia automatyczne wyłączenie lamp po zaniku i powrocie napięcia zasilania.

    Schemat blokowy:
    Sterownik Podświetlania Sufitu

    Najważniejszą a zarazem najtrudniejszą do wykonania częścią układu jest "wyświetlacz", jeśli oczywiście można tak nazwać podwieszany sufit naszpikowany diodami LED i lampami halogenowymi. W projekcie modelowym zastosowano 10 lamp halogenowych, 40 niebieskich (gwiazdy) i 6 białych (umieszczonych w jednej linii nad miejscem gdzie będzie stało łóżko) diod w obudowach przewlekanych oraz 10 metrów listwy z diodami SMD w kolorze białym. Taśmy LED sterowane są za pomocą układu wykonawczego wbudowanego w sterownik, podobnie sprawa wygląda z 6 białymi diodami LED. Lampy halogenowe sterowane są za pomocą układu wykonawczego z 12 triakami (można rozbudować układ o dwie dodatkowe lampy). Do sterowania diodami niebieskimi (gwiazdami) wykorzystuje się dwa moduły wykonawcze podłączone równolegle do sterownika. Każdy z nich może sterować do 32 diod, jednak w projekcie modelowym jeden moduł steruje 24 a drugi 16 diod ze względu na rozmiary sufitu. Wyłączniki podtynkowe podłączone są bezpośrednio do sterownika, zwierając odpowiednie jego wejścia do masy. Zasilanie podłączone jest do układu na stałe poprzez zasilacz 12V/60W (przetwornica), sterownik pracuje cały czas, dlatego w dowolnym momencie można włączyć lampy za pomocą pilota.

    Schemat ideowy sterownika:
    Sterownik Podświetlania Sufitu

    Sercem układu jest mikrokontroler U1 (ATMEGA162) wraz z rezonatorem kwarcowym X1 (16MHz) i kondensatorami C1-C2 (22pF). Kondensator C7 (100nF), umieszczony blisko mikrokontrolera filtruje jego zasilanie. Rezystor R1 (10k) podciąga nóżkę RESET mikrokontrolera do +5V, a przycisk R (uSwitch) umożliwia jego reset. Zasilanie U1 realizowane jest dzięki stabilizatorowi U2 (7805) i kondensatorom C3 (220uF), C4 (100nF), C5 (47uF) i C6 (100nF), które są konieczne do poprawnej pracy stabilizatora. Dioda D1 sygnalizuje naciśnięcie klawisza na pilocie (odbiór transmisji RC5), jej prąd ograniczany jest przez rezystor R3 (470R). Układ U3 (TSOP1736) to scalony odbiornik podczerwieni pracujący z częstotliwością sygnału 36KHz. Napięcie jego zasilania filtrowane jest przez elementy R2 (220R) i C8 (100uF). Złącze FD1 (FD16) umożliwia podłączenie dwóch modułów wykonawczych (równolegle na jednej taśmie) do sterowania diodami pełniącymi rolę gwiazd. Do złącza śrubowego P (ARK) podłączony jest przewód sterujący od wyłączników ściennych oraz do diody LED montowanej w wyłączniku. W projekcie modelowym do sterowania wykorzystano dwa podwójne wyłączniki podtynkowe w których wmontowane zostały LED'y. Diody te informują o wyłączeniu wszystkich źródeł światła i pozwalają zlokalizować wyłącznik w ciemności.

    Tranzystor T1 (IRF1405) jest elementem wykonawczym do zrealizowanego programowo PWM dla taśm LED 12V (światła obrysu wokół sufitu). Tranzystor ten nie będzie się nagrzewał bez radiatora nawet przy prądach rzędu kilku A ze względu na znikomą rezystancję w stanie otwarcia. Rezystor R8 (10k) stanowi zabezpieczenie przed przypadkowym zwarciem bramki tranzystora do +12V lub masy, które może się zdarzyć podczas uruchomienia układu. Rezystor ten można zastąpić zworą w finalnym układzie. Do gniazd GP1-GP4 (GW-02) należy podłączyć fragmenty taśm diodowych. W projekcie modelowym do każdego ze złącz dołączone zostały około 2-3 metry taśmy LED (w sumie 10m).

    Tranzystor T2 (BC547B) wraz z rezystorami R6 (2,2k), R4 (1k) i złączem GP9 (GW-02) stanowi układ wyjściowy do zasilania diod LED w obudowach do montażu przewlekanego (do FD1 podłączone jest jeszcze 8 takich układów). Do złącza GP9 można dołączyć 1-3 diody w szeregu. Prąd diod ograniczony jest przez rezystor R4, a dzięki takiej konfiguracji (zdegenerowany emiter) niezależnie od ilości diod i wahań zasilania prąd diod będzie zawsze stały. W tym przypadku wartość tego prądu jest ustalona na około 4,3mA (4,3V na emiterze i wartość rezystora 1k). Rezystor R6 ogranicza prąd bazy tranzystora T2. Elementy T3 (BC547B), R7 (2,2k), R5 (1k) i złącze GP10 (GW-02) stanowią drugi identyczny, równolegle pracujący kanał sterowania. Pozwala on podłączyć kolejne 1-3 diod.

    Złącze FD2 (FD16) umożliwia podłączenie modułu wykonawczego z 12 triakami, które z kolei zapewnią poprawne włączanie żarówek halogenowych. Gniazdo RS232 (GD-03) stanowiące wyprowadzenie UART'a procesora umożliwia skorzystanie z portu szeregowego, gdyby zaszła taka potrzeba. Projekt modelowy nie wykorzystuje tej opcji. Złącze Prog (goldpin) umożliwia zaprogramowanie procesora.

    Schemat modułu wykonawczego "stars":
    Sterownik Podświetlania Sufitu

    Układ w istocie składa się z 8 źródeł prądowych zbudowanych w oparciu o tranzystory T1-T8 (BC547) i rezystory R1-R8 (1k). Rezystory R9-R16 (2,2k) ograniczają prąd baz tranzystorów. Połączenie z mikrokontrolerem w sterowniku odbywa się dzięki złączu FD1 (FD16). Działanie układów z tranzystorami T1-T8 jest bardzo proste: Stan wysoki na bazie tranzystora T1 (5V gdyż takim napięciem zasilany jest mikrokontroler) powoduje przepływ prądu w złączu baza emiter tranzystora. Na rezystorze R1 pojawi się napięcie w granicach 4,3V (spadek napięcia na złączu baza emiter wynosi około 0,7V), a więc prąd płynący przez rezystor będzie wynosił około 4,3mA. Taki sam prąd popłynie przez szeregowo połączone diody LED. Diody (max 4 w szeregu) zostaną dołączone do gniazd FD2-FD5 (FD16), jednak nie wszystkie gniazda muszą być wykorzystane. Jeśli w każdym z kanałów będzie pracowała mniejsza liczba diod to w pozostałych złączach należy zewrzeć parami piny 1 z 2, 3 z 4 itd., aby uzyskać obwód zamknięty dla płynącego prądu. Zastosowanie układu z tranzystorami T1-T8 pozwoliło na ominięcie problemu wahań napięcia zasilania. Prąd, a co za tym idzie jasność świecenia zależy tylko od rezystorów R1-R8. Należy jednak pamiętać, że napięcie zasilania modułu (VCC) musi być odpowiednio wysokie, przynajmniej o 5-6V większe niż suma napięć przewodzenia diod. Jeśli ten warunek nie będzie spełniony, obwód z tranzystorami T1-T8 nie będzie działał w pełni poprawnie, a prąd diod będzie mniejszy niż wynika z zastosowanego rezystora emiterowego. Dla zasilania 12-12,3V jak w projekcie modelowym można zastosować 2, maksymalnie 3 niebieskie diody LED, przy czym dla 3 diod niebieskich i zasilania 12V układ pracuje na granicy i prąd jest nieco mniejszy niż być powinien. Dla diod czerwonych i zielonych sprawa wygląda nieco lepiej ze względu na niższe napięcie przewodzenia. W efekcie w niektórych przypadkach będzie konieczne zasilanie diod wyższym napięciem, a co za tym idzie nie mogą one zostać dołączone do punktu VCC, który w typowych warunkach będzie na potencjale 12V względem masy. Fakt ten związany jest z taśmą LED zasilaną 12V, która wykorzystywana jest w projekcie. Determinuje ona wysokość zasilania innych fragmentów układu. Kondensatory C1-C2 (100uF) filtrują napięcie zasilania.

    Do poprawnego działania układu będzie jeszcze potrzebny moduł wykonawczy z triakami który można znaleźć http://mirley.firlej.org/uklad_wykonawczy_12tr

    Budowa:

    W projekcie zastosowane zostały elementy w obudowach do montażu przewlekanego, przez co niestety płytka jest duża ale za to montaż nie będzie sprawiał wiele problemów, nawet początkującym elektronikom. Montaż sterownika należy rozpocząć od wlutowania dwóch zworek. Pomocą w konstrukcji będzie rysunek montażowy dostępny tutaj. W dalszej kolejności dobrze jest wlutować elementy najmniejsze: rezystory, kwarc i jego kondensatory. W drugiej kolejności powinna zostać zamontowana podstawka pod mikrokontroler. Kolejność pozostałych elementów jest mało istotna, jednak złącza dobrze jest zostawić na sam koniec. Elementom D1 i U3 dobrze jest dostawić długie nóżki, gdyż mogą dzięki temu zostać łatwo zamocowane w obudowie. Stabilizator U2 powinien zostać wyposażony w niewielki radiator. Co prawda testy wykazały, że układ ten nie nagrzewa się w sposób grożący jego spaleniem, jednak pamiętając że całość będzie zamknięta w obudowie nad sufitem podwieszanym warto zadbać o chłodzenie stabilizatora.

    Moduł wykonawczy dla gwiazd jest także prosty w montażu, na płytce nie ma ani jednej zworki a lutowanie należy rozpocząć od rezystorów. Pomocą w konstrukcji będzie rysunek montażowy dostępny tutaj W drugiej kolejności należy zająć się tranzystorami i kondensatorami filtrującymi. Na samym końcu natomiast należy zamontować złącza IDC. Nie trzeba montować wszystkich, zależy to od ilości diod. Nieużywane gniazda trzeba zastąpić zworkami (pin 1 z 2, 3 z 4 itd.), gdyż diody są podłączone w szeregach. Brak jednej uniemożliwi działanie całego szeregu. Warto tutaj wspomnieć o montażu samych diod, gdyż muszą one zostać odpowiednio podłączone. Złącze w module wykonawczym umożliwia podłączenie tasiemki 16 żyłowej, która powinna zostać podzielona na 8 części po dwa przewody. Piny 1-2 mają zostać podłączone do pierwszej diody, 3-4 do drugiej itd. Nieparzyste piny stanowią anody diod, a parzyste katody.

    Taśmy między sterownikiem i modułami wykonawczymi muszą być zaciśnięte 1:1 co oznacza że piny 1,2,3... powinny trafić na piny o tych samych numerach w drugim złączu.

    Układ modelowy zasilany jest z zasilacza impulsowego 12V 60W. Przeznaczonego do współpracy z diodami LED. Nie jest to jednak wymóg i można skorzystać z klasycznego zasilacza z transformatorem. Należy przy tym pamiętać o odpowiedniej wydajności prądowej, która przy długiej listwie LED będzie musiała być rzędu kilku A.

    Stosując przetwornicę w roli zasilacza należy obowiązkowo pamiętać o podłączeniu jej uziemienia. Niedopełnienie tego obowiązku sprawi na na wyjściu przetwornicy pojawi się składowa przemienna o wartości rzędu 110-120V, co w skrajnych przypadka może być niebezpieczne. Składowa przemienna na wyjściu niskonapięciowym powoduje także inny pasożytniczy efekt. Gdy diody są wyłączone (sterownik odcina wszystkie tranzystory sterujące) i są podłączone tylko od strony 12V, składowa przemienna jest prostowana na diodach LED, powoduje przepływ niewielkiego prądu, a co za tym idzie sprawia, że wszystkie diody świecą (bardzo słabo, efekt widoczny jest w całkowitej ciemności). Jeśli podłączenie uziemienia nie wyeliminuje tego efektu, należy zmierzyć napięcie przemienne na masie zasilania niskonapięciowego względem zera w sieci energetycznej. Może się okazać że mimo wszystko wynosi ono kilkadziesiąt woltów. Wystarczy wtedy zewrzeć masę układu do zera w sieci (lub lepiej uziemienia, jeśli jest dostępne) za pomocą rezystora rzędu 47-100k. W moim przypadku załatwiło to sprawę.


    Program do mikrokontrolera został napisany w bascom'ie a kod źródłowy i wersja skompilowana dostępne są w załącznikach.

    Strona domowa projektu: http://mirley.firlej.org/sterownik_podswietlania_sufitu

    Foto:

    Sterownik Podświetlania Sufitu Sterownik Podświetlania Sufitu Sterownik Podświetlania Sufitu Sterownik Podświetlania Sufitu Sterownik Podświetlania Sufitu

    Czekam na opinie i uwagi

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    mirley
    Poziom 17  
    Offline 
    KUP TERAZ! - - PCB, Elementy do moich projektów. ZAMÓW! - Projektowanie PCB, programowanie i inne. Więcej na http://mirley.net
    mirley napisał 388 postów o ocenie 1033, pomógł 13 razy. Jest z nami od 2006 roku.
  • IGE-XAO
  • #2
    Morpheusss
    Poziom 15  
    Projekt bardzo fajny, jednak mam jedno zastrzeżenie - pewnie większość stwierdzi że przesadzam i że chińskie sterowniki też nie mają - nie widzę nigdzie filtra do taśmy LED. Domyślam się, że do regulacji jasności używasz PWMu? Pomyśl, że cała taśma LED to 10m antena która nadaje na częstotliwości nośnej PWM. Gdybym robił to dla siebie, to dobrałbym odpowiedni dławik filtrujący przy kluczu tak, aby prąd płynący przez diody był bardziej łagodny niż kwadrat :) Jeśli prąd regulujesz liniowo, to zwracam honor :)
    Pozdrawiam!
  • #3
    xanio
    Poziom 27  
    A jakaś animacja z działania? :)
  • IGE-XAO
  • #4
    kingofspace7
    Poziom 20  
    Pod wieszany sufit to zwykła płyta karton gips i profile przykręcone kołkami.

    Ja mam natomiast inne pytanko mianowicie jak są zamocowane te niebieskie diodki? one są przełożone przez płytę? Czy jak bo tego nie ogarniam;]
  • #5
    mirley
    Poziom 17  
    Do regulacji jasności uzywam PWM bez filtru.... co prawda nie ma nigdzie odcinka 10m jako jednej anteny ale teoretycznie może sprawiac to problem...

    ---------

    Filmiku nie nakręciłem bo mój aparat się do tego nie nadaje, efekt jest mizerny. Mogę spróbować jeszcze raz coś nagrać jak wrócę do domu

    ---------

    Niebieski diody zamocowane sa w specjalnie wykonanych oprawkach. Z kawałka rurki aluminiowej i złącza do goldpinów zrobiłem oprawki, które następnie zostały przyklejone do płyty. Po zagipsowaniu i wymalowaniu włożyłem w te oprawki diody led w plastikowych otoczkach
  • #6
    ToTamir
    Poziom 9  
    Powiesz mi jak zrobić taki super projekt ścieżek i jak wytrawić bo moje dzieła "bardzo" różnią się od twojego z dużym naciskiem na "bardzo"
  • #8
    eurotips
    Poziom 36  
    Koledze bardziej chodzi o rozmieszczenie elementów niż trawienie płytki,
    sam wielokrotnie poprawiam program aby wyjścia z procesora "podpasować" pod peryferia. Tylko taka metoda gwarantuje krótkie połączenia i brak zworek na płytce jednostronnej.
  • #9
    mirley
    Poziom 17  
    Jeśli o to chodzi to najpierw wrzucam na płytkę elementy z niekompletną netlistą, nie mam nic podłączone do procka oprócz zasilań i pinów, które muszą być podłączone w konkretne miejsca. Potem rozmieszczam elementy na płytce, dodaje połaczenia do schematu i na samym końcu prowadzę ścieżki