Ozdoba świąteczna - duża gwiazda LED

Z okazji zbliżających się świąt postanowiłem zaprezentować ozdobę, którą zbudowałem dwa lata temu. Od strony elektronicznej jest to zwykła lampka RGB, czyli nic niezwykłego. Warte uwagi są zastosowane w niej elementy świecące, bowiem są to oświetlacze LED wymontowane ze skanerów. Można je zdobyć za darmo z „elektrośmieci” i wykorzystać w celach artystycznych. Niniejszy opis można zatem traktować jako źródło inspiracji i pomysł na nowe życie starego złomu

Oświetlacze

W skanerach dokumentów zasadniczo stosowane są dwa rodzaje źródeł światła: lampy wyładowcze lub diody elektroluminescencyjne. Pierwszy rodzaj oświetlaczy widuje się najczęściej w starszych skanerach lub w kserografach. Zespół skanujący jest w tym przypadku dość duży, gdyż poza źródłem światła zawiera skomplikowany układ optyczny złożony z luster, obiektywu i liniowego sensora CCD. Nas interesują oświetlacze LED, których jest pełno w tanich urządzeniach wielofunkcyjnych ze skanerem CIS, tj. „Contact Image Sensor”. Takie głowice skanujące łatwo poznać po małych wymiarach, gdyż nie ma w nich układu luster. Zawierają one tylko liniowy sensor o długości równej szerokości kartki, wiele mikroobiektywów przed sensorem no i sam oświetlacz. Ten składa się z pojedynczej diody RGB i kawałka polimerowego światłowodu. Zmatowione miejsca na jednej z jego bocznych powierzchni powodują ładne, równomierne świecenie na całej długości. Poniżej: dwa rodzaje głowic skanujących. Po lewej z sensorem CCD, po prawej skaner CIS.

Nie pozostaje zatem nic innego niż pojechać na jakąś wystawkę, nazbierać urządzeń wielofunkcyjnych i wymontować z nich świecące linijki. Demontaż sprowadza się zwykle do odhaczenia jakiegoś zatrzasku i odlutowania 4 wyprowadzeń diody.

Konstrukcja mojej gwiazdy

Gwiazda miała być lekka, by dawała się bezpiecznie wieszać na drzewie. Z tego powodu zmontowałem ją na kawałku cienkiej płyty XPS. Dodatkową zaletą tego materiału jest bardzo łatwa obróbka, co przy montażu dnia 23.12.2020r. też miało znaczenie. Linijki LED przymocowałem do płyty kawałkami cienkiej srebrzanki, przewlekając je przez otwory w płycie i skręcając z tyłu ich końce. W miejscach, w których znajdują się diody i ich wyprowadzenia, wyciąłem w płycie otwory przy pomocy zaostrzonej, metalowej rurki. Na tym właściwie kończyła się pierwotna wersja zrobiona „na szybko”, gdyż cała reszta to była już wielka plątanina nieizolowanych (!) drutów i rezystorów poprzyklejanych do tylnej strony kawałkami taśmy. Działało to przez dwa sezony, aż w końcu coś się gdzieś urwało i kilka segmentów zgasło. Z tego powodu, w tym roku udoskonaliłem konstrukcję. Używając kleju na gorąco, przykleiłem od spodu 5 okrągłych łączówek wyfrezowanych z laminatu FR4. Krótkie połączenia między wyprowadzeniami LED i łączówkami nadal są zrobione srebrzanką, bo tak było po prostu najłatwiej. Resztę okablowania zrobiłem już jak należy, tj. związanymi w wiązkę drutami w izolacji. Diody zabezpieczyłem przed wilgocią kroplami oleju silikonowego, gdyż znajdują się one w szczelinach, w których woda mogłaby się utrzymywać przez długi czas i wyraźnie zaszkodzić. Reszta połączeń jest jaka widać - jeśli nawet zamokną to szybko wyschną. Zresztą, ostatnio gwiazda znalazła miejsce pod daszkiem, który ją skutecznie chroni przed deszczem.


Sterowanie

Tutaj nie ma się co rozpisywać, bo jest to układ o charakterze tymczasowym. Wykorzystałem dwa moduły z mojego zestawu testowego do układów cyfrowych: moduł z mikrokontrolerem ATmega8 oraz moduł zasilania i wyjść wysokoprądowych (ULN2803). Wszystko to zamknąłem w jakiejś puszce elektrycznej i schowałem, razem z zasilaczem sieciowym, w bryzgoszczelnej szafce stojącej na dworze.

Program napisałem w asemblerze w niecałą godzinę. Jego fragmenty pokazuję jako ciekawostki. Składa się on w zasadzie z dwóch podprogramów uruchamianych przerwaniami zegarowymi. Pierwszy z nich, wykonywany ok. 20 000 razy na sekundę, jest trójkanałowym, programowym modulatorem PWM:


Rejestr R19 jest tutaj licznikiem kołowym, pracującym w pętli 0, 1, 2, …, 254, 255, 0 itd., inkrementowanym (inc r19) przy każdym wywołaniu podprogramu. Stan licznika jest następnie porównywany (instrukcje cp oraz brsh) z zadanymi jaskrawościami poszczególnych kanałów (R16, R17, R18) i na podstawie wyniku porównania dany kanał jest włączany (R19<Rk) lub nie (R19>=Rk). Częstotliwość sygnału PWM wynosi około 80 Hz.

Drugi z podprogramów steruje animacją i jest wywoływany 10 razy na sekundę. Wygląda tak:


Każdy z bloków Mn odpowiada za jeden krok animacji, tj. jedną zmianę jaskrawości lub przerwę. Do dyspozycji są tu rejestry R, G, B (R16 – R18) sterujące jaskrawością poszczególnych kolorów oraz rejestr D (R21) służący do realizacji opóźnień czasowych bez zmian jaskrawości. Można inkrementować lub dekrementować dowolne z nich, zależnie od pomysłu na animację. Po spełnieniu warunku końca danego kroku (cpi modyfikowany_rejestr, wartość_końcowa) następuje wpisanie nowego adresu do wskaźnika Z. W ten sposób, kolejne wywołanie podprogramu, a ściślej wykonanie instrukcji ijmp na jego początku, uruchamia blok M o nowo wybranym adresie. Po wykonaniu ostatniego bloku (M30) wskaźnik zostaje ustawiony na któryś z pierwszych bloków (w przykładzie: M1), co zapętla pracę programu. I to by było na tyle z szybkiego kursu AVR ASM Program realizuje bardzo spokojną animację z płynnymi zmianami barwy i jaskrawości, bez żadnych denerwujących błysków.

Na koniec kilka zdjęć świecącej gwiazdy:


Kolorowych Świąt!