вторник, 12 февраля 2013 г.

Светодиодный фонарь для оппозита: разработка и изготовление

Похожие статьи:

Очень давно у меня было навязчивое желание заменить лампочки накаливания в световых приборах на светодиоды. Преимуществ у последних более чем достаточно:
- низкое энергопотребление;
- очень большой срок службы: при номинальном режиме работы это около 50-60 тысяч часов, а это около 6 лет непрерывного свечения;
- устойчивость к вибрациям, что немаловажно на оппозите.

Пришло время это сделать!


Первоначально я вынашивал идею сделать светодиодные поворотники, даже где-то тут была бородатая статья моя с так и не доведенным до конца проектом, но реализовать это до конца не хватило хотения. Попытка номер два была начата в январе этого года, в период холодов и острой мотонедостаточности :) 

Сперва была, как говорится, идея...
Стоп-сигнальная фара достаточно важная вещь на любом транспортном средстве. Важно чтобы она была как можно ярче и заметнее - по себе сужу, что у меня как у водителя выработался рефлекс тормозить на красный свет. Думаю что у остальных водителей так же. Мотоцикл - транспортное средство повышенной опасности и поэтому, как говорит один небезызвестный человек, "надо жэстачайшэ ужэстачиць контроль".
Мой взгляд давно привлекали установленные на некоторых машинах дополнительные секции стоп-сигнала которые мигают и дополнительно привлекают внимание водителя, едущего сзади. И мне захотелось иметь что-то похожее на мотоцикле. Поэтому к тому времени когда я сел за этот проект у меня в голове нарисовался следующий план...

Вот так выглядит задняя фара в моём оппозите
Немножко о предмете разработки...Задняя фара включает в себя секцию стоп-сигнала(верхняя часть), световозвращающий элемент посередине - чтобы обозначить мотоцикл с выключенным световым оборудованием, а также секцию габаритных огней с совмещенной подсветкой номера(нижняя часть).
Не спав днями и ночами Тщательно подумав, мне захотелось реализовать следующее расположение светодиодов как на схеме ниже:

Схема расположения светодиодной подсветки
Секция стоп-сигнала состоит из трёх светодиодных линий. При нажатии тормоза верхняя и нижняя(обозначены красными точками) горят постоянным свечением, центральная часть(обозначена розовыми точками) мигает с небольшой частотой для поднятия ЧСВ мотоциклиста привлечения внимания едущего сзади водителя.Стоп-сигнал должен быть самым ярким, поэтому под эту секцию отведено больше всего места.

Секция габаритных огней представляет из себя одну светодиодную линию(обозначена точками жёлтого цвета) - большая яркость тут не нужна, для обозначения в тёмное время суток вполне достаточно. Для освещения номера будет использовано 4 светодиода, направленных вниз (обозначены синими точками). Вот как-то так...

В качестве светодиодов рассматривались различные варианты, но в итоге я решил использовать светодиодную ленту(SMD 5050) красного цвета. Подробнее про ленты можно почитать тут.

Светодиодная лента
Выбор обусловлен тем что в ней уже смонтированы токоограничительные резисторы, она как раз подошла по длине и имеет силиконовую герметизацию. Я правда не совсем уверен в надёжности клея на её поверхности, но тут уж покажет только эксплуатация...

В качестве светодиодов для подсветки номера использовались 12-вольтовые светодиоды белого свечения. К сожалению, фото именно этих светодиодов нет, они выглядят также как и на картинке, только внутри светодиода на катоде у них есть жёлтое пятно(подозреваю что это резистор). По сравнению с обычными светодиодами их преимущество в том что опять же не надо городить токоограничительные резисторы, а так разница на мой взгляд только в цене.

Светодиоды для подсветки номера
Так как бортовая сеть оппозитного мотоцикла отличается крайней стабильностью, для стабилизации напряжения будет использована микросхема 7812(отечественный аналог - КР142ЕН8Б). 

Cхема включения представлена ниже. Значения кондеров на схеме минимальные, можно ставить и большего номинала. Конденсаторы требуются для уменьшения пульсаций как по входу, так и по выходу, чтобы обеспечивать стабильный режим работы микросхемы. 



микросхема 7812(отечественный аналог - КР142ЕН8Б)
Схема подключения стабилизатора 7812

Технические характеристики 7812 (КР142ЕН8Б) вполне удовлетворяют требованиям разрабатываемого девайса:
Тип.............................................................нерегулируемый
Выходное напряжение, В............................12
Ток нагрузки, А ..........................................1,5
Тип корпуса................................................TO220
Максимальное входное напряжение, В.......35
Нестабильность по напряжению, %.............0.05
Нeстабильность по току, %.........................0,67
Температурный диапазон, C.......................-10…70

Для реализации мигающей секции стоп-сигнала я выбрал схему на микросхеме таймера NE555(полная версия статьи по таймеру).

Из этой статьи становится понятно, что режим работы схемы задают резисторы R1,R2 и конденсатор С. Рассчитать их можно  по чудесной формуле:
Чтобы определиться с частотой, можно заглянуть в эту статью.
Ну а кому лениво считать - можно скачать программу под незамысловатым названием 555 Timer PRO. Я сначала рассчитывал руками, но конечный вариант всё-таки был расчитан программой.

На макетке была собрана версия проверить как это работает вообще:



Далее была разобрана запасная старая фара такого же типа - было жалко снимать хорошую, стоящую на мотоцикле. Ибо вероятность что-то загубить/сломать есть всегда. Были произведены замеры и прикинута конструкция крепежа. Из оригинальной конструкции был демонтирован отражатель для лампочки стоп-сигнала - он больше не нужен.

Плата выглядит следующим образом. Для разработки использовалась среда DipTrace. Почему не Sprint Layout? Не знаю, потому что я привык к DipTrace.
Из недостатков разработанной платы, естественно выявившихся мной только после изготовления могу отметить следующее:
- светодиоды подсветки надо однозначно перенести выше - это мой конструктивный просчёт, не учёт. У себя же вылечил подгибанием светодиодов, благо они на длинных ножках;
- расстояние между выводами элементов явно "вражеское" - в домашних условиях некоторые вещи было паять не очень удобно. Поэтому для последующих проектов прийдется некоторые компоненты перерисовать "под себя";
- не совсем удачная авторазводка, всё впринципе ничего кроме дорожки от U8 к U11 через всю плату. Всё равно когда сверлил крепежное отверстие эту дорожку перебил. Проще изначально было её не прокладывать, а припаять проводом;
- две дорожки развести программе не удалось(на схеме они в виде синих линий). Их пришлось аккуратно продолжить проводами.

Схема разводки печатной платы
Вобщем-то это мой первый реальный опыт изготовления чего-то от начала до конца, поэтому косяков было очень много :)

Ещё пару слов по плате...Я решил установить отдельный стабилизатор напряжения на каждый контур по нескольким причинам: во-первых потому что работают они раздельно, во-вторых токи потребления у них разные, как и режимы работы. Например стоп-сигнал врядли будет гореть несколько часов, а габариты - запросто при дальней езде. С этой же целью под стабилизатор для габаритов U13 отведено больше свободного место - при необходимости туда будет установлен радиатор, но не думаю вообще что до этого дойдёт.
Для стабилизатора стоп-сигнала U14 тоже оставил место, но поменьше. Всё-таки режим работы у него более краткосрочный, хоть и ток больший.

Для защиты от неправильного включения в схему включены выпрямительные диоды 1N4007 VD1, VD2, выдерживающие обратное напряжение до 1000В и постоянный прямой ток до 1А.
Для снижения пульсаций до и после стабилизаторов установлены конденсаторы C1,C2 и C4,C5 соответственно, ёмкостью 100нФ.

В итоге получилась такого вида плата:

Плата, внешний вид
Плата, внешний вид, другой ракурс
Блок подсветки номера
Блок подсветки номера + блок габаритных огней
Мультиметр показывал расход тока примерно 107 мА.

Вот так это всё дело светится :)

Светодиодная лента имеет клеющуюся поверхность. Поэтому проблема в её монтаже была только в контактах. Её я решил следующим образом: проволка пропускается в отверстие и запаивается, контакты на светодиодной ленте лудятся, подносятся к проволке, проволка нагревается и всё это дело запаивается. Для большей надёжности сбоку можно дополнительно подпаять. Поверхность на которую приклеивается лента естественно обезжиривается, думаю что будет достаточно надёжно. Может не самое лучшее решение, но мне захотелось сделать так :)





Стоп-сигнал, правда без мигающей секции
Вместе с подсветкой номера и габаритами

Вид изнутри


Вот такая получилась плата, страх и ужас, зато своими руками
С таймером наверное был самый гемморой...Почему-то на той же комбинации резисторов и конденсатора секция совсем не мигала. Была перепроверена схема, были найдены возможные места замыканий, исправлены, но ничего. Потом вспомнил про камеру мобильного телефона - она показала что всё-таки светодиоды мигают, но очень быстро, незаметно для человеческого глаза. А камера видит...


Дело оказалось в собственной вечерней невнимательности, а точнее в емкости конденсатора, впаянного по ошибке вместо нужного. Несложный перерасчёт и вуаля:




Показания амперметра колеблются от 230 до 290 мА при работе все контуров - стопа, габаритов и подсветки номера. А это намного меньше чем кушало бы две лампы накаливания по 5W(а точнее они бы кушали вместе 820мА).
Мигающая часть в выключенном положении
А тут удалось подловить - горят все три секции

Ну и напоследок немножко видео...

Без колпака

Фара в сборе

В заключение могу сказать только что как бы ни казалась эта поделка простой - на самом деле не так уж и быстро она сделалась...Возможно потому что это мой первый опыт, возможно кривые руки) Я извлек кое-какие уроки из всего этого и при разработке следующих поделок для оппозита уже надеюсь не буду наступать на те же грабли.

Отдельное спасибо моему брату Диме за оказанную помощь в создании платы.