Фонарик на ATtiny13.

2019-10-02

Фонарик на ATtiny13 – статья, в которой расскажу, как сделать фонарик на сверх-ярких светодиодах со стабилизатором тока и некоторыми полезными функциями.

Описание задумки.

Работая на одном заводе, пришлось мне столкнуться со светодиодными лампами. Лампы эти шли взамен старым люминесцентным, мощностью 80Вт. Длинные трубы, такие.

Люминисцентные лампы 80Вт

Рисунок 1

Так вот. Светодиодные лампы хорошо и долго работали, но все же выходили из строя, какие - ремонтировались, а какие – просто списывались. Вследствие чего в моём распоряжении появлялись оставшиеся запчасти. Запчастями это, конечно, сложно назвать, внутри лампы была линейка светодиодов типоразмера 3528 и плата стабилизатора тока. Стабилизаторы обычно перегорали.

Как-то цеховые электрики попросили изготовить фонарик из оставшихся запчастей. Выполнить заказ взялся мой коллега и друг. Так на свет появился первый прототип фонарика на литиевом аккумуляторе и SMD-светодиодах. Фонарик был очень простым и состоял из 21 светодиода, зарядного на микросхеме TP4056, выключателя и литиевого аккумулятора из старой батареи ноута. Из-за своей простоты жизнь фонарика была не долгой. Причин несколько: 1. Из-за отсутствия стабилизатора тока быстро перегорели светодиоды; 2. Выключатель вышел из строя, так как коммутировал рабочий ток светодиодов, а он не маленький. Проанализировал первый неудачный прототип фонарика коллеги – решил разработать свой, который будет лишен перечисленных недоработок.

О схеме.

До разработки фонарика у меня уже был опыт работы со сверх-яркими светодиодами (светильник, автопереноска, дневные ходовые огни и т.д.). За всё время работы у меня не сгорел ни один светодиод! Почему?! Расскажу немного позже, а сейчас о схеме. Принципиальная схема фонарика на микроконтроллере показана на рисунках 2-3. Если ты знаешь, как всё работает и тебе не интересно – пропускай этот раздел и переходи к следующему.

Принципиальная схема фонарика на ATtiny13

Рисунок 2.

Принципиальная схема фонарика на ATtiny13

Рисунок 3.

Фонарик можно собрать в двух модификациях – с микроконтроллером и без. Если нет желания использовать микроконтроллер, то достаточно установить перемычку 2-3 штыревого разъёма ХР4 и не ставить все компоненты, которые показаны на схеме(рис.2) + резистор R16(рис.3). Выключатель с фиксацией подключается к ХР3. Правда в таком исполнении, через выключатель будет протекать рабочий ток светодиодов, и он будет быстрее выходить из строя. В своём описании буду опираться на схему с микроконтроллером. Эта модификация работает, когда установлены все необходимые компоненты и стоит перемычка 1-2 штыревого разъёма ХР4.

Управляет режимами работы фонарика микроконтроллер ATtiny13A. Резистор R2 служит для «подтяжки» вывода Reset микроконтроллера к + питания. Кнопка вкл./выкл./яркость через R5 подключается к 6 ноге микроконтроллера. Чтобы нога «не висела» в воздухе пока кнопка не нажата, нужен R4. Штыревой разъём ХР1 добавил для внутрисхемной «прошивки» микроконтроллера. ХР2 установлен параллельно кнопке, на тот случай если штатная кнопка не установлена, чтобы было куда подключать выносную. М1 – модуль зарядного на микросхеме ТР4056, покупается на али. Светодиоды HL1, HL2 «выдернул» с модуля М1. Они, кстати, нужны для индикации заряда аккумулятора. Красный – идёт заряд, синий – заряжен полностью. Для зарядки подойдёт обычное зарядное от смартфона со штекером micro USB. Сверх-яркие светодиоды HL3-HL23, типоразмера 3528, покупал на али. Даташита на них не нашёл, но на странице продавца значились рабочие характеристики: напряжение питания - 3,2В, ток – 20мА. Разъём ХР4 позволяет выбрать режим работы фонарика. Замкнуты контакты 1-2 – управление идёт через микроконтроллер, 2-3 – микроконтроллер не нужен, а включением и выключением управляет выключатель, который нужно подключить к разъёму ХР3.

Вернусь теперь к вопросу почему в моих схемах не перегорают светодиоды. Всё очень просто. Во всех своих разработках со светодиодами применяю стабилизатор тока. В большинстве из них – простенький, на двух транзисторах, в фонарике решил сделать немного по сложнее. Для этого добавил в схему операционный усилитель на микросхеме LM358, коэффициент усиления которого, задаётся резисторами R12, R13, R14, R15, R17. Резисторы R8, R11 выполняют роль шунта. Напряжение, которое падает на этих резисторах, усиливается операционным усилителем и подается на базу транзистора VT1. Когда падения напряжения на переходе БЭ транзистора VT1 будет достаточным для его открытия, он откроется и «посадит» затвор транзистора VT2 на массу, что приведёт к его закрытию и как следствию - снижению тока через светодиоды. Как только ток понизится, падение напряжения на шунте станет меньше и транзистор VT1 закроется, освободив затвор транзистора VT2 от «массы». Транзистор VT2 снова откроется и ток устремится к светодиодам. На самом деле транзисторы могут работать не в ключевом режиме, а в режиме усиления. Работая в таком режиме и очень быстро. В схеме легко можно было обойтись и без операционника, но он есть. Полевой транзистор, кстати, позаимствовал из старой материнки. Причём, пробовал ставить транзисторы с разным сопротивлением канала и ток был стабильным и неизменно одинаковым. Аккумулятор типоразмера 18650 на 3,7В «выдернул» из старой батареи ноута. Кстати, если у тебя остались ещё аккумуляторы, то можешь обратить внимание на эту статью – FM приёмник на RDA5807.Весь перечень необходимых запчастей свёл в таблицу 1.

О печатной плате.

Принципиальную схему и печатную плату разрабатывал в PCAD-2006. Печатная плата фонарика получилась двухсторонней, размерами 100х21мм, рисунки 4,5.

Печатная плата фонарика верх

Рисунок 4

Печатная плата фонарика низ

Рисунок 5

Шелкография – рисунки 6,7.

Печатная плата фонарика верх шелкография

Рисунок 6

Печатная плата фонарика низ шелкография

Рисунок 7

Когда разрабатывал печатную плату, то старался уместиться в размеры до 100мм по длинной стороне. Для чего мне это было нужно? Всё просто! Если в последующем заказывать производство печатных плат у китайцев, то за плату, которая умещается в их стандартный размер, придётся заплатить гораздо меньше, чем за плату, которая немного больше стандартного размера. У большинства китайских производителей стандартный размер платы – 100х100мм.

Первый прототип делал с помощью аэрозольного фоторезиста. Получилось очень даже ничего, рисунки 8,9.

Печатная плата фонарика верх

Рисунок 8

Печатная плата фонарика низ

Рисунок 9

Залуженная – 10,11.

Печатная плата фонарика верх залуженная

Рисунок 10

Печатная плата фонарика низ залуженная

Рисунок 11

Когда плата была готова принялся паять компоненты – рисунки 12, 13, 14, 15, 16.

Печатная плата фонарика

Рисунок 12

Печатная плата фонарика

Рисунок 13

Печатная плата фонарика

Рисунок 14

Печатная плата фонарика

Рисунок 15

Печатная плата фонарика

Рисунок 16

Когда все спаял, взялся за наладку.

О наладке.

Фонарик, собранный из заведомо исправных деталей, начинает работать сразу после прошивки и нуждается только в проверке/подстройке рабочего тока светодиодов.

В схеме 21 светодиод, все они включены параллельно. Через каждый протекает ток в 20мА, а в общем – 420мА. Мне довелось собрать ни один фонарик и у каждого проверял рабочий ток светодиодов. После чего пришёл к однозначному выводу - если номиналы резисторов R12, R13, R14, R15, R17, R8, R11 не отличаются от тех, что указаны на схеме, то можно вообще ничего не проверять. Так как ток стабилизатора получается около 410мА. Если же решишь подвериться, то установи перемычку 2-3 штыревого разъёма XP4, а амперметр включи между контактами 1-2 штыревого разъёма XP3. Если всё правильно собранно, аккумулятор заряжен и подключен согласно схемы, то должны включиться светодиоды, а амперметр должен показать рабочий ток. Если значение рабочего тока сильно отличается от 420мА, то придётся подобрать номиналы резисторов: R12, R13, R14, R15, R8, R11. На рисунке 17 самая первая наладка стабилизатора тока.

Наладка фонарика на ATtiny13

Рисунок 17

Фьюзы.

Фьюзы на рисунке 18.

Фьюзы для микроконтроллера ATtiny13

Рисунок 18

Прошивал микроконтроллер программатором - USBASP, его покупал на али. Программа для прошивки – AVRDUDE. Перед прошивкой проверь бит SPIEN, на рисунке 18 видно, что он не активный и по умолчанию на нём стоит галка. Если у тебя всё также, то можешь смело ставить галки, как на рисунке и «шить». Если же бит SPIEN не активен и галка не стоит, то придётся сделать инверсию, то есть: где на рисунке не стоит галка там поставить, где стоит – убрать. На всякий случай добавлю программу после статьи. Если сомневаешься, то лучше скачай мою.

Что может.

Фонарик может работать в одном из трех возможных режимов:

  1. Основной;
  2. Стробоскоп;
  3. SOS.

Описание основного режима.

По умолчанию фонарик включается/выключается кратковременным нажатием кнопки SB1. После включения фонарик переходит в основной режим работы. Сам по себе основной режим работы – это обычное свечение с установленной ранее яркостью. Причём установленная ранее яркость распространяется и на стробоскоп, и на SOS. Как поменять яркость???

  1. Выключаю фонарик;
  2. Зажимаю кнопку SB1 и жду первую вспышку светодиодов;
  3. После первой вспышки кнопку отпускаю.
  4. Теперь яркость плавно меняется от минимума до максимума и обратно, и так будет до тех пор, пока снова не нажму кнопку SB1 и не сохраню значение яркости. Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что на минимуме и максимуме светодиоды на некоторое время совсем тухнут. Это сделано для того чтобы можно было легко выставить максимальную или минимальную яркость. Если нажать кнопку в момент, когда светодиоды потухнут, то установится минимум или максимум в зависимости от того где находилось значение яркости.

Описание стробоскопа.

Режим стробоскоп – это мерцание светодиодов с определённой частотой.

Стробоскоп включается почти также, как и регулировка яркости отличие только в том, что кнопку бросают не после первой вспышки светодиодов, а после второй. Для выхода из режима достаточно повторно нажать на кнопку SB1.

Описание режима SOS

Режим SOS подобен режиму стробоскоп отличие только в том, что в режиме SOS вспышки светодиодов формируют сообщение SOS, азбукой Морзе.

Режим SOS включается также, как и режим стробоскоп отличие только в том, что кнопку бросают не после второй вспышки светодиодов, а после третьей. Для выхода из режима достаточно повторно нажать на кнопку SB1.

Если не понятно, то посмотри видео или задай мне вопрос - постараюсь объяснить.

Сравнение фонарика смартфона и представленного в статье.

Корпус

Для изготовления корпуса мне потребовался отрезок колбы от старой светодиодной лампы, две алюминиевые крышечки, немного кож.зама, поролона и изоляционного материала, рисунок 19.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 19

Первым делом наметил и сделал отверстие под кнопку SB1, рисунок 20.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 20

Далее выточил отверстие для зарядки в одной из крышечек, рисунок 21.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 21

Немного позже запишу видео, как это сделать.

В глухую крышку, со стороны аккумулятора, вырезал изоляционный материал и поролон, рисунки 22,23.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 22

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 23

В одной из половинок колбы собрал плату и аккумулятор. Между ними поставил перегородку из текстолита и немного поролона, рисунок 24.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 24

Чтобы не было видно аккумулятор на прозрачной половинке колбы, закрыл это место кож.замом, рисунок 25.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 25

После соединил половинки колбы воедино, закрыл крышками и насладился новоиспечённым фонариком, рисунок 26.

Изготовление корпуса для фонарика

Рисунок 26

Не обойтись в этой истории без Китайцев… Хорошо протестировав фонарик, решил заказать производство печатных плат в Китае, что из этого получилось можно посмотреть на рисунках 27,28.

Заводская печатная плата фонарика

Рисунок 27

Заводская печатная плата фонарика

Рисунок 28

Фонарик с новой платой, рисунок 29. Кнопку, кстати, сделал выносной и убрал её на крышку, рисунок 30.

Обновлённый фонарик на ATtiny13

Рисунок 29

Обновлённый фонарик на ATtiny13

Рисунок 30

Подведу итоги. В статье рассказал, как сделать несложный фонарик на микроконтроллере ATtiny13. Фонарик имеет три режима работы (основной, стробоскоп, SOS). Есть возможность регулировать яркость с последующим сохранением значения в энергонезависимую память. Заряжается от обычной зарядки (micro USB). В конце статьи есть все необходимые файлы для повторения изобретения. Фонарик получился очень классным и удобным. Сам им постоянно пользуюсь. Очень удобно возить с собой в машине, в бардачке или брать с собой в командировку. Так же использую дома, как ночник в детской. Многим друзьям уже подарил, жалоб ещё не было.

Некоторые планы.

В процессе эксплуатации выяснилось, что сильно не хватает неодимовых магнитов в корпусе. Думаю, в ближайшее время добавить один - на глухую нижнюю крышечку и один - на алюминиевую половинку колбы. После того, как добавлю магниты фонарик можно будет примагничивать к металлическим предметам, а это очень удобно. Ещё подумал о том, что неплохо было бы разработать макет пластиковых крышечек с необходимым отверстием под micro USB гнездо и кнопку, и печатать их на 3D – принтере. Это очень облегчит изготовление корпуса, но мой принтер пока на стадии сборки и опыта в разработки макетов покуда нет.

Спасибо, что дочитал(а) до конца! Буду рад обсудить статью в комментариях.

Файлы к статье:

ATtiny13 datasheet.

BC846 datasheet.

led3528 datasheet.

LM358 datasheet.

p0903bdg datasheet.

TP4056 datasheet.

Архив с проектом.

Прочитано 298 раз

Понравилась статья? Помоги и остальным о ней узнать! Это просто.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.

Все права защищены. При указании активной, индексируемой ссылки на сайт PICHOBBY.LG.UA, полное или частичное использование материалов разрешается. Уважайте чужие труды! Не забывайте проставлять ссылки! Правообладателям
© Ерёмин Антон Юрьевич 2013-2019гг.