Контроллер RGB ленты - лампа настроения

Автор: Antares
Опубликовано 14.01.2018
Создано при помощи КотоРед.

Добрый день, коллеги по паяльнику! Появилась у меня в спальне прикроватная тумбочка, и все телефоны и зарядки перекочевали с пола на эту тумбочку, а для их питания был добыт из загашника удлинитель. После выслушивания "Фи" от жены по поводу эстетических характеристик удлинителя и пожеланий о появлении ночника, да такого чтобы места не занимал, я вспомнил, что давно хотел попробовать сделать лампу настроения на светодиодной RGB ленте. Было решено прикрепить ленту под боковую стенку кровати, чтобы её в выключенном состоянии вообще не было видно, а контроллер собрать самому, т.к. хотелось попробовать лежащие на полке когда-то полученные в виде презента микроконтроллеры STM8, да попробовать платы в Поднебесной заказать. В итоге набросал схему:

Питание подаётся через клеммник X1 и предохранитель FU1. От перенапряжения и переполюсовки плату защищают супрессор VD1 и предохранитель FU1. Наличие питания индицируется светодиодом HL1. Изначально хотел реализовать переключение нескольких режимов быстрым включением-выключением питания. Для этого развязал силовое питание и питание стабилизатора контроллера диодом VD2 и поставил конденсатор C1 большой ёмкости в цепь питания стабилизатора контроллера. Для этих же целей планировался детектор просадки питающего напряжения на R1, VD3, R5, VT2, R8, R9, C3. В итоге применения это не нашло, но компоненты на плате остались. Управляет всем микроконтроллер DD1. Питание для него поставляет стабилизатор DA1. Программирование производится через стандартный разъём SWIM (X2). Управление силовыми выходами производится при помощи сдвоенных силовых полевых транзисторов VT1, VT3. Диоды VD4-VD7 защищают выходы от выбросов, резисторы R2, R6, R11, R13 ограничивают ток заряда затвора, а резисторы R4, R7, R12, R14 заземляют затворы в случае перехода выходов микроконтроллера в режим плавающего входа.

Изначально я планировал повесить ещё на этот контроллер белую ленту отдельным каналом для отдельного режима, поэтому на плате разведено 4 канала. Т.к. подсвечивать планирую и кровать, и тумбочку, каждый канал выводится через две клеммы.

Каждая транзисторная сборка держит по 2А на канал без сильного нагрева в постоняном режиме. Так как максимальное напряжение таких транзисторов - 20В, использовал супрессор на 18В. Если необходимо управлять более высоковольтными нагрузками, следует подобрать более высоковольтные транзисторы и супрессор. Выбирать номинал предохранителя следует исходя из максимального суммарного тока.

Схема и плата выполнены в Altium Designer, исходники можно скачать в архиве. Плата изначально задумывалась под заказ в Китае, поэтому, скорее всего, без переразводки в домашних условиях повторить не получится, т.к. отверстия для выводов деталей (в т.ч. и разъёмов используются в качестве переходных).

Собрать конструкцию решил в заводском корпусе от древнего преобразователя интерфейсов. Отдельно делать пришлось только переднюю и заднюю панели. На корпусе разместил две розетки (контроллер будет стоять на тумбочке, где до него можно будет дотянуться с кровати, и заодно выполнять функции удлинителя)

Ленты подключаются к контроллеру через разъёмы, чтобы, при каких-либо передвижениях мебели, ничего не перепаивать. Сеть заводится через гермоввод. Знаю, сейчас меня заклюют электрики, но разъёмы выбирал по принципу "чем богаты, тому и рады", поэтому на выходах - "папы", а отверстие под выключатель получилось впритирку, поэтому не смог достать и перевернуть его. Но, в принципе, для домашнего использования подойдёт.

Если снять верхнюю крышку, изнутри контроллер выглядит так:

Выключатель отключает только питание контроллера ленты, розетки подключены постоянно. Белый разъём справа корпуса использовался для изоляции сетевых проводов, идущих на розетки, во время работ внутри контроллера.

Блок питания - китайский S-36-12 на 36Вт. Несмотря на заявленную мощность, за несколько часов довольно сильно нагревается (пластиковый корпус, к которому он прикручен, под ним нагревается градусов до 50, с учётом того, что он (корпус) - без ножек, и лежал на тумбочке, прогревая и её, а суммарное постоянное потребление ленты (без учёта ШИМ) не превышает 20Вт). Поэтому, при выборе китайских БП всегда берите с хорошим запасом и, перед включением, не ленитесь разобрать и проверить монтаж.

Прошивка микроконтроллера написана в IAR без применения каких-либо библиотек (прямое обращение к регистрам микроконтроллера). Исходники можно скачать в архиве. Исходный код задокументирован с использованием системы документирования исходных кодов Doxygen и обычных комментариев.

Микроконтроллер тактируется от внутреннего источника частотой 16МГц. Для управления всеми 4 каналами используется один 16-битный таймер с 4 ШИМ выходами. Частота ШИМ составляет около 244Гц. Для придания большей кажущейся линейности изменению яркости для задания значения ШИМ используется квадратичная зависимость (см. в исходниках). Для генерации цветов используется генератор случайных чисел. Для того, чтобы цвета не повторялись при каждом включении, число, инициализирующее генератор случайных чисел, пересчитывается и заносится в EEPROM память микроконтроллера при каждом включении питания. В коде также реализован алгоритм, обеспечивающий данный функционал при износе ячеек EEPROM памяти.

Прошивка лампы настроения может быть легко портирована на другой микроконтроллер благодаря тому, что весь аппаратно-зависимый код сконцентрирован в одной файловой паре (.h + .c) и приправлен комментариями.

Я хотел заснять на видео работу устройства, но камера почему-то упорно не хотела передавать получаемые оттенки, поэтому я сделал несколько фотографий:

Проекты платы и прошивки также можно найти на моей страничке на гитхабе (https://github.com/AntaresLab). Я буду рад, если Вы примете участие в жизни проекта: дополните, улучшите или портируете прошивку или плату. Все вопросы и предложения можете присылать на мой e-mail (вверху статьи).

Файлы:
Прошивка
Плата

Все вопросы в Форум.