"Летучая мышь"

Автор: Kvazar, kvazar-spec@yandex.ru
Опубликовано 14.09.2016
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2016!"

Приветствую всех радиолюбителей и пушистого Радиокота, для которого к празднику в качестве подарка я приготовил самую настоящую ЛЕТУЧУЮ МЫШЬ! Думаю, что-что, а вот летучих мышей радиокоту еще не дарили. Считаю, что любой кот будет рад, если ему подарить мышь, а уж тем более летучую. И неважно, летучий ли тот кот или обычный.

(изображение не моё, а взято в аренду на всем известной и общедоступной Википедии)

Предисловие.

Зимой этого года в сильнейший мороз мне нужно было дойти до гаража и посмотреть, как там хранится автотранспортное средство, расчистить подъезд к воротам и забрать кое-какой инструмент. Очень порадовал тот факт, что света в гараже почему-то не было (электричество было отключено) и пришлось мне подсвечивать окружающее пространство фонариком телефона, который замерз минут через 10 и вырубился. Иных источников света в гараже не было, пришлось искать впотьмах, что меня нисколько не радовало. Ну, был еще вариант разлить кругом бензин и поджечь его, но этот вариант мне почему-то не понравился.
Во что бы то ни стало, я решил в ближайшее время разместить источник света, независимый от погоды, ветра, сырости, времени хранения, температуры и других факторов. Чтобы в любое время без всякой подготовки он был готов к работе. Пусть он будет не очень ярким – в самом деле, пусть хотя бы разница между закрытыми и открытыми глазами будет, а не как в тот зимний морозный вечер.
Решением, которое пришло мне в голову – всем известный керосиновый фонарь типа «летучая мышь». В Интернете я нашёл и заказал то, что искал. Новые (с хранения) советские керосиновые фонари «летучая мышь». Я заказал сразу несколько – как себе, так и тем, кто услышал от меня про них. Хочу заметить, что искал я именно старинные фонари.
Вживую фонарь оказался весьма забавным и интересным, мне захотелось пользоваться им и дома тоже. Смущал тот факт, что необходим керосин, который пахнет, при горении коптит, да и вообще как-то нет особой нужды настоящее пламя дома создавать.
Ладно, значит нужно переделать фонарь так, чтоб источником света был не горящий керосин, а какой-либо электрический источник. Еще бы неплохо, если бы свечение максимально напоминало свечение настоящего пламени. Что ж, это всё давно известно – светодиодная матрица с ШИМ-управлением, где коэффициент заполнения меняется таким образом, чтобы в итоге создавался эффект мерцающего пламени.

Модификация фонаря.

Фонарь изначально выглядел вот так:

Краска на нём местами начала растрескиваться и осыпаться, да и вообще фонарь был не очень-то приглядный. Как-то не вписывался в интерьер. «Ну это поправимо», - подумал я.
С фонарями была такая вот инструкция, которую я внимательно изучил, дабы «…не упустить», как сказал один военнослужащий в фильме ДМБ.

Пятьдесят девятого года изготовления фонарь-то. И стоил ни много ни мало тридцать рублей.
Ладно, всё это хорошо, но так как фонарь фактически будет электрическим, то в ёмкости для керосина будет размещаться источник питания (в моём случае – импульсный стабилизатор, работающий от электросети т.к. фонарь подразумевается использовать как чисто декоративный и стационарный). Вам же никто не мешает размещать любой источник, смотря цели какие.
Я, недолго думая, разобрал фонарь, днище вырезал и всё лишнее из нижней чашки также изъял.
Металл оказался достаточно толстым. Прорезь я сделал гравером с насадкой в виде отрезного диска для металла. Далее в получившуюся щель просунул губу ножниц по металлу и далее вырезал ими круг из нижней части днища. Вырезать идеально ровный круг не удалось, но в целом вышло ровно. Заусенцы также срезал ножницами по металлу и ошлифовал абразивным кругом.

Боковые воздуховоды, как и предполагалось, оказались полыми – это позволит пропустить в них провода на этапе сборки.

Как уже говорил, в чашке будет сетевой ИИП и фонарь будет работать от сети. Был найден подходящий питающий провод с вилкой от чего-то, в чашке вырезаны отверстия для вентиляции (и чтоб пыль залетала :) ) и крепление ввода питающего провода. Всё это сделано с «задней» так сказать стороны фонаря, чтобы особо сильно в глаза не бросалось. В общем всё видно из фотографий. На месте ввода питающего шнура уже при монтаже острые углы были срезаны, заусенцы убраны и проложен дополнительно слой толстого грубого кембрика по краям чтобы никоим образом питающий сетевой кабель не соприкоснулся с металлическим корпусом фонаря.

Так фонарь стал выглядеть «спереди». В принципе, так и не скажешь, что он теперь имеет питающий шнур, вентиляцию и собирается работать от электричества.

Что же, в местах, где краска растрескалась, я счистил её. И вообще содрал везде, где она не держалась. Там, где она осталась – она держалась очень прочно, а пескоструйного аппарата у меня нет. Не видя смысла сдирать её всю, я отправился в гараж для дальнейшей работы.
В гараже меня ждал компрессор с краскопультами и набор «юного автомаляра», оставшийся с предыдущих работ.

 Для тех людей, кто совсем не владеет информацией (как я когда-то) поясняю, что на фото изображены эпоксидный двухкомпонентный грунт, фосфатирующий (кислотный) двухкомпонентный грунт и наполняющий акриловый двухкомпонентный грунт. Сайт не является автолюбительским/автомолярным, поэтому не описывая «всю глубину наших глубин» лишь скажу, что в данном случае фонарь я покрыл толстым слоем акрилового наполняющего грунта и сверху методом «мокрый-по-мокрому» базовой эмалью металлик «опал 419». Толстый слой грунта позволил залить сколы и неровности от границ оставшейся, прочно держащейся краски и мелкие дефекты металла. Ну а «опал 419» выбран лишь потому, что просто был в наличии. Было желание использовать бронзовую пудру для окраски либо купить какую-либо более оригинальную краску, но во-первых уже холодает и особо нет времени для экспериментов, а во-вторых нет желания ходить специально подбирать краску. Лаком сверху не покрывал т.к. мне не нужно, чтоб фонарь блестел. Вот сам процесс покраски:

Все детали фонаря я тоже покрасил.

Далее я дождался высыхания грунта, краски и унёс фонарь обратно домой для монтажа заранее изготовленных плат со светодиодами. Что куда смонтировано, думаю, понятно без слов из фотографий. Вся информация об электронной части фонаря будет дана ниже, в конце статьи.
Все платы закреплены простейшим методом – приклеены термоклеем.

Вместо вырезанного металлического днища из полимерного материала был вырезан круг подходящих размеров, на котором были закреплены платы ИИП и малюсенькой платы с микроконтроллером.

Всё подключено должным образом, и днище приклеено двухсторонним скотчем (продающимся в автомагазине) к остаткам прежнего металлического днища (точнее, оставшемуся от него бортику).
Теперь в темноте фонарь выглядит так:

 А если снимать со вспышкой, то так

Видео работы (на youtube.com):

Вот прямая ссылка (на всякий случай):

https://youtu.be/qaX0XyNyRfA

Название видео: "Фонарь "Летучая мышь" со светодиодами"

  Описание электронной части.

Электронная часть состоит фактически из трех частей – матрицы желтых светодиодов (две платы – в нижней и верхней частях фонаря), маленькая плата с микроконтроллером и импульсный сетевой БП.
Этот фонарь, повторюсь, разрабатывался для работы от сети в домашних условиях в качестве декоративного элемента.
Изначально я хотел просто-напросто взять обычный слабенький трансформатор, диодный мост и стабилизатор. У меня есть маломощные трансформаторы, но даже самый меленький из них не влез в чашку фонаря.
Ничего готового я покупать не хотел, поэтому пошарил в барахле и нашёл две неисправные платы – одну от компьютерного БП ATX, а вторую – БП ЖК монитора. В плате БП ATX почти не осталось деталей, кроме чудом сохранившейся дежурки 5 В. Были вздуты электролиты, – замеры показали слишком малую ёмкость и высокое ESR. Их я заменил и вырезал кусок платы с дежуркой. Оставалось добавить к ней как раз ту часть схемы, которая была в БП монитора.
В БП монитора же была на месте только цепочка входного выпрямителя до электролита. На месте было всё, что нужно – предохранитель, термистор, синфазный фильтр, диодный мост и т.д. «Чего уже стесняться, раз так всё пошло», – решил я и тоже вырезал этот нужный мне кусок. Из этих двух кусков, фактически, барахла, я собрал один годный, исправный БП на 5 В. Схему этого БП представлять смысла не вижу, ибо если вы решите повторить эту конструкцию, то сами найдёте подходящий вам БП. Может, это будет и не сетевой БП, а что-либо другое. Аккумулятор, например. Напоминаю, что от этого БП работает, помимо светодиодов, плата с микроконтроллером, поэтому питание должно быть достаточно стабильным и без всяких выбросов и прочей ерунды, которая может пожечь или вызывать сбои микроконтроллера.
Плата микроконтроллера собрана по следующей схеме:

Как видно, используется микроконтроллер PIC12F683 в SMD корпусе SOIC-8. Данный МК имеет встроенный модуль ШИМ, что позволяет решить мою задачу до безобразия простым способом. Выход ШИМ – на выводе 5, куда через затворный резистор подключается полевик. В цепь стока подключаются светодиодные цепочки с резисторами. Я использовал 20 желтых светодиодов – 16 в верхней части фонаря и 4 – в нижней.
ШИМ работает на частоте 244 Гц, поэтому затворный резистор я выбрал только лишь из условия, чтобы даже при КЗ ток через вывод 5 не превышал максимально допустимый. Полевик я поставил IRLML0040 – просто были в запасе и главное – может управляться логическим уровнем напрямую с ноги МК. В принципе, можно любой – главное, чтобы он по току выдерживал и мог управляться логическими уровнями 0-5 В.
Печатки – в конце статьи, три чертежа в одном файле. Две платы со светодиодами, одна – плата микроконтроллера. Что куда подключать – понятно из схемы, всё элементарно. Микроконтроллер прошивается на плате – припаивается на пустую плату, прошивается, запаиваются остальные детали. Собственно, их тут по пальцам пересчитать можно.

Немного о работе программы для МК. Используется аппаратный модуль ШИМ, частота 244 Гц. Каждые 100 мс меняется коэффициент заполнения импульсов. Всего 512 отсчетов, выходит, что весь «фильм» длится около 50 секунд и если специально не отслеживать, то трудно заметить повторы. Константы записаны прямо в память программ, считываются и обрабатываются таблицей.
В процессе разработки возник вопрос, каким именно образом получить константы яркостей для ШИМ. Стал искать, как другие люди решили этот вопрос. На одном известном радиотехническом форуме нашёл статью, где человек создавал светодиодную свечу. Вот оригинал статьи:

https://petemills.blogspot.ru/2012/02/attiny-candle.html

Здесь разработка на ATTINY85 и есть файл с константами яркостей. Автор получил их с помощью собранного им фотодатчика, «записывающего» яркость настоящей свечи.
Я проанализировал эти константы в программе Excel и заметил, что коэффициент заполнения изменяется на мой взгляд в достаточно узком пределе. Поэтому я умножил эти константы на подобранное опытным путём число, тем самым динамический диапазон изменения коэффициента заполнения увеличился и уже после испытаний фонаря я убедился, что сделал это не зря – можно даже ещё больше увеличить разброс, чтобы визуально еще сильнее ощущать изменение яркости. Ну и я несколько увеличил длину «фильма» – оставались свободные адреса, не пропадать же им.
В общем, можно брать данные автора вышеуказанной статьи, можно мои, можно вообще вписать свои любые, это уже дело вкуса.
HEX-файл прошивки прилагается к этой статье, исходник же, если требуется, пришлю по запросу на электронную почту. Здесь дело не в жадности, просто не хочу участвовать в обсуждениях типа «а почему тут такая команда…здесь другая…можно было так…можно было иначе…ты не шаришь…так не делают» и т.д.

Заключение.

Возможна дальнейшая модификация фонаря. Так, можно добавить регулятор яркости ("крутилка", которую я убрал вместе с узлом держателя фитиля). Наличие АЦП на борту использованного МК позволит это с легкостью реализовать.

Можно установить RGB-светодиоды. Тогда можно ещё и цвет пламени выбирать. Например, какой-нибудь пурпурный (как у некоторых факелов в гильдии магов всем известной игры "The Elder Scrolls IV: Oblivion". Или ещё что-то сами уже придумаете... не забудьте со всеми нами только поделиться :)

Читать под светом этого конкретного фонаря не получится. В случае чего устанавливайте больше светодиодов или мощные можно установить. Ну вы сами всё это знаете, что тут говорить.

P.S. Статья, как и сама конструкция, создавалась в спешке. Думаю видно, что приходилось работать то дома, то в гараже...да помимо этого еще кучу дел совмещать. Если где-либо (на схемах, в описании и т.д.) будут замечены ошибки - прошу сообщить об этом. Примем меры.

zip-архив с печатками и HEX-файлом прошивки я вроде приложил. Прошу модераторов проверить, в случае чего (глюк и т.д.) я сразу вышлю.

Исходник, напоминаю, вышлю по запросу на мыло по вышеуказанным причинам.

Файлы:
Архив ZIP

Все вопросы в Форум.