Pulssiohjattu LED-valo

Julkaistu: keskiviikko 22.8.2018

Viime talvena (3/2018) kollegan pyynnöstä tilaustyönä toteutettu suhteellisen nopea rakentelu on tehty Kajaanin Uimaseuralle heidän toimintaansa varten. Jos vielä muistan oikein, niin ajanottajia varten tarvittiin ns. flash-valo, mikä väläyttää valoja aina esiohjauksen mukaan. Ohjauspulssina on 50 millisekunnin (open-drain tai avokollektori) lähtö, minkä mukaan valon pitää välähtää. Kytkentä löytyy kuvana alta ja on varsin yksinkertainen, vaikkakin ei ehkä kaikkein parhain (mutta tässä olikin tarkoituksena saada nopeasti jotain toimivaa aikaiseksi). Kytkennästä tuli tehtyä piirilevy ja tälle myös 3D-printattiin oma kotelonsa.

Pulssiohjattu LED-valo kytkentä

Kytkennän toiminta

Darlington-transistori Q1 aktivoituu, kun SIN ja SOUT -signaalit yhdistetään. Tämä aiheuttaa transistorin kannalle n. 30 mA:n virran, mikä puolestaan vahvistuu lisää transistorin sisällä ja saa ledien kynnysjännitteen ylittymään ja sitä myötä virran kulkemaan ledien läpi sytyttäen ne loistamaan. Tähän kytkentään ei ole rakennettu mitään ajastinta, vaan ledien väläyksen kesto on täysin riippuvainen ohjauksesta. Tällä kytkennällä pystyy siis "loimottamaan" ledejä pitempäänkin, mutta jos ledien tehonkesto ei ole riittävä, alkavat ne kuumenemaan ja polttamaan itse itsensä loppuun.

Pinnit on nimetty SIN ja SOUT juurikin noin päin, koska näin ne kytketään päätelaitteeseen, joka ledejä ohjaa.

Piirilevyn teko

Tuttuun tapaan, piirilevyn tekeminen alkaa kytkennän piirtämisellä piirilevysuunnitteluohjelmassa. Piirtämisen jälkeen siirtokuva tulostetaan maskille ja siirretään puhdistetun piirilevyn pintaan silitysraudan avulla. Tarkempia ohjeita piirilevyn tekoon tällä menetelmällä löytyy esimerkiksi tältä sivustolta kohteesta piirilevyjen tekeminen syövyttämällä. Maskia joutui hieman korjailemaan permanenttitussilla jälkeen päin, kuten kuvasta huomaa. Tämä johtuu siitä, että siirtokuva ei painautunut kuparipintaa vasten aivan täydellisesti. Maskissa on myös avaukset porattavien reikien kohdalle; kupari syöpyy niiltä osin pois ja ovat tavallaan pilottireikiä pienelle 0.8 mm:n poranterälle.

pulssivalopiirilevymaski

Syövytyksen jälkeen piirilevyyn porattiin reiät ja komponentit juoteltiin paikoilleen. Reilun parin tunnin värkkäyksen jälkeen prototyyppi näytti tältä...

Piirilevy syövytettynä

ja toiselta puolen tältä...

riviliittimet ohjaimelle

Merkkasin tussilla riviliittimien viereen niiden merkityksen ja siirryin kytkennän testaukseen.

Kytkennän testaus

Mittailin skoopin ja funktiogeneraattorin avulla kytkennän toimintaa. Syötin SOUT-pinniin funktiogeneraattorista 2 hertsin kanttiaaltoa (VPP = 12V, offset = 6V, 50 ms pulssi) ja mittasin skoopista sekä syötetyn signaalin, että kytketyn käyttöjännitteen ja ledien etuvastuksen yli jäävän jännitteen. Jälkimmäisestä pystyi laskemaan yhden haaran läpi kulkeneen virran ja todentamaan kytkennän mitoituksen. Tietenkin ledeistä näki myös silmällä, että ne välähtävät kirkkaasti. Myöhemmin kirkkautta piti saada vielä lisää, joten se onnistui nostamalla transistorin kantavirtaa ja pienentämällä ledien etuvastuksia. Ledit kuitenkin ovat kerrallaan päällä vain 50 ms:a ja käyttökertoja on aika harvoin, joten arvelin kytkennän kestävän käytössä ihan ok.

Funktiogeneraattori

pulssivaloskooppikuva

Valon välähdyksistä otin myös lyhyen videopätkän, mutta en nyt taida sitä tähän kuitenkaan laittaa.

Kotelon suunnittelu ja 3D-tulostus

Täysin kustomille rakentelulle pitää tietenkin tehdä myös täysin kustomoitu 3D-printattu kotelo. Suunnittelun kotelon Sketchupilla ja tulostin kotelon kahtena osana (kotelo ja kansi) keltaisesta PLA-muovista.

suunnittelu sketchupilla

3D-tulostettu keltainen kotelo

Laitteen kasaaminen

"Tilauksen" mukana toimitettiin tarvittavat komponentit sekä heijastinlinssit. Näiden avulla sain laitteen kasattua ja siitä tuli lopulta tämän näköinen sisältäpäin...

valolaitteen rakennus

Ja ulkoapäin...

Pulssivalo

Yhteenveto ja loppusanat

Printteihin meni aikaa muutama tunti ja kotelon suunnitteluun toinen mokoma. Elektroniikan ja piirilevyn tekemiseen meni myös muutama tunti, en tarkalleen laskenut aikaa. Muutaman arki-iltana sain tämän väsättyä kuitenkin kasaan, eli sanotaanko yksi tai puolitoista työpäivää. Aika on sinänsä kummallisen paljon näinkin yksinkertaiseksi laitteeksi, mutta täytyy muistaa että tämäkin on taas täysin tyhjästä aloitettu koteloineen päivineen.

Esimerkiksi 3D-mallin tekemiseen kuluu paljon aikaa, koska täytyy mittailla ja arvioida ei pelkästään tulevan kotelon muotoja, mutta olemassa olevan elektroniikan muotoja. Samalla kun laitetta kasaa, voi joutua kotelon osalta palaamaan uudestaan suunnittelun ääreen kun huomaa, että jokin mitta ei nyt täsmääkkään tai jonkin komponentin sijaintia ei ollut ottanut huomioon. Plus tietenkin käsillä kasatun vehkeen toleranssit ovat mitä nyt sillä hetkellä sattuu olemaan.

Lopuksi tulostin elektroniikan kytkentäkaavion paperille ja toiselle puolen komponenttisijoittelun kuvan. Piirsin käsin kytkentään lopuksi havainnollistavan johtimien kytkentäkaavion. Alla olevassa kuvassa laite on vielä kasaamatta, mutta älkööt siitä välittäkö!

valmis tuote

Kiitos mielenkiinnostasi jos jaksoit jutun loppuun asti!