Λαμπτήρας LED Glowing Stones: 5 Βήματα (με Εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Πολλοί ενήλικες μπορεί να θυμούνται να φτιάχνουν μια λάμπα από ξύλο και να τη διακοσμούν με ένα δοχείο σόδας στο γυμνάσιο. Αυτό το έργο θυμίζει εκείνες τις μέρες. Τα 13 μου η ηλικιωμένη κόρη ήθελε να φτιάξει έναν λαμπτήρα και αυτό έκανε ένα καλό επιστημονικό έργο κλειδώματος.

Αφού κατασκευάσετε ένα έργο με λωρίδες LED, συχνά σας μένει ένα τμήμα αριστερών προστίμων, το μέρος που κόψατε για να λάβετε ένα ακριβές μήκος για να ολοκληρώσετε το έργο σας. Αυτό το υπόλοιπο τμήμα δεν διαθέτει συνδέσμους, μπορεί να είναι αρκετά σύντομο και μπορεί να μην φαίνεται ότι έχει προφανή χρήση. Αυτό το διδακτικό θα εξηγήσει πώς να μετατρέψετε την περικοπή λωρίδας LED που έχει απομείνει σε διακοσμητικό φως.

Περίληψη έργου:

Η κόρη μου ήθελε το φως να έχει μια αυτόματη λειτουργία που χρησιμοποιούσε μια αντίσταση φωτογραφίας για τον έλεγχο μέρους των LED. Τραβήξαμε από το απόθεμα ηλεκτρικών εξαρτημάτων μου για να κατασκευάσουμε το κύκλωμα. Προσθέσαμε μια άλλη συστοιχία LED στην κορυφή, η οποία θα χρησιμοποιούσε χειροκίνητη λειτουργία για υψηλότερο επίπεδο φωτισμού. Επιλέξαμε ένα στάνταρ βάζο κονσερβοποίησης που είχε την επιθυμητή αισθητική. Αποφασίσαμε να τυλίξουμε τη λωρίδα LED γύρω από ένα χάρτινο σωλήνα για να διατηρήσουμε τον φωτισμό σε ομοιόμορφη απόσταση από τα πλάγια και να μειώσουμε τον αριθμό των γυάλινων σφαιριδίων που απαιτούνται. Γέμισε τον υπόλοιπο χώρο με γυάλινες χάντρες διαφόρων χρωμάτων για ένα καθαρό αποτέλεσμα. Η βάση σχεδιάστηκε σε Fusion 360 και 3D εκτύπωση και περιλαμβάνει ανοίγματα για το βύσμα τροφοδοσίας DC, αντίσταση φωτογραφιών και διακόπτη εναλλαγής on-off-on.

Προμήθειες

Αυτό το έργο απαιτεί τα ακόλουθα μέρη:

• Λωρίδα (ες) LED (νέες ή περιττές κοπές)
• Γυάλινο βάζο κονσερβοποίησης με καπάκι
• Χρωματιστές γυάλινες χάντρες
• Ξύλινη, κατασκευασμένη ή τρισδιάστατη εκτυπωμένη βάση
• Σωλήνας από χαρτόνι (ή σωλήνας με 3D εκτύπωση) και ταινία αλουμινόχαρτου
• Τροφοδοσία που ταιριάζει με την τάση της λωρίδας LED.
• Καλωδίωση (18AWG ή 20AWG) για πραγματοποίηση συνδέσεων.

• Ηλεκτρικά εξαρτήματα

  • Βύσμα DC και πρίζα στήριξης σε πάνελ
  • Εναλλαγή διακόπτη για έλεγχο, ενεργοποίηση-απενεργοποίηση σε αυτήν την περίπτωση
  • NPN τρανζίστορ για αυτόματο έλεγχο (2N2222a)
  • Αντίσταση φωτογραφίας και αντιστάσεις ⅛ watt για τον έλεγχο του τρανζίστορ.
• Λαστιχένια σχάρα (για την προστασία της καλωδίωσης που διέρχεται από μια τρύπα στο καπάκι)

Τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν:

• Συγκόλληση σιδήρου και άργυρου (χωρίς μόλυβδο)
• Multi-Meter Breadboard (για τον έλεγχο του κυκλώματος)
• Κόπτης/απογυμνωτής καλωδίων
• Ηλεκτρική ταινία
• Τρυπήστε και δαγκώστε.
• 3D εκτυπωτής ή εργαλεία επεξεργασίας ξύλου (για τη βάση)

Βήμα 1: Γυάλινες χάντρες και ο σωλήνας φωτός

Το πρώτο βήμα είναι να προσδιοριστεί η ποσότητα των γυάλινων σφαιριδίων που χρειάζονται. Σε αυτή την περίπτωση, είχαμε τρία κιλά χρωματιστές χάντρες. Είναι σημαντικό τα σφαιρίδια που χρησιμοποιούνται να μην είναι ηλεκτρικά αγώγιμα λόγω των εκτεθειμένων μεταλλικών επιφανειών της ταινίας LED. Τα γυάλινα μάρμαρα θα ήταν μια άλλη επιλογή. Ο χάρτινος σωλήνας στο κέντρο βοηθά στη μείωση αυτής της ποσότητας διατηρώντας τη λωρίδα LED σε σταθερή απόσταση από τις πλευρές του βάζου. Ο σωλήνας κόπηκε κατά μήκος, λαμβάνοντας υπόψη ότι θα υπήρχαν γυάλινες χάντρες στο κάτω μέρος του βάζου (τελικά το πάνω μέρος του βάζου για να κρύψει την κορυφαία συστοιχία LED). Για να βελτιωθεί η αισθητική και η ανάκλαση, αυτός ο σωλήνας από χαρτόνι ήταν καλυμμένος με ταινία αλουμινόχαρτου. Η λωρίδα LED ήταν κολλημένη στο εξωτερικό του σωλήνα σε σπιράλ μοτίβο. Υπάρχει ένα προαιρετικό βήμα για τη διάχυση του φωτός που βγαίνει από τη λωρίδα LED εάν επιθυμείτε ένα πιο ομοιόμορφο μοτίβο φωτισμού - ένα θολό υλικό όπως χαρτί κεριού θα μπορούσε να προστεθεί γύρω από τις λωρίδες. Αυτό θα μείωνε μερικά από τα φωτεινά σημεία και θα ήταν καλή ιδέα αν τα περισσότερα σφαιρίδια είναι διαυγή και όχι χρωματιστά. Για να επαναχρησιμοποιήσετε τη λωρίδα LED, πρέπει να κολλήσετε σύρμα στις γλωττίδες που έχουν απομείνει όταν κόβετε τη λωρίδα LED σε μήκος. Ορισμένα κιτ διαθέτουν επιπλέον συνδετήρες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Εάν επιλέξετε να κολλήσετε, προτιμάτε ένα μικρό, συμπαγές σύρμα για ευκολία συγκόλλησης. Χρησιμοποιώ στερεό σύρμα 22awg για το σκοπό αυτό. Ένα σύνολο «χεριών βοήθειας» κάνει αυτό το έργο πολύ πιο εύκολο. Η κόρη μου έκανε τη συγκόλληση καθώς αυτό ήταν ένα σημαντικό μέρος αυτού του μαθήματος. Αυτή ήταν η δεύτερη φορά συγκόλλησης και αυτές οι συνδέσεις ήταν μικρότερες από την προηγούμενη εργασία. Έκανε καλή δουλειά.

Βήμα 2: Τροφοδοσία

Απαιτείται τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος για αυτό το έργο. Συλλέγω ηλεκτρονικά εξαρτήματα για δεκαετίες, οπότε η εύρεση κατάλληλου τροφοδοτικού ήταν αρκετά εύκολη. Εάν πρέπει να αγοράσετε ένα για το έργο, θα δώσετε προσοχή στη βαθμολογία εξόδου DC Voltage και τη βαθμολογία DC Current της παροχής. Εάν θέλετε να επαναχρησιμοποιήσετε ένα ανταλλακτικό που έχετε τοποθετήσει, πρέπει να καθορίσετε εάν είναι ρυθμιζόμενο ή μη. Οι ρυθμιζόμενες (μερικές φορές αποκαλούμενες "μεταγωγή") έχουν την ίδια τάση εξόδου σε οποιοδήποτε φορτίο (κάτω από την ονομαστική χωρητικότητα φορτίου). Ένα μη ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό θα έχει τάση εξόδου που ποικίλλει ανάλογα με το φορτίο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να είναι 18VDC χωρίς συνδεδεμένο τίποτα και 10VDC με συνδεδεμένο μεγάλο φορτίο. Αυτά τα τροφοδοτικά έχουν ονομαστική ισχύ εξόδου σε συγκεκριμένο ρεύμα φορτίου, δηλαδή 12VDC @ 500mA. Αν βάζετε περισσότερο φορτίο, η τάση πέφτει και, αντιστρόφως, εάν βάζετε λιγότερο φορτίο αυξάνεται η τάση. Μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε αν θέλετε, αλλά απαιτεί προσεκτική επιλογή, διότι η υπέρβαση της βαθμολογίας της λωρίδας LED θα τους προκαλέσει ταχύτερη αστοχία (υψηλότερο ρεύμα μέσω του τσιπ LED αυξάνει τη φωτεινότητα αλλά μειώνει τη διάρκεια ζωής). Εάν δεν γνωρίζετε το φορτίο των συστοιχιών LED, μπορείτε να μετρήσετε το φορτίο με ένα ψηφιακό πολύμετρο όταν είναι συνδεδεμένα σε τροφοδοτικό. Οι λωρίδες LED μας έφτασαν τα 200mA φορτίου και χρησιμοποιήσαμε μια παροχή με τιμή 600mA. Για απλότητα, συνιστώ τη χρήση ρυθμιζόμενου τροφοδοτικού για τα έργα τάσης DC. Η δοκιμαστική εικόνα δείχνει τη χρήση δύο μέτρων για τη μέτρηση της τάσης και του ρεύματος.

Βήμα 3: Κύκλωμα

Ο σχεδιασμός του κυκλώματος είναι αρκετά απλός και υπάρχουν πολλές διαθέσιμες επιλογές για να το κάνετε περισσότερο ή λιγότερο περίπλοκο. Ένας διακόπτης ενεργοποίησης/απενεργοποίησης θα ήταν ένας πολύ βασικός τρόπος για να το συνδέσετε. Προσθέσαμε ένα κύκλωμα "αισθητήρα σκούρου" που ανάβει το φως όταν το επίπεδο φωτισμού περιβάλλοντος είναι χαμηλό και μειώνει το φως καθώς το επίπεδο φωτισμού περιβάλλοντος αυξάνεται. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί ένα διαχωριστή τάσης για τον έλεγχο της τάσης στη βάση ενός τρανζίστορ NPN.

Προκειμένου να διδάξουμε τον έλεγχο του φωτισμού και τις αρχές του κυκλώματος, χτίσαμε πρώτα το κύκλωμα σε μια σανίδα ψωμιού. Το τροφοδοτικό που χρησιμοποιήσαμε για τη λάμπα χρησιμοποιήθηκε για την πλάκα ψωμιού για να παρέχει ρεαλιστικές πληροφορίες. Εδώ, δοκιμάσαμε διαφορετικούς συνδυασμούς αντιστάσεων για να επιτύχουμε τον επιθυμητό έλεγχο. Αναφερθήκαμε στο φύλλο δεδομένων για το τρανζίστορ NPN και χρησιμοποιήσαμε ένα ψηφιακό πολύμετρο για να μετρήσουμε το εύρος αντίστασης της επιλεγμένης αντίστασης φωτογραφίας (έως 10k ohm όταν σκοτεινιάσει). Μια αντίσταση 1k ohm προστέθηκε σε σειρά με την αντίσταση φωτογραφίας για να δημιουργήσει την ελάχιστη τιμή του κάτω μέρους του διαχωριστή τάσης. Μια μεταβλητή αντίσταση είναι ένα προαιρετικό χαρακτηριστικό για την κορυφή του διαχωριστή τάσης για να επιτρέπεται η ρύθμιση, αλλά αποφασίσαμε ότι μια αντίσταση 22k ohm στην κορυφή του διαχωριστή τάσης παρείχε επαρκή έλεγχο και προσέφερε πρόσθετη απλότητα. Αυτά τα εξαρτήματα συναρμολογήθηκαν σε μια μικρή διάτρητη σανίδα στη θέση αντίστασης φωτογραφίας και συγκολλήθηκαν στη θέση τους. Η λωρίδα LED κυκλοφορεί μέσω του τμήματος συλλέκτη-εκπομπής του τρανζίστορ NPN, ελέγχοντας το ρεύμα μέσω της λωρίδας LED. Η διαφορά μεταξύ ενός "αισθητήρα φωτός" και ενός "αισθητήρα σκούρου" είναι απλώς η τοποθέτηση της αντίστασης φωτογραφίας στο κύκλωμα διαχωριστή τάσης (δηλαδή πάνω ή κάτω). Μια επιπλοκή στο κύκλωμά μας ήταν η επιθυμία να τροφοδοτηθεί η εσωτερική λωρίδα σε λειτουργίες AUTO ή ON, ενώ η κορυφαία συστοιχία LED τροφοδοτείται μόνο στη λειτουργία ON. Ένας διακόπτης εναλλαγής διπλού πόλου επέτρεψε στην εσωτερική λωρίδα να έχει απομονωμένες τροφοδοσίες ισχύος από τον επάνω πίνακα.

Ένα βύσμα DC για βάση στήριξης παρέχει ένα εύχρηστο σημείο σύνδεσης και το βύσμα ζεύξης συγκολλήθηκε στην καλωδίωση τροφοδοσίας. Το τροφοδοτικό σας μπορεί να έχει ήδη ένα βύσμα DC, οπότε θα αγοράσετε το αντίστοιχο βύσμα στήριξης πάνελ. Φροντίστε να δώσετε προσοχή στην πολικότητα του βύσματος τροφοδοσίας, άλλοτε το κέντρο είναι θετικό, άλλοτε το κέντρο είναι αρνητικό. Το να το γνωρίζετε αυτό είναι σημαντικό γιατί τα LED θα λειτουργούν μόνο με σωστή πολικότητα.

Βήμα 4: Τρισδιάστατη εκτυπωμένη βάση

Η βάση σχεδιάστηκε στο Fusion 360 και είναι αρκετά βασική. Ένα τραχύ σχήμα καθορίστηκε με βάση τις διαστάσεις του βάζου και το ύψος με βάση το βάθος του διακόπτη εναλλαγής. Οι οπές για τον γρύλο και το διακόπτη εναλλαγής βασίστηκαν σε μετρημένες διαστάσεις των επιλεγμένων εξαρτημάτων. Η θέση της αντίστασης φωτογραφιών ήταν εσοχή με εγκοπές για τους αγωγούς και ένα τμήμα παρέμεινε για την εφαρμογή θερμής κόλλας για τη στερέωση της αντίστασης φωτογραφίας. Οι θέσεις βιδών στερέωσης επίσης διαμορφώθηκαν και εσοχή, ώστε ένα τυπωμένο καπάκι να χωρέσει μέσα στη βάση. Οι τρύπες για το καπάκι ήταν ελαφρώς απομακρυσμένες. Τα σπειρώματα κοχλιών Μ6 διαμορφώθηκαν στη βάση. Τα πάχη τοιχώματος που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 2mm και το μοντέλο τυπώθηκε σε PLA με 40% γυροειδές γέμισμα μεταξύ 4 επάνω και κάτω στρώσεων. Το ύψος του στρώματος ήταν 0,2mm με ακροφύσιο 0,4mm. Φροντίστε να μεγεθύνετε λίγο τις τρύπες σας για να εξηγήσετε τη συρρίκνωση μετά την ψύξη της εκτύπωσης.

Οι συνημμένες εικόνες και αρχεία είναι μια μεταγενέστερη έκδοση από αυτήν που εκτυπώσαμε πρώτα, πήραμε κάποια μαθήματα και προσθέσαμε μια εσοχή για να βιδώσουμε το καπάκι στη βάση. Η βάση μας παρέλειψε την εσοχή και απλώς σάντουιτσε τη βάση ανάμεσα στο καπάκι και το βάζο που απαιτούσε θερμή κόλλα για να αποτρέψει την περιστροφή. Θέλουμε να κατασκευάσουμε μερικά ακόμη από αυτά και αναμένουμε ότι ο σχεδιασμός θα εξελιχθεί περαιτέρω με την πάροδο του χρόνου. Μη διστάσετε να χρησιμοποιήσετε τα συνημμένα αρχεία ως αφετηρία για το έργο σας.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση

Η συναρμολόγηση αυτού του λαμπτήρα είχε ως εξής:

1. Καθαρίστε όλα τα μέρη και τα κομμάτια, το βάζο, το καπάκι και τις χάντρες.
2. Τοποθετήστε μερικές στρώσεις στο κάτω μέρος του βάζου για να αποκρύψετε την κορυφή του σωλήνα.
3. Τοποθετήστε το σωλήνα με τις συστοιχίες LED ασφαλισμένες και ενσύρματες.
4. Αφήστε αρκετά εκατοστά επιπλέον μήκος σύρματος έξω από το στόμιο του βάζου για σύνδεση αργότερα.
5. Προσθέστε προσεκτικά τις γυάλινες χάντρες όπως θέλετε.
6. Συνδέσαμε προσωρινά τη συστοιχία LED, ώστε η κόρη μου να βλέπει το αποτέλεσμα καθώς προσθέτει χάντρες.
7. Μόλις γεμίσει, ανοίξτε μια τρύπα στο καπάκι και προσθέστε μια λαστιχένια σχάρα για να προστατέψετε την καλωδίωση από τυχόν αιχμηρά άκρα.
8. Συναρμολογήστε τα ηλεκτρικά εξαρτήματα στη βάση.
9. Συναρμολογήστε το καπάκι και συνδεθείτε με τη βάση.
10. Κολλήστε ή στερεώστε το καπάκι και τη βάση έτσι ώστε το βάζο να μην μπορεί να γυρίσει ή να τραβηχτεί. Στην περίπτωσή μας, το καπάκι/δακτύλιος στο βάζο στερέωσε τη βάση στο γυάλινο βάζο, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε θερμή κόλλα για να αποφευχθεί η περιστροφή.
11. Συνδέστε την καλωδίωση LED στο κύκλωμα, δύο καλώδια ανά λωρίδα/χορδή/πίνακα LED.
12. Τοποθετήστε το καπάκι.

Αυτός ο λαμπτήρας είναι διακοσμητικός, προσαρμοσμένος και ήταν μια καλή μαθησιακή εμπειρία για την κόρη μου. Έμαθε για κύκλωμα, συγκόλληση, υπομονή και προσοχή στη λεπτομέρεια. Προβλέπω ότι αυτή η εμπειρία θα είναι τόσο αξέχαστη όσο η πρώτη μου λαμπάδα ποπ στην 7η τάξη.