Angstrom - μια προσαρμόσιμη πηγή φωτός LED: 15 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-13 06:57

Το Angstrom είναι μια πηγή φωτός LED με δυνατότητα ρύθμισης 12 καναλιών που μπορεί να κατασκευαστεί με τιμή κάτω των 100 λιρών. Διαθέτει 12 κανάλια LED ελεγχόμενα με PWM που εκτείνονται 390nm-780nm και προσφέρει τη δυνατότητα ανάμειξης πολλαπλών καναλιών σε μία έξοδο 6 mm συνδεδεμένη με ίνες, καθώς και την ικανότητα εξόδου οποιουδήποτε ή όλων των καναλιών ταυτόχρονα σε μεμονωμένες εξόδους ινών 3 mm.

Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν μικροσκοπία, ιατροδικαστική, χρωματομετρία, σάρωση εγγράφων κ.λπ. Μπορείτε εύκολα να προσομοιώσετε το φάσμα διαφόρων πηγών φωτός, όπως συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού (CFL).

Επιπλέον, οι πηγές φωτός θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για ενδιαφέροντα εφέ θεατρικού φωτισμού. Τα κανάλια τροφοδοσίας είναι περισσότερο από ικανά να χειριστούν επιπλέον LED με υψηλότερη ονομαστική παροχή ρεύματος και τα πολλαπλά μήκη κύματος δημιουργούν ένα όμορφο και μοναδικό πολύχρωμο εφέ σκιάς που οι κανονικές πηγές LED λευκού ή RGB δεν μπορούν να αντιγραφούν. Είναι ένα ολόκληρο ουράνιο τόξο σε ένα κουτί !.

Βήμα 1: Απαιτούμενα μέρη - Συνέλευση πίνακα, ισχύος, ελεγκτής και LED

Πίνακας βάσης: Η μονάδα συναρμολογείται σε ξύλινη βάση, περίπου 600mm X 200mm x 20mm. Επιπλέον, ένα ξύλινο μπλοκ ανακούφισης από καταπόνηση 180mm X 60mm X 20mm χρησιμοποιείται για την ευθυγράμμιση των οπτικών ινών.

Ένα τροφοδοτικό 5V 60W συνδέεται στο δίκτυο μέσω ενός συνδεδεμένου βύσματος IEC, εξοπλισμένο με ασφάλεια 700mA, και ένας μικρός διακόπτης εναλλαγής ονομαστικής ισχύος τουλάχιστον 1A 240V χρησιμοποιείται ως κύριος διακόπτης ισχύος.

Ο κύριος πίνακας κυκλωμάτων είναι κατασκευασμένος από τυποποιημένο φαινολικό χαλκό ντυμένο με λωρίδες, ύψους 0,1 ιντσών. Στο πρωτότυπο, αυτός ο πίνακας έχει διαστάσεις περίπου 130mm X 100mm. Ένας προαιρετικός δεύτερος πίνακας, περίπου 100mm X 100mm τοποθετήθηκε στο πρωτότυπο, αλλά αυτό είναι μόνο για να ταιριάζει σε επιπλέον κυκλώματα, όπως η λογική επεξεργασίας σήματος για φασματοσκοπία κλπ. Και δεν απαιτείται για τη μονάδα βάσης.

Το κύριο συγκρότημα LED αποτελείται από 12 LED 3 αστέρων, κάθε ένα διαφορετικό μήκος κύματος. Αυτά συζητούνται λεπτομερέστερα στην ενότητα για το συγκρότημα LED παρακάτω.

Οι λυχνίες LED είναι τοποθετημένες σε δύο ψύκτες αλουμινίου οι οποίες στο πρωτότυπο είχαν βάθος 85mm x 50mm x 35mm.

Ένα Raspberry Pi Zero W χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της μονάδας. Είναι εξοπλισμένο με μια κεφαλίδα και συνδέεται σε μια αντίστοιχη υποδοχή 40 ακίδων στην κεντρική πλακέτα κυκλώματος.

Βήμα 2: Απαιτούμενα μέρη: LED

Τα 12 LED έχουν τα ακόλουθα κεντρικά μήκη κύματος. Είναι LED 3 αστέρων με βάση ψύκτρας 20 mm.

390nm410nm 440nm460nm500nm520nm560nm580nm590nm630nm660nm780nm

Όλες εκτός από τη μονάδα 560nm προέρχονται από το FutureEden. Η μονάδα 560nm προέρχεται από το eBay καθώς το FutureEden δεν διαθέτει συσκευή που καλύπτει αυτό το μήκος κύματος. Σημειώστε ότι αυτή η μονάδα θα αποσταλεί από την Κίνα, οπότε αφήστε χρόνο για παράδοση.

Τα LED είναι προσαρτημένα στη ψύκτρα χρησιμοποιώντας θερμική ταινία Akasa. Κόψτε τετράγωνα 20 χιλιοστών και, στη συνέχεια, απλώς κολλήστε τη μία πλευρά στο LED και την άλλη στη ψύκτρα, διασφαλίζοντας ότι ακολουθείτε τις οδηγίες του κατασκευαστή σχετικά με το ποια πλευρά της ταινίας πηγαίνει στη ψύκτρα LED.

Βήμα 3: Απαιτούμενα μέρη: Κύκλωμα ελέγχου LED

Κάθε κανάλι LED ελέγχεται από καρφίτσα GPIO στο Raspberry Pi. Το PWM χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της έντασης των LED. Ένα MOSFET ισχύος (Infineon IPD060N03LG) οδηγεί κάθε LED μέσω αντίστασης ισχύος 2W για να περιορίσει το ρεύμα LED.

Οι τιμές του R4 για κάθε συσκευή και το μετρημένο ρεύμα φαίνονται παρακάτω. Η τιμή της αντίστασης αλλάζει επειδή η πτώση τάσης στις λυχνίες LED μικρότερου μήκους κύματος είναι υψηλότερη από ό, τι στις λυχνίες LED μεγαλύτερου μήκους κύματος. Το R4 είναι μια αντίσταση 2W. Θα ζεσταθεί αρκετά κατά τη λειτουργία, οπότε φροντίστε να τοποθετήσετε τις αντιστάσεις μακριά από την πλακέτα του ελεγκτή, διατηρώντας τα καλώδια αρκετά μακριά ώστε το σώμα της αντίστασης να απέχει τουλάχιστον 5 mm από την πλακέτα.

Οι συσκευές Infineon διατίθενται φθηνά στο eBay και διατίθενται επίσης από προμηθευτές όπως το Mouser. Είναι βαθμολογημένα με 30V 50A που είναι ένα τεράστιο περιθώριο, αλλά είναι φθηνά και εύκολο να δουλέψουν, είναι συσκευές DPAK και επομένως εύκολα κολλητές στο χέρι. Αν θέλετε να αντικαταστήσετε συσκευές, φροντίστε να επιλέξετε μία με κατάλληλα περιθώρια ρεύματος και με κατώφλι πύλης έτσι ώστε στα 2-2,5V η συσκευή να είναι πλήρως ενεργοποιημένη, αφού αυτό ταιριάζει με τα λογικά επίπεδα (3,3V max) που διατίθενται από το Pi GPIO καρφίτσες. Η χωρητικότητα πύλης/πηγής είναι 1700 pf για αυτές τις συσκευές και κάθε αντικατάσταση θα πρέπει να έχει περίπου παρόμοια χωρητικότητα.

Το snubber δίκτυο στο MOSFET (πυκνωτής 10nF και αντίσταση 10 ohm 1/4W) πρέπει να ελέγχει τους χρόνους ανόδου και πτώσης. Χωρίς αυτά τα εξαρτήματα και την αντίσταση πύλης 330 ohm, υπήρχαν ενδείξεις κουδουνίσματος και υπέρβασης στην έξοδο που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ανεπιθύμητες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI).

Πίνακας τιμών αντίστασης για R4, την αντίσταση ισχύος 2W

385nm 2.2 ohm 560mA415nm 2,7 ohm 520mA440nm 2,7 ohm 550mA 460 nm 2.7 ohm 540mA 500nm 2,7 ohm 590mA 525nm 3.3 ohm 545mA 560nm 3.3 ohm 550mA 590nm 3,9 ohm 570mA 610nm 3.3 ohm 630mA 630nm 3,9 ohm 610mA 660nm 3,9 ohm 630mA 780nm 5.6 ohm 500mA

Βήμα 4: Απαιτούμενα μέρη: Οπτικές ίνες και συνδυαστής

Οι λυχνίες LED συνδέονται με έναν οπτικό συνδυαστή μέσω πλαστικών ινών 3 mm. Αυτό είναι διαθέσιμο από έναν αριθμό προμηθευτών, αλλά τα φθηνότερα προϊόντα μπορεί να έχουν υπερβολική εξασθένηση σε μικρά μήκη κύματος. Αγόρασα λίγες ίνες στο eBay που ήταν εξαιρετικές αλλά μερικές φθηνότερες ίνες στο amazon που είχαν σημαντική εξασθένηση στα 420nm και χαμηλότερα. Οι ίνες που αγόρασα από το eBay ήταν από αυτήν την πηγή. Τα 10 μέτρα πρέπει να είναι αρκετά. Χρειάζεστε μόνο 4 μέτρα για να συνδέσετε τις λυχνίες LED με μήκος 12 Χ 300mm, αλλά μία από τις επιλογές κατά την κατασκευή αυτής της μονάδας είναι επίσης να συνδυάσετε μεμονωμένα μήκη κύματος σε ίνα εξόδου 3mm, οπότε είναι βολικό να έχετε επιπλέον για αυτήν την επιλογή.

www.ebay.co.uk/itm/Fibre-Optic-Cable-0-25-…

Η ίνα εξόδου είναι εύκαμπτη ίνα 6mm που περικλείεται σε σκληρό πλαστικό εξωτερικό περίβλημα. Είναι διαθέσιμο από εδώ. Ένα μήκος 1 μέτρου μάλλον θα είναι αρκετό στις περισσότερες περιπτώσεις.

www.starscape.co.uk/optical-fibre.php

Ο οπτικός συνδυαστής είναι ένας κωνικός πλαστικός φωτεινός οδηγός ο οποίος είναι κατασκευασμένος από ένα τεμάχιο τετράγωνης ράβδου 15 x 15 mm, κομμένο στα 73 mm περίπου και λειασμένο έτσι ώστε το άκρο εξόδου του οδηγού να είναι 6 mm x 6 mm.

Και πάλι, σημειώστε ότι ορισμένοι βαθμοί ακρυλικού μπορεί να έχουν υπερβολική εξασθένηση σε μικρά μήκη κύματος. Δυστυχώς, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί τι πρόκειται να πάρετε, αλλά το καλάμι από αυτήν την πηγή λειτούργησε καλά

www.ebay.co.uk/itm/SQUARE-CLEAR-ACRYLIC-RO…

Ωστόσο, η ράβδος από αυτήν την πηγή είχε υπερβολική εξασθένηση και ήταν σχεδόν εντελώς αδιαφανής σε υπεριώδες φως 390nm.

www.ebay.co.uk/itm/Acrylic-Clear-Solid-Squ…

Βήμα 5: Απαιτούμενα μέρη: Τρισδιάστατα τυπωμένα ανταλλακτικά

Ορισμένα μέρη είναι τρισδιάστατα τυπωμένα. Αυτοί είναι

Οι προσαρμογείς ινών LED

Η πλάκα στήριξης ινών

Ο (προαιρετικός) προσαρμογέας εξόδου ινών (για μεμονωμένες εξόδους). Αυτή είναι μόνο η πλάκα στήριξης ινών που εκτυπώθηκε ξανά.

Η πλάκα τοποθέτησης του οπτικού ζεύκτη

Όλα τα μέρη εκτυπώνονται σε τυπικό PLA εκτός από τους προσαρμογείς ινών. Προτείνω το PETG για αυτά καθώς το PLA μαλακώνει πάρα πολύ. τα LED θερμαίνονται αρκετά.

Όλα τα STL για αυτά τα μέρη περιλαμβάνονται στα συνημμένα αρχεία για το έργο. Δείτε το βήμα για τη διαμόρφωση του Raspberry Pi για το αρχείο zip που περιέχει όλα τα στοιχεία του έργου.

Εκτυπώστε τους προσαρμογείς ινών για τα LED με 100% πλήρωση. Τα άλλα μπορούν να εκτυπωθούν με 20% πλήρωση.

Όλα τα μέρη εκτυπώθηκαν σε ύψος στρώματος 0,15mm χρησιμοποιώντας ένα τυπικό ακροφύσιο 0,4mm στα 60mm/sec σε ένα Creality Ender 3 και επίσης έναν Biqu Magician. Οποιοσδήποτε τρισδιάστατος εκτυπωτής χαμηλού κόστους πρέπει να κάνει τη δουλειά του.

Όλα τα μέρη πρέπει να εκτυπώνονται κάθετα με τις οπές στραμμένες προς τα πάνω - αυτό δίνει την καλύτερη ακρίβεια. Μπορείτε να παραλείψετε υποστηρίξεις για αυτούς. θα κάνει την κύρια πλάκα στερέωσης ζεύξης να φαίνεται λίγο κουρελιασμένη στην άκρη, αλλά αυτό είναι απλώς καλλυντικό. μια πινελιά γυαλόχαρτου θα το καθαρίσει.

Σημαντικό: Εκτυπώστε την πλάκα στήριξης ινών (και το προαιρετικό δεύτερο αντίγραφο αυτής για τον μεμονωμένο προσαρμογέα εξόδου ινών) σε κλίμακα 1,05, δηλαδή 5% μεγεθυμένη. Αυτό διασφαλίζει ότι οι οπές για την ίνα έχουν επαρκή διάκενο.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση της κύριας πλακέτας ελεγκτή

Ο πίνακας ελεγκτή είναι κατασκευασμένος από τυπικό χαλκό stripboard (μερικές φορές γνωστό ως veroboard). Δεν συμπεριλαμβάνω μια λεπτομερή διάταξη επειδή ο σχεδιασμός του πίνακα με τον οποίο κατέληξα έγινε λίγο ακατάστατος λόγω της ανάγκης να προσθέσω στοιχεία όπως το δίκτυο snubber που δεν είχα αρχικά προγραμματίσει. Το επάνω μέρος του πίνακα, που φαίνεται παραπάνω μερικώς κατασκευασμένο, έχει τις αντιστάσεις ισχύος και την υποδοχή για το Raspberry Pi. Χρησιμοποίησα μια κεφαλίδα ορθής γωνίας για το Pi, έτσι ώστε να κάθεται σε ορθή γωνία με τον κύριο πίνακα, αλλά αν χρησιμοποιείτε μια κανονική ευθεία κεφαλίδα, τότε θα καθίσει παράλληλα με τον πίνακα. Θα καταλάβει λίγο περισσότερο χώρο με αυτόν τον τρόπο, οπότε σχεδιάστε ανάλογα.

Τα Veropins χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνδεση καλωδίων στην πλακέτα. Για να κόψετε κομμάτια ένα μικρό τρυπάνι περιστροφής είναι χρήσιμο. Για την υποδοχή Pi χρησιμοποιήστε ένα κοφτερό μαχαίρι χειροτεχνίας για να κόψετε τα κομμάτια καθώς δεν έχετε μια εφεδρική τρύπα μεταξύ των δύο σετ ακίδων υποδοχής.

Σημειώστε τη διπλή σειρά από σύρμα χαλκού 1mm. Αυτό είναι για να παρέχει μια διαδρομή χαμηλής σύνθετης αντίστασης για τους σχεδόν 7 αμπέρ ρεύματος που καταναλώνουν τα LED σε πλήρη ισχύ. Αυτά τα καλώδια πηγαίνουν στους ακροδέκτες πηγής των MOSFET ισχύος και από εκεί στη γείωση.

Υπάρχει μόνο ένα μικρό καλώδιο 5V σε αυτήν την πλακέτα που τροφοδοτεί το Pi. Αυτό συμβαίνει επειδή η κύρια τροφοδοσία 5V πηγαίνει στις άνοδος των LED, οι οποίες συνδέονται μέσω ενός τυπικού καλωδίου δίσκου PC IDE σε μια δεύτερη πλακέτα του πρωτοτύπου μου. Ωστόσο, δεν χρειάζεται να το κάνετε αυτό και μπορείτε απλά να τα συνδέσετε απευθείας σε μια πρίζα στον πρώτο πίνακα. Σε αυτή την περίπτωση θα τρέξετε ένα διπλό σετ καλωδίων χαλκού κατά μήκος της πλευράς της ανόδου για να χειριστεί το ρεύμα στην πλευρά +5V. Στο πρωτότυπο αυτά τα καλώδια ήταν στον δεύτερο πίνακα.

Βήμα 7: Τα Power MOSFET

Τα MOSFET ήταν τοποθετημένα στην χάλκινη πλευρά της πλακέτας. Είναι συσκευές DPAK και έτσι η καρτέλα πρέπει να κολληθεί απευθείας στον πίνακα. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε μια κατάλληλα μεγάλη άκρη στο συγκολλητικό σίδερο και γρήγορα κολλήστε ελαφρά την γλωττίδα. Κασσιτερώστε τα χάλκινα κομμάτια όπου θα συνδέσετε τη συσκευή. Τοποθετήστε το στον πίνακα και ζεστάνετε ξανά την καρτέλα. Η συγκόλληση θα λιώσει και η συσκευή θα συνδεθεί. Προσπαθήστε να το κάνετε αρκετά γρήγορα για να μην υπερθερμάνετε τη συσκευή. θα αντέξει αρκετά δευτερόλεπτα ζέστης οπότε μην πανικοβληθείτε. Μόλις συγκολληθεί η γλωττίδα (αποστράγγιση), μπορείτε στη συνέχεια να κολλήσετε την πύλη και τα καλώδια πηγής στον πίνακα. Μην ξεχάσετε να κόψετε πρώτα τα κομμάτια για την πύλη και τους αγωγούς πηγής, ώστε να μην βραχυκυκλώσουν στην καρτέλα αποστράγγισης !. Δεν μπορείτε να δείτε από την εικόνα, αλλά οι περικοπές βρίσκονται κάτω από τους αγωγούς προς το σώμα της συσκευής.

Οι αναγνώστες με μάτια αετού θα σημειώσουν μόνο 11 MOSFET. Αυτό συμβαίνει επειδή το 12ο προστέθηκε αργότερα όταν πήρα τα LED 560nm. Δεν ταιριάζει στον πίνακα λόγω του πλάτους, έτσι τοποθετήθηκε αλλού.

Βήμα 8: LED και ψύκτρες

Εδώ είναι μια κοντινή εικόνα των LED και των ψύκτρων. Η καλωδίωση της πλακέτας του ελεγκτή ήταν από μια παλαιότερη έκδοση του πρωτοτύπου πριν αλλάξω στη χρήση καλωδίου IDE για να συνδέσω τα LED στο χειριστήριο.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα LED είναι προσαρτημένα χρησιμοποιώντας τετράγωνα θερμικής ταινίας Akasa. Αυτό έχει το πλεονέκτημα ότι εάν ένα LED αποτύχει, είναι εύκολο να το αφαιρέσετε χρησιμοποιώντας ένα κοφτερό μαχαίρι για να κόψετε την ταινία.

Όσο η ψύκτρα είναι αρκετά μεγάλη, δεν υπάρχει τίποτα που να σας εμποδίζει να τοποθετήσετε όλα τα LED σε μία μόνο ψύκτρα. Στις ψύκτρες που εμφανίζονται, σε πλήρη ισχύ, η θερμοκρασία της ψύκτρας φτάνει τους 50 βαθμούς C και έτσι αυτές οι ψύκτρες είναι πιθανώς ελαφρώς μικρότερες από τις βέλτιστες. Εκ των υστέρων, πιθανότατα θα ήταν επίσης καλή ιδέα να τοποθετήσετε τρεις από τις λυχνίες LED μεγαλύτερου μήκους κύματος σε κάθε ψύκτρα αντί να τοποθετήσετε και τους έξι από τους μικρότερους εκπομπές μήκους κύματος στον έναν και τους μεγαλύτερους εκπομπές μήκους κύματος από τον άλλο. Αυτό συμβαίνει επειδή, για ένα δεδομένο ρεύμα εμπρός, οι εκπομπές μικρού μήκους κύματος διαχέουν περισσότερη ισχύ λόγω της υψηλότερης πτώσης τάσης προς τα εμπρός, και ως εκ τούτου θερμαίνονται.

Μπορείτε φυσικά να προσθέσετε ψύξη ανεμιστήρα. Αν σκοπεύετε να περικλείσετε πλήρως το συγκρότημα LED αυτό θα ήταν σοφό.

Βήμα 9: Καλωδίωση LED

Οι λυχνίες LED συνδέονται με την πλακέτα του ελεγκτή μέσω ενός τυπικού καλωδίου IDE 40 ακίδων. Δεν χρησιμοποιούνται όλα τα ζεύγη καλωδίων, επιτρέποντας χώρο για επέκταση.

Τα παραπάνω διαγράμματα καλωδίωσης δείχνουν την καλωδίωση του συνδετήρα IDE και επίσης την καλωδίωση στο ίδιο το Raspberry Pi.

Οι λυχνίες LED συμβολίζονται με τα χρώματά τους (UV = υπεριώδη, V = βιολετί, RB = βασιλικό μπλε, B = μπλε, C = κυανό, G = πράσινο, YG = κίτρινο-πράσινο, Y = κίτρινο, A = κεχριμπάρι, R = φωτεινό κόκκινο, DR = βαθύ κόκκινο, IR = υπέρυθρο), δηλαδή με αύξουσα μήκος κύματος.

Σημείωση: Μην ξεχάσετε να βεβαιωθείτε ότι η πλευρά σύνδεσης +5V της υποδοχής καλωδίου έχει καλώδια πάχους 2 x 1mm που τρέχουν παράλληλα κάτω από τον πίνακα για να παρέχουν υψηλή διαδρομή ρεύματος. Ομοίως, οι συνδέσεις πηγής με τα MOSFET, τα οποία είναι γειωμένα, θα πρέπει να έχουν παρόμοια καλώδια για να παρέχουν την υψηλή διαδρομή ρεύματος προς τη γείωση.

Βήμα 10: Δοκιμή του πίνακα ελεγκτή

Χωρίς να συνδέσετε το Raspberry Pi στην πλακέτα, μπορείτε να ελέγξετε ότι τα προγράμματα οδήγησης LED λειτουργούν σωστά συνδέοντας τις καρφίτσες GPIO μέσω κλιπ, στη ράγα +5V. Πρέπει να ανάψει το κατάλληλο LED.

Ποτέ μην συνδέετε τους ακροδέκτες GPIO σε +5V όταν το Pi είναι συνδεδεμένο. Θα καταστρέψετε τη συσκευή, λειτουργεί εσωτερικά στα 3.3V.

Αφού είστε σίγουροι ότι τα προγράμματα οδήγησης ισχύος και τα LED λειτουργούν σωστά, μπορείτε να προχωρήσετε στο επόμενο βήμα, το οποίο είναι η διαμόρφωση του Raspberry Pi.

Μην κοιτάτε απευθείας στο άκρο των οπτικών ινών με τα LED να λειτουργούν σε πλήρη ισχύ. Είναι εξαιρετικά φωτεινά.

Βήμα 11: Οπτική ίνα Σύζευξη των LED

Κάθε LED συνδέεται μέσω οπτικής ίνας 3mm. Ο τρισδιάστατος εκτυπωμένος προσαρμογέας ινών ταιριάζει απόλυτα στο συγκρότημα LED και καθοδηγεί την ίνα. Το μπλοκ ανακούφισης καταπόνησης είναι τοποθετημένο περίπου 65mm μπροστά από τις ψύκτρες LED.

Αυτό παρέχει αρκετό χώρο για να εισάγετε τα δάχτυλά σας και να σπρώξετε τους προσαρμογείς ινών στα LED και στη συνέχεια να τοποθετήσετε την ίνα.

Τρυπήστε τρύπες 4 χιλιοστών μέσω του μπλοκ ανακούφισης της καταπόνησης σύμφωνα με τα LED.

Κάθε μήκος ίνας έχει μήκος περίπου 250 mm, ωστόσο επειδή κάθε ίνα παίρνει διαφορετικό δρόμο, το πραγματικό προσαρμοσμένο μήκος θα ποικίλει. Ο ευκολότερος τρόπος για να το κάνετε αυτό είναι να κόψετε μήκη ινών 300mm. Στη συνέχεια, πρέπει να ισιώσετε τις ίνες, διαφορετικά θα είναι αδύνατο να το διαχειριστείτε. Είναι σαν ράβδος perspex πάχους 3 mm και είναι πολύ πιο άκαμπτο από όσο φαντάζεστε.

Για να ισιώσω την ίνα, χρησιμοποίησα ορειχάλκινη ράβδο 4 χιλιοστών μήκους 300 χιλιοστών (περίπου). Η εσωτερική διάμετρος της ράβδου είναι επαρκής ώστε η ίνα να ολισθαίνει ομαλά στη ράβδο. Βεβαιωθείτε ότι και τα δύο άκρα της ράβδου είναι λεία, ώστε να μην γρατζουνάτε την ίνα ενώ την ολισθαίνετε μέσα και έξω από τη ράβδο.

Σπρώξτε την ίνα στη ράβδο έτσι ώστε να ξεπλένεται στο ένα άκρο και με λίγο μήκος να βγαίνει από την άλλη ή μέχρι το τέλος, αν η ράβδος είναι μεγαλύτερη από την ίνα. Στη συνέχεια βυθίστε τη ράβδο σε μια βαθιά κατσαρόλα γεμάτη με βραστό νερό για περίπου 15 δευτερόλεπτα. Αφαιρέστε τη ράβδο και επανατοποθετήστε την ίνα εάν είναι απαραίτητο, έτσι ώστε το άλλο άκρο να είναι στο ίδιο επίπεδο με το άκρο της ράβδου και, στη συνέχεια, θερμάνετε το άκρο με τον ίδιο τρόπο.

Θα πρέπει τώρα να έχετε ένα απόλυτα ίσιο κομμάτι ινών. Αφαιρέστε σπρώχνοντας ένα άλλο κομμάτι ίνας μέχρι να μπορέσετε να πιάσετε και να αφαιρέσετε την ίνα που ισιώθηκε.

Όταν ισιώσετε και τα δώδεκα κομμάτια ινών, κόψτε άλλα δώδεκα κομμάτια μήκους περίπου 70 χιλιοστών. Αυτά θα χρησιμοποιηθούν για την καθοδήγηση των ινών μέσω της πλάκας σύζευξης. Στη συνέχεια, όταν ολοκληρωθεί η κατασκευή, θα χρησιμοποιηθούν για να συμπληρώσουν τον ξεχωριστό σύνδεσμο ινών, ώστε να μην σπαταληθούν.

Ισιώστε αυτά τα κομμένα κομμάτια με τον ίδιο τρόπο. Στη συνέχεια, τοποθετήστε τα στην πλάκα ζεύξης. Μπορείτε να δείτε πώς πρέπει να φαίνονται στην παραπάνω φωτογραφία. Η κλιμακωτή διάταξη είναι να ελαχιστοποιήσει την περιοχή που καταλαμβάνουν οι ίνες (ελάχιστη σφαιρική πυκνότητα συσκευασίας). Αυτό διασφαλίζει ότι ο συνδυαστής ινών μπορεί να λειτουργεί όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά.

Πάρτε κάθε κομμάτι μήκους κοπής ινών και τρίψτε το ένα άκρο επίπεδη, δουλεύοντας έως και 800 και στη συνέχεια γυαλόχαρτο. Στη συνέχεια, γυαλίστε με μεταλλικό ή πλαστικό βερνίκι - ένα μικρό περιστρεφόμενο εργαλείο με στίλβωση γυαλίσματος είναι βολικό εδώ.

Τώρα αφαιρέστε μία κομμένη ίνα και σύρετε την ίνα πλήρους μήκους στην πλάκα ζεύξης. Στη συνέχεια, τοποθετήστε το ξανά μέσα από την ανακούφιση της καταπόνησης έτσι ώστε το γυαλισμένο άκρο να αγγίζει το μπροστινό φακό LED μέσω του συζεύκτη ινών LED. Επαναλάβετε για κάθε ίνα. Η διατήρηση των κοντών κομματιών ινών στις οπές διασφαλίζει ότι κάθε μεγάλη ίνα είναι εύκολο να φτάσει στο σωστό μέρος.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Μην πιέζετε πολύ τα ιώδη και υπεριώδη LED. Είναι ενθυλακωμένα με μαλακό πολυμερές υλικό σε αντίθεση με τα άλλα LED, τα οποία είναι εποξειδικά ενθυλακωμένα. Είναι εύκολο να παραμορφώσετε τον φακό και να προκαλέσετε θραύση των καλωδίων συγκόλλησης. Πίστεψέ με, το έμαθα με τον δύσκολο τρόπο. Έτσι, να είστε ευγενικοί όταν τοποθετείτε τις ίνες σε αυτά τα δύο LED.

Δεν έχει μεγάλη σημασία με ποια σειρά κατευθύνετε τις ίνες μέσω του συνδέσμου, αλλά προσπαθήστε να στρώσετε τις ίνες έτσι ώστε να μην διασχίζουν η μία την άλλη. Στο σχέδιό μου, τα έξι κάτω LED οδηγήθηκαν στις τρεις χαμηλότερες τρύπες για τα αριστερά τρία LED και στη συνέχεια στις επόμενες τρεις οπές για τα δεξιά τρία LED και ούτω καθεξής.

Όταν περάσετε όλες τις ίνες μέσω του συνδέσμου, τοποθετήστε το στον πίνακα βάσης και ανοίξτε δύο οπές στερέωσης και στη συνέχεια βιδώστε το.

Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας ένα πολύ αιχμηρό ζεύγος διαγώνιων κοπτών, κόψτε κάθε κομμάτι ίνας όσο το δυνατόν πιο κοντά στο πρόσωπο του ζεύκτη. Στη συνέχεια, τραβήξτε κάθε κομμάτι, τρίψτε και γυαλίστε το κομμένο άκρο και αντικαταστήστε το, προτού προχωρήσετε στην επόμενη ίνα.

Μην ανησυχείτε εάν οι ίνες δεν είναι όλες ακριβώς στο ίδιο επίπεδο με το πρόσωπο του ζεύκτη. Είναι καλύτερα να κάνετε λάθος από το να τα έχετε ελαφρώς σε εσοχή και όχι να προεξέχουν, αλλά ένα ή δύο χιλιοστά διαφορά δεν θα έχει σημασία.

Βήμα 12: Διαμόρφωση του Raspberry Pi

Η διαδικασία διαμόρφωσης Raspberry Pi τεκμηριώνεται στο συνημμένο έγγραφο rtf που αποτελεί μέρος του συνημμένου αρχείου zip. Δεν χρειάζεστε κανένα πρόσθετο υλικό για να διαμορφώσετε το Pi εκτός από μια εφεδρική θύρα USB σε έναν υπολογιστή για να το συνδέσετε, ένα κατάλληλο καλώδιο USB και έναν αναγνώστη καρτών SD για να δημιουργήσετε την εικόνα της κάρτας MicroSD. Χρειάζεστε επίσης μια κάρτα MicroSD. Το 8G είναι αρκετά μεγάλο.

Όταν διαμορφώσετε το Pi και το συνδέσετε στην κύρια πλακέτα ελεγκτή, θα εμφανιστεί ως σημείο πρόσβασης WiFi. Όταν συνδέετε τον υπολογιστή σας σε αυτό το AP και περιηγείστε σε https://raspberrypi.local ή https://172.24.1.1 θα πρέπει να δείτε την παραπάνω σελίδα. Απλώς σύρετε τα ρυθμιστικά για να ρυθμίσετε την ένταση και τα μήκη κύματος φωτός που θέλετε να δείτε.

Σημειώστε ότι η ελάχιστη ένταση είναι 2. Αυτή είναι μια ιδιαιτερότητα της βιβλιοθήκης Pi PWM.

Η δεύτερη εικόνα δείχνει τη μονάδα που μιμείται το φάσμα ενός λαμπτήρα CFL, με εκπομπές περίπου στα 420nm, 490nm και 590nm (βιολετί, τυρκουάζ και κεχριμπάρι) που αντιστοιχούν στους τυπικούς τρεις λαμπτήρες επικάλυψης φωσφόρου.

Βήμα 13: Ο συνδυασμός ινών

Ο συνδυαστής δέσμης ινών είναι κατασκευασμένος από ακρυλική ράβδο 15 x 15 mm. Σημειώστε ότι ορισμένα ακρυλικά πλαστικά έχουν υπερβολική απορρόφηση στο φάσμα από 420nm και κάτω. για να το ελέγξετε πριν ξεκινήσετε, γυρίστε το UV LED μέσω της ράβδου και βεβαιωθείτε ότι δεν εξασθενίζει υπερβολικά τη δέσμη (χρησιμοποιήστε ένα κομμάτι λευκού χαρτιού για να δείτε τη μπλε λάμψη από τα οπτικά λευκαντικά στο χαρτί).

Μπορείτε να εκτυπώσετε την τρισδιάστατη εκτυπώσιμη καρέ για λείανση της ράβδου ή να κατασκευάσετε τη δική σας από κάποιο κατάλληλο πλαστικό φύλλο. Κόψτε τη ράβδο σε περίπου 73 χιλιοστά και τρίψτε και γυαλίστε και τα δύο άκρα. Στη συνέχεια, στερεώστε το παζλ σε δύο αντίθετες πλευρές της ράβδου χρησιμοποιώντας κολλητική ταινία διπλής όψης. Τρίψτε με χαρτί 40 γκρίζες μέχρι να βρίσκεστε σε απόσταση περίπου 0,5 χιλιοστών από τις γραμμές ζιγκ, στη συνέχεια αυξήστε σταδιακά σε 80, 160, 400, 800, 1500, 3000, 5000 και τέλος 7000 τρίψιμο χαρτιού για να αποκτήσετε μια κωνική γυαλισμένη επιφάνεια. Στη συνέχεια, αφαιρέστε τη σέλα και επανατοποθετήστε την για να τρίψετε τις άλλες δύο πλευρές. Θα πρέπει τώρα να έχετε μια κωνική πυραμίδα κατάλληλη για τοποθέτηση στην πλάκα του συνδυαστή ινών. Το στενό άκρο είναι 6mm x 6mm για να ταιριάζει με την απογείωση των ινών.

Σημείωση: στην περίπτωσή μου δεν τρίψαμε αρκετά σε 6mm x 6mm, οπότε ο συνδυαστής βγαίνει λίγο από την πλάκα τοποθέτησης. Αυτό δεν έχει σημασία καθώς η ίνα των 6 χιλιοστών είναι κατάλληλη για πρέσα και ταιριάζει με το στενό άκρο του συνδυαστή αν πιεστεί αρκετά.

Απογυμνώστε περίπου 1 ίντσα από το εξωτερικό μπουφάν από την ίνα 6mm, προσέχοντας να μην καταστρέψετε την ίδια την ίνα. Στη συνέχεια, εάν το εξωτερικό μπουφάν της ίνας δεν ταιριάζει αρκετά στην πλάκα ζεύξης, απλώς τυλίξτε ένα κομμάτι ταινίας γύρω από αυτό. Στη συνέχεια θα πρέπει να μπορεί να σπρώχνεται και να σφίγγεται άνετα με την πυραμίδα του συνδυαστή. Τοποθετήστε ολόκληρο το συγκρότημα στην πλάκα βάσης σύμφωνα με τις εξόδους ινών.

Σημειώστε ότι χάνετε λίγο φως όταν συνδυάζετε. Μπορείτε να δείτε τον λόγο από τα οπτικά ίχνη παραπάνω, επειδή η συγκέντρωση του φωτός προς τα κάτω προκαλεί επίσης αύξηση της γωνίας δέσμης και χάνουμε λίγο φως στη διαδικασία. Για μέγιστη ένταση σε ένα μόνο μήκος κύματος, χρησιμοποιήστε την προαιρετική πλάκα ζεύξης ινών για να επιλέξετε ένα LED ή LED απευθείας σε ίνα 3mm.

Βήμα 14: Η μεμονωμένη πλάκα ζεύξης εξόδου ινών

Αυτή είναι μόνο μια δεύτερη εκτύπωση του κύριου οδηγού ινών. Και πάλι, θυμηθείτε να εκτυπώσετε σε κλίμακα 105% για να επιτρέψετε το διάκενο για τις ίνες μέσω των οπών. Απλώς βιδώνετε αυτήν την πλάκα σύμφωνα με τον κύριο οδηγό ινών, ξεβιδώνοντας τη διάταξη του συνδυαστή και αντικαθιστώντας την με αυτήν την πλάκα. Μην ξεχάσετε να το τοποθετήσετε σωστά, οι οπές ευθυγραμμίζονται μόνο προς μία κατεύθυνση !.

Τώρα βάλτε αυτά τα 12 κομμάτια ινών που κόψατε στις τρύπες στο πιάτο. Για να επιλέξετε ένα ή περισσότερα μήκη κύματος, απλώς αφαιρέστε ένα κομμάτι ίνας και τοποθετήστε ένα μεγαλύτερο μήκος στην τρύπα. Μπορείτε να επιλέξετε και τα 12 μήκη κύματος ταυτόχρονα, εάν το επιθυμείτε.

Βήμα 15: Περισσότερη δύναμη !. Περισσότερα μήκη κύματος

Το Pi μπορεί να οδηγήσει περισσότερα κανάλια εάν το επιθυμείτε. Ωστόσο, η διαθεσιμότητα των LED σε άλλα μήκη κύματος είναι πιθανό να είναι μια πρόκληση. Μπορείτε να αποκτήσετε φθηνά LED LED 365nm, αλλά το εύκαμπτο καλώδιο ινών 6mm αρχίζει να απορροφάται έντονα ακόμη και στα 390nm. Ωστόσο, διαπίστωσα ότι μεμονωμένες ίνες θα λειτουργούσαν με αυτό το μήκος κύματος, οπότε αν θέλετε, μπορείτε να προσθέσετε ή να αντικαταστήσετε ένα LED για να σας δώσει ένα μικρότερο μήκος κύματος UV.

Μια άλλη δυνατότητα είναι να αυξήσετε τη φωτεινότητα διπλασιάζοντας τα LED. Θα μπορούσατε, για παράδειγμα, να σχεδιάσετε και να εκτυπώσετε ένα ζεύκτη ινών 5 Χ 5 (ή 4 Χ 6) και να έχετε 2 LED ανά κανάλι. Σημειώστε ότι θα χρειαστείτε πολύ μεγαλύτερο τροφοδοτικό καθώς θα τραβήξετε σχεδόν 20 αμπέρ. Κάθε LED χρειάζεται τη δική του αντίσταση πτώσης. μην παραλληλίζετε τα LED απευθείας. Τα MOSFET έχουν περισσότερη από αρκετή χωρητικότητα για να οδηγήσουν δύο ή και αρκετές λυχνίες LED ανά κανάλι.

Δεν μπορείτε πραγματικά να χρησιμοποιήσετε LED υψηλότερης ισχύος επειδή δεν εκπέμπουν φως από μια μικρή περιοχή όπως τα LED 3W και έτσι δεν μπορείτε να τα συνδυάσετε αποτελεσματικά με ίνες. Αναζητήστε «διατήρηση του etendue» για να καταλάβετε γιατί συμβαίνει αυτό.

Η απώλεια φωτός μέσω του συνδυαστή είναι αρκετά μεγάλη. Αυτό είναι δυστυχώς συνέπεια των νόμων της φυσικής. Μειώνοντας την ακτίνα δέσμης αυξάνουμε επίσης τη γωνία απόκλισης και έτσι διαφεύγει κάποιο φως επειδή ο οδηγός φωτός και οι ίνες έχουν μόνο γωνία αποδοχής περίπου 45 μοίρες. Σημειώστε ότι η ισχύς εξόδου από μεμονωμένες εξόδους ινών είναι σημαντικά υψηλότερη από τον συνδυασμένο ζεύκτη μήκους κύματος.