Статья-обзор-руководство

Делаем кухонный светильник под навесной шкаф с бесконтактным выключателем своими руками

В этой статье рассмотрим сборку своими руками кухонного светильника с бесконтактным (сенсорным) выключателем. Сборка своими руками позволяет варьировать характеристики светильника в широких пределах, настраивая их под персональные пожелания пользователя.

В чём конкретно преимущества такого светильника перед серийными светильниками, выпускаемыми промышленностью, разберём в процессе тестирования и в заключении статьи.

(кликнуть для увеличения)

Оглавление
 

0. Необходимые компоненты для сборки кухонного светильника с сенсорным (бесконтактным) выключателем
 

1. Выбор светодиодной ленты и блока питания
 

2. Выбор корпуса кухонного светильника
 

3. Обзор сенсорного (бесконтактного) выключателя
 

4. Сборка светильника с сенсорным выключателем
 

5. Испытания кухонного светильника с сенсорным управлением, сделанного своими руками
 

6. Заключение (окончательный диагноз)

0. Необходимые компоненты для сборки кухонного светильника с сенсорным (бесконтактным) выключателем

 Итак, нам потребуются:

- светодиодная лента;

- корпус;

- источник питания;

- сенсорный (бесконтактный) выключатель.

Рассмотрим эти пункты по порядку.

1. Выбор светодиодной ленты и блока питания

Светодиодные ленты бывают на разное напряжение (5, 12 или 24 В), разного цветового тона (теплые, нейтральные, холодные), разной ширины и разной плотности расположения светодиодов. Бывают и разноцветные ленты RGB, но для рассматриваемого применения это - экзотика.

Ширина ленты и плотность расположения светодиодов в большинстве случаев не важны.

Цветовой тон выбирается по вкусу пользователя; я выбрал тёплый.

Напряжение питания выбирается, исходя из имеющегося в наличии блока питания (я выбрал 5 В).

Так выглядят светодиодные ленты на 5 В и на 12 В:

Отличие между ними - в том, что в ленте на 5 В каждый светодиод подключается к шине питания через резистор; а в ленте на 12 В на 3 последовательных светодиода приходится один резистор.

По этой причине КПД лент на 12 В оказывается немного выше, чем лент на 5 В.

Соответственно, если блока питания достаточной мощности в наличии нет, и его всё равно придётся покупать; то лучше выбрать блок на 12 В, и соответственно, светодиодную ленту тоже на 12 В.

Мощность источника питания выбираем (или подбираем из имеющихся в наличии), исходя из манер хорошего тона в технике; согласно которым его использование по максимально-допустимым параметрам (ток или мощность) не должно превышать 75-80%.

В любом случае источник питания должен быть стабилизированным!

2. Выбор корпуса кухонного светильника под навесной шкаф

Корпус для светильника можно сделать из любой длинной детали с углублением, в котором можно закрепить светодиодную ленту.

Первоначально я рассматривал на эту роль кусок кабельного короба; но в нужный момент под руку подвернулся линейный светодиодный светильник с безнадёжно вышедшей из строя светодиодной планкой.

Я отпилил от основы этого светильника кусок нужной длины и соскоблил с него светодиодную планку (видны царапины на дне корпуса).

Так выглядел корпус в профиль после этих операций:

На фото нет рассеивателя света с погибшего линейного светильника: рассеиватель нам больше не потребуется. Это - один из "плюсов" светильника своими руками, так как рассеиватель не только рассевает свет, но и частично его ослабляет. Нет рассеивателя - нет лишних потерь!

Кстати, если Вы работаете в здании, где применяются линейные светильники, то можно поинтересоваться у местного электрика или завхоза, не завалялось ли у них ненужного сгоревшего линейного светильника? Почему бы и нет?! За спрос денег не берут! :)

Завершающие простые операции в сборке конструкции будут описаны в соответствующей главе.

Самый важный компонент - сенсорный (бесконтактный) выключатель. Ему посвятим небольшой обзор в следующей главе.

3. Обзор сенсорного (бесконтактного) выключателя

Сенсорный (бесконтакный) выключатель представляет собой миниатюрную плату габаритами 50 x 12 x 8 мм (ДШВ).

На плате расположен местный стабилизатор питания SE8250, дающий на выходе напряжение 5 В. Для защиты от переполюсовки питания последовательно с ним впаян диод. Соответственно, для питания этой схемы внешнее питание должно быть выше 5 В, ориентировочно от 7 В. Но мы это ограничение обойдём.

Вид на плату с двух противоположных диагоналей:

Режимы работы задаются перемычками между контактными площадками, обозначенными на плате ABCD.

Управляет светом неопознанная 8-выводная микросхема.

Силовой компонент управления - транзистор типа MOSFET NCE3080K с хорошим запасом по предельно-допустимому току (80 А в импульсе). Кстати, предельно-допустимое напряжение питания платы - 30 В.

Режимы с постепенным подъёмом и спадом яркости реализуются с помощью обычного ШИМ-а.

А вот и таблица режимов в зависимости от соединения перемычек на плате:

Краткая расшифровка режимов по-русски:

1. Без перемычек. Постепенное включение и выключение света (примерно за 0.5 с).

2. Перемычка AB. Простое включение и выключение света (включение - сразу на полную яркость).

3. Перемычка CD. Светодиоды светятся, только когда рука поднесена и удерживается у датчика.

4. Перемычки AB+CD. Режим, противоположный предыдущему: светодиоды светятся постоянно. Гаснут, только когда рука поднесена к датчику.

5. Перемычки ABC. Постепенное включение и выключение при поднесении руки к датчику на короткое время. Если руку удерживать в зоне действия датчика длительное время, то происходит волнообразное изменение яркости. Яркость запоминается в момент, когда рука была убрана от датчика.

6. Перемычка BC. При длительном удержании руки происходят такие же волнообразные изменения яркости с её запоминанием на момент, когда рука убрана. Но при последующем коротком поднесении руки свет включается не постепенно до установленного уровня, а мгновенно.

Все эти режимы были проверены, они реально работают! Посмотреть их работу можно на этом видео в YouTube.

В данном случае был выбран режим по умолчанию (без перемычек), в соответствии с которым включение и выключение света происходит постепенно (примерно за 0.5 секунды).

Немного о принципе работы этого бесконтактного выключателя.

Сенсорная чувствительность осуществлена за счёт излучения и приёма отраженного инфракрасного излучения (аналогично работают датчики приближения в большинстве телефонов; за исключением небольшого числа моделей, где для этого используется фронтальная камера).

Плата сканирует свои ближние окрестности на предмет обнаружения предметов с помощью попарно следующих пачек импульсов инфракрасного света.

Далее представлены осциллограммы, снятые на катоде излучающего IR светодиода в двух масштабах:

На первой осциллограмме плавные дугообразные спады и нарастания напряжения связаны с доработкой платы под светодиодную ленту 5 Вольт. В ходе этой доработки из цепи питания главного чипа был исключён стабилизатор SE8250, а стабилизация питания осуществлялась простой RC-цепочкой, которая и даёт эти изгибы при росте и падении потребления по питанию. Осциллограммы сняты прибором Hantek DSO5102P (обзор).

Рядом с блоком излучающего светодиода и приёмного фотодиода на плате бесконтактного выключателя припаян маленький синий светодиод, индицирующий готовность к переключению. Нормальный его режим - постоянно светится.

И только когда рука попадает в зону действия сенсора, синий светодиод гаснет; а плата осуществляет переключение светодиодов согласно режиму, заданному перемычками.

Теперь - о том, как доработать плату для работы от напряжения питания 5 В.

Использование светодиодной ленты не на 5, а на 12 В упростило бы задачу (доработка была бы не нужна), но мы не ищем лёгких путей!

Проблема здесь в том, что напряжение питания управляющей микросхемы совпадает с напряжением внешнего питания, и оно должно быть доставлено до микросхемы почти без потерь, несмотря на длинные провода и довольно высокий потребляемый ток. А заодно должны быть сглажены его пульсации (возникающие из-за мощных импульсов ШИМ управления светодиодами).

Как решить эти проблемы?

Во-первых, закорачиваем диод защиты от переполюсовки питания (перемычка 2 на следующем фото). Разумеется, после этого нельзя путать полярность питания ни разу!

Во-вторых, закорачиваем вход и выход линейного стабилизатора напряжения SE8250 (перемычка 1 на следующем фото).

После этих переделок плата приобретает такой вид:

Кроме того, для снижения потерь в проводниках питания, они должны быть толстыми.

Исходя из этих соображений, использование обычного кабеля USB для питания светильника будет не лучшим выбором.

В данном случае был использован восстановленный блок питания 5 В 2 А от свитча D-Link из известной серии погибающих блоков с некачественным электролитическим конденсатором C6 (заменён на танталовый).

Эти блоки питания хороши тем, что у них - очень толстые проводники на выходе.

4. Сборка светильника с сенсорным выключателем

После подготовки основы светильника все остальные операции делаются очень легко.

Приклеиваем к основе светодиодную ленту с помощью её собственного клейкого слоя. Дополнительно я в трёх местах капнул прозрачный клей таким образом, чтобы он одновременно попал и на ленту, и на основу. Возможно, это делать не обязательно, но я подстраховался.

Затем приклеиваем рядом с лентой на хороший клей плату с сенсорным выключателем. В качестве клея я использовал термостойкий силиконовый клей (до 343 градусов), купленный давно для ремонта светодиодных ламп. Купить его можно на Яндекс.Маркет. Реклама. ООО "Яндекс" ИНН 7736207543

Но данном случае высоких температур нет, и можно купить силиконовый клей подешевле (но всё равно термостойкость должна быть не менее 100 градусов).

Затем соединяем плату сенсорного выключателя со светодиодной лентой и кабелем питания, и вуаля:

Закрепление получившегося светильника на месте установки осуществляем, исходя из местных условий.

Рассеиватель на основу светильника я надевать не стал, так как светильник питается безопасным напряжением 5 В с гальванической развязкой от сети. Для ванной комнаты и других мест с повышенной влажностью такая конструкция, видимо, не подойдёт (конденсация влаги на открытых контактах может привести к коррозии и гибели схемы; да и источник питания для работы в таких условиях не предназначен; плюс ко всему помещения с повышенной влажностью относятся к особо опасным).

Если пользователь всё-таки захочет установить рассеиватель по эстетическим соображениям, то для работы инфракрасного сенсора необходимо будет сделать в нём либо одно большое отверстие, либо два поменьше.

Теперь проводим испытания получившегося чуда техники.

Испытания кухонного светильника с сенсорным управлением, сделанного своими руками

В выключенном состоянии кухонного светильника достаточно хорошо заметно свечение синего светодиода, показывающего готовность к выполнению команды и заодно указывающего, к какому месту надо поднести руку:

Во включённом состоянии светильника синий светодиод тоже светится, хотя это и становится почти незаметным из-за яркого света самого светильника.

Синий светодиод гаснет, только когда сенсорный выключатель "видит" перед собой руку или иное препятствие.

Кухонный светильник с бесконтактным выключателем в работе:

По тени на правой стене, создаваемой внешним бортиком корпуса светильника, можно судить о его диаграмме направленности.

Как работает этот светильник с бесконтактным выключателем, можно посмотреть на этом видео:

Благодаря возможности использования светильника без рассеивателя его световой поток может быть направлен на то место, где он нужен, а не в глаза пользователя (вот на что надо обратить внимание при сравнении со светильником на следующем фото).

Для сравнения - фото с серийным линейным светильником "Эра" (сделано с любезного согласия Елены П.):

Теперь - немного технических измерений, сначала - измерение потребляемого тока.

Лента светодиодов длиной 80 см (96 светодиодов) на максимальной яркости потребляет ток 1.4 А (мощность непосредственно на светодиодах - около 4 Вт; остальное теряется на резисторах ленты).

Ток потребления в максимальной степени зависит от числа светодиодов на используемом отрезке ленты; и для коротких лент будет в разы меньше (но и создаваемый световой поток тоже уменьшится).

Если требуется "длинный" светильник, но с не очень большой яркостью свечения, то ток в ленте можно снизить с помощью достаточно мощного резистора, включенного последовательно с лентой (от нескольких десятых Ома до нескольких Ом).

Если же, наоборот, требуется очень высокая яркость свечения, то можно в корпус установить две параллельные светодиодные ленты (но тут уже надо следить, поместятся ли они в корпусе по ширине; про мощность источника питания тоже не забываем!).

Напряжение питания при выключенном свете на плате беспроводного выключателя составило 5.1 В; при включённом свете - 4.85 В (снижение на 0.25 В из-за потерь в проводах).

Мощность потребления всей системы вместе с применённым блоком питания составила 11.5 Вт во включённом состоянии и 1.1 Вт - в выключенном. Потери происходят в блоке питания (его КПД - не 100%), в кабеле от блока питания до светильника, в плате бесконтактного выключателя и на резисторах самой светодиодной ленты. Мощность измерена цифровым ваттметром (обзор).

Дальность срабатывания беспроводного выключателя - примерно 5 см от макушки инфракрасного приёмопередатчика.

При этом выяснилась проблема, возникающая при наличии в помещении очень яркого внешнего света (когда на кухню попадает прямой солнечный свет). В этом случае после включения светильника он не хочет выключаться.

В принципе, в этом случае, скорее всего, включение светильника вообще не потребуется; но если всё-таки потребуется, то для его выключения нужно будет создать на короткое время затемнение в районе бесконтактного выключателя с помощью более-менее крупного предмета: газеты, журнала, собственного тела.

Заключение (окончательный диагноз)

Итак, с помощью умелых рук и недорогих компонентов можно создать кухонный светильник с бесконтактным выключателем, построенный под свои собственные пожелания.

В таком светильнике пользователь может настроить под себя практически все основные параметры: цветовой тон освещения, яркость (мощность), размер светильника.

И, разумеется, такой светильник можно использовать не только на кухне, но и, например, для освещения рабочего пространства на столе (при правильном креплении и направлении светильника).

Что касается чисто технической стороны построения светильника, то обязательно надо отметить, что построение светильника на основе 12-вольтовой светодиодной ленты было бы проще, и, пожалуй, целесообразнее.

В этом случае не потребовалась бы доработка платы бесконтактного выключателя, и меньше были бы требования к сопротивлению проводов в кабеле питания.

Пожалуй, лучше было бы использовать 5-вольтовую схему только при небольшом токе потребления светодиодов; примерно до 0.5 А.

Альтернативный вариант кухонного светильника с бесконтактным выключателем - светильник с датчиком движения (статья о сборке), полностью избавляющий владельца от операций управления включением и выключением света.

Теперь - ссылки на покупку необходимых материалов.

Бесконтактный выключатель можно купить на Алиэкспресс ($1.4). Там же можно купить и выключатель попроще и подешевле (меньше режимов и меньше допустимый ток).

Светодиодную ленту на напряжение 5 В можно купить на Алиэкспресс в катушках по 5 м ($12). Там же можно найти ленту и на 12 В (ссылка).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Силиконовый клей для приклеивания платы сенсорного выключателя к корпусу был куплен на Яндекс.Маркет. Реклама. ООО "Яндекс" ИНН 7736207543.

Можно купить для этой цели и просто двусторонний скотч (хотя клей - надёжнее).

Дополнительный материал: Устройство и ремонт линейных светодиодных светильников

  Ваш Доктор.
 17 мая 2023 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!