Lampada LED Glowing Stones: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Molti adulti ricorderanno di aver costruito una lampada in legno e di averla decorata con una lattina di soda alle scuole medie. Questo progetto ricorda quei giorni. I miei 13 anni la figlia anziana voleva costruire una lampada e questo ha creato un buon progetto di scienze casalingo e scolastico.

Dopo aver costruito un progetto con strisce LED, spesso ti rimane una sezione di avanzi, la parte che hai tagliato per ottenere una lunghezza esatta per completare il tuo progetto. Questa sezione rimanente manca di connettori, può essere abbastanza corta e potrebbe non sembrare che abbia un uso ovvio. Questo tutorial spiegherà come trasformare quella striscia LED rimanente in una luce decorativa.

Sintesi del progetto:

Mia figlia voleva che la luce avesse una modalità automatica che utilizzasse una fotoresistenza per controllare parte dei LED. Abbiamo estratto dalla mia scorta di componenti elettrici per costruire il circuito. Abbiamo aggiunto un altro array di LED nella parte superiore che sarebbe stato attivato in modalità manuale per un livello di luce più elevato. Abbiamo scelto un barattolo di conserve da un quarto standard che avesse l'estetica desiderata. Abbiamo deciso di avvolgere la striscia LED attorno ad un tubo di cartone per mantenere l'illuminazione ad una distanza uniforme dai lati e per ridurre il numero di perline di vetro necessarie. Ha riempito lo spazio rimanente con perline di vetro di vari colori per un effetto ordinato. La base è stata progettata in Fusion 360 e stampata in 3D e include aperture per il jack di alimentazione CC, la fotoresistenza e l'interruttore a levetta on-off-on.

Forniture

Questo progetto richiede le seguenti parti:

• Strisce LED (rifiniture nuove o rimanenti)
• Barattolo di vetro con coperchio
• Perle di vetro colorate
• Base in legno, artigianale o stampata in 3D
• Tubo di cartone (o tubo stampato in 3D) e nastro di alluminio
• Alimentatore che corrisponde alla tensione della striscia LED.
• Cablaggio (18AWG o 20AWG) per effettuare i collegamenti.

• Componenti elettrici

  • Spina CC e presa per montaggio a pannello
  • Interruttore a levetta per il controllo, on-off-on in questo caso
  • Transistor NPN per controllo automatico (2N2222a)
  • Fotoresistenza e resistori da watt per controllare il transistor.
• Passacavo in gomma (per proteggere il cablaggio che passa attraverso un foro nel coperchio)

Gli strumenti utilizzati includono:

• Saldatore e saldatura con cuscinetti d'argento (senza piombo)
• Breadboard multimetro (per testare il circuito)
• Tagliafili/spelafili
• Nastro elettrico
• Trapano e bit.
• Stampante 3D o strumenti per la lavorazione del legno (per la base)

Passaggio 1: perle di vetro e tubo luminoso

Il primo passo è determinare la quantità di perle di vetro necessarie. In questo caso, avevamo tre chili di perline colorate. È importante che le perline utilizzate non siano elettricamente conduttive a causa delle superfici metalliche esposte del nastro LED. Le biglie di vetro sarebbero un'altra opzione. Il tubo di cartone al centro aiuta a ridurre questa quantità mantenendo la striscia LED costantemente distanziata dai lati del barattolo. Il tubo è stato tagliato a misura, tenendo in considerazione che ci sarebbero state perline di vetro sul fondo del barattolo (eventualmente la parte superiore del barattolo per nascondere l'array di LED superiore). Per migliorare l'estetica e la riflettanza, questo tubo di cartone è stato ricoperto da nastro di alluminio. La striscia LED è stata aderita all'esterno del tubo in uno schema a spirale. C'è un passaggio opzionale per diffondere la luce che esce dalla striscia LED se si desidera un modello di luce più uniforme - un materiale torbido come carta cerata potrebbe essere aggiunto attorno alle strisce. Ciò ridurrebbe alcuni dei punti luminosi e sarebbe una buona idea se la maggior parte delle perline fosse chiara e non colorata. Per riutilizzare la striscia LED, è necessario saldare il filo alle linguette rimaste quando si taglia la striscia LED a misura. Alcuni kit hanno connettori extra che possono essere utilizzati. Se scegli di saldare, è preferibile un filo piccolo e solido per facilitare la saldatura. Io uso il filo solido 22awg per questo scopo. Una serie di "mani che aiutano" rende questo compito molto più semplice. Mia figlia ha fatto la saldatura perché era una parte importante di questa lezione. Questa era la seconda volta che saldava e queste connessioni erano più piccole rispetto al compito precedente. Ha fatto un buon lavoro.

Passaggio 2: alimentazione

Per questo progetto è necessario un alimentatore CC. Colleziono parti di elettronica da decenni, quindi trovare un alimentatore adatto è stato abbastanza facile. Se è necessario acquistarne uno per il progetto, si presterà attenzione alla valutazione dell'uscita di tensione CC e alla valutazione della corrente CC dell'alimentazione. Se vuoi riutilizzare un ricambio che hai in giro, devi determinare se è regolamentato o non regolamentato. Gli alimentatori regolati (a volte chiamati "commutatori") hanno la stessa tensione di uscita a qualsiasi carico (al di sotto della capacità di carico nominale). Un alimentatore non regolato avrà una tensione di uscita che varia con il carico, il che significa che potrebbe essere 18 V CC con nulla collegato e 10 V CC con un carico pesante collegato. Questi alimentatori hanno un'uscita di tensione nominale AT una corrente di carico specifica, ovvero 12VDC @ 500mA. Se metti più carico, la tensione scende e, al contrario, se metti meno carico, la tensione aumenta. Puoi usarli se lo desideri, ma richiede un'attenta selezione perché il superamento della valutazione della striscia LED farà sì che si guastino più rapidamente (una corrente più elevata attraverso il chip LED aumenta la luminosità ma diminuisce la durata). Se non conosci il carico dei tuoi array di LED, puoi misurare il carico con un multimetro digitale quando sono collegati a un alimentatore. Le nostre strisce LED hanno un carico totale di 200 mA e abbiamo utilizzato un alimentatore valutato per 600 mA. Per semplicità, ti consiglio di utilizzare un alimentatore regolato per i tuoi progetti di tensione CC. L'immagine di prova mostra l'utilizzo di due metri per misurare sia la tensione che la corrente.

Fase 3: Circuito

Il design del circuito è abbastanza semplice e ci sono molte opzioni disponibili per renderlo più o meno complicato. Un interruttore a levetta on/off sarebbe un modo molto semplice per collegarlo. Abbiamo aggiunto un circuito "sensore scuro" che accende la luce quando il livello di luce ambientale è basso e abbassa la luce all'aumentare del livello di luce ambientale. Questo circuito utilizza un partitore di tensione per controllare la tensione nella base di un transistor NPN.

Per insegnare il controllo dell'illuminazione e i principi del circuito, abbiamo prima costruito il circuito su una breadboard. L'alimentatore che abbiamo utilizzato per la lampada è stato utilizzato per la breadboard per fornire informazioni realistiche. Qui, abbiamo provato diverse combinazioni di resistori per ottenere il controllo desiderato. Abbiamo fatto riferimento alla scheda tecnica per il transistor NPN e utilizzato un multimetro digitale per misurare l'intervallo di resistenza del fotoresistore scelto (fino a 10 k ohm quando è buio). È stato aggiunto un resistore da 1k ohm in serie con il fotoresistenza per creare il valore minimo della parte inferiore del partitore di tensione. Un resistore variabile è una funzione opzionale per la parte superiore del partitore di tensione per consentire la regolazione, ma abbiamo deciso che un resistore da 22 k ohm sulla parte superiore del partitore di tensione fornisse un controllo adeguato e offrisse ulteriore semplicità. Questi componenti sono stati assemblati su una piccola scheda perforata nella posizione della fotoresistenza e saldati sul posto. La striscia LED è collegata attraverso la porzione collettore-emettitore del transistor NPN, controllando la corrente attraverso la striscia LED. La differenza tra un "sensore di luce" e un "sensore di buio" è semplicemente il posizionamento della fotoresistenza nel circuito divisore di tensione (cioè in alto o in basso). Una complicazione per il nostro circuito era il desiderio di avere la striscia interna alimentata in modalità AUTO o ON mentre l'array LED superiore era alimentato solo in modalità ON. Un interruttore a levetta bipolare consentiva alla striscia interna di avere alimentazioni di alimentazione isolate dall'array superiore.

Un jack CC per montaggio a pannello fornisce un pratico punto di connessione e la spina di accoppiamento è stata saldata al cablaggio dell'alimentatore. Il tuo alimentatore potrebbe già avere una spina CC, nel qual caso acquisterai semplicemente il jack per montaggio a pannello corrispondente. Assicurati di prestare attenzione alla polarità della spina di alimentazione, a volte il centro è positivo, a volte il centro è negativo. Sapere questo è importante perché i LED funzioneranno solo con la polarità corretta.

Passaggio 4: base stampata in 3D

La base è stata progettata in Fusion 360 ed è abbastanza semplice. Una forma approssimativa è stata determinata in base alle dimensioni del barattolo e l'altezza è stata basata sulla profondità dell'interruttore a levetta. I fori per il jack e l'interruttore a levetta si basavano sulle dimensioni misurate dei componenti scelti. La posizione della fotoresistenza è stata incassata con ritagli per i cavi, e una parte è rimasta per l'applicazione di colla a caldo per fissare la fotoresistenza. Anche le posizioni delle viti di montaggio sono state modellate e incassate in modo che un coperchio stampato potesse adattarsi all'interno della base. I fori per il coperchio erano leggermente svasati. Nella base sono state modellate filettature M6. Gli spessori delle pareti utilizzati erano di 2 mm e il modello è stato stampato in PLA con riempimento giroscopico del 40% tra i 4 strati superiore e inferiore. L'altezza dello strato era di 0,2 mm con un ugello di 0,4 mm. Fai attenzione a sovradimensionare un po' i fori per tenere conto del restringimento dopo che la stampa si è raffreddata.

Le immagini e i file allegati sono una versione successiva a quella che abbiamo stampato prima, abbiamo preso alcune lezioni apprese e aggiunto un incavo per avvitare il coperchio alla base. La nostra base ha omesso la rientranza e ha semplicemente inserito la base tra il coperchio e il barattolo che richiedeva colla a caldo per impedire la rotazione. Vogliamo costruirne altri e ci aspettiamo che il design si evolva ulteriormente nel tempo. Sentiti libero di usare i file allegati come punto di partenza per il tuo progetto.

Passaggio 5: assemblaggio

Il montaggio di questa lampada è stato il seguente:

1. Pulisci tutte le parti e i pezzi, il barattolo, il coperchio e le perline.
2. Inserisci alcuni strati sul fondo del barattolo per oscurare la parte superiore del tubo.
3. Inserire il tubo con gli array di LED fissati e cablati.
4. Lascia qualche centimetro di filo in più fuori dalla bocca del barattolo per il collegamento in seguito.
5. Aggiungi con cura le perle di vetro a piacere.
6. Abbiamo temporaneamente cablato l'array di LED in modo che mia figlia potesse vedere l'effetto mentre aggiungeva le perline.
7. Una volta pieno, praticare un foro nel coperchio e aggiungere un passacavo di gomma per proteggere il cablaggio da eventuali spigoli vivi.
8. Assemblare i componenti elettrici nella base.
9. Montare il coperchio e collegarlo alla base.
10. Incolla o fissa il coperchio e la base in modo che il barattolo non possa ruotare o essere tirato via. Nel nostro caso, il coperchio/anello al barattolo ha fissato la base al barattolo di vetro, quindi è stata utilizzata la colla a caldo per impedire la rotazione.
11. Collegare il cablaggio LED al circuito, due fili per striscia/stringa/array LED.
12. Installa il coperchio.

Questa lampada è decorativa, personalizzata ed è stata una buona esperienza di apprendimento per mia figlia. Ha imparato a conoscere i circuiti, la saldatura, la pazienza e l'attenzione ai dettagli. Prevedo che questa esperienza sarà memorabile come la mia prima lampada pop in seconda media.