Компактная электронная схема для питания светодиодов от батарейки с регулировкой яркости и длительности?

Question

[Павел Мельников]

Занимаюсь на досуге 3д печатью, возникла идея создать фигурку из любимейшей в прошлом игры LineAge 2. Как известно, при заточке оружия в этой игре, оно начинает светиться, мерцать с одинаковой частотой (скрин 10+ летней давности прилагаю). Так как я совершенно не силен в схемотехнике и в целом имею мало отношения к электронным компонентам, решил обратиться к знатокам. Сам я, естественно, попробовал погуглить схемы, нашел на транзисторах, на таймере 555 и даже на симуляторе Circuit их реализовал, однако результат не устроил, а что поменять, как доработать - не знаю. Читал также, что есть светодиоды со встроенной функцией мерцания, но быстрый поиск показал только неподходящие варианты. Паяльник в руках держать немного умею.

ТЗ:
2 светодиода
Питание, желательно от небольшой батарейки либо аккумулятора (например CR2032), т.к. это всё же настольная модель, светодиоды не должны светить слишком ярко и я надеюсь, что есть такие, для которых не потребуется крона.
В целом вся компонентная база должна быть небольшой, чтобы можно было в проекте 3д модели предусмотреть нишу в корпусе и спрятать всё внутрь
Возможность регулировки частоты мерцания
Возможность регулировки минимального и максимального значения яркости светодиодов
Выключатель

Идеальный ответ:
Схема
Список компонентов с номиналом, а еще лучше со ссылками
Небольшое пояснение по работе

spoiler

Answer 1

[Wan-Derer]

Самым компактным по схемотехнике будет решение на микроконтроллере:
- МК (например AtTiny, 6- или 8-ногая);
- светодиод;
- резистор;
- выключатель;
- (кнопка для смены режимов, можно совместить в выключателем);
- батарейка.

Плюсы:
- самая простая схема;
- возможна реализация самых разных режимов/эффектов (плавное переливание и пр.);
- если надо сделать цветную подсветку, достаточно заменить СД на RGB и добавить ещё два резистора;

Минусы:
- требуется написание программы для МК;
- требуется программатор для загрузки программы в МК.

По питанию: не знаю сколько такая система проживёт от "таблетки", но самого маленького литиевого "пальчика" ей хватит надолго.

Comments

[Василий Банников]

Можно ещё поэкспериментировать со всякими stm-ками.
Там тоже есть компактные модели + есть режим экономии энергии, в котором даже что-то может полезное работать.
Хз будет ли это жрать меньше, чем attiny.
+ Есть ещё STM8, которые точно маленькие и мало жрут. К тому же они могут работать при меньшем напряжении, чем attiny (емнип, attiny Обычно на 5в работает, а stm8 может вплоть до 1.5 вроде)

[Павел Мельников]

Wan-Derer не могли бы вы набросать схему, хоть на клочке бумаги.
Программу напишу, с программатором сложнее, но что то придумаю.

[Wan-Derer]

Василий Банников, я думаю, основной жор там будет у светодиода :)
Павел Мельников, схема такая:
- питание - резистор - светодиод - нога МК. СД зажигается низким уровнем на ноге, назначенной выходом;
- если нужна кнопка, то: нога - кнопка - земля. Нога должна быть назначена как вход с внутренней подтяжкой к плюсу.

[Павел Мельников]

Wan-Derer, Резистор нужен подстроечный? Какое сопротивление лучше взять?

В целом вроде понятно, пошел изучать МК. Позже поделюсь результатом.

Спасибо!

[Wan-Derer]

Павел Мельников, Резистор обыкновенный. Светодиод - элемент нелинейный, поэтому условно говорят что он питается не напряжением, а током. Соответственно, надо рассчитывать сопротивление исходя из номинального тока через СД, напряжения питания схемы и падения напряжения на самом СД. Методики есть в интернетах.
Для изучения МК AVR рекомендую следующие материалы:
- книга: Белов, Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR;
- блог: easyelectronics.ru/category/avr-uchebnyj-kurs/page/5 (читать снизу вверх);
- если совсем-совсем неохота заморачиваться: https://alexgyver.ru/lessons/

[Виктор]

Павел Мельников,

не могли бы вы набросать схему, хоть на клочке бумаги.

Ну вот вам схема, и именно на клочке бумаги. Разумеется, это лишь один из множества возможных вариантов.

МК - любой 8-ногий микроконтроллер, позволяющий конфигурировать 6 свободных ног как входы и выходы. Вход, собственно, понадобится только один, для измерения сопротивления регулировочных резисторов (их номиналы указаны прикидочно, как и ёмкость единственного конденсатора), а три измерительных выхода должны уметь переходить в Z-состояние. Если в применённом МК они этого не умеют, придётся последовательно с переменными резисторами установить развязывающие диоды. Оставшиеся два выхода - на светодиоды (резисторы там надо будет подобрать по требуемому току светодиодов, и чтобы этот ток не превышал допустимого для выходов МК).

[Wan-Derer]

Виктор, А зачем такое подключение "крутилок"? Обычно же делают так.

[Виктор]

Wan-Derer, да, конечно, когда на борту МК есть АЦП, то делают так. А когда его нет, то один из вариантов измерить сопротивление резистора без АЦП - это как нарисовано у меня.
Выбор - за автором вопроса.

[Павел Мельников]

Виктор, Спасибо.

Как подсказал ранее Wan-Derer, наверное буду использовать attiny-13a.
Если я правильно почитал, у него 6 выходов с АЦП, чего с головой должно хватить.
На том же сайте, согласно инструкции, закажу arduino uno и прочие компоненты.

На предложенной вами схеме (я понял, что она для МК без АЦП) меня смутила часть с группой резисторов и измерением сопротивления, поясните пожалуйста, как это работает.

[Виктор]

Павел Мельников,

меня смутила часть с группой резисторов и измерением сопротивления, поясните пожалуйста, как это работает.

Элементарно, Ватсон! Но я не программист, а электронщик, поэтому объяснять буду по-электронщицки.
Каждая резисторная цепочка может иметь сопротивление, изменяемое в моём случае в 11 раз (от 10 до 110 кОм), хотя никто не запрещает другое соотношение и другие номиналы резисторов - работать всё равно будет точно так же. Разумеется, измерение - не в омах (хотя усложнением программы можно получить калиброванное значение в омах), а просто к значению сопротивления привязывается некоторое число, изменяемое при вращении переменного резистора. Каждый цикл измерения сопротивления состоит из следующих шагов:
1. Разряжаем единственный конденсатор в исходное (нулевое) состояние. Для этого переводим единственный вход в состояние выхода и выставляем на нём логический 0. После этого возвращаем этому выводу состояние входа. Измерительные выходы должны быть в Z-состоянии, т.е. отключены, чтобы ничему не мешать.
2. Включаем тот выход, резистор на котором собираемся измерить, и выдаём на него лог. 1. Конденсатор начинает заряжаться через этот резистор тем быстрее, чем меньше его сопротивление. Одновременно запускаем счётчик, начинаем опрос состояния входа (ожидая его перехода из 0 в 1) в коротком цикле, и прибавляем на каждую такую проверку по единичке в счётчик. Число в счётчике растёт, растёт и напряжение на конденсаторе, ожидая превышения порога, который в КМОП-микросхемах обычно составляет половину напряжения питания (но это не факт, бывает и иначе).
3. Как только порог будет превышен (т.е. напряжение на конденсаторе будет интерпретировано микроконтроллером как лог. 1), по этому сигналу опрос входа прекращается, число в счётчике, являющееся эквивалентом сопротивления, считывается и отправляется в другие части программы для использования по назначению. Счётчик обнуляется.
4. Входы/выходы приводятся в исходное состояние, и начинается измерение следующей резисторной ветви, а потом и третьей.
По окончании измерений управление передаётся другим частям программы, ведающим свечением светодиодов. Затем цикл повторяется.

[Wan-Derer]

Павел Мельников, У Тини-13 8 ног. Две - питание, одна - RESET, тебе остаётся 5. В теории, можно отключить RESET и использовать его как обычную ногу, но так делать не рекомендуется т.к. RESET нужен для программирования обычным (ISP) программатором.
Есть ещё 8-ногие Тини-45 и -85, у них больше памяти + ещё какие-то навороты. Для опытов я бы рекомендовал 85-ю. Ну или разных купить и использовать по мере роста аппетитов :)

[Павел Мельников]

Виктор, Вполне по программистки, практически готовый алгоритм :)

Правильно я понял, что 1 нога будет отвечать за минимальную яркость, вторая за максимальную, а третья за частоту мерцания? Если так, то всё понятно, осталось дождаться компонентов.

Хотел было спросить про частоту измерений, но в характеристиках МК 20Мгц указана частота, соответственно 30 или 300 в измерений секунду от легко должен переварить.

[Виктор]

Павел Мельников,

Правильно я понял, что 1 нога будет отвечать за минимальную яркость, вторая за максимальную, а третья за частоту мерцания?

Это вы сами назначаете, как захотите. Если вам три - излишне, оставляйте две, а то и одну. А то и вообще задайте константы в программе, какие вам понравятся, да так и оставьте, без внешних регулировок (они в общем-то от лукавого и нужны только на период отладки). Заодно и выходы освободите, что даст вам возможность светить RGB.

Хотел было спросить про частоту измерений

Она зависит от множества факторов, в т.ч. и от тактовой частоты МК, и от желаемой точности измерений. Можно задать неточное измерение (скажем, 5...10 градаций), зато измерять миллион раз в секунду. Или наоборот, мерить с точностью 0,001%, зато всего несколько раз в сек. Это настраивается выбором номиналов резисторов и конденсатора.

[Павел Мельников]

Wan-Derer, мне нужны 2 одинаково мигающих светодиода, наверное можно их на одну ногу повесить. Но куплю разных, недорого вроде.

Хотел спросить про питание. В характеристиках МК написано 5-12В, от двух АА не заработает?

[Wan-Derer]

Павел Мельников,
- ногу АВР можно нагрузить до 40 мА, применительно к светодиодам это что-то около 100 мВт, т.е. довольно ярко. Можно и параллельно 2 цепочки резистор - светодиод;
- питание АВР - до 5 В, не путать с Ардуино, там стоит дополнительный стабилизатор. Надо смотреть доки, но вроде минимум 1.8В. Я бы рекомендовал литиевые батарейки или аккумы.
- также надо смотреть про частоты. У АВР максимальная частота 16 МГц (у некоторых 20) при питании 5В. При пониженном питании гарантируется работа на 8 МГц. Также 16-20 это при тактировании от внешнего кварца или генератора. При использовании внутренней RC-цепочки максимум 8 МГц. У Тини-85 есть ещё внутренний синтезатор частоты, там можно играться с частотами в широких пределах. Но для данного проекта хватит минимальной частоты в 1 МГц или даже ниже.

Answer 2

[Василий Банников]

Такое свечение в реальном мире невозможно получить) Оно же объёмное.

Идеальный ответ

Ради такого ответа тебе нужно на фриланс писать.

Сам я, естественно, попробовал погуглить схемы, нашел на транзисторах, на таймере 555 и даже на симуляторе Circuit их реализовал, однако результат не устроил, а что поменять, как доработать - не знаю.

В идеальном вопросе следовало бы приложить твою схему/схемы, какие ты нашёл и желаемый результат)

В целом вся компонентная база должна быть небольшой, чтобы можно было в проекте 3д модели предусмотреть нишу в корпусе и спрятать всё внутрь

Размер хоть бы написал.

Возможность регулировки частоты мерцания
Возможность регулировки минимального и максимального значения яркости светодиодов
Выключатель

Выключатель, два (или три) подстроечных резистора. Таймер 555 для регулировки длительности мерцания. Таймер 555 для регулировки яркости (в качестве генератора ШИМ). Какой-нибудь транзистор, чтобы объединить два сигнала.

светодиоды не должны светить слишком ярко и я надеюсь, что есть такие, для которых не потребуется крона.

Такие бывают. Смотри какие-нибудь компактные smd-резисторы.

Comments

[Павел Мельников]

Такое свечение в реальном мире невозможно получить) Оно же объёмное.

Что тут сказать.. мы живем в реальном мире, однако дофантазировать что оно светится как надо никто не запрещает :)

Ради такого ответа тебе нужно на фриланс писать.

Может и на фриланс обращусь, если никто не поможет, посмотрим.

В идеальном вопросе следовало бы приложить твою схему/схемы, какие ты нашёл и желаемый результат)

Не увидел смысла прикладывать простейшие схемы. При наличии схемы люди начинают отталкиваться от нее. Считаю это не лучшим вариантом.

Размер хоть бы написал.

Принтер печатает максимум 200х200х250 мм, т.к. печатаю сам, то размер будет зависеть от реализованной схемы в итоге.

[Василий Банников]

Павел Мельников,

Не увидел смысла прикладывать простейшие схемы. При наличии схемы люди начинают отталкиваться от нее. Считаю это не лучшим вариантом.

По правилам данного ресурса ты обязан приложить результаты своей попытки и объяснить, что именно тебя в ней не устроило.

[Василий Банников]

Павел Мельников, а сколько места под светодиоды есть и как они будут расположены?

[Василий Банников]

Павел Мельников, что кстати подразумевается под частотой мерцания и как это мерцание выглядеть должно?

[Павел Мельников]

Василий Банников, Я закладываю объем примерно 2х батареек размера AA. Должно легко поместиться в корпус модели.

[Павел Мельников]

Василий Банников, В течение примерно 5 секунд свечение должно с 20% яркости подниматься до 100% и затем опускаться обратно.

[Виктор]

Павел Мельников,

В течение примерно 5 секунд свечение должно с 20% яркости подниматься до 100% и затем опускаться обратно.

Да ещё и пауза желательна до следующего подъёма яркости, и тоже регулируемая? По крайней мере, она напрашивается.
Так вот, алгоритм по этому описанию выглядит несложным, но в простую схему не укладывается, тем более для человека, неискушённого в схемотехнике. Тут напрашивается программная реализация на любом современном 8-ногом МК с 3-вольтовым питанием. Чтобы пристроить к МК органы управления, напрашивается наличие в нём бортового АЦП, но в принципе АЦП необязателен, поскольку определение программным путём величины резистора давно реализовано без АЦП.
Весь аппарат будет содержать один корпус МК, несколько резисторов (в т.ч. и переменных) и конденсаторов. Может быть, где-то понадобится пара-тройка диодов для развязки - а может, и не понадобится. Это сильно проще, чем реализация чисто схемотехническая.

[Василий Банников]

Виктор, согласен. Попробовал в голове представить, как подобную штуку сделать на таймерах и не смог придумать. Либо не получается вообще, либо приходится минимум три таймера использовать + возможно какую-то ещё логику, тк представить не могу, как можно регулировку минимального и максимального уровня по отдельности сделать.

Answer 3

[mordo445]

Быстро, просто и компактно сдуть с ардуино нано контроллер и кварц к нему и прямо к третьей ноге анодом припаять светодиод с резистором в 100 ом. Но сначала залить в живую еще плату скетч типа того

spoiler

void setup() {
  
pinMode(3,OUTPUT);

}

void loop() {
  for(int i=0;i<255;i++){
    analogWrite(3,i);
    delay(30);
  }
  for(int i=255;i>1;i--){
    analogWrite(3,i);
    delay(30);
  }
  

}

Comments

[mordo445]

И электронику много знать не придется, и мечты сбываются