Video s ukázkou činnosti na YouTube

 

---

Funkce

tlačítko 1 [RED]	v normálním režimu při zhasnutých LED, krátkým stiskem rozsvítí červenou sadu LED podle nastavené intenzity
	při rozsvícené červené sadě LED tuto sadu krátkým stiskem zhasne
	při zhasnutých červených LED - dlouhým stiskem (déle než 1 sekundu) rozsvítí červenou sadu LED, ale při uvolnění tlačítka po tomto dlouhém stisku LED automaticky zhasnou
	v režimu nastavení jasu zvyšuje jas vybrané sady LED
tlačítko 2 [WHITE]	v normálním režimu při stisku rozsvítí bílou sadu LED podle nastavené intenzity
	v režimu nastavení jasu snižuje jas vybrané sady LED
tlačítko 3 [OFF]	v normálním režimu při jeho stisknutí a uvolnění zhasnou všechny právě svítící LED
	při držení současně s některým dalším tlačítkem (pokud zároveň svítí nějaká LED) - nastavení jasu právě rozsvícené LED
	při dlouhém stisku při zhasnutých LED - přechod do SLEEP režimu, nebo probuzení z něj

- Bílá sada LED se rozsvěcí až při delším stisku tlačítka [WHITE] (asi po 0.7 sek)- to je ochrana proti náhodnému rozsvícení.


- Nastavení jasu:
Při svícení LED se stiskne tlačítko [OFF] a drží se stisknuté.
Zároveň se pomocí tlačítka [RED] a tlačítka [WHITE] nastavuje jas LED - změna jasu se provádí v 10 krocích od 10% do 100%
Ukončení nastavení se provede uvolněním tlačítka [OFF].
LED zůstává po této operaci svítit nastaveným jasem. 

- Režim SLEEP 
Když nesvítí žádná LED, na 2 sekundy stisknout tlačítko [OFF] - 2x blikne červená LED a tlačítka [RED] a [WHITE] se zablokují,
ATtiny přejde do režimu s minimální spotřebou (SLEEP_MODE_PWR_DOWN).

V normálním režimu je odběr z baterie při zhasnutých LED asi 4 až 7mA (v závislosti na napájecím napětí).
Ve SLEEP režimu odběr proudu klesne pod 1uA.

- Funkce UNLOCK 
při režimu SLEEP podržet na další 2 sekundy tlačítko [OFF]
(blikne červená LED a tlačítka se odblokují)

- Funkce AUTOSLEEP
Když není rozsvícena žádná LED, dojde asi po 10 minutách k automatickému přechodu do SLEEP režimu s minimální spotřebou.
Z tohoto režimu se čelovka probudí dlouhým stiskem tlačítka [OFF] (funkce UNLOCK) 
Automatické uspání je možné oddálit rozsvícením libovolné LED, nebo krátkým stiskem zhasínacího tlačítka [OFF] při zhasnutých LED.

Po zapnutí napájení jsou obě sady LED zhasnuté a čelovka je v normálním režimu. Tlačítkem [RED] nebo tlačítkem [WHITE] je možné rozsvítit požadovanou sadu LED. 
Když zůstane čelovka ve zhasnutém stavu bez povšimnutí, po 10 minutách dojde k automatickému přechodu do SLEEP režimu s minimální spotřebou.


A protože mi zbylo ještě trochu prostoru v paměti, přidal jsem tam pro astronomii sice trochu zbytečnou funkci, ale třeba by se někdy mohla hodit:

- Funkce BLIKAČ
Když se v normálním režimu při zhasnutých LED stisknou hned po sobě tlačítka [RED] a [WHITE] 
(nejdřív tlačítko [WHITE] a do 0.7 sekund k tomu ještě tlačítko [RED]), přejde čelovka do režimu blikače,
který je signalizován krátkým bliknutím červené LED.
Po uvolnění obou tlačítek začne blikat poslední použitá sada LED podle jejího nastaveného jasu.
Rychlost blikání je možné upravovat pomocí tlačítek [RED] a [WHITE] asi od 8Hz do 0.125Hz (bliknutí 1x za 8 sekund až 8x za sekundu) 
Tlačítkem [OFF] se blikání ukončí, LED se zhasne a přejde do normálního režimu čelovky.

 

---

Nepovedená SMD verze s krytkou

 

SMD LED vyzařují  velice příjemné rovnoměrné všesměrové světlo, takže se při něm čte daleko lépe, než při použití obyčejných LED, jejichž světlo tvoří ostře ohraničený kužel.

Problém byl ale právě v tom všesměrovém záření. Aby čelovka neoslňovala pozorovatele v okolí, bylo nutné vyrobit krytku, která omezila vyzařování světla do stran.
To se sice povedlo, ale při následném měření svítivosti a spotřeby se ukázalo, že SMD LED mají při srovnatelné úrovni jasu s obyčejnými LED, několikanásobně vyšší odběr proudu ze zdroje.

Z toho důvodu jsem už dále s SMD variantou nepokračoval.

Krytka byl můj první 3D projekt. Vytvářel jsem jí v programu Autodesk-123D Design a 3D tisk jsem nechal dělat u Dirty Boards.

Data: kryt_led.123dx

 

 

---

Měření jasu LED a proudového odběru

 

Pro měření světelného výkonu jsem použil čidlo BH1750, které jsem připojil k Raspberry Pi. Čidlo bylo umístěno na dně 65cm dlouhé trubky.
Na druhém konci trubky byl umístěn plošný spoj s LEDkami. 

Program pro měření jasu byl upraven tak, že zaznamenával nejvyšší dosaženou hodnotu (merjas.py).

Testování probíhalo při třech úrovních napájecího napětí: 3V, 4V a 5V při všech úrovních nastaveného jasu (0 až 10). Toto měření bylo prováděno s odpory 47R v sérii s bloky LED diod.

Pro doplnění měření byla následně provedena výměna sériových odporů u LED. 
- u varianty s SMD LED byly odpory sníženy na polovinu (23R).
- u varianty s THT LED byly odpory zvýšeny na dvojnásobek (100R).

Na takto upravených deskách bylo provedeno měření jen pro napájecí napětí 3V a 5V.
Měřeny byly pouze 4 úrovně jasu (10, 8, 5, 2) 
Vzhledem k malé citlivosti čidla osvětlení nebylo možné při nízkých úrovních jasu naměřit hodnoty.

 

Na základě naměřených hodnot jsem zjistil, že varianta čelovky s SMD LED má při stejném světelném výkonu několikanásobně větší proudovou spotřebu.

Pro příklad (příklady jsou v tabulce označeny barevně):
 Při napájení 5V a naměřeném osvětlení 1,67lx byl odběr červených SMD LED 32mA. 
 Při stejném osvětlení pomocí červených THT LED byl odběr jen 7,7mA.

 Při napájení 3V a maximální úrovni jasu bílých SMD LED byl odběr 10mA a osvětlení 3,33lx.
 Při stejném napájecím napětí a maximální nastavené úrovni jasu bílých THT LED byl odběr také asi 10mA, ale naměřené osvětlení bylo více než 10x vyšší (37,5lx) 

 

připojení čidla osvětlení k RasPi	druhá strana trubky s plošným spojem s LED
pohled dovnitř trubky - na dně je čidlo osvětlení	samotné čidlo osvětlení

 

 

 

 

---

Plošný spoj a schéma

 
Větší rozlišení po kliknutí na obrázek

 

Popis elektroniky:

Jas LED diod je řízen pomocí PWM, které je generované na výstupech ATtiny25 (PB0 a PB1). Tento signál pak spíná proud do LED diod pomocí N-FET tranzistorů.

Tlačítky se volí požadovaný režim - viz software.

Pojistka a transil slouží jen jako ochrana před přepólováním napájecího napětí. Jejich typ a hodnota záleží na použitém zdroji napětí.
V prototypech jsem použil 0.5A pojistku a transil na 6V/38A. 

Pro napájení je možné použít libovolný zdroj s napětím 3 až 5,5V. 

Plánováno bylo:
  3 x 1.2V AA NiMh akumulátory = 3.6 V, nebo
  4 x 1.2V AA NiMh akumulátory = 4.8 V, nebo
  3 x 1.5V AA baterie = 4.5 V, nebo
  4 x 1.5V AA baterie = 6 V  POZOR !

V případě použití 4 x 1.5V baterie, je třeba snížit napětí do ATtiny pomocí sériově zapojené diody (D1) na vývodu Vcc.
Při osazení diody D1 se pak musí provrtat prokovení na plošňáku, které tuto diodu přemosťuje. 

 

Podle velikosti maximálního možného napájecího napětí a podle typu a počtu použitých LED diod je třeba zvolit správnou hodnotu sériových odporů R1 a R3. Plošky pro připojení paralelních R1' a R3' byly použity jen pro vývoj a testování jasu při různých hodnotách odporů.

Při tvorbě plošného spoje jsem přehlédl jeden nedostatek. Připravil jsem prostor pro 3mm THT LED. Když jsem pak sháněl LED v obchodech, ukázalo se, že 5mm LED mají ještě trochu lepší parametry, než 3mm. Problém je ale v tom, že se tam všechny 5mm LED nevejdou. Při použití 3ks červených a 2 ks bílých LED je třeba bílým LEDkám trochu naohybat nožičky.

Hodnoty a typy součástek použité v prototypech:

Procesor	ATtiny25 (SMD)
Spínací N-FET tranzistory	FDV301N (SMD)
Červené LED	L-53SRC-J4 nebo jiné červené LED (SMD 0805 / THT3mm / THT 5mm)
Bílé LED	LL-504WC2E-W2-2DC-T nebo jiné bílé LED (SMD 0805 / THT3mm / THT 5mm)
Pojistka	1206L050YR
Transil	SMAJ6.0A-TR
Kondenzátor na napájecím napětí	1uF (SMD 0805)
Odpory na Gate N-FETU (dělič)	1k5 + 100k   (SMD 0805)
Sériové odpory k LED diodám	Podle potřeby (47R nebo 100R viz odstavec "Měření jasu")
Tlačítka	DM-101P-30-3 nebo (2x) D2F-FL-A + (1x) D2F-FL-A1 nebo TACT-613N-F nebo libovolná jiná tlačítka na drátech
Nepovinná dioda pro snížení napájecího napětí	Nějaká univerzální SMD (...4148)
Nepovinný ISP konektor pro nahrání programu	ZL202-6G nebo část z ZL212-20KG

 

 

Plošný spoj jsem si nechal vyrobit také u Dirty Boards

Podklady pro Eagle : headlamp_v11-3.brd

 

 

 

---

Software

Update 2.4.2016

Po prvním ostrém vyzkoušení čelovky v terénu se ukázalo, že některé funkce je třeba ještě trochu doladit.

Verze	Datum	Zdroják	HEX pro ATtiny25
12	2.4.2016	celovka_sw_ver12.ino	celovka_sw_ver12.hex
11	10.11.2015	celovka_sw_ver11.ino	celovka_sw_ver11.hex

 GitHub: https://github.com/astromik/celovka

Seznam změn verze 12 proti verzi 11:

 Tlačítko RED získalo dvě nové funkce:
   1) při rozsvícené červené LED je možné tuto LED stejným tlačítkem zase zhasnout - není tedy třeba přehmatávat na tlačítko OFF
   2) při stisku tohoto tlačítka na déle než 1 sekundu se při jeho uvolnění červená LED automaticky zhasne - tlačítko tak funguje jako normální tlačítko

Kvůli velikosti programu bylo nutné z funkce BLIKAČ odebrat nejpomalejší režim blikání (1 sekunda světlo, 15 sekund tma)
Ukázka doplněných funkcí pro tlačítko RED na Youtube

 

 

 

---

Mechanika

Celou čelovku je možné rozdělit na 3 části:

 - zdroj napájení (akumulátory nebo baterie)
 - ovládací modul s tlačítky
 - LED diody

Ovládací modul s tlačítky a LED diody jsou na společné desce, ale plošný spoj je navržen tak, že je možné tuto desku jednoduše rozříznout a LED panel oddělit.

rozdělení čelovky na 3 části (baterie, ovládací panel s tlačítky, LED panel)

 

LED diody je třeba kvůli správnému zamíření světla připevnit na hlavu tak, aby s nimi bylo možné naklánět nahoru a dolu.
Pokud bude na čele zároveň ovládací panel s tlačítky, měl by být tento naklápěcí mechanismus odolnější, aby při stisku tlačítek nedocházelo k nechtěnému naklápění.

 

Plánoval jsem, že čelovka by mohla pracovat v těchto mechanických uspořádáních:

---

1) Ovládací panel s LED diodami a baterie společně v nějaké krabičce na čele. 

  Tato varianta má nevýhodu v tom, že na čele bude poměrně velká hmotnost. Výhoda je, že je všechno pohromadě v jedné krabičce. 

---

2) Ovládací panel s LED diodami na čele, baterie připevněná vzadu na hlavě.

  Je to trochu upravená předchozí varianta, kdy se hmotnost baterií přenese z čela dozadu.

---

3) Ovládací panel s LED na čele a baterie v kapse.

  Nevýhoda je v tom, že k hlavě v tomto případě povede dvoužilový kablík od baterie, který může někdy překážet 

---

4) Ovládací panel a baterie ve společné krabičce připevněné na ruce, oddělený LED panel na čele.

  Stejně jako u předchozí verze, i tady může být trochu problém s kablíkem (3-žilovým) mezi ovládacím panelem a LED panelem.
  Výhoda je v tom, že samotný LED panel už nepotřebuje žádnou krabičku.
  Stačí jen nějaký jednoduchý naklápěcí mechanismus pro nastavení směru svícení.
  Protože na čele nebudou žádná tlačítka, je možné vyrobit i méně odolné naklápění .
  Při umístění ovládacího panelu na ruce ale bude možné ovládat světlo pouze druhou rukou.

---

 Pro vlastní uchycení plošňáku (nebo krabičky) na hlavu jsem plánoval použít gumy z běžně dostupných vietnamských čelovek:

 

 

úvodní strana webu AstroMiK.org

poslední úprava stránky 7.2.2017