Lampka nocna z dodatkowymi funkcjami

Istnieje pogląd, że dziecko powinno spać w zupełnej ciemności. Są jednak przypadki, gdy lampka nocna staje się bardzo pożądana.

Do czego to służy - lampka nocna z dodatkowymi funkcjami

Jej nastrojowe światło działa uspokajająco i sprawia, że dziecko czuje się pewniej. Dlatego lampka nocna powinna świecić na tyle subtelnie, aby umożliwić dziecku zaśnięcie, nawet jeśli przebudzi się w nocy i jego sen będzie na chwilę płytki. Cenną cechą może być płynne rozjaśnianie lampki, dzięki czemu jej włączenie nie będzie powodowało oślepienia.

Dodatkowo łagodne wygaszenie, poza walorami estetycznymi, pozwala uniknąć gwałtownych zmian jasności w pomieszczeniu, jeśli zdecydujemy się lampkę wyłączyć. Wiele lampek dostępnych w handlu ma wyłącznik na kablu, którego szukanie w ciemności nastręcza nieco problemów. Podczas projektowania urządzenia zaprezentowanego poniżej wszystkie te kwestie zostały uwzględnione. Układ elektroniczny lampki jest dostosowany konstrukcyjnie do obudowy niedrogiej lampki dostępnej w handlu, co pozwala na estetyczną realizację kompletnego urządzenia, jak pokazuje fotografia tytułowa.

Rys.1 Układ elektroniczny lampki nocnej - schemat

Jak to działa? - układ elektroniczny lampki nocnej

Układ elektroniczny lampki nocnej przedstawiony jest na rysunku 1. Składa się on z kilku części. Do uruchamiania lampki przewidziano podświetlany przycisk SW1 podobny do popularnych microswitchy Tact 12×12mm. Różni się on tym, że jego klawisz jest przezroczysty i ma wbudowaną diodę LED. Za jego pomocą jest taktowany przerzutnik T zrealizowany na wykorzystanym nietypowo układzie NE555 (U2). Wbudowana w przycisk dioda D5 świeci, kiedy na wyjściu układu U2 jest stan niski (0V), czyli w trakcie gaszenia lampki i kiedy lampka nie świeci. Dzięki temu przycisk jest dobrze widoczny w ciemności.

Po wciśnięciu przycisku, w celu zaświecenia lampki, na wyjściu U2 pojawi się napięcie, przycisk zgaśnie i rozpocznie się ładowanie kondensatora C9. Ładowanie, na skutek obecności obwodu D5–R5, odbywa się szybciej niż rozładowywanie (poprzez rezystor R6). Dzięki takiemu rozwiązaniu zrealizowano płynne rozjaśnianie, które trwa kilka sekund i względnie długi czas płynnego gaśnięcia (ponad 1 minutę). Długie gaśnięcie pozwala np. na wyłączenie lampki i spokojne opuszczenie pokoju dziecka.

Napięcie kondensatora C9, poprzez wtórnik U3A (½ LM385) i diodę D7, trafi a na dzielnik złożony z rezystora R7 i potencjometru PR1. Podzielone napięcie steruje źródłem prądowym składającym się ze wzmacniacza operacyjnego U3B, tranzystora MOSFET T1 oraz rezystora R8. Źródło to zasila dwie gałęzie szeregowo połączonych diod LED D8–D15. Aby zniwelować niewielkie rozrzuty charakterystyk diod, w każdej gałęzi występuje rezystor wyrównawczy (R9, R10). Spadek napięcia na diodzie D7 powoduje, że w końcowej fazie rozładowania C9 nie występuje efekt delikatnie świecących się struktur diod LED (napięcie na p.5 U3B będzie bardzo niskie, bliskie 0V).

W układzie zastosowano diody LED 0,5W w obudowach „straw hat” o średnicy 8mm. Diody te różnią się nieco budową od konwencjonalnych diod 8mm. Ich ażury są grubsze, a nóżki dużo szersze przy obudowie. W zależności od koloru ich nominalny prąd pracy może wynosić od 90 do 140mA. Potencjometr PR1 został wprowadzony właśnie po to, aby można było ustawić prąd właściwy dla zastosowanego zestawu diod. W modelowej lampce diody pracują w kombinacji 4 żółte + 4 pomarańczowe przy prądzie ok. 100mA dla każdego łańcucha. Konfiguracja kolorów została dobrana podczas prób. Uzyskano w ten sposób bardzo przyjemny dla oczu kolor światła – jasny pomarańcz.

Rys.2 Budowa układu zasilania lampki nocnej

Na rysunku 2 pokazano budowę układu zasilania lampki. Wykorzystano zalewany transformator TR1 TEZ 4.0/D firmy Breve. Napięcie to jest prostowane przez mostek z diodami D1–D4 i filtrowane przez kondensator C1. W modelu, podczas świecenia diod na kondensatorze C1, występuje napięcie około 14,5V. Tym napięciem zasilane są diody LED. Reszta układu jest zasilana napięciem stabilizowanym 12V uzyskiwanym z wyjścia układu U1 (L78L12).

Montaż i uruchomienie lamki nocnej z dodatkowymi funkcjami

Układ elektroniczny lampki nocnej zrealizowano na dwóch odrębnych płytkach drukowanych. Obie są jednostronne. Na jednej znajduje się część zasilająca, na drugiej reszta układu. Szczegóły rozmieszczenia elementów prezentuje rysunek 3. Montaż jest konwencjonalny, choć najlepiej zacząć go od elementów najniższych (diod, rezystorów), a zakończyć na najwyższych (transformator TR1, diody LED).

Nieco więcej uwagi wymaga montaż przycisku SW1. Jest on zamontowany od strony druku na takiej wysokości, aby jego korpus był na równi z dystansami mocującymi płytkę w górnej części obudowy. Dzięki temu elementy płytki z diodami LED zwisają w dół, a płytkę można przykręcić możliwie wysoko w kloszu lampki. Tranzystor T1 dobrze jest wyposażyć w niewielki radiator np. z kawałka blachy aluminiowej, co poprawi jego chłodzenie.

Obie płytki łączy się ze sobą za pomocą odcinka czterożyłowej tasiemki (poprzez złącza J2, J3). Po wlutowaniu przewodów w płytkę warto je dodatkowo zabezpieczyć przez przyklejenie ich do płytek np. klejem na gorąco. Kabel sieciowy podłącza się do złącza śrubowego J1 na płytce zasilacza.

Rys.3 Płytki PCB wykorzystane do zrealizowania układu elektronicznego lampki nocnej 

Pierwsze uruchomienie przeprowadzamy przed umieszczeniem płytek w obudowie. Będzie do tego potrzebny multimetr i mały śrubokręt. Przed podłączeniem układu do sieci kręcimy potencjometrem PR1 maksymalnie w lewo. Włączamy zasilanie. Powinna się zaświecić dioda w przycisku SW1. Pozostałe LED-y nie powinny świecić. Teraz przyciskamy przycisk i powinien on zgasnąć. Podłączamy multimetr do wyprowadzeń R8 i mierząc na nim napięcie, powoli kręcimy PR1 w prawo. Przestajemy kręcić, gdy wskazanie będzie równe U_R8[V]=2*I_d[A]* 4,7[Ω], gdzie Id to prąd pojedynczej diody LED.

Obudowę pozyskano z fabrycznej lampki nocnej, z której usunięto istniejącą przetwornicę i płytkę z diodami świecącymi. Rozmieszczenie poszczególnych elementów wewnątrz obudowy prezentuje rysunek 4. Na przycisk SW1 wykonano otwór w górnej części obudowy o średnicy 8,5mm. Wywiercono też dodatkowe otwory wentylacyjne, których obecność jest wręcz konieczna z powodu nagrzewania się diod LED i tranzystora T1. Płytki drukowane są zamocowane za pomocą poliamidowych słupków dystansowych o wysokości 6mm z gwintem M3 zewnętrznym i wewnętrznym, śrubek oraz nakrętek.

Rys.4 Rozmieszczenie elementów wewnątrz obudowy lamki nocnej

Dla polepszenia estetyki płytka z przyciskiem i diodami jest przykręcona do górnej części obudowy białymi śrubkami poliamidowymi. Płytka zasilacza z racji obecności transformatora jest przykręcona za pomocą śrub metalowych, które przechodzą przez spodnią pokrywkę obudowy. Łby tych śrubek są schowane w zagłębieniach pokrywki. Kabel sieciowy przechodzi na drugą stronę płytki przez zrobione w niej prostokątne wycięcie oraz przez pokrywkę. Część płytki zasilacza, będąca pod napięciem sieci, jest zabezpieczona dwiema warstwami grubej folii polietylenowej przykręconymi słupkami dystansowymi do płytki.

Zamocowanie płytek w obudowie wymaga nieco cierpliwości. Najtrudniej jest zamontować w obudowie płytkę zasilacza. Można sobie pomóc długą śrubką M3. Wkręcamy ją w słupek płytki zasilacza, przewlekając ją uprzednio przez pokrywkę i kołnierz obudowy. Przyciągając płytkę do siebie, naprowadzamy tulejki na pozostałe 3 otwory i wkręcamy śrubki. Na koniec długą śrubkę zastępujemy krótką i montujemy obejmę kabla sieciowego. Lampka jest gotowa do użytkowania.

Pomocą w montażu będą też fotografie. W Elportalu wśród materiałów do tego numeru zamieszczony jest projekt płytki (pliki KiCad).

Układ elektroniczny lampki nocnej

Możliwości zmian

Istnieje możliwość zastosowania w układzie diod świecących w innych kolorach niż wspomniane wcześniej. Zalecane są kolory żółty, pomarańczowy i czerwony, natomiast światło niebieskie i białe (z dużą zawartością niebieskiego) nie jest korzystne i może utrudnić zasypianie, zaburzając cykl okołodobowy (cyrkadialny). Trzeba pamiętać o tym, że suma napięć przewodzenia szeregowo połączonych diod nie może być większa niż napięcie na C1 pomniejszone o spadek napięcia na R8 i R9 (R10) (dla I_R8=200mA będzie to ok. 1V).

Można również zmienić wartości R5, R6 i C9, dostosowując czas rozjaśniania i gaśnięcia lampki do własnych potrzeb. Jeśli nie będzie potrzebne zróżnicowanie tych czasów, można nie montować diody D6 i rezystora R5 i zamontować odpowiedniej wartości rezystor R6.

Uwaga! W układzie występują napięcia groźne dla życia i zdrowia. Osoby niepełnoletnie mogą wykonać i uruchomić układ tylko pod opieką wykwalifi kowanych osób dorosłych – nauczycieli.