Голос Мастеров! - Фонарик бытовой

Здравствуйте, уважаемые жители славного Голоса!

Еще один осенний месяц пролетел незаметно.

И вот: "Тема очередного конкурса "Голос Мастеров" - ВОЛЬНАЯ".

"Это хорошо", - подумал я. И задумался... И придумал!

Я расскажу вам, как сделать фонарик.

Как, еще один фонарик? Чем же он отличается от "Карманного фонарика", описание которого ты выкладывал три месяца назад? - быть может спросите вы.

С электрической точки зрения - ничем. Так исторически сложилось, что все фонарики делаются по одной и той же схеме. "Батарейка - выключатель - лампочка". И хотя в наши дни эта схема выглядит как "Зарядное устройство - аккумуляторы - выключатель - драйвер - осветительные светодиоды", суть от этого не меняется.

Там даже зарядное устройство и плата драйвера использованы точно такие же, как в предыдущем фонарике.

Но вся остальная конструкция...

Вот, пожалуй, и все отличия.

Я назвал его "Фонарик бытовой".

Где его удобно применять? В домашнем хозяйстве.

Например, выискивая места протечек в старых чугунных батареях.

Или разбираясь в хитросплетениях ржавых водопроводных труб в подвале дома.

Или встречая родных с электрички промозглыми осенними вечерами.

Или просто гуляя по неосвещенным ночным улицам и дворам провинциального городка.

Он, так же как и прежний, не обладает пыле- и влагозащищенностью по стандартам IP67 или IP68. Поэтому в наполненную водой ванну бросать его не стоит.

Также не стоит направлять его луч прямо в глаза. Солнечные зайчики минут на пять будут вам обеспечены.

Не стоит надеяться на него, отбиваясь от стаи бродячих собак. Встроенного электрошокера в нем нет.

Или использовать его, исследуя заброшенные строения, если вдруг вы считаете себя сталкером. Хотя в нем и есть функция световой подачи сигнала SOS, рассчитывать на нее и на гарантированный приезд МЧС в экстренных случаях я бы не стал.

Для любителей рыбалки, охотников, грибников, людей, увлекающихся экстремальными видами активного отдыха - это тоже не самый лучший выбор. Им нужно что-то более серьезное и надежное.

Чем же еще он отличается от огромного количества фонариков, продающихся на каждом углу?

Ничем. Он не лучше и не хуже.

Просто собран своими руками.

Пожалуй начнем. Нам потребуются:

Что у них может быть общего? Подходящий друг для друга диаметр. Чуть больше пяти сантиметров, точнее 53 мм.

И еще это хорошая основа для корпуса нашего фонарика.

В пластиковой мы разместим аккумуляторы, в жестяной - электронику и осветительную часть.

Найти такие можно в ближайшей к вам аптеке или продовольственном магазине вроде "Пятерочки" и "Дикси".

Стеклянная линза с углом рассеивания 60 градусов диаметром 44 мм. И пара дюралевых колец с резьбой для ее крепления диаметром 53 мм. Очень хорошо подходят по диаметру к нашему корпусу.

Заказывал здесь.

Используется такой же, как в "Карманном фонарике". Для мощных светодиодов Cree. С напряжением питания от 2.7 до 4.2 Вольта и максимальным током до 2 Aмпер. Прошивка микроконтроллера обеспечивает 5 режимов работы: яркость 100%, яркость 50%, яркость 15%, мигающий, режим SOS. Управляется последовательным переключением с помощью одной кнопки.

Заказывал здесь.

Мощность светодиода 10 Ватт, напряжение питания 2.85-3.6V. Цветовая температура - тёплый белый (2700-3500 K).

Светодиод поставляется на медных или алюминиевых радиаторах разного диаметра. Я выбрал алюминиевый диаметром 32 мм.

Заказывал здесь.

Вполне возможно, что это не оригинальный Cree, а его китайская копия. В отличие от завсегдатаев форумов любителей фонариков, я не стал ломать над этим голову, такой вариант меня тоже вполне устраивает.

Но, если вы любите головоломки, то вот вам еще тройка фактов:

- В 2009 Cree купила первый завод расположенный вне США. Он находится в Huizhou (Guangdong Province, Китай). (Википедия )

- На изображениях светодиода на сайте продавца, кроме обозначения Cree нанесена также аббревиатура YD, обозначающая китайскую фирму Yinding.

- На сайте магазина есть реклама фирмы Yinding, с заявлением "100% original brand new", а под ней надпись "Cooperation partner Cree, Osram, Philips, LG".

И да, я знаю, что написано на заборе и что за забором обычно дрова. Поэтому и вы не ломайте над этим голову.

Нужен для отвода тепла от сильно нагревающегося светодиода.

Я его приглядел тогда в интернет-магазине Tixer.ru.

Вряд ли он способен отвести от светодиода все 10 Ватт тепловой мощности, но мне он подошел.

Использовал Panasonic NCR18650B емкостью 3400mAh и типоразмера 18650 с защитой (with PCB). Напряжением 3.7 Вольт.

Потребуются 2 штуки. Будем соединять их параллельно.

Заказывал здесь.

Если "нет сил ждать" пока доедут, можно заказать и в Tixer.ru. Но дороже.

Точно такая же, как в "Карманном фонарике". На микросхеме TP4056. С разъемом mini-USB.

Точно так же зарядку предполагается осуществлять через USB-кабель от какого-то внешнего источника питания.

Например от настольного компьютера.

По умолчанию зарядный ток на плате установлен в 1 Ампер. Нам это подходит.

(При необходимости зарядный ток можно менять, перепаяв один из SMD-резисторов на плате зарядного устройства).

Заказать можно, например здесь.

8. В качестве внутренних элементов конструкции используются отдельные детали, выточенные из кусков фольгированного (одностороннего) и не фольгированного стеклотестолита. Обычно он применяется для производства печатных плат.

Раздобыть их можно, например здесь (Фольгированный) или здесь (Не фольгированный).

Так как не фольгированный раздобыть труднее, а еще он дороже фольгированного, то для простоты достаточно обзавестись фольгированным. И, при необходимости, вытравливать с него фольгу, например раствором хлорного железа, в нужных случаях.

9. Для внутреннего крепления элементов потребуются несколько латунных стоек разной длины под резъбу М3.

Самый лучший (доступный мне), и самый дорогой (как мне кажется), выбор подобного есть в "Чип и Дип".

Это картинка для примера, сколько их и каких понадобится в действительности смотрим в дальнейшем описании.

Еще нужна будет кнопка включения с фиксацией и 5-ти миллиметровый светодиод в качестве толкателя.

И небольшой, примерно 25х25 мм, кусочек прозрачного оргстекла, толщиной 2 мм. Или несколько таких кусочков. Но об этом позже.

10. Также потребуются винтики, болтики, шайбы, гайки, гроверные шайбы, и контактные лепестки. Тоже под резьбу М3.

И небольшая стальная пружинка (От шариковой ручки наверное тоже подойдет, но лучше взять помощнее. У меня нашлась диаметром 8 мм и длиной 20 мм).

А также монтажные многожильные провода для соединения отдельных элементов и эмалированный медный обмоточный провод диаметром 1 мм там, где потребуется дополнительная жесткость.

Плюс инструменты и несколько часов, дней или недель свободного времени.

Приступим к сборке.

И первый же вопрос: а как ты аккумуляторы в баночке для мультивитаминов крепить собрался?

Можно плотно обмотать их синей изолентой. Можно использовать широкую термоусадку. Но это все на один раз.

Стандартного, подходящего под размер, отсека для крепления я тоже не нашел. Пришлось придумать свой.

Есть хорошее старинное слово "этажерка". Нечто подобное и пришлось соорудить.

Для этого из стеклотекстолита сначала резаком вырезаем шесть одинаковых квадратных заготовок.

А потом, предварительно разметив на них окружности штангенциркулем, обтачиваем их на точильном станке, стараясь довести до идеально круглой формы.

Четыре из них пойдут на нашу этажерку с аккумуляторами. Диаметр их должен быть почти равен внутреннему диаметру горловины нашей пластиковой баночки. Чтобы они с некоторым трудом, но все-таки в нее входили. В моем случае диаметр составил 37.5 мм.

Верхний этаж из этих четырех делается из не фольгированного стеклотекстолита. В нем высверливается несколько отверстий под болтики М3. Часть для крепления к верхней крышке баночки с помощью латунных стоек. Еще пара болтиков с контактными лепестками используется в качестве контактов для плюсовых выводов аккумуляторов.

Нижний этаж вытачивается из фольгированого стеклотекстолита. Фольга на нем залуживается. Затем берем пружинку (ту, которая от шариковой ручки, но лучше помощнее), отрезаем от нее или делим ее на 2 части (каждая из частей длиной примерно 10 мм). И, с помощью паяльного флюса, предварительно тоже залудив, припаиваем эти 2 части пружинки к фольге нижнего этажа в определенных местах. Это будут контакты для минусовых выводов аккумуляторов.

Два средних этажа. Фольга на текстолите для них не нужна. Они служат для фиксации аккумуляторов. Для этого в них сначала высверливается, а затем вытачивается с помощью надфиля пара отверстий, совпадающих по диаметру с нашими аккумуляторами. Диаметр этих отверстий 18.5 мм. Аккумуляторы не должны из них вываливаться или в них болтаться, но и застревать тоже не должны. Перемычка между аккумуляторами составляет примерно 4 мм, если сделать меньше - есть риск, что наша хрупкая пластина сломается при обработке или эксплуатации, сделать больше - аккумуляторы в баночку не пролезут.

Используются латунные стойки: средние - длиной 35 мм (вместе с резьбой), по краям - длиной 25 мм.

А потом все четыре этажа стягиваются латунными стойками и болтами.

Нижние пружинки прижимают аккумуляторы к верхним контактам. Усилие прижатия должно быть таким:

- если отвести аккумулятор от контакта, он должен снова плотно к нему прижаться.

- если потрясти этажеркой в руках, аккумуляторы не должны отходить от контактов.

Припаять к нижнему этажу провод для минусового электрода можно, но особой необходимости в нем нет, ток будет идти по латунным стойкам.

И вот она, этажерка. Чтобы она пролезла в баночку мне приходится чуть сжимать баночную горловину.

С этим проще. Хотя на дополнительном радиаторе есть три отверстия под резьбу, с нашим светодиодом они не совпадают. Поэтому плата светодиода стягивается с радиатором болтами М3 и латунными стойками с помощью еще одного, пятого стеклотекстолитового фольгированного кругляша. Диаметром 41.5 мм. Он расположен с обратной стороны дополнительного радиатора, фольгой к нему.

Через просверленные в кругляше два отверстия выводятся провода (жесткий медный обмоточный провод диаметром 1мм, дополнительно изолирован термоусадкой) для подключения светодиода к драйверу.

Драйвер припаиваем к этим, выходящим из осветительного модуля, проводам. Так как паяльником туда забраться трудно, сначала припаиваем плату драйвера под углом, потом выравниваем.

Дюралюминий трудно паять. Да, есть специальный припой для пайки алюминия. Но я представил, во что превратится жестяная консервная баночка от детского питания при попытке напаять на нее дюралевое кольцо для крепления линзы. И решил отказаться от этой затеи. Поступил иначе.

Просверлил в уступе дюралевого кольца 8 отверстий диаметром 1 мм. По два с каждой "стороны света". Расстояние между парными отверстиями 5 мм.

Аналогичные отверстия наметил и проколол шилом в тонкой жести банки. В верхней ее части тоже есть уступ шириной примерно 1.5 мм. Он остается, когда с банки снимают крышку. На внутренней стороне банки рядом с отверстиями нужно зачистить и залудить с помощью флюса небольшие участки.

Затем зачистил и залудил отрезок медного обмоточного провода диаметром 1мм. И нарезал из него 4 отрезка. Их согнул в виде П-образных скобок. Высота скобки примерно 7-10 мм, ширина 5 мм.

Далее надо просто установить дюралевое кольцо на верхнюю часть банки, совместить отверстия и проставить в них наши П-образные скобки. Потом немного согнуть ножки скобок внутри банки, чтобы дюралевое кольцо прижалось сильнее.

А потом припаять ножки скобок к заранее залуженным участкам внутри банки.

Лишнюю длину ножек скобок после припайки отрезал кусачками.

Теперь в любой момент можно устанавливать линзу и фиксировать ее, привинчивая второе дюралевое кольцо к первому.

С креплением драйвера проблем не возникло. Он просто припаивается своими контактами на плате к проводам, выходящим из осветительного модуля. Это рассматривалось выше.

Но нужно разместить в банке еще и зарядное устройство с кнопкой. Потребовался шестой кругляш из фольгированного стеклотекстолита диаметром 41.5 мм.

Я приложил к нему кнопку, зарядное устройство, чуть выступающее за его пределы и по их контактам наметил расположение печатных проводников. Затем зачистил плату ученическим ластиком и простым черным маркером (в использовании лазерно-утюжной технологии (ЛУТ) необходимости не возникло) нарисовал дорожки. После этого вытравил плату в растворе хлорного железа и смыл краску маркера спиртом. Осталось ее снова зачистить и залудить.

Зарядное устройство жестко фиксируется на круглой плате с помощью припайки к его контактным площадкам отрезков медного обмоточного провода. Кнопка также припаивается своими контактами к плате, но ее контакты тонкие, непрочные. Поэтому дополнительно кнопку нужно приклеить к плате моментальным клеем. При этом нужно проследить, чтобы клей не попал внутрь кнопки.

Для увеличения максимально допустимого тока, соответствующие контакты на кнопке подключаем параллельно.

От платы с зарядным устройством (от кнопки) пару проводов (синий - минус (общий), красный - плюс) припаиваем к контактам светодиодного драйвера.

Еще два провода будут уходить от платы зарядного устройства вниз, через крышку банки, к аккумуляторам.

Делаются на диаметрально противоположных сторонах в нижней части банки. Жесть довольно тонкая, сверло ее будет рвать. Можно проткнуть шилом, а потом аккуратно расточить их тонкими надфилями, круглым и полукруглым.

Для кнопки отверстие делаем круглым, под ее толкатель, простой пятимиллиметровый светодиод.

Для разъема зарядного устройства... С этим сложнее. Мне показалась не очень хорошей идея, когда металл разъема будет контактировать с жестяным корпусом банки. Нужна какая-то промежуточная область из изоляционного материала. Да и для индикации зарядки нужно что-то предусмотреть.

Пригодился кусочек прозрачного оргстекла. Обрабатывать его нужно прямо в защитной пластиковой пленке-упаковке, в которой он поставляется. Упаковку снимаем только в самом конце обработки.

Сразу скажу, что с первого раза у меня не получилось. На самом деле я извел два таких кусочка, прежде чем добился более-менее приемлемого результата.

Что я с ними делал.

- Вырезается прямоугольник длиной 20-22 мм и высотой 20-25 мм.

- В нижней части прямоугольника сначала высверливается, а потом растачивается надфилем отверстие под USB-разъем зарядного устройства. Разъем должен входить в него более или менее плотно.

- Затем, по вертикальной оси оргстекло нужно изогнуть дугой. Чтобы оно повторяло радиус изгиба банки.

- Изогнуть оргстекло можно, если его нагреть. Сначала я нагревал его обычной зажигалкой. Можно нагревать феном, тонкой струей горячего воздуха.

- Нагревается оно очень быстро, вот еще кристалл и буквально через секунду уже течет, пузырясь. Важно не пропустить этот самый момент. Пришлось тренироваться. Когда оргстекло размягчится, нужно прижать его к такой же банке-шаблону и подождать, пока застынет.

- Можно поступить иначе. Нагревать не само оргстекло, а банку-шаблон. Зажигалка здесь уже не поможет, банку я предварительно накалял в пламени газовой плиты. Пока она не остыла, прикладывал к нему оргстекло и слегка надавливал на его края.

- После всех этих деформаций возможно придется снова подточить надфилем отверстие для USB-разъема. Быть может придется сточить опаленные части по краям.

- Затем можно снять защитную пленку.

В результате получим прозрачное световодное окошко. Оно одевается на разъем и чуть светится в процессе зарядки. Свет идет от встроенных в плату зарядки индикаторных светодиодов. Когда заряжается - красный, когда зарядился - синий.

А отверстие для этого индикатора в корпусе банки у меня в виде эллипса. Размером 12х9 мм.

Соединяем этажерку с аккумуляторами, осветительный модуль с припаянным драйвером, плату зарядного устройства с кнопкой с помощью латунных круглых и шестигранных стоек и болтиков-винтиков. Привинчивая все это с разных сторон к пластиковой крышке баночки от мультивитаминов.

Здесь к золотистым круглым латунным стойкам позже будет привинчиваться этажерка с аккумуляторами.

А серебристые шестигранные стойки - ключевые. На них через отверстия в крышке и дне банки крепятся плата с зарядным устройством и стойки осветительного модуля.

Собранное пока без корпуса устройство выглядит так.

Трудностей его сборка в таком виде, скорее всего, у вас не вызовет.

Останется только поместить его в корпус, собрав окончательно.

Тестовые испытания перед окончательной сборкой.

Окончательная сборка со стороны аккумуляторов не проблема - одеваем пластиковую банку на этажерку с аккумуляторами и завинчиваем крышку. Мы сделаем это позже.

Но вот со стороны жестяной банки и осветительного модуля...

Когда я пытаюсь повторить этот фокус, времени уходит по-разному. Иногда это 5 минут, иногда полчаса или больше. Все дело в небольших размерах жестяной банки по сравнению с осветительным модулем.

Надо вслепую, через пластиковую крышку, дно жестяной банки, плату с зарядным устройством, наживить резьбу болтов на резьбу латунных стоек осветительного модуля. При этом все эти крышки, банки, платы, стойки болтаются и расходятся в руках.

Чтобы при сборке толкатель кнопки не проваливался внутрь корпуса временно фиксирую его полоской термоусадки. Короткие провода к аккумулятору временно соединяю и наращиваю, чтобы вывести через отверстие из корпуса банки и крышку.

Всего 2 болта завинтить и 40 минут времени как не бывало. Вот, что значит не до конца продуманная конструкция и технология сборки. Но, в конечном счете, все получается. Светоизлучающий модуль зафиксирован в корпусе.

Остается подпаять к контактам этажерки 2 провода питания от платы с зарядным устройством.

Затем привинтить этажерку к крышке, вставить в нее аккумуляторы и зафиксировать с помощью винтиков донышком с пружинками.

Теперь можно одевать на аккумуляторы пластиковую банку и прикручивать ее к крышке.

Стеклянную линзу можно устанавливать в фонарь любой стороной.

Сначала я устанавливал ее выпуклой стороной наружу. Но потом перевернул и такой узкий луч мне понравился больше.

А еще я заметил, что при угле рассеивания светодиода в 120 градусов свет просачивается из корпуса изо всех щелей. И мне стало грустно от такой светорасточительности.

Несколько дней после этого я обдумывал форму отражателя. Замерял линейкой внешний и внутренний диаметр требуемого конуса, его высоту и угол наклона поверхности. Пытался представить или рассчитать форму развертки, из которой можно свернуть такой отражатель. Вспоминал школьную геометрию со стереометрией и формулы для подобного расчета.

Так, толком ничего не вспомнив и не рассчитав, не придумал ничего лучше, как вырезать ножницами из школьной тетради в клеточку примерно подходящие по размеру концентрические окружности, вырезать из них сектора под определенным углом, сворачивать получившееся в конус и примерять к фонарику. Чтобы конус подходил к стеклянной линзе, которую я теперь обратил выпуклой частью внутрь корпуса.

Таким образом (не помню уже на седьмой или восьмой итерации) необходимая форма развертки была определена опытным путем.

Я вырезал по ее подобию заготовку из жестяной консервной банки. Свернул кульком. Пропаял место стыка. Расточил надфилем узкую часть, чтобы она не замыкала контакты светодиода. Отогнул полоску в 1 мм по краю широкой части, чтобы зажимать ее, завинчивая резьбу дюралевым кольцом.

Как мне кажется, получилось не очень.

Есть еще куда стремиться в направлении дизайна.

Но то что есть, то есть.

И свет теперь не вырывается по бокам. Он устремлен вперед. В линзу и наружу.

Так выглядит полностью собранный фонарик.

А так это все работает.

Вид на шкаф с радиодеталями с дивана посреди ночи.

В режиме наибольшей яркости потребляемый ток составляет ровно 1 Ампер.

При напряжении питания аккумуляторов 3.7 Вольт потребляемая мощность составляет 3.7 Ватт.

Это конечно не 10 Ватт световой мощности светодиода, как было заявлено ранее.

Влияет также и драйвер и его КПД.

Так что реальная световая мощность будет еще меньше, надеюсь, что примерно около 3 Ватт.

При общей электрической емкости (двух параллельно подключенных) аккумуляторов в 6800 мА/час одной зарядки должно хватать примерно на 5-6 часов.

У меня не хватило терпения дожидаться полной разрядки аккумуляторов, да и 6 часов подряд держать фонарик включенным надобности пока не было.

В общем, по характеристикам, фонарик как раз подходит для домашнего хозяйства.