Материалы, статьи

Фонарь для тех, кто готовится к ФоллАут'у
Очем эта статья

Если вы увлекаетесь радио техникой, любите собирать интересные устройства, интересуетесь модингом или постапокалиптикой то эта статья для вас.

Всем нам хорошо известна польза, приносимая различного вида фонариками, как в быту, так и на производстве, но в этой статье я решил показать какими полезными усовершенствованиями и новыми свойствами сможет обладать самодельный фонарь, которых просто напросто не встретить в обычных осветительных приборах.

Фонарь Казалось бы, все очень просто, но даже у такого незатейливого устройства есть превеликое множество вариантов исполнения, отличительных способностей, режимов работы, ну и конечно составных элементов, о которых мы сейчас и поговорим.

Компоненты фонаря, Азы, схемы, варианты
Компоненты фонаря

Список основных необходимых компонентов, в порядке убывания по степени важности, с описанием:
1) Аккумулятор/Батарея, Светодиод/Лампочка это минимальный набор, необходимый для того чтобы воспользоваться всеми прелестями электрического источника света. Сюда также можно отнести и люминесцентные источники света, но они требуют наличие дополнительного устройство (преобразователя, драйвера), сборка которого дело кропотливое, источником электроэнергии может послужить и динамо-машина или самодельный химический источник тока.
2) Зарядное устройство зарядник от сети, динамо-машина или солнечная батарея, думаю, я не зря отвел этому пункту второе место, так как без подзарядки фонарь неминуемо обречен на гибель.
3) Выключатель и корпус конечно намного удобнее, чем примотанная к батарейкам лапочка с торчащими проводами, но в суровые времена это может показаться роскошью, посему третье место.
4) Стабилизаторы напряжения, регуляторы тока эти электронные компоненты, помогут нам сделать наш фонарь более экономичным и приспособленным для разных режимов работы, хотя можно обойтись и без них.
5) Дополнительные индикатор заряда аккумулятора или потребляемого тока во время работы и прочие примочки в принципе не влияющие на качество работы, а лишь на удобство использования.

С компонентами выбранными мной при создании ФоллАут'ского фонаря вы сможете ознакомится в следующем выпуске статьи.

Азы, схемы, варианты

Схема простейшего фонаря:
Ниже изображена схема простейшего фонарика с минимальным количеством составных частей, Батарея, выключатель (s1), лампочка (la1).




Как видно на фотографии собрать такой фонарик не составит труда, далее следует схема с использованием светодиода.





В этой схеме вместо лампочки используется светодиод, он гораздо экономичнее но в основном его рабочее напряжение составляет 2-4 вольта, (хотя у разных специфических моделей оно может быть иным), по этому мы используем переменный резистор (R1), при помощи которого можно подобрать необходимое для работы светодиода без выхода из строя.
При использовании мощных светодиодов с резисторами необходимо учитывать параметр силу тока (Ампераж), при работе, в резисторе возникнет нагрузка и если резистор на неё не рассчитан, начнется его перегрев, тоже самое произойдет и со стабилизаторами.

Как рассчитать сопротивление резистора для нормальной работы светодиода.
Для того чтобы светодиод не перегорел необходимо подобрать сопротивление резистора для ограничения тока и включить его последовательно как изображено на схеме ранее, сделать это можно по следующей формуле:

R = (VS VL) / I

VS= напряжение источника питания
VL= рабочее напряжение светодиода
I = ток светодиода 

Например если:
напряжение питания V S = 12 V
рабочее напряжение светодиода VL = 3V
рабочий ток светодиода I = 20мA = 0.020A
То-
R = (12V 3V) / 0.02A = 450 Ом. 
При этом можно смело выбрать 470 Ом и ваш светодиод точно не сгорит.



Для подключения нескольких светодиодов рекомендуется выбрать следующую схему подключения, так как в основном каждый светодиод потребляет свой ток и со временем эта характеристика может изменяться, и тогда скорейший выход из строя обеспечен.
Не забывайте рассчитывать сопротивления резисторов под вашу марку светодиода. 





Аккумулятор в простом светодиодном фонаре можно заменить практически любым шаговым двигателем, при вращении его ротора будет вырабатываться электроэнергия, которой будет вполне достаточно для светодиода, а у мощных двигателей даже для лампочки.




При чем на каждую обмотку шагового двигателя можно повесить по два светодиода, как на следующей схеме.



При быстром вращении ротора будут светиться все светодиоды, можно так же повесить на каждый малоомный резистор.



Источник света, Стабилизатор, Источник питания, динамомашина
Источник света
Современные сверхъяркие и низковольтные экономичные светодиоды могут служить долгие годы, потребляя минимум энергии, по сравнению с электролампочкой. Еще один плюс светодиодов в суровых условиях это устойчивость к вибрации, лампы накаливания в данном случае самые ненадежные, а выбранные мной светодиоды дают столько же света как и аналогичная лампа, но потребляя при этом в разы меньше энергии.
Я остановился на конкретных моделях:
Сверхъяркий светодиод на радиаторе 1шт.
Характеристики:

Рабочее напряжение: 3.4 вольта
Максимальный ток: 350 мили ампер
Световой поток: 155 люмен
Свет: белый холодный
Угол свечения: 85 градусов
Цена: 260 руб

В качестве дополнительного источника света были выбраны низковольтные экономичные светодиоды
Яркий экономичный низковольтный светодиод 9шт.
Характеристики:

Рабочее напряжение: 2.7 вольта
Максимальный ток: 10 мили ампер
Световой поток: 35 люмен
Свет: белый холодный
Угол свечения: 100 градусов
Цена: 8 руб

В качестве источника питания решил выбрать аккумулятор для электронной техники. Возникла также мысль использовать аккумуляторы от сотовых телефонов, но засомневался, что они смогут прослужить достаточно долго, хотя с другой стороны они, наверное, будут удобнее громоздких собратьев, но по деньгам куда дороже.
Характеристики:

Напряжение: 6 вольт
Ёмкость: 5.4 ампер час
Срок службы: 7 лет
Цена: 500 руб

Стабилизатор
Для управления яркостью свечения светодиодов я решил использовать стабилизатор LM317T. Эта микросхема весьма распространенная, простая в эксплуатации, имеет полную защиту от перегрузок, ограничение по току и защиту от перегрева.
В нашем фонаре она установлена регулятором тока, мне показалось, что очень удобно иметь возможность регулировки яркости для обеспечения экономии энергии.

Недостаток использования аккумулятора постараюсь компенсировать возможностями зарядки.

Источник питания, динамомашина
Также предусмотрен вход для подключения дополнительного источника энергии. Это может быть:
Запасной аккумулятор

Солнечная батарея

Динамо машина

Подойдет любой источник энергии до 24 вольт

Собственно идея динамо машины мне приглянулась больше, так как запасного аккумулятора или солнца может и не оказаться под рукой, а вот источник энергии, превращенной из кинетической в электрическую это и есть эксклюзив постъядерного мира. Прелесть состоит еще и в том, что её (энергию) можно использовать для питания и других полезных девайсов.

Вот только как и из чего сделать динамомашину? 
Конечно, всегда можно можно навострить лыжи в ближайший магазин, специализирующийся на подобных вещах, но это совсем не по-ФоллАутски, поэтому мы идем на свалку, ну или, скажем, разбираем списанный на своей Постъядерной работе принтер, что я собственно и сделал. Обычно такие устройства изобилуют шаговыми двигателями которые нам и нужны. Из образовавшейся кучки выбираю нечто среднее, опираясь на следующие характеристики:
Размер, вес
Мощность (можно понять по силе затраченной на осуществление одного шага)
Возможность установки повышающей шестерни и ручки

Поработав немного напильником, ножовкой и молотком, получаем токую вот штуковину, которую нам еще предстоит разместить в удобном корпусе.
Ах, да! Чуть не забыл!.. Ведь нам еще надо преобразовать энергию поступающую от шагового двигателя, стараясь собрать её всю по крохам, выжать все, на что способен движок. Вот здесь и начинаются мои кропотливые эксперименты.


В итоге я пришел к такому виду выпрямителя, которого хватило бы дать достаточно энергии от шагового двигателя для зарядки аккумулятора и одновременного свечения. 




При чем тут ФоллАут?
Фонарь готов
Так уж повелось, что под словом ФоллАут (FallOut), обозначающее с английского выпадение радиоактивных осадков, стали подразумевать светлое ПостАп (постапокалиптическое) или постъядерное будущее.

Фонарь который я решил собрать состоит из электронных компонентов, которые невозможно изготовить самостоятельно, если не извлечь их из какой либо аппаратуры, благо, что эти элементы достаточно распространенные, поэтому фонарь по большей части для тех, кто готовится к ПостАп'у.

Хотелось бы отметить некоторые характеристики, которыми, по моему мнению, должна обладать конструкция, чтобы надежно служить своему хозяину:
1. Надежность
2. Экономичность 
3. Функциональность, дополнительные режимы работы (экономный\яркий)
4. Возможность зарядки / динамомашина / солнечная батарея / альтернативные источники питания
5. Использование в качестве источника питания
6. Удароустойчивость
7. Продолжительность работы без подзарядки
8. Обеспечение избыточности переключение на запасной источник питания, запасной светодиод, использование перемычки при выходе из строя стабилизаторов.
9. Внешний вид должен соответствовать фоллаутской теме.
Применение этому фонарику можно найти не только в народном хозяйстве или на полке в качестве сувенира символизирующего постапокалиптический быт, но и в качестве восполняемого источника питания для радиостанции, фотокамеры, mp3 плеера, сотового телефона, в общем, кто во что горазд.

Так же из всего вышеперечисленного возникают некоторые недостатки:
1. Габариты и вес. Использование в фонаре аккумулятора и стального корпуса сделали её громоздкой и увесистой.
2. Примененные электронные компоненты и аккумулятор рано или поздно могут выйти из строя и прийти в негодность. Но у них есть все шансы пережить своего владельца ;-)
3. К сожалению, в моей версии не удалось защитить все элементы от воздействия влаги, разъёмы и переключатели под угрозой попадания в них грязи и пыли, внутренности защищены.

схема:

обозначения:

1. Вход для питания и зарядки 5-24 вольт
2. Вход для запасного аккумулятора 5 вольт и выход для питания иных приборов
3. Регулятор яркости свечения
4. Включатель четырех экономичных светодиодов
5. Включатель шести экономичных светодиодов
6. Включатель сверхъяркого светодиода
7. Сборка экономичных светодиодов
8. Сверхъяркий светодиод
9. Основной внутренний источник питания аккумулятор
10. Переключатель выбор источника питания внутренний\внешний
11. Режим питания внешних устройств
12. Простейший индикатор зарядки
13. Простейший индикатор заряда

Фонарь готов

Далее применив немного фантазии и три переключателя, получаю несколько режимов свечения. 

Отражатель для светодиодной сборки снял с фонарика для ношения на голове, а вот отражатель для яркого светодиода у меня еще с детства лежит в загашнике, потому его происхождение установить сложно, но он сильно напоминает отражатель от кинопроектора, это в том месте, где ксеноновая лампа ставится, основной отражатель с мощным светодиодом даёт весьма яркий и хорошо сфокусированный луч, на видео показана его работа (освещаю подъезд обесточенного 9этажного дома)



Теперь нужно подумать о модинге нашего фонаря. Изначально корпус выбирался, чтобы дать фонарю соответствующий Постапокалипсическому миру стиль, но теперь предстоит добавить некоторые штрихи, для пущей Постъядерности.
Для этого мы будем применять раствор хлористого железа, который в считанные часы покроет ржавчиной места нанесения.



Сверхъяркий светодиод имеет обыкновение сильно перегреваться, по этому ему нужен радиатор, защитная решетка прижимающая термопрокладкой к стеклу светодиод
подойдет идеально.


Внутренности:




В итоге можно отметить некоторые отличительные особенности:
Экономичный отражатель крепиться на шарнирах и может поворачиваться, это очень удобно когда одновременно яркий луч светит в перед, а рассеянный под ноги.


С применением стабилизатора характеристики фонаря явно улучшились, теперь в режиме на всю катушку, до заметного снижения яркости фонарь работает примерно 24 часа, или 48 в режиме комфортного освещения.
Время работы фонаря только на экономичных светодиодах до заметного снижения яркости, составило около 50 часов.
Возможность зарядки на ходу при помощи динамо машины.
Высокая яркость и дальность свечения.
Такая примочка обеспечивает контроль заряда аккумулятора и сопряжение фонаря с дополнительными устройствами, их питания и зарядки.
Заряжаю от него и питаю фотоаппарат, сотовый, электронную сигарету, радио.

примочка


фонарь готов:




Конечно он незаменим во время самообороны :)