โคมไฟ LED หินเรืองแสง: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ผู้ใหญ่หลายคนอาจจำได้ว่าสร้างโคมไฟจากไม้และตกแต่งด้วยโซดากระป๋องในโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนต้น โครงการนี้ชวนให้นึกถึงสมัยนั้น อายุ 13 ปีของฉัน ลูกสาวคนโตต้องการสร้างโคมไฟ และนี่เป็นโครงการวิทยาศาสตร์แบบโฮมสคูลที่ดี

หลังจากที่คุณสร้างโปรเจ็กต์ด้วยแถบ LED แล้ว คุณมักจะเหลือส่วนของที่เหลือ ซึ่งเป็นส่วนที่คุณตัดออกเพื่อให้ได้ความยาวที่แน่นอนเพื่อให้โปรเจ็กต์ของคุณเสร็จสมบูรณ์ ส่วนที่เหลือนี้ไม่มีตัวเชื่อมต่อ อาจสั้นพอสมควร และอาจดูเหมือนไม่มีการใช้งานที่ชัดเจน คำแนะนำนี้จะอธิบายวิธีเปลี่ยนแถบ LED ที่เหลือให้เป็นไฟตกแต่ง

สรุปโครงการ:

ลูกสาวของฉันต้องการให้แสงมีโหมดอัตโนมัติซึ่งใช้โฟโตรีซิสเตอร์เพื่อควบคุมส่วนหนึ่งของไฟ LED เราดึงสต็อกส่วนประกอบไฟฟ้าของฉันเพื่อสร้างวงจร เราได้เพิ่มอาร์เรย์ LED อีกอันที่ด้านบนซึ่งจะทำงานในโหมดเปิดเองเพื่อให้ระดับแสงสูงขึ้น เราเลือกโถบรรจุกระป๋องขนาดมาตรฐานที่มีความสวยงามตามต้องการ เราตัดสินใจห่อแถบ LED รอบหลอดกระดาษแข็งเพื่อให้แสงอยู่ห่างจากด้านข้างอย่างสม่ำเสมอและเพื่อลดจำนวนลูกปัดแก้วที่ต้องการ เธอเติมพื้นที่ที่เหลือด้วยลูกปัดแก้วหลากสีเพื่อเอฟเฟกต์ที่เรียบร้อย ฐานได้รับการออกแบบใน Fusion 360 และการพิมพ์ 3 มิติ และมีช่องสำหรับแจ็คไฟ DC ตัวต้านทานภาพถ่าย และสวิตช์เปิดปิด

เสบียง

โครงการนี้ต้องการส่วนต่อไปนี้:

• แถบ LED (ตัดใหม่หรือตัดเหลือ)
• โถแก้วมีฝาปิด
• ลูกปัดแก้วสี
• ฐานไม้ งานประดิษฐ์ หรือพิมพ์ 3 มิติ
• หลอดกระดาษแข็ง (หรือหลอดพิมพ์ 3 มิติ) และเทปอลูมิเนียมฟอยล์
• แหล่งจ่ายไฟที่ตรงกับแรงดันไฟฟ้าแถบ LED
• การเดินสายไฟ (18AWG หรือ 20AWG) สำหรับการเชื่อมต่อ

• ส่วนประกอบไฟฟ้า

  • ปลั๊ก DC และซ็อกเก็ตยึดแผง
  • สวิตช์สลับสำหรับควบคุม เปิด-ปิด-เปิด ในกรณีนี้
  • ทรานซิสเตอร์ NPN สำหรับการควบคุมอัตโนมัติ (2N2222a)
  • ตัวต้านทานภาพถ่ายและตัวต้านทาน ⅛ วัตต์ เพื่อควบคุมทรานซิสเตอร์
• วงแหวนยาง (เพื่อป้องกันสายไฟผ่านรูที่ฝา)

เครื่องมือที่ใช้ได้แก่

• หัวแร้งและหัวแร้งสีเงิน (ไร้สารตะกั่ว)
• Multi-Meter Breadboard (สำหรับทดสอบวงจร)
• เครื่องตัด/ปอกสายไฟ
• เทปพันสายไฟ
• สว่านและบิต
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือเครื่องมืองานไม้ (สำหรับฐาน)

ขั้นตอนที่ 1: ลูกปัดแก้วและหลอดไฟ

ขั้นตอนแรกคือการกำหนดปริมาณลูกปัดแก้วที่ต้องการ ในกรณีนี้ เรามีลูกปัดสีสามปอนด์ สิ่งสำคัญคือลูกปัดที่ใช้จะไม่นำไฟฟ้าเนื่องจากพื้นผิวโลหะที่สัมผัสของเทป LED ลูกแก้วจะเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง หลอดกระดาษแข็งตรงกลางช่วยลดปริมาณนี้ในขณะที่แถบ LED เว้นระยะห่างจากด้านข้างของโถอย่างสม่ำเสมอ หลอดถูกตัดให้ยาว โดยคำนึงว่าจะมีลูกปัดแก้วอยู่ที่ด้านล่างของโถ เพื่อปรับปรุงความสวยงามและการสะท้อนแสง หลอดกระดาษแข็งนี้จึงปิดด้วยเทปฟอยล์อะลูมิเนียม แถบ LED ถูกยึดติดกับด้านนอกของหลอดในลักษณะเกลียว มีขั้นตอนทางเลือกในการกระจายแสงที่ออกมาจากแถบ LED หากต้องการรูปแบบแสงที่สม่ำเสมอมากขึ้น - สามารถเพิ่มวัสดุที่มีเมฆมาก เช่น กระดาษแว็กซ์รอบๆ แถบได้ วิธีนี้จะช่วยลดจุดสว่างบางส่วนและเป็นความคิดที่ดีหากลูกปัดส่วนใหญ่มีความใสและไม่มีสี หากต้องการนำแถบ LED กลับมาใช้ใหม่ คุณต้องบัดกรีลวดกับแถบที่เหลือเมื่อคุณตัดแถบ LED ให้ยาว ชุดอุปกรณ์บางชุดมีขั้วต่อพิเศษที่สามารถใช้ได้ หากคุณเลือกที่จะบัดกรี ควรใช้ลวดแข็งขนาดเล็กเพื่อให้บัดกรีได้ง่าย ฉันใช้ลวดแข็ง 22awg เพื่อจุดประสงค์นี้ ชุด "มือช่วย" ทำให้งานนี้ง่ายขึ้นมาก ลูกสาวของฉันทำการบัดกรีเนื่องจากเป็นส่วนสำคัญของบทเรียนนี้ นี่เป็นครั้งที่สองของเธอในการบัดกรีและการเชื่อมต่อเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่างานก่อนหน้านี้ เธอทำงานได้ดี

ขั้นตอนที่ 2: พาวเวอร์ซัพพลาย

จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ DC สำหรับโครงการนี้ ฉันสะสมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มาหลายสิบปี การหาแหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสมจึงค่อนข้างง่าย หากคุณต้องการซื้อสำหรับโครงการนี้ คุณจะต้องใส่ใจกับอัตราเอาท์พุตแรงดันไฟ DC และพิกัดกระแสไฟตรงของแหล่งจ่าย หากคุณต้องการนำอะไหล่สำรองที่คุณมีอยู่กลับมาใช้ใหม่ คุณต้องพิจารณาว่าอะไหล่นั้นถูกควบคุมหรือไม่ได้รับการควบคุม อุปกรณ์ควบคุม (บางครั้งเรียกว่า "การสลับ") มีแรงดันเอาต์พุตเท่ากันที่โหลดใดๆ (ต่ำกว่าความจุโหลดที่กำหนด) แหล่งจ่ายไฟที่ไม่ได้ควบคุมจะมีแรงดันเอาต์พุตที่แตกต่างกันไปตามโหลด ซึ่งหมายความว่าอาจเป็น 18VDC โดยไม่มีการเชื่อมต่อใดๆ และ 10VDC เมื่อเชื่อมต่อกับโหลดจำนวนมาก วัสดุสิ้นเปลืองเหล่านี้มีเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดที่กระแสโหลดเฉพาะ เช่น 12VDC @ 500mA หากคุณใส่โหลดมากขึ้น แรงดันไฟจะลดลง และในทางกลับกัน ถ้าคุณใส่โหลดน้อยลง แรงดันไฟจะเพิ่มขึ้น คุณสามารถใช้สิ่งเหล่านี้ได้หากต้องการ แต่ต้องมีการเลือกอย่างระมัดระวังเพราะการให้คะแนนแถบ LED เกินจะทำให้ล้มเหลวเร็วขึ้น (กระแสไฟที่สูงขึ้นผ่านชิป LED จะเพิ่มความสว่าง แต่ลดอายุการใช้งาน) หากคุณไม่ทราบโหลดของอาร์เรย์ LED คุณสามารถวัดโหลดด้วยมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอลเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ แถบ LED ของเรามีโหลดรวม 200mA และเราใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีพิกัด 600mA เพื่อความง่าย ฉันขอแนะนำให้ใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมสำหรับโครงการแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของคุณ ภาพทดสอบแสดงการใช้สองเมตรเพื่อวัดทั้งแรงดันและกระแส

ขั้นตอนที่ 3: วงจร

การออกแบบวงจรนั้นค่อนข้างง่ายและมีตัวเลือกมากมายที่จะทำให้มันซับซ้อนไม่มากก็น้อย สวิตช์เปิด/ปิดจะเป็นวิธีพื้นฐานในการต่อสายนี้ เราได้เพิ่มวงจร "เซ็นเซอร์ความมืด" ที่จะเปิดไฟเมื่อระดับแสงแวดล้อมต่ำและหรี่แสงเป็นปิดเมื่อระดับแสงแวดล้อมเพิ่มขึ้น วงจรนี้ใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าเข้าสู่ฐานของทรานซิสเตอร์ NPN

เพื่อที่จะสอนการควบคุมแสงและหลักการของวงจร ก่อนอื่นเราจึงสร้างวงจรบนกระดานขนมปัง แหล่งจ่ายไฟที่เราใช้สำหรับโคมไฟใช้สำหรับเขียงหั่นขนมเพื่อให้ข้อมูลที่สมจริง ที่นี่ เราลองใช้ตัวต้านทานแบบต่างๆ รวมกันเพื่อให้ได้การควบคุมที่ต้องการ เราอ้างอิงแผ่นข้อมูลสำหรับทรานซิสเตอร์ NPN และใช้มัลติมิเตอร์แบบดิจิตอลเพื่อวัดช่วงความต้านทานของตัวต้านทานภาพถ่ายที่เลือก (สูงถึง 10k โอห์มเมื่อมืด) ตัวต้านทาน 1k ohm ถูกเพิ่มเป็นอนุกรมพร้อมกับตัวต้านทานภาพถ่ายเพื่อสร้างค่าต่ำสุดของด้านล่างของตัวแบ่งแรงดันไฟ ตัวต้านทานผันแปรเป็นคุณสมบัติเสริมสำหรับด้านบนของตัวแบ่งแรงดันไฟเพื่อให้สามารถปรับได้ แต่เราตัดสินใจว่าตัวต้านทาน 22k โอห์มที่ด้านบนของตัวแบ่งแรงดันให้การควบคุมที่เพียงพอและให้ความเรียบง่ายเพิ่มเติม ส่วนประกอบเหล่านี้ประกอบขึ้นบนกระดานเจาะรูขนาดเล็กที่ตำแหน่งตัวต้านทานภาพถ่ายและบัดกรีเข้าที่ แถบ LED ถูกวงจรผ่านส่วนคอลเลคเตอร์-อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ NPN ซึ่งควบคุมกระแสไฟผ่านแถบ LED ความแตกต่างระหว่าง "เซ็นเซอร์วัดแสง" และ "เซ็นเซอร์ความมืด" เป็นเพียงตำแหน่งของตัวต้านทานภาพถ่ายในวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า (เช่น บนหรือล่าง) ความซับซ้อนอย่างหนึ่งของวงจรของเราคือความต้องการให้แถบภายในได้รับพลังงานในโหมด AUTO หรือ ON ในขณะที่อาร์เรย์ LED ด้านบนใช้พลังงานในโหมด ON เท่านั้น สวิตช์สลับสองขั้วอนุญาตให้แถบภายในมีการจ่ายพลังงานแยกจากอาร์เรย์ด้านบน

แจ็ค DC แบบติดตั้งบนแผงควบคุมเป็นจุดเชื่อมต่อที่สะดวกและปลั๊กสำหรับผสมพันธุ์ถูกบัดกรีเข้ากับสายไฟของแหล่งจ่ายไฟ แหล่งจ่ายไฟของคุณอาจมีปลั๊ก DC อยู่แล้ว ซึ่งในกรณีนี้ คุณจะต้องซื้อแจ็คสำหรับยึดแผงควบคุมที่เข้าชุดกัน ให้แน่ใจว่าได้ให้ความสนใจกับขั้วของปลั๊กไฟของคุณ บางครั้งศูนย์เป็นบวก บางครั้งศูนย์เป็นค่าลบ การรู้สิ่งนี้เป็นสิ่งสำคัญเพราะ LED จะทำงานกับขั้วที่ถูกต้องเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 4: ฐานพิมพ์ 3 มิติ

ฐานได้รับการออกแบบใน Fusion 360 และค่อนข้างพื้นฐาน รูปร่างหยาบถูกกำหนดตามขนาดของโถ และความสูงขึ้นอยู่กับความลึกของสวิตช์สลับ รูสำหรับแม่แรงและสวิตช์สลับขึ้นอยู่กับขนาดที่วัดได้ของส่วนประกอบที่เลือก ตำแหน่งตัวต้านทานภาพถ่ายถูกปิดภาคเรียนด้วยช่องเจาะสำหรับสายนำ และส่วนหนึ่งยังคงอยู่สำหรับการใช้กาวร้อนเพื่อยึดตัวต้านทานภาพถ่าย ตำแหน่งสกรูยึดยังถูกจำลองและปิดภาคเรียนเพื่อให้ฝาที่พิมพ์ออกมาสามารถใส่เข้าไปในฐานได้ รูสำหรับฝาปิดถูกเททไปหน่อย เกลียวสกรู M6 ถูกจำลองในฐาน ความหนาของผนังที่ใช้คือ 2 มม. และแบบจำลองถูกพิมพ์ใน PLA โดยมีไจรอยด์เติม 40% ระหว่าง 4 ชั้นบนและชั้นล่าง ความสูงของชั้นคือ.2 มม. พร้อมหัวฉีดขนาด.4 มม. ระมัดระวังในการปรับขนาดรูของคุณให้ใหญ่ขึ้นเล็กน้อยเพื่อชดเชยการหดตัวหลังจากที่งานพิมพ์เย็นลง

รูปภาพและไฟล์ที่แนบมาเป็นเวอร์ชันที่ใหม่กว่าจากฉบับที่เราพิมพ์ก่อน เราเรียนรู้บทเรียนบางส่วนและเพิ่มช่องเพื่อขันฝาเข้ากับฐาน ฐานของเราไม่เว้นช่องว่างและเพียงประกบฐานระหว่างฝากับโถซึ่งต้องใช้กาวร้อนเพื่อป้องกันการหมุน เราต้องการสร้างสิ่งเหล่านี้อีกสองสามอย่าง และคาดว่าการออกแบบจะพัฒนาต่อไปเมื่อเวลาผ่านไป อย่าลังเลที่จะใช้ไฟล์ที่แนบมาเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับโครงการของคุณ

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบ

การประกอบโคมไฟนี้มีดังนี้:

1. ทำความสะอาดชิ้นส่วนและชิ้นส่วนทั้งหมด โถ ฝา และลูกปัด
2. ใส่สองสามชั้นที่ด้านล่างของโถเพื่อปิดบังส่วนบนของหลอด
3. ใส่หลอดด้วยอาร์เรย์ LED ที่ปลอดภัยและต่อสาย
4. ปล่อยลวดยาวพิเศษหลายนิ้วออกจากปากขวดเพื่อเชื่อมต่อในภายหลัง
5. ใส่ลูกปัดแก้วอย่างระมัดระวังตามต้องการ
6. เราต่อสายอาร์เรย์ LED ชั่วคราวเพื่อให้ลูกสาวของฉันเห็นผลขณะที่เธอเพิ่มลูกปัด
7. เมื่อเต็มแล้ว ให้เจาะรูที่ฝาและเพิ่มวงแหวนยางเพื่อป้องกันสายไฟจากขอบแหลมคม
8. ประกอบชิ้นส่วนไฟฟ้าในฐาน
9. ประกอบฝาและเชื่อมต่อกับฐาน
10. กาวหรือปิดฝาและฐานให้แน่นเพื่อไม่ให้เหยือกหมุนหรือดึงออก ในกรณีของเรา ฝา/วงแหวนของโถจะยึดฐานไว้กับโถแก้ว จากนั้นจึงใช้กาวร้อนเพื่อป้องกันการหมุน
11. ต่อสายไฟ LED เข้ากับวงจร สองสายต่อแถบ/สตริง/อาร์เรย์ LED
12. ติดตั้งฝา

โคมไฟนี้เป็นของตกแต่ง กำหนดเอง และเป็นประสบการณ์การเรียนรู้ที่ดีสำหรับลูกสาวของฉัน เธอเรียนรู้เกี่ยวกับการต่อวงจร การบัดกรี ความอดทน และความใส่ใจในรายละเอียด ฉันเดาว่าประสบการณ์นี้จะน่าจดจำพอๆ กับโคมไฟกระป๋องแรกของฉันในป.7