Задача

Разработать схему и программу для управления ожерельем из цветных светодиодов для театрального спектакля.

Количество каналов управления - три (зеленый, красный и синий) с возможностью расширения до шести. "Самоцветные камни" волшебного ожерелья должны светиться в темноте, изменяя яркость свечения в случайном порядке, но не выключаясь совсем.

Техническое решение

В качестве управляющего устройства выбран микроконтроллерный блок Arduino Duemilanove с процессором Atmega 168.

"Самоцветы" изготовлены из отрезков двенадцативольтовой светодиодной ленты зеленого, красного и синего цвета. Светодиоды каждого цвета управляются соответствующими каналами микропроцессора с широтно-импульсной модуляцией через транзисторные ключи.
Принципиальная схема
Микроконтроллер Arduino в режиме широтно-импульсной модуляции (PWM) управляет тремя транзисторными ключами. Каждый ключ коммутирует отрезок двенадцативольтовой светодиодной ленты одного из трех цветов (красный, зеленый, синий).

Для питания устройства использованы Ni-Cd аккумуляторы 2700 ма/час х 1.2 вольт (8 шт для). Напряжение питания светодиодной ленты ниже номинальных 12 вольт, однако яркость свечения светодиодов уменьшилась незначительно.

Пониженное напряжение питания устройства позволяет питать микропроцессорный блок управления и светодиодную ленту от одного источника (+10V) без применения дополнительного стабилизатора. Кроме того, это увеличивает срок службы светодиодов.

Ключевые каскады собраны на транзисторах КТ315. В процессе испытаний выяснилось, что транзисторы практически не нагреваются.

Если длина светодиодных лент будет более одного метра в каждом канале (мощность более 14 вт/канал), следует использовать ключи на транзисторах TIP122, а при значительной силе тока установить их на радиаторы.


Конструкция

В связи с тем, что по ходу спектакля "волшебное ожерелье" не снимается с вешалки, аккумуляторы и блок управления светодиодами размещены в основании стойки.

Светодиоды соединены с блоком управления четырехпроводной линией длиной около двух метров. Для замены аккумуляторов и ремонта верхняя крышка основания вешалки закреплена на винтах.

Правильно собранное устройство не требует настройки и начинает работать сразу.

Алгоритм работы и программа для Arduino

Основной цикл программы через случайные интервалы времени от 200 до 800 миллисекунд генерирует для каждого из каналов случайное число в диапазоне от 10 до 48. Это число соответствует одному из значений яркости светодиодов.

Уровни яркости задаются при помощи широтно-импульсной модуляции. Преобразование яркость - код модуляции (PWM) реализуется программно и имеет логарифмическую зависимость (64 ступени), приблизительно соответствующую кривой яркости светодиодной ленты. Программа логарифмического преобразования взята из книги Arduino Phisical Computing fur Bustler, Designer & Geeks (Manuel Odendahl, Julian Finn, Alex Wengler)

В программе предусмотрена возможность установить скорость изменения рисунка (время t_max и t_min) и диапазон яркостей светодиодной ленты (l_max и l_min).

Скачать программу для Arduino - diamond.ino

Внешний вид "самоцветного ожерелья" может быть более эффектным, если в конструкции использовать симметрично расположенные цветные светодиоды диаметром 3-5 мм с углом обзора 180 градусов или группы таких светодиодов в виде цветов и геометрических узоров. Число каналов легко может быть увеличено до шести, а при использовании микропроцессора Arduino Leondardo или Mega - до 7-14. Изменение схемы устройства при этом сводится к простому увеличению числа транзисторных ключей и добавлению нескольких строк в программе. Нетрудно запрограммировать и особые эффекты "волшебства" (например, постепенное угасание всех каналов или, наоборот, яркую вспышку какого-либо цвета), включая их кнопкой или при помощи инфракрасного пульта дистанционного управления.

Ссылки по теме

• Деревенский домик