Контроллер управления 3-х ваттными RGB светодиодами

В последнее время дизайнеры интерьеров уделяют большое внимание освещению помещений. Правильно подобранное освещение, не только меняет облик комнаты, но и создает позитивное настроение, позволяет расслабиться. Идею создания данного устройства мне подсказал проект «MoodLamp», разработанный Sylvain Bissonnette (www.microsyl.com).

Сегодня в продаже можно найти различные виды светодиодной продукции, из них мое внимание привлекли так называемые полноцветные (RGB) светодиоды. Кристаллы светодиодов объединены под одной линзой и собраны на алюминиевой плате Star (рис.1).

Рис.1 3-х ваттный RGB светодиод на плате «Star»

Плата служит одновременно элементом крепления светодиода и охлаждающим радиатором. Если у такого светодиода изменять яркость каналов в разных пропорциях, то можно создавать большое количество новых оттенков.

Внешний вид собранного устройства представлен на Рис.1.

Рис.2 Внешний вид собранного устройства

Схема контроллера очень простая и состоит из следующих узлов:

• Микропроцессор ATmega8 с кварцевым резонатором;

• Преобразователь линии RS-485 на микросхеме MAX489ESD;

• Выходные ключи на полевых транзисторах BS170.

Питается устройство от стабилизированного малогабаритного импульсного источника напряжением 5 вольт и максимальным током не менее 3 ампер.

Частота кварцевого резонатора выбрана из расчета минимизации ошибки USART микроконтроллера на скорости 115200. Разъем P1 предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера.

Микросхема преобразователя уровней RS422/485 установлена из тех, что были под рукой, в данной схеме можно установить halfduplex, например MAX481, MAX483, MAX485.

Резисторы R15, R16 - подтяжка линий, можно применить номиналы от 4,7кОм до 10кОм.

Со стороны микроконтроллера, резистор подтяжки на ножке Rx микросхемы преобразователя отсутствует и включен программно на микроконтроллере. Светодиод D1 предназначен для индикации обмена по сети RS-485, а D2 для индикации наличия питания. Диод D3 служит для защиты от переполюсовки питания. Джампер JP1 предназначен для установки адреса контроллера в сети RS-485.

Схема рассчитана на 3 светодиода, поэтому выходных ключей 9, они включены по 3 параллельно на каждый канал. Выходные транзисторы лучше применять полевые, с током сток-исток не менее 500 мА, т.к. у полевых транзисторов низкое сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии, соответственно они не будут греться. Можно устанавливать BS170, MMBF170, ZVN4206A, VN2222. При отсутствии полевых транзисторов можно установить и биполярные, например 2SA1013. Биполярный транзистор устанавливается эмиттером к земле. Резисторами R1-R9 регулируется ток протекающий через светодиод. Дело в том, что светодиоды имеют разную яркость, при одинаковом токе, протекающем через них. Необходимо при полностью открытых транзисторах каналов подобрать резисторы R1-R9 так, чтобы добиться равномерного свечения всех каналов. Желательно установить резисторы мощностью не менее 2 Ватт.

Программа для микроконтроллера написана в CodeVisionAVR и выполняет следующие функции:

• инициализирует порты ввода вывода, USART и таймеры;

• считывает адрес устройства по положению джампера J1;

• ожидает прихода посылки по сети RS-485.

Получив посылку, программа проверяет адрес устройства, к которому предназначен пакет, контрольную сумму и в зависимости от принятой команды, включает выбранный эффект или устанавливает скважность ШИМ для каждого канала. При закрытии программы, контроллеры продолжают работу до отключения питания.

Программирование микроконтроллера можно выполнить с помощью простого программатора «5 проводков» приведенного на (рис.3). Рекомендую собрать простой программатор USB опубликованный на сайте http://www.fischl.de/usbasp/. Программировать микроконтроллер можно из CodeVisionAVR или программами AVReAl, IcProg, PonyProg.

Рис.3 Простой программатор AVR

После программирования микроконтроллера необходимо установить FUSE-биты, для работы микроконтроллера от внешнего кварца. FUSE-биты установите следующим образом: SKSEL 1111 SUT 10 CKOPT 0. 0 – значит FUSE запрограммирован.

В А Ж Н О ! В диалоге настройки программирования не трогайте галочки установки FUSE если не разобрались четко что они делают! Иначе вы можете отключить режим ISP или внутренний RC-генератор.

Управление контроллерами по сети RS-485 производится с компьютера с помощью специальной программы (рис.4). Программа рассчитана на одновременную работу с 4 такими контроллерами. Контроллеры подключены к компьютеру через преобразователь USB-RS485 с гальванической развязкой по питанию и по линии RS-485. При первом запуске программы необходимо настроить параметры COM-порта в меню «Настройки». Программа позволяет выбрать цвет и яркость светодиодов, для одного или нескольких контроллеров одновременно или по отдельности. Для удобства, нажатием кнопки на панели инструментов, можно вызвать окно со стандартной палитрой цветов и выбрать желаемый цвет и яркость. При закрытии, программа запоминает установленные цвета, а при запуске автоматически восстанавливает их. В программе имеется возможность выбрать различные цветовые эффекты, такие как:

• случайный цвет;

• плавный случайный цвет;

• дискотека;

• цветовой микс;

• плавное угасание.

Рис.4 Программа управления RGB светодиодами

Файлы проекта.

Все схемы, рисунки печатных плат, а также статью Вы можете скачать здесь.