El lot del cotxe

INTRODUCCIÓ
Qualsevol de vosaltres que hagi nascut als anys setanta reconeixerà immediatament aquest objecte:

Lot 1

Correcte! És un lot de petaca dels que fèiem servir per anar de colònies o d’acampada quan érem petits. No és un clàssic Cegasa o Jupiter de color taronja com aquells, tant de bo; aquesta és una versió més moderna, comprada aquest segle, però no hi ha cap diferència significativa. En aquest cas, és el lot que tinc al cotxe per un cas d’emergència; sempre ha estat a punt, a la guantera, i mai no l’he utilitzat. I només faltaria que l’hagués de fer servir, perquè fa molt poca llum! Però ara us en parlo, de la llum que fa, de moment mirem-lo per dins:

Lot 3

No pot ser més simple, el pobre! Una petita bombeta incandescent dins un reflector de plàstic, una pila de petaca i un conjunt d’interruptor i contactes per a la pila i la bombeta que són més el resultat de la feina d’un enginyer mecànic que no pas un d’elèctric. Veure això em recorda quan vaig començar a remenar l’electricitat, era ben petit: circuits amb bombetes petites, cables, piles de petaca, interruptors casolans fets amb clips… I després van venir els reis amb una joguina anomenada “electro L” i el vici ja va ser total!

electro-l

Tornem al tema, que me’n vaig per les branques. Dins d’aquest lot no hi ha gaire res a comentar, és molt bàsic i a més tothom ho coneix. Llavors a què ve aquesta fixació amb el lot del cotxe? Doncs que fa uns dies el vaig veure i vaig recordar que tinc un led blanc força potent per aquí. Era el moment de començar un nou projecte, ja era hora que el lot fes una mica de llum.

QUATRE NÚMEROS
Abans de començar a esbudellar la víctima, vaig fer una mica de matemàtiques a veure què en podia sortir, de tot plegat. Les piles de petaca són de 4,5V; amb el tester vaig mesurar-hi 4,55V estant el lot apagat, però amb el llum encès la tensió va caure fins a 3,45V. La intensitat que corria pel circuit va ser de 0,49A (també m’ho va dir el tester). Llavors la potència era de 1,7W (P = V·I = 3,45V·0,49A = 1,6905W); tenint en compte l’eficiència típica d’una bombeta incandescent (entre 8 i 12 lúmens per watt), vaig pensar que el lot com a molt podia arribar a emetre la “bestialitat” de 20 lúmens. Amb això no em quedaria pas céc. En un món ideal jo hauria disposat d’un aparell per mesurar l’emissió lluminosa, però només sóc un amateur fent animalades a casa seva, recordeu?

Llavors vaig mirar el led que tenia a les mans. Era un Cree XR-E (una mica antic avui en dia, però encara vigent per segons quins usos), en la seva versió Q4, soldat damunt una petita placa rodona amb cables i pads de dissipació tèrmica. Tot mirant-me el datasheet del led que em vaig baixar de la web de Cree, hi deia que pot donar uns 100 lúmens, que no és poc. Però mirant les característiques elèctriques, i les gràfiques de més avall, vaig veure que li podia treure molt més partit, depenent -és clar- de factors com la corrent o la temperatura. Com que de moment no tenia més dades no podia calcular un número exacte, però ja tenia un punt de partida que superava àmpliament (més de cinc vegades) l’emissió del lot de sèrie. Més endavant ja afinaria els càlculs del led.

PAPER I PROTOBOARD
La primera idea que vaig esbossar em va semblar realment interessant: una bateria lipo que es carregaria per USB (tinc un carregador USB per l’encenedor del cotxe), un circuit carregador, un driver de corrent, i l’esmentat led. Ho tenia tot menys el driver; podria encarregar-lo a ebay o dealextreme, però quina gràcia tindria això? Millor si me’l feia jo!

Lot 10

De sobte vaig recordar una cosa: la tendència a inflar-se, encendre’s i explotar de les bateries lipo, sobretot quan envelleixen, es punxen, es mullen, o s’escalfen. Molt mala cosa per tenir tancada dins el cotxe quan està aparcat a ple sol a l’estiu massa hores! Una mica decebut per haver decidit no fer un lot carregable per USB, amb gran autonomia i lleugeresa, quasi ho vaig deixar estar. Però em vaig conformar alimentant-lo amb piles més normals (vaig trobar un portapiles de 4 AA que hi anava com anell al dit), i vaig seguir endavant. Tenia ganes de fer el driver, sobretot.

I és que una de les coses que feia temps que volia experimentar era fer un driver de corrent per a un led de potència. Estic acostumat a fer servir aquests aparells, en mòdul o en xips integrats, però no fins al punt de fer-ne un partint de zero amb components simples. Vaig recordar que feia temps havia llegit un bon article que parlava d’això; l’havia de tenir guardat en algun lloc, als marcadors de l’ordinador de la feina, o del portàtil, o del fixe, o al vell, o… Ja està, és aquí!

Aquest és l’article que us deia, el vaig trobar a instructables, l’autor és un tal “dan” a qui li agraeixo haver escrit un text tan educatiu (que us recomano llegir sencer, és clar!). De tots els circuits que ens ensenya i explica l’autor, jo em vaig decantar per aquest. No us explicaré com funciona el circuit, perquè ja està molt ben explicat per l’autor. Jo per part meva només us diré que vaig haver de canviar els components que prescriu l’autor pels que tenia aquí a mà; aquest és el croquis que vaig fer, on hi vaig anotar els components que hi vaig posar definitivament.

Lot 2

Com veieu, em va faltar temps per agafar tots els components i muntar el circuit al protoboard. El més difícil de trobar va ser la resistència R2, només la vaig trobar d’1ohm. Una resistència d’aquest valor havia de permetre en teoria una corrent de 500mA a través del led. Suficient per superar de tros els 100 lúmens, però sense arribar al màxim de les possibilitats del led, cosa que hauria provocat massa escalfor. El que no m’agradava era la mida de la resistència, massa gran (no ho sé segur, però dedueixo per la mida que deu ser de 3W o 5W). Vaig fer la prova amb una de normal de 1/4W, però de seguida s’escalfava massa (dues d’iguals en paral·lel li haurien permès passar massa corrent al led, i no en tenia dues de 2ohms). Una resistència metàl·lica de 1,2ohm o 1,5ohm i 1/2W hauria estat ideal, però no la tenia; per no perdre temps, em vaig quedar amb aquest valor. Com podeu veure, aquesta resistència va condicionar la corrent que passa pel led, però he de dir que la primera vegada que vaig engegar el circuit vaig quedar parat de la llum que feia. I a més, la placa del led quasi no s’escalfava.

TORNADA ALS NÚMEROS
La teoria del circuit deia que amb una resistència d’1ohm la corrent haurien de ser 500mA. Tornant al datasheet del led, concretament a la gràfica de corrent vs emissió, vaig veure que amb aquesta intensitat l’emissió estava aproximadament al 125% (el 100%, que són 100 lúmens pel Q4, està caracteritzat a 350mA, una corrent força estàndar pels drivers que corren pel món). Però després calia mirar la gràfica de temperatura vs emissió (on veiem clarament que als leds no els agrada gens la calor), per veure què perdríem. També és típic que els leds es caracteritzin amb 20ºC o 25ºC de temperatura de junció Tj (un lloc on ni tu ni jo arribarem mai a posar una sonda de temperatura, tot s’ha de dir; es troba al bell mig de la unió dels dos semiconductors). Basant-me en l’experiència, la meva sonda de temperatura digital (el dit), i altres criteris subjectius i arbitaris, vaig suposar que la temperatura Tj podria arribar a ser d’uns 60ºC, força segura pel led. Al tacte, la placa no s’escalfava gaire més que uns 40ºC, però recordeu la precisió de la sonda de temperatura! Mirant a la gràfica, els 60ºC que us deia signifiquen que el led dóna el 90% del que donaria a 25ºC. Ja tenia tot el que feia falta per saber quanta llum faria la bestiola: 100·1,25·0,9 = 112,5 lúmens.

Ara que ja tenia el circuit muntat, però, podia mesurar unes quantes dades, per fer-me una idea de la desviació respecte la teoria que us acabo d’explicar. Vaig mesurar una tensió al led de 3,1V (molt bona Vf, que se’n diu), a una intensitat de 540mA. Això volia dir una mica més de llum de la que havia calculat, però no massa important. La tensió a la resistència R2 era de 0,57V, tot i que aquesta dada no és massa important.

PROU NÚMEROS
Però deixem-nos de càlculs i tornem al tema d’avui, el tuning/modding de llanternes!

El següent pas era buidar el lot de tot el que l’havia fet funcionar fins al moment. Fora pila, bombeta, i tots els mecanismes! Necessitava fer lloc per les piles noves, el led, i el circuit. El led havia d’anar enganxat al reflector, però allà hi havia la rosca de la bombeta, que vaig eliminar. Com que el reflector tenia una mena d’anella per posar la bombeta a lloc i el led era molt més baix, vaig tallar aquesta part del plàstic amb el disc de la Dremel. Així va quedar:

Lot 4

Era el moment de trobar un interruptor que hi anés a mida, i per això vaig recórrer a la caixa d’interruptors procedents d’autòpsies. Després de mirar-ne uns quants, en vaig trobar un que no m’obligava a tallar la carcassa de planxa de ferro, i aquest va ser l’escollit. Només caldria un parell de forats i cargols fer fixar-lo al seu nou lloc.

Lot 5

El circuit, ara que ja estava comprovat al protoboard, necessitava una forma més definitiva. Amb un retall de placa perforada l’hi vaig encabir tot, encara que reconec que no em vaig trencar el cap amb la ubicació dels components per reduïr-lo molt. Tan sols el podés encabir a la seva nova ubicació seria suficient, i això vaig fer. En un atac de paranoia, vaig deixar el mosfet i la resistència fora del circuit, per poder-los refrigerar amb la pròpia carcassa. I ja que estava en mode paranoic, vaig aïllar les potes de la resistència amb tub termoretràctil, no fos que un curt amb la planxa provoqués algun problema. L’aspecte de la criatura era aquest:

Lot 6

Vaig enganxar el circuit a la meitat anterior de la carcassa, ja que a la meitat posterior hi volia posar el portapiles. Un parell de talls de cinta aïllant evitarien que les soldadures de darrera el circuit toquessin la carcassa metàl·lica, evitant curtcircuits. I un parell de talls de cinta termoconductora (que alhora és molt bon aïllant, contra el que pugui semblar) van unir la resistència i la pestanya del mosfet a la carcassa. Així estava la cosa de moment:

Lot 7

En aquesta foto heu pogut veure l’interruptor al seu lloc per primera vegada, i un convidat nou. Vaig trobar un petit radiador d’alumini tot rebuscant entre les caixes dels components, i vaig pensar que no li faria cap mal al led, al contrari, si era capaç de ficar-lo a lloc. Però abans de posar el radiador, calia posar el led a lloc. I encara faltaven les piles…

Havia pensat enganxar el portapiles a la carcassa amb cinta adhesiva tipus “velcro”, però vaig veure que era massa gruixuda, i m’aixecaria massa les piles. Com que les piles es podien canviar encara que el portapiles estés fixat, vaig resoldre unir-lo a la carcassa de manera definitiva. Tot presentant el portapiles a la seva ubicació final em vaig adonar que un petit bony a la carcassa (el que per fora permet que es tanqui amb la balda) i el radi interior de la mateixa no el deixaven quedar pla. De manera expeditiva i cruel, vaig tallar una part del portapiles amb el cutter. Perfecte!

Lot 8

Arriba un moment en tot projecte que mereixi anomenar-se així en que s’ha de fer servir la cola calenta. I aquest era el moment! Armat amb la pistola de plàstic de colors horribles, una barra de cola, i la meva pitjor cara de maníac, vaig començar a enganxar coses amb altres coses de manera totalment aleatòria (bé, potser no tant!). Primer va ser el led amb el reflector: una bona anella de cola a tot el voltant, i vaig centrar el led tot mirant per davant mentre la cola es refredava. Cap problema. Tampoc va presentar major dificultats el portapiles, tot i que un excés de cola va atrapar una pila que després vaig haver d’alliberar a cop de cutter. Vaig aprofitar que tenia la pistola calenta per fixar les femelles i els cargols que aguanten el nou interruptor, no fos cas que amb les vibracions del cotxe s’acabessin deixant anar les femelles.

El radiador no acabava de cabre al seu lloc, per tant li vaig doblegar les aletes més llargues amb les alicates, fins i tot algunes les hi vaig tallar. Al final la forma que li va quedar em va agradar molt, deixant a part que servia per ficar-lo al seu lloc. El vaig unir a la part posterior de la placa del led amb la mateixa cinta de doble cara termoconductora que havia fet servir abans. El toc final va ser tallar un dels cables del portapiles al circuit i fer les dues soldadures a l’interruptor. Ja podia dir voilà! Tot seguit us deixo les fotos de l’engendre finalitzat. A la primera encara està obert:

Lot 9

I així és com queda una vegada tancat. L’interruptor es veu diferent, i es veuen els dos cargols que l’aguanten al seu lloc. També us podeu fixar en el led al centre del reflector:

Lot 11

Aquí el veureu millor:

Lot 12

Ja només queda fer una petita comparativa visual de la llum que feia abans i la que fa ara. Malgrat el terme “fotografia” significa literalment dibuixar la llum, quedaríeu sorpresos de la dificultat que té fer fotos de la llum que fa una llanterna. La millor manera que he trobat és encendre el lot en una habitació a les fosques, apuntant al sostre, tant amb la càmera com amb el lot. El resultat no és massa realista, però; malgrat haver desactivat el flash de la càmera, aquesta s’ajusta de manera automàtica per fer-ho el millor que pot en cada cas, per tant potser els ajustos no són els mateixos en cada una de les fotos. Tot i això us puc dir que la comparativa és força justa en les fotos. Feta aquesta advertència, anem-les a veure. A l’esquerra abans (bombeta), a la dreta després (led). Jutgeu vosaltres mateixos.

Lot 13 Lot 14

Una última cosa: sóc conscient que no he inventat res! Segurament algú ja ha fet això mateix abans, i segurament ho ha fet millor. Jo ho he fet només per divertir-me i per tenir un lot que faci més llum. I ho he documentat per si algú vol fer res semblant, o només per passar l’estona llengint com ho he fet. Res més.

Bé, això ha estat tot per avui! Espero que us hagi motivat a agafar el primer lot que trobeu per casa i tunejar-lo amb leds. Com sempre, podeu trobar totes les fotos al flickr. Fins una altra!

Cuques de llum

MOTIVACIÓ / IDEA

Quan jo era petit, era el més normal trobar cuques de llum al jardí. A l’estiu, quan es feia fosc, buscàvem entre la gespa i sota els arbres i arbusts del jardí fins que trobávem aquests petits insectes, amb l’abdomen inflat, fent llum de color verdosa mentre es movien amunt i avall. Si tenies sort, fins i tot en podies veure volar, de vegades. I sovint n’hi havia que s’encenien i apagaven rítmicament, nosaltres déiem que parlaven entre elles en ‘morse’. Ara ja no es tan habitual veure’n, amb el pas dels anys han anat desapareixent, costen molt de trobar, i és una cosa que m’entristeix profondament. L’estiu passat en vam estar buscant amb els meus fills fins que finalment en vam trobar una. Quan la vaig tenir localitzada, els la vaig ensenyar, i la vam seguir una estona. Em sembla que estava més emocionat jo que no pas ells, tot i que també els va fer molta gràcia.

Doncs bé, ara que ja sóc gran tinc un petit jardí a casa, i m’agradaria que hi haguéssin unes quantes cuques fent petits jocs de llum a les nits d’estiu, tot i que ja quasi no n’hi ha. Però aquí estic jo per solucionar-ho, doncs m’he proposat fer una colla de cuques i escampar-les pel jardí per imitar les autèntiques. Evidentment, no estic parlant de crear vida artificial, ni d’enginyeria genètica aplicada al camp de l’entomologia, sinò d’un nou projecte d’electrònica, és clar.

PENSAR-HI

Una bona manera de començar és definir els requisits que ha de complir el que vols fer, en aquest cas vaig posar tres premises, que són:

1- Senzilla i econòmica. Pel que fa a ‘senzilla’ vull dir amb pocs components, analògica, i sense cap gran desplegament. Probablement res de SMD, i segur que res d’Arduinos, microcontroladors, sensors de temperatura, memòries o rellotges permanents per saber si és estiu o hivern. Simplicitat vol dir pocs components, i ‘through-hole’. Pel que fa a l’economia, ha de sortir molt barata; si n’he de fer una dotzena, no em puc permetre que cadascuna em costi 10€.

2- No molt gran. Els insectes són petits (com a mínim aquí a Europa), i el meu circuit també ho ha de ser. L’he de poder amagar entre les herbes i matolls, que sigui pràctiment ‘invisible’ de dia. Seria genial que fos de la mida d’una ungla, però essent realista crec que l’hauré de fer més gran. Per posar una mida màxima, diguem que s’ha de poder cobrir amb una mà.

3- Resistent a l’intempèrie. Això és evident: una vegada estiguin muntades les “deixaré anar” per la natura (les amagaré al jardí). Hi haurà humitat, calor i fred extrems, pluja, vent, neu, gel… Res d’entrades d’aigua, res de piles que perden elements químics tòxics i els escampen pel jardí: segellada, estanca, ‘waterproof’ i ‘weatherproof’.

Les premises 1 i 2 es poden complir en funció de l’esquema i l’elecció dels components; la premisa 3 depèn de la caixa o embalatge que faci servir, tot i que aquest també ens afectarà les altres dues premises.

Una vegada s’ha pensat què es vol fer, es pensa com fer-ho. Una pila de botó i un led intermitent són els primers components que em vénen al cap. La primera és petita i pot alimentar el segon durant molt de temps. El led intermitent és la versió més econòmica i compacta que conec d’una intermitència, i fa prou llum per ser vist a la nit. Amb aquests dos components podria fer el circuit més senzill possible, però li faltaria una cosa molt important: que només funcioni de nit. No vull un llum intermitent funcionant les 24 hores del dia (deixant a part el fet que es menjaria la pila massa ràpid). Les cuques de llum surten de nit i prou, per tant fa falta algun component que pugui controlar això. Una opció seria controlar el temps, fent una mena de temporitzador que encengui el led durant dotze hores i les altres dotze l’apagui, però no em sembla bé. La opció més realista és encendre el led quan es fa fosc i apagar-lo quan clareja, i per això cal un component que pugui detectar la llum. Ara mateix se me n’acudeixen tres: una fotoresistència, un fototransistor, i una cèl·lula solar.

M’agradaria fer-ho amb una cèl·lula sobretot per no haver de fer servir piles, només amb l’energia del sol, però té l’inconvenient de ser massa gran i cara. Aquesta idea la deixo per un altre dia. Em queden les altres dues opcions, i les dues són prou bones pel que fa a mida i preu. Els primers dissenys que dibuixo són aquests:

esquema amb fototransistor esquema amb fotoresistencia

Tots dos són molt senzills i econòmics, però no tinc clar quins pros i contres pot tenir un contra l’altre. Per tant els muntaré tot dos i faré proves.

JA PROU PENSAR, ÉS HORA DE SOLDAR!

O potser millor fer anar els proto-boards abans que no pas el soldador. Muntar els dos circuits és un moment, provar-los és una estona més llarga, però divertida.

He de dir que tots dos circuits funcionen bé pel que estan pensats. El primer (amb fotoresistència) ha estat més fàcil de calibrar, només canviant el valor de la resistència R1 he pogut “configurar-lo” perquè s’encengui i apagui amb la quantitat correcta de llum. Per contra, té un component més que l’altre. El segon circuit (amb fototransistor) té menys components, però no l’he pogut calibrar perquè funcioni de manera òptima. No he aconseguit que s’apagui del tot encara que rebi una gran quantitat de llum, tot i canviar el valor de la resistència R1. També he canviat el transistor T1 per altres que tenien guanys (hfe) diferents, però sense gaire èxit. No tenia cap altre fototransistor, o sigui que no he fet la prova de canviar-lo fins que funcioni perfecte. El guanyador és, per tant, el circuit amb fotoresistència.

Una vegada tinc clar quin esquema faré servir, el passo a la placa. Faig servir una placa de prototips, tot intentant fer el circuit ben compacte. El resultat és prou satisfactori. També he dibuixat les plaques de tots dos circuits, però al final he decidit no fer-les. Massa feina per un esquema tan senzill i fàcil de fer amb placa perforada. Aquí us els deixo, per si teniu curiositat.

pcb amb fototransistor pcb amb fotoresistencia

Com podeu veure, he reduït la placa del circuit amb fotoresistència tot posant la pila a sota del circuit; això estalvia uns valuosos centímetres quadrats, tot i que ’embruta’ una mica el disseny i planteja el problema de soldar el portapiles a la cara de les pistes (a no ser que es faci placa de dues cares, cosa que no val la pena).

TANCAMENT

He pensat que un bon lloc per ficar el circuit pot ser una pilota de ‘ping-pong’; és petita, barata, i deixa passar la llum. El cas és que el punt de llum que fa el led és una mica massa petit per veure’l des de lluny, o sigui que la pilota podria fer alhora de tancament i de pantalla difusora. Em queda el dubte de com tancar-la, i si la llum de fora entrarà prou bé dins la pilota perquè la fotoresistència reaccioni igual de bé que ho fa ara, sense tapar.

Hi ha una manera molt fàcil de saber-ho, fent-ho! La pilota és dels xinos (6 pilotes per 75 cèntims) i la tapa és de plàstic (la tapa d’un cassette tallada a base de Dremel). Després de tallar la pilota (amb un cutter) i ficar-hi el circuit a dins, he enganxat les dues parts amb cola calenta. Si es submergeix el conjunt en aigua, no surten bombolles, o sigui que deu ser resistent a la intempèrie. Amb la llum del dia no s’encén el led, i si la fico dins una habitació a les fosques sí que ho fa. Tot sembla correcte, cap al jardí!

cuca 01 cuca 02
cuca 03 cuca 04

Cal dir que aquest muntatge ha estat al jardí durant un any i ha funcionat molt bé. Les primeres setmanes la llum era satisfactòria, però aviat va començar a decaure, durant uns mesos es va anar apagant fins que s’ha deixat de veure en la foscor total, i ha estat quan l’he desmuntat per canviar la pila.

cuca 05
cuca 06

He de dir que estic molt content amb aquest muntatge, li canviaré la pila i el tornaré a posar al jardí, junt amb d’altres d’iguals que faré quan pugui. Si hagués de criticar-lo, diria que fa poca llum, o que només fa llum suficient durant unes quantes setmanes. Hora de fer-ne alguna versió més? Com ja he dit, estaria bé tenir-ne moltes de diferents escampades pel jardí!

EL QUE HAN FET ELS ALTRES

Ara que ja tinc la meva cuca feta he pensat que podria buscar per la xarxa a veure què han fet els altres. No crec haver tingut una idea tan original que mai se li hagi acudit a ningú. De fet, sempre hi ha algú que ho ha fet abans, sempre hi ha algú que ho ha fet diferent, sempre hi ha algú que ho ha fet millor. Sempre. Anem a veure què ha trobat sant Google:

clica per anar-hi
Aquesta aproximació a la idea està molt bé, sobretot perquè el led s’encén poc a poc, d’una manera més ‘orgànica’. No obstant, no compleix les premises de simplicitat, economia, i protecció contra els elements que jo m’havia posat. Per la resta, he de dir que és genial, i funciona amb cèl·lules solars. Jo havia descartat aquesta opció per la mida de la cèl·lula, però aquí l’autor ho ha resolt posant unes quantes cèl·lules molt petites. Per contra, les llumetes no duren tota la nit, només un parell d’hores; i dubto que el preu s’assembli al de la meva.

clica per anar-hi
Aquesta altra incideix més en el concepte de ‘comunitat’ de cuques de llum. El sistema s’organitza automàticament, però és a costa de la simplicitat, fa falta un microcontrolador. Hi ha una versió més nova, que poso a continuació.

clica per anar-hi
Aquesta última m’ha semblat tan interessant que n’he comprat un parell i n’he muntat una. Funcionant a 5V, no hi ha manera de fer que ocupi poc (suposo que gasta massa corrent per posar simplement tres piles de botó, però ho puc provar), i a més és gran i difícil de segellar contra l’aigua. Potser el que més m’agrada és que a algú se li ha acudit, com a mi, fer servir una pilota de ping-pong com a difusor i envoltori.

cuca 11

MÉS CUQUES

He fet una altra versió de la primera cuca de llum que vaig muntar. Aquesta porta un led intermitent groc (a la primera era verd), i l’he muntat directament sobre el portapiles, sense cap placa de circuit, soldant els components entre ells. A part de que és més barata, la construcció és molt fàcil (hi ha molt pocs components) i queda molt compacta. Pilota de ping-pong i cap a fora al jardí.

cuca 07 cuca 09
cuca 10

És divertit veure els llums a la nit, encenent-se intermitentment. És possible que en un futur proper compri uns quants components (m’estic quedant sense piles) i en munti unes quantes més. Algunes idees que tinc són: amb led fixe, sense intermitència; amb leds d’altres colors (m’agradaria trobar-ne de blancs o blaus, però no n’he vist mai, hauré de buscar per e-bay); que funcionin com una balissa, encenent-se molt poc temps però amb molta intensitat; i totes les que se’m puguin anar acudint…

Si decidiu fer alguna cuca per vosaltres mateixos no us oblideu de comentar-m’ho!

El llum del sostre del bany

EL PROBLEMA
Fa uns dies que el llum del sostre de la cambra de bany de casa no va massa bé. A estones s’apaga sol, de vegades no s’encén, i funciona intermitentment dia si dia també. Sembla que la solució és ben simple, només caldria canviar la bombeta, però això no és tan senzill; no vull dir que sigui difícil canviar la bombeta, al contrari, però és que té un altre problema, el llum. Mireu quin.

plafo 01

Ho heu encertat! Sembla tret d’un antiquari del segle XVI, concretament de la secció d’ofertes “vintage”. En altres paraules, que és lleig i vell. Per si amb això no n’hi hagués prou, resulta que una vegada obert ens revel·la que està fet pols: un dels dos portabombetes no va, i els dos estan trencats i mig cremats, els cables són massa prims i estan trencadissos… en fi, un desastre. I encara tinc dos motius més per canviar-lo: que gasta massa per la llum que fa (ara porta una bombeta E27 incandescent, d’aquestes que ja no es podrien vendre), i que en vull fer un de nou. I contra aquests dos arguments no hi ha res a fer.

plafo 02

LA SOLUCIÓ
Començo per una visita al garatge, el lloc on acumulo els trastos que algun dia poden servir (llavors no són trastos, no? O si?). Allà guardo un llum semblant que vaig comprar a l’Ikea fa uns mesos; era per substituïr el del rebedor, però una vegada a casa va resultar que no li podia posar, degut al sistema de fixació, totalment diferent. No em va saber massa greu no poder-lo fer servir, doncs si no recordo malament estava d’oferta a 2,99€. Ara li treuré partit.

plafo 03

Resulta que el llum dels suecs tampoc no és un prodigi d’eficiència (porta el mateix tipus de portabombetes), a no ser que s’hi posi una bombeta de baix consum d’aquestes que fan una llum tan lletja, són tan grosses, i no duren ni la meitat del que diu a la caixa (i perquè no podem mesurar el que gasten, que tampoc deu ser veritat). Ja tinc una excusa per embolicar-me una mica més, doncs canviar un llum per un altre tampoc no justificaria un post aquí, no?

La solució evident són els LEDs. I no parlo de llumets de colors de 5mm, sinó d’un altre tipus, una cosa amb més canya! Com no, també en tinc uns quants al garatge, aquests provinents d’uns prototips de llums de cuina llençats al contenidor per la deixalleria (coses de la feina). Són tres plaques de PCB, cadascuna amb quatre leds d’1W, posats en 2 grups en paral·lel de 2 leds en sèrie. Això vol dir, com ja sabreu els que esteu una mica ficats en aquests temes, que els he d’alimentar amb corrent i no amb tensió, i com a molt a 700mA. De fet, si ho faig així he de connectar les plaques en sèrie, que ja és la manera més adient de tractar aquests leds.

MATEMÀTIQUES
Per saber si en tindré prou per il·luminar la cambra de bany, he de fer quatre números. En total hi ha 12 leds que en teoria donen 1,2W cadascun (això dependrà de la corrent que fem servir per alimentar-los després, com veurem tot seguit). Ens n’aniriem a 14,7W en total, per saber la llum que farien ho multipliquem per la seva eficiència. Aquesta dada no la tinc (no tinc el datasheet), però puc suposar que està entre els 60 i 80 lumens per watt (són molt vells, aquests leds, res dels 100 o 120 lm/W que ara són tan normals) en aquesta temperatura de color, que és blanc fred. Això ens porta a un total d’uns 1000 lumens, cosa que resulta massa exagerada, tenint en compte que ara hi havia una sola bombeta incandescent de 40W, és a dir, uns 400 lumens (quina diferència d’eficiència, oi? 10 lm/W!).

Ara bé, tot això seria alimentant les plaques a 700mA, és a dir, 350mA cada led. Per aquest tipus de led aquest és el seu màxim, però podem anar una mica per sota, i aconseguirem dos grans beneficis: menys consum i menor temperatura. Aquest últim factor és la clau de la durabilitat dels leds, o sigui que si ho faig prou bé, no hauré de posar l’escala a la cambra de bany mai més. Pel que fa al consum, evidentment també ens interessa baixar-lo, doncs aquest era un dels bons motius per fer el canvi del llum. L’inconvenient de reduïr la corrent és, òbviament, que aconseguirem menys llum, però de fet d’això es tractava. Tampoc cal baixar fins als 400 lumens però, perquè voldria una mica més de llum que la que hi havia ara, que era una mica pobra.

Per alimentar tot el llum (les tres plaques alhora) havia pensat en un alimentador que tranforma els 230V de corrent alterna que hi ha a la xarxa d’aquí en 24V de corrent contínua. Ho heu endevinat, en tenia un al garatge. També en tinc a 12V i a 5V, però amb aquesta tensió no hauria estat suficient per encendre els leds. El que passa és que no és tan senzill, com ja he dit els leds s’han d’alimentar amb corrent i no amb tensió, o sigui que cal un limitador de corrent o driver per fer aquesta funció.

Ja em disposava a fer una placa de PCB amb un regulador de corrent pels leds, quan vaig tenir un cop de sort: vaig rebre a la feina una mostra d’un driver que passa directament de 230Vca a 500mA de corrent contínua regulada; un doble cop de sort, doncs tenia una mida força adient i la potència idònia (15W). Com que a la feina no n’hauria fet res, cap a casa se’n va!

Amb aquest driver farem anar cada led a uns 250mA (500/2), la qual cosa vol dir, refent els càlculs anteriors, que anirem a parar a uns 10,5W i 730 lúmens. Més que la llum que hi ha ara, i una quarta part del consum. Bé, tampoc és això, perquè el driver té les seves pèrdues, però ben segur que no arribarem a 15W i farem gairebé la mateixa llum que hauria donat l’original amb les dues bombetes E27 de 40W (80W). Finalitzada la secció de matemàtiques que tots vosaltres haureu passat per alt ràpidament, tornem al que ens interessa, que és fer bricolatge.

ANEM PER FEINA
En primer lloc, desmunto el llum de l’Ikea i li trec el portabombetes. He de fer dos forats nous que coincideixin amb els del llum vell, que ja tinc els ganxos posats al sostre (prefereixo foradar el lum que no el sostre). Ara és qüestió d’ubicar el driver i marcar-ne la posició a la base.

plafo 04

plafo 05 plafo 06

La idea que tinc és que el driver estigui a la part de baix del llum (just a tocar del sostre, posat a lloc), i els leds damunt, és a dir, una mica més avall tal com es munta el llum cap per avall. Les plaques amb els leds haurien d’anar damunt de l’alimentador. Perquè els leds puguin fer el màxim de llum i no es vegi el driver ni molesti, faré un suport on fixar-los. Si el faig d’alumini o coure, a més, podran dissipar millor l’escalfor, per tant duraran més i faran més llum. Per separar la part de baix (on hi ha el driver) d’aquesta placa on hi ha els leds, faré servir uns simples separadors de PCB dels de tota la vida. El driver l’enganxaré amb cinta de doble cara, per no fer més forats a la base.

Ara toca fer els forats a la carcassa del llum i collar-hi els separadors, feina que no dona cap problema. M’apunto la distància entre els separadors per foradar la placa més endavant.

La planxa d’alumini per fer de suport i radiador dels leds, com ja deveu tenir clar a aquestes alçades, la tenia pel garatge. Vés a saber d’on provenia i quina mida tenia originalment, perquè ja l’he fet servir unes quantes vegades. Fa 2mm de gruix, que pel que ha de fer potser és una mica massa, però no em queixo, més feina a tallar i prou. El reflector original del llum de l’Ikea feia 0,3mm de gruix, perquè us feu una idea de fins a quin punt són estalviadors aquests suecs. Per tallar la placa d’alumini faré servir la serra de metalls, l’amoladora i la llima. Però per dibuixar la forma faré servir una eina que no utilitzava des dels meus temps de l’institut: el compàs!

plafo 07 plafo 08

Tallar aquesta mena de cercle ha estat la feina més llarga i pesada amb diferència de tot aquest petit projecte. Encara sort que era alumini, que si arriba a ser acer inoxidable, encara hi seria! Ha estat brut i lent, però estic content, ha quedat força bé.

plafo 09

Gairebé rodó, gairebé pla, gairebé perfecte! L’he llimat amb cura i fins i tot l’he netejat. I ara per marcar els forats per subjectar les plaques dels leds ens ajudarà una vella amiga, la geometria! Regle, llapis, punxó, taladre… llest! Ja tinc totes les peces i estic a punt pel muntatge.

plafo 10 plafo 11

És hora de situar els leds a lloc, però abans un detall que ens ajudarà a que dissipin el màxim d’escalfor: la pasta tèrmica. Els afeccionats a l’electrònica ja deveu saber perquè serveix aquest compost blanc i enganxós, i segur que l’heu fet servir més d’una vegada en mosfets, transistors i demés integrats de potència. Fins i tot els informàtics sabeu de què us parlo, oi? Aquesta pasta blanca entre el pentium de torn i el radiador negre ple d’aletes sota el ventilador…

plafo 12 plafo 13

Una vegada empastifades les plaques les munto a la placa rodona d’alumini amb cargols i femelles de M3. El següent pas és canviar els cables provisionals que unien les plaques de leds per uns tallats a mida (si, de color groc, i què?). Comprovat que tot funciona, me’n vaig cap al bany a muntar-ho.

plafo 14

plafo 15 plafo 16

INSTAL·LACIÓ
Desmuntar el llum vell ha estat fàcil, fixeu-vos si està fet malbé:

plafo 17

Pel que sembla, tots els problemes venien de la bombeta, que s’ha trencat separant-se la bombolla de vidre de la rosca metàl·lica, i penja d’un fil.

Ara toca penjar el llum nou. Els forats que hi he fet per penjar coincideixen perfectament, fins aquí cap problema. He passat els cables que he tallat abans per sota i els he fet entrar per un forat que té la base a aquest efecte.

plafo 18

Els cables els empalmo al driver, que fixo al seu lloc, i comprovo que tot funciona amb l’interuptor de la paret. Ja només queda situar la planxa amb els leds, que collo als separadors amb dos cargols més, i mireu que bé queda.

plafo 19

El toc final és posar la pantalla de vidre i ja ho tenim. M’agrada molt com queda el color blanc fred dels leds al bany, i de veritat que fa molta més llum que el llum que hi havia abans. La meva família també s’ha sorprès de la diferència, i estan encantats! I ara si algú es deixa el llum encès, no ho notarem a la factura. Parlant de diners, us heu adonat que només m’he gastat 2,99€ per tot el projecte? Si simplement hagués canviat la bombeta espatllada per una de baix consum, encara m’hauria cosat més! En total hi he estat menys de tres hores, comptant que he anat fent les fotos.

plafo 20

plafo 21

Per cert, us heu adonat de la dificultat que té fer fotos a llums encesos?
Això ha estat tot per avui, fins a la propera! Totes les fotos al Flickr, com sempre.

La Taula de Leds (3 i fi)

Aquest post és la continuació i el final de la primera i la segona part del projecte de construcció d’una tauleta de cafè amb leds de colors. Avui veurem la placa electrònica definitiva, la seva ubicació, i l’acabat i decoració final de la taula.

LA PLACA FINAL
A l’hora de fer el circuit imprès definitiu, he tingut en compte un factor molt important, i és que hi ha quaranta(!) cables que s’han de soldar, i l’espai és molt limitat per gruix i mida. Per tant dissenyo el PCB a una sola cara i més gran que la placa prototip, per facilitar-me la feina. A més, canvio els leds de la placa de prova per uns leds SMD gegants, per tenir uns “pads” ben grans on poder soldar els cables. El motiu de fer les pistes en SMD és per no haver de foradar la placa, i per tant girar-la per soldar en la seva ubicació final, cosa que seria impossible havent soldat uns quants cables ja que no tinc accés per darrera. El micro, tot i no ser SMD, també el soldaré a la mateixa cara i sense foradar (amb un sòcol, que també em permetrà canviar-li el programa o substituïr-lo si es fon amb el temps). Les resistències si que les munto per l’altra cara, ja que no em portaran problemes i tindré més espai pels cables.

Pel disseny de la placa torno a l’Eagle, mentre que per la realització de la placa física, aquesta vegada utilitzo la insoladora, ja que el tema de la planxa no em convenç gens; el resultat, com veureu, és molt millor.

placa PCB taula taula leds 18

Comença ara un procés de tall de cables a mida, estanyat, i soldadura d’aquests a la placa que dura força estona (al contrari que a la majoria, a mi no m’avorreix soldar o foradar plaques, més aviat em relaxa). Abans de començar, fixo la placa a lloc amb uns quants cargols, i sense massa miraments. Una vegada he soldat tots els cables a lloc, soldo el sòcol, monto el micro i faig la comprovació final; cap problema, tot funciona correctament.

taula leds 19 taula leds 22 taula leds 24

TANCANT-HO TOT PLEGAT
El següent pas és muntar el “sandvitx” de plaques de fusta, metacrilat i vidre. Un primer inconvenient és que el microcontrolador ha quedat massa amunt per culpa del sòcol i supera l’alçada general de la fusta on es troba. Això ho soluciono fent un forat a la fusta de sota, que em serveix alhora per passar els cables cap al portapiles amb l’interruptor que hi he muntat. Ho fixo amb “velcro” després de pintar la part de sota de la fusta de color negre. Així podré treure el portapiles fàcilment per canviar-les, i a sota tindré accés al micro per reprogramar-lo, com us deia abans.

taula leds 37 taula leds 38

Seguint amb el “sandvitx” de plaques, m’adono posant el metacrilat damunt la fusta dels leds que aquesta es transparenta una mica, delatant la ubicació dels leds. Com que aquest efecte no m’agrada gens (no vull que es vegi on són els leds si no s’encenen), pinto la cara superior d’un color molt fosc (protegint cada led abans, evidentment). Ara ja no es nota gens on són; amb el vidre finalment al damunt, l’efecte és molt bo. (D’aquest moment no en tinc fotos, em va ratllar molt haver-ho de fer perquè no ho tenia previst, i ho vaig fer amb pressa i sense càmera).

EL MARC
Ara, però, sorgeix un altre problema: com unir les plaques entre elles, i què fer per dissimular el mal efecte dels laterals. Una solució a tot plegat seria un embellidor a tot el voltant, com un marc; aquesta idea ja se m’havia acudit però no l’havia treballat més. Al final em decideixo per fer un marc d’alumini: només cal trobar la mida adient i tallar-lo en quatre peces a escaire. Una vegada tallades, faig uns forats per sota per collar-les a la fusta amb uns simples cargols. Abans de tancar-ho, afegeixo uns cargols roscats per dins, que serviran per collar tot el conjunt del marc a l’estructura de les potes de la taula.

L’efecte és molt bonic, però té un parell d’inconvenients: el perfil d’alumini no tenia cap acabat, per tant no està protegit i amb el temps canviarà de color i es farà lleig; l’altre problema és que les cantonades són com ganivetes, massa perilloses (tinc canalla a casa, un d’ells en edat d’aprendre a caminar). O sigui que el primer pas és llimar amb cura totes les cantonades, i el següent donar una capa de pintura. Això de pintar l’alumini se’m presenta com una oportunitat, i penso aprofitar-la: li donaré el toc final amb la pintura.

taula leds 25

EL TOC FINAL
He pensat un tema força adient (i força “friki” també): els Space Invaders. Començo amb un parell de capes de color blau elèctric, i després dibuixo, retallo i enganxo les figures que he triat com a decoració. Després un parell de capes de color negre, desenganxar les figures (la part més difícil de tot el projecte amb diferència, si ho arribo a saber…), i finalment retolador de dos colors diferents i dues capes de vernís brillant.

taula leds 26 taula leds 28 taula leds 30

taula leds 31 taula leds 33

Ja ho tinc, està acabada! Us heu fixat en el detall “friki” de la data en binari?

taula leds 35 taula leds 36

taula leds 40 taula leds 39

I un video perquè veieu quin és l’aspecte i funcionament final en la seva ubicació…

EL SOFTWARE
Pel que fa al programa, m’he quedat amb la primera versió funcional, i no només perquè no tinc ganes de programar més, sinò perquè aquí també he volgut aplicar la màxima de la senzillesa. Com heu vist al vídeo, el programa simplement passa per una rutina que encén cada led per ordre (només per verificar que funcionen tots) un temps concret, i després encèn leds a l’atzar durant un temps també determinat a l’atzar. Això fa que mirar la taula no sigui avorrit, i les combinacions siguin “infinites” (tot i que la capacitat per extreure atzar pur d’un micro tan barat és força limitada).

Com també us haureu adonat, el programa (o el circuit) no és perfecte; hi ha moments en que s’encenen 2 o més leds, i amb diferents intensitats. Això ja ho vaig detectar a la placa prototip, però en comptes d’arreglar-ho ho vaig deixar perquè em va agradar l’efecte. De fet, és una manera bruta i grollera de superar un petit inconvenient del “charlieplexing”, i és que només es pot encendre un led alhora. Si ho hagués volgut arreglar, hauria mirat amb més cura el circuit dels leds (podria haver-hi algun error en alguna pista), i després en el programa, on podria haver-hi algun error a l’hora de posar alguns pins en triestat o potser activar o desactivar les resistències internes de “pull-up” que porten aquesta mena de micros en alguns pins de i/o.

CONCLUSIONS
Com en tants d’altres projectes, en aquest cas ens trobem que tant els avantatges com els desavantatges provenen del mateix lloc, i és haver decidit utilitzar tota una colla de components “minimalistes”. Vull dir que té la seva gràcia encendre 20 leds de colors amb només un microcontrolador de 8 potes i que val prop d’un euro, però això ens ha comportat una sèrie de limitacions. Amb un micro més potent hauríem pogut controlar més leds, i fer un programa molt més elaborat (el micro tindria més memòria), potser utilitzant PWM per encendre i apagar els leds de manera més suau. I no parlem ja si a més del microcontrolador afegim més elements, com registres de desplaçament, matrius de leds, etc. Com ja he dit, però, al principi l’objectiu era fer una cosa barata i senzilla, i crec que això ho he aconseguit; si mai vull fer una segona taula amb llumets, creieu-me que serà més complicada i espectacular.

Res més, de moment, espero que us hagi agradat aquest projecte, i fins a la propera!

Fotos i vídeos de tot plegat al Flickr.

Bombeta de leds

He pensat que podria fer una bombeta de leds casolana, aprofitant que una bombeta fluocompacta que tenia per casa ha deixat de funcionar. Ara ja són totalment normals, però quan aquesta va començar a funcionar devia ser tota una novetat. Si ha aguantat fins ara és que la propaganda era certa, tenen una llarga vida. Apuntem un zero al pressupost, perquè ara ens tocaria llençar-la (a la botiga o a la deixalleria, al contenidor no!).

bombeta fluocompacta fosa

La següent peça de la llista de materials potser us sorprèn una mica: un cabdell de fil. O millor dit, el conus on va enrotllat el fil; no he tingut la sort de trobar-ne cap per casa, com tampoc un “rulo” de fer la permanent, ni tan sols un trosset de tuberia de PVC de petit diàmetre d’algun desaigüe. Davant de tan trist panorama, m’he vist obligat a visitar els 20 duros, i començar la despesa; apuntem els primers 75 cèntims d’euro. Aquí podeu veure les dues peces de costat, per comparar tamany. Per cert, ni us penseu que he llençat el fil, que encara en faré alguna cosa -menys cosir, és clar-.

cabdell de filla mida és bona

Ara comencem a desmuntar la bombeta; la part del vidre no té utilitat, de l’electrònica encara en treurem alguna cosa (no us en refieu, que ha deixat de funcionar per alguna cosa). Compte quan retireu el vidre, conté alguns elements tòxics! Feu servir màscara i guants.

desmuntant

Resulta que el conus de plàstic és massa gran per ficar-lo dins el forat per on surtia el tub fluorescent, o sigui que l’ampliem amb l’ajuda de la llima. Finalment, comprovem que passa quasi tot, però sense travessar-lo. D’aquesta manera s’aguantarà mentre l’enganxem.

llimar, llimarara entra

Ara el que toca és endollar la pistola de cola calenta i subjectar el conus de manera ferma i definitiva a la tapa de la carcassa. Com veureu, no he escatimat cola.

encolatquanta cola!

La tercera peça de la llista de la compra és un alimentador, és a dir, una font d’alimentació de 230V alterna a 12V contínua. Aquí teniu dues opcions: us podeu gastar 10€ més, o simplement destripar algun transformador barat com un carregador de mòbil, el transformador del discman, etc. Sigui com sigui intenteu que sigui molt petit, haureu de ficar-lo dins la carcassa de la bombeta. En primer lloc li treiem la carcassa i desoldem les clemes de connexió per reduïr-lo encara més. Soldarem dos cables a l’entrada i dos a la sortida. La idea és que aprofitarem la rosca i el pivot del casquet de la bombeta per treure els 230V del portalàmpades i portar-los a l’entrada de alimentador. De la sortida en treurem 12V cap als leds amb uns cables que passaran per dins del conus de plàstic. Ja podem endollar el soldador.

alimentador desmuntatcables soldats

El següent pas és soldar els cables de l’entrada de l’alimentador al casquet, com ja hem dit. Aquesta part requereix una mica de paciència i precisió, i una punta de soldador força gran. Una vegada tinguem aquests dos cables soldats, hem de ficar el circuit alimentador dins la bombeta. Jo vaig fer servir cola calenta per fixar-lo a dins, però podeu utilitzar loktite o improvitzar una miqueta.

alimentador al seu lloc

Ara passem els cables de sortida de l’alimentador a través del conus i tapem la carcassa de la bombeta. Una mica més de cola calenta, que ja hi començo a agafar el gustet…

tapat!

I ara, l’última peça de la llista de la compra! els LEDs!! per fi coneixem a l’ànima de la festa, algú havia de fer llum, no? En aquest cas són dels que van soldats sobre un circuit flexible adhesiu, de manera que tindrem poca feina a l’hora de posar-los. Ara es poden trobar a qualsevol botiga d’electrònica, però compte! no són barats; sumarem 15€ més al pressupost.

taxan!

Seguidament enrotllem els leds al voltant del conus tot enganxant-los amb la seva pròpia banda adhesiva, i soldem els cables que hem tret pel forat al circuit (hem de tenir en compte la polaritat!). A la soldadura li he posat una mica de cola per pretegir-la de possibles estirades.

ja hem posat els ledsdetall de la soldadura

Voilà! ja tenim la nostra bombeta de leds casolana, el resultat de tots aquests esforços que han ocupat la última hora de la nostra vida. Una foto per demostrar que funciona:

són leds blaus!

Això no us ho esperàveu, eh? Són leds blaus! Així la làmpada del garatge farà més goig, tot i que ja és una mica rara de per si… En fi, s’apreciaran comentaris. I fotos dels vostres engendres, si us animeu a fer-ne una.