Беспроводная гирлянда на новогоднюю ёлку

Всем привет! До Нового года остались считанные часы и я спешу всех вас поздравить с наступающими праздниками. А также предлагаю посмотреть короткое видео о том, как я сделал себе маленькую новогоднюю ёлку с беспроводной гирляндой на светодиодах. Этот DIY-проект настолько прост, что его может повторить даже первоклассник.

Беспроводными светодиодами я сегодня, конечно, никого не удивлю, они давно продаются на алиэкспресс, но я покажу, как за копейки их можно сделать своим руками и нарядить свою маленькую техноёлку. Китайцы используют индукционную катушку, которая на частоте 70 кГц постоянно излучает электромагнитные волны. Поэтому во включённом режиме она нагревается, что небезопасно и я бы побоялся так её оставлять, уходя из дома или на ночь.

Я же предлагаю использовать любое беспроводное зарядное устройство от смартфона, которое, скорее всего, у многих из вас уже есть. Из плюсов такого подхода могу отметить, что при его использовании гирлянда будет не просто светиться, а мигать с частотой примерно 1 Гц и можно не бояться оставлять её включённой, так как никакого перегрева точно не будет. А так как у меня на столе под рукой всегда есть беспроводная зарядка и она занята по прямому назначению только ночью, то все что нужно сделать это поставить эту елочку на зарядник. Никаких тебе проводов, розеток, преобразователей и контроллеров.

Также я мог использовать готовый Qi приёмник и подключить к нему микроконтроллер с адресными светодиодами WS2812B ^[1], но тогда потеряется весь смысл простоты и повторяемости этой самоделки.

Сначала разберёмся, как работает беспроводное зарядное устройство. Qi зарядка представляет собой передатчик с плоской катушкой и с такой же катушкой в мобильном устройстве (приёмник). Между этими двумя катушками, как в обмотках трансформаторов, протекает электромагнитная индукция. В подавляющем большинстве все эти зарядные устройства работают на частотах от 80 до 300 кГц. И работают они по протоколу Qi, примерно так: передатчик проверяет, размещено ли на нём Qi-совместимое устройство (для этого передатчик каждые 0,5 — 1 сек. передаёт 8 бит данных), а принимающее устройство должно отреагировать и предоставить ответ. Передатчик затем посылает несколько цифровых пингов, чтобы проверить информацию об оптимальном положении приёмника. Только тогда, когда произошёл обмен между ними, начнётся зарядка.

Из этого описания можно сделать вывод: чтобы определить приёмное устройство, зарядное устройство постоянно шлёт короткие запросы в виде одного байта данных, который можно принять любой катушкой индуктивности, если её настроить на частоту этого передатчика.

Для того чтобы собрать резонансный контур, нам понадобится дроссель и конденсатор. Можно использовать практически любую катушку, но чем больше у неё индуктивность, тем лучше. Дроссели можно выпаять из старых плат от бытовой техники или намотать самому.

Для определения индуктивностей дросселей и их резонансных частот, я использовал тестер GM328A ^[2]. Если у вас нет такого прибора, то для выяснения их параметров, воспользуйтесь таблицей цветовой маркировки.

Для расчёта резонанса контура прибегнем к помощи онлайн калькулятора ^[3].

У меня есть дроссель с индуктивностью L=8,4 мГн и частота передатчика f=120 кГц. Вводим эти параметры в нужные поля калькулятора, нажимаем кнопку рассчитать и получаем требуемую ёмкость конденсатора C=209 пФ

Нахожу приблизительно подходящий по параметрам конденсатор 200 пФ, ёмкость светодиода добавит примерно от 3-10 пФ — это тоже нужно учитывать. Параллельно подключаю конденсатор с дросселем и проверяю фактическую частоту резонанса. Получилось 117 кГц, не совпадает с расчётными данными, так как ещё нужно было учитывать погрешность прибора и конденсатора. Но нет необходимости идеально подгонять резонанс, даже при смещении от резонанса на ±50% всё будет работать. Резонанс влияет на КПД связки и будет влиять на ток в дросселе, который зависит от расстояния удаления от передающей катушки. Если пренебречь расстоянием отдаления от передатчика, то можно вообще не использовать конденсатор для подгонки резонанса, но при этом нужно использовать дроссель с индуктивностью не менее 1 мГн и выше.

Чтобы быть уверенным, что моё зарядное устройство передаёт пакеты на частоте 120 кГц, подключаю дроссель к щупам осциллографа и смотрю, какую частоту транслирует передатчик. В моём случае оказалось 120,6 кГц

Так как на выходе контура будет переменное напряжение, то для получения максимальной эффективности свечения светодиодов лучше всего их подключить встречно-параллельно — как указано на схеме.

Контур с максимально близким к передатчику резонансом, способен питать светодиод на расстоянии до 8 см.

Для подключения гирлянды из 40 светодиодов и больше, потребуется дроссель с большой индуктивностью (более 4 мГн) и с внутренним сопротивлением не более 10-20 Ом — такой можно выпаять из старых энергосберегающих, газоразрядных ламп и удалить с него одну половинку Ш-образного ферромагнитного сердечника. Чем ближе к частоте 120 кГц будет резонанс, тем выше будет напряжение на выходе дросселя и тем больше светодиодов можно будет к нему подключить. На выходе моего дросселя напряжение без нагрузки получилось 90 В, это значит, что размах напряжения 180 В.

Собираем по вышеуказанной схеме. Для сборки гирлянды я использовал все светодиоды, которые у меня были в наличии, в сумме получилось 38 шт. по 19 шт. на каждый полюс напряжения, хотя я пробовал подключать 25 светодиодов на 1 полюс и все они прекрасно светятся. Если учесть падение напряжения на одном светодиоде 2 В, в моём случае, в теории можно подключить порядка 45 светодиодов на каждый полюс — в сумме получится 90 светодиодов. Но к сожалению, у меня их столько не нашлось — пришлось довольствоваться тем, что есть.

Гирлянда собрана, теперь я наряжаю ею свою мини-ёлку и она будет украшать мой стол все новогодние праздники, придавая мне праздничное настроение.

Яркость гирлянды можно изменять смещая елку в любую сторону от центра зарядного устройства.

Ещё раз поздравляю всех вас с приближением самого радостного, доброго, волшебного праздника — Нового года! Пусть этот год станет чередой счастливых и радостных дней, наполненных добром и верой в лучшее!

Автор: Алекс

Источник ^[4]