Берегите себя

Берегите себя

15 сент. 2019 г.

Самый лучший сенсорный выключатель света "Моя Прелесть"


Однажды в обзорах у одного малолетнего, но именитого ардуинщика* я увидел сенсорную платку с Алиэкспресса. Резонно задав себе вопрос, "А почему у меня такой штуки нет?", я отбашлял  полста рублей в кассу Алиэкспресса и стал обладателем десятка красных платочек, и стал размышлять об их достойном применении в моем народном хозяйстве...


TTP223 - одночиповый, готовый к употреблению словно Доширак, емкостной сенсорный датчик. Содержит генератор переменного тока, который изменяет свою частоту при приближении емкости тела человека на расстоянии нескольких миллиметров. По изменению частоты реагирует подобающе, включает или выключает выходной ключик.
Надо признаться, TTP223 штука весьма кошерная и к делу ее приспособить нетрудно. Питание 2...5,5V, потребление - микроамперы, автокалибровка по текущей ситуации, а самая жрущая деталь на плате - светодиод типоразмера 0603, который сообщает о "высоком" уровне на выходе, то бишь о включении какой-либо нагрузки.

На плате имеются три "предустановки", если их так можно обозвать. По сути это пятачки под пайку, они промаркированы буквами: A, B и некий конденсатор. После прочтения даташита вопросов не осталось. A это инверсия, то есть когда кнопка включена, на выходе "ноль", при выключении "единица". Зачем это может понадобиться - ума не приложу, и перемыкать А точно не буду. Вторая перемычка, B - режим работы. Китайцы ее не запаивают и кнопка работает в Direct Mode: сколько держим палец, столько у нас кнопка будет включена. А, вот сейчас написал про этот режим и понял суть первой перемычки. Если у нас сенсор без фиксации, то логика инверсной кнопки становится понятна и вполне достойна существования. Если запаять перемычку B, то кнопка постигает Toggle Mode и становится кнопкой с фиксацией. Один раз нажали - включили, второй раз нажали - выключили. Любой ребенок, кто хоть раз баловался со светом, затруднений не испытает. За остальными подробностями отсылаю в даташит. Да, пятачки под пайку типоразмера 0402, но поставить каплю припоя труда не составит. А тот конденсатор, что я упомянул в начале абзаца это регулятор чувствительности. Если кнопка начнет барагозить и срабатывать на каждый чих, можно запаять конденсаторчик на несколько десятков пикофарад, и чувствительность заметно снизится. Конечно же, можно использовать и внешний сенсор, а не предлагаемый кружок фольги на обратной стороне платы. Также можно выпаять светодиод или его резистор или почикать дорожку к светодиоду, если его цветовой тон или потребление вас не устраивают, а еще, выпаяв светодиод и резистор, вы можете сузить плату миллиметра на 4, что порой бывает очень надо.
Едва я отобрал свой пакет сенсоров у каких-то реактивных в этот раз почтальонов (9 дней на весь процесс!), на ум пришла мысль приспособить сенсор к включению местной подсветки рабочего стола кухни. Над столом в галтели смонтированы метров пять светодиодной ленты на 12В, к ней установлен отремонтированный 60-ваттный БП промышленного типа, но вот выключатель временно располагался в сетевом шнуре, оный шнур свисал со шкафа, и элегантно, на манер змеи Минздрава (типа теща чай пьет), обвивал ручку дверки, после чего спускался на фартук к столешнице, в розетку. Висящий провод сперва люто выбешивал, но человек тварь терпеливая, ко всему привыкает, привык я и к этому проводу. Настолько привык, что без него как-то уныло стало (смайл).
Решение сложилось моментально. Если этот TTP223 может включать светодиод на своей плате, то пусть он лучше включает светодиод внутри оптрона MOC3063. Ему-то в целом пофигу что зажигать, а мне приятно. MOC3063 обеспечит гальваническую развязку на безопасном уровне и в свою очередь включит силовой симистор, который зажжет мой свет. Схема соединения оптосимистора и симистора есть в даташите на MOC3063 и мой совет этой схемы придерживаться, лишних деталей в ней нет. Есть некое недопонимание насчет снабберной цепи, на схеме это R6 и С5. Симистор относится к классу "SnubberLess", то есть чисто теоретически он может таскать реактивную нагрузку as is, но я придерживаюсь мнения матерых паял, что береженого бог бережет (так говорила монашка, надевая презерватив на свечку).
_________________________________________________________________________________
Справка: тиристоры и симисторы - устаревшие морально бесконтактные коммутаторы нагрузок. В 50е годы прошлого века еще вовсю использовались электромагнитные реле и пускатели. А еще тиратроны. Популярные тогда лампы физически не могли пропустить через себя большой ток, тогдашние транзисторы еще не окрепли, были хиловаты, а про мосфеты и светодиоды травили байки в рубриках "Научная фантастика" и очень иногда - "За рубежом". Вполне объяснимо, что на фоне всеобщего упадка и тлена ко двору пришелся управляемый полупроводниковый диод - тиристор, он мог работать при очень высоких напряжениях и допускал большой (по тем временам) ток коммутации. Несколько позже, соединив в кристалле два тиристора, с общим однако управлением, "чипмейкеры" вырастили и симистор для коммутации переменного тока. Ясно, что самые лучшие разработки тиристоров шли "на войну", но и гражданским лицам кое-чего силового перепадало. Пример хорошего - КУ202 и Т122 - тиристоры, пример плохого симистора - КУ208, пример очень плохого тиристора - КУ221, который стоял в блоках строчной развертки части первых полностью полупроводниковых телевизоров и основной мат ремонтников шел именно в адрес КУ221, который "снова вылетел" и вообще, "хрен где его по госцене купишь".


Ага, вот это говнишко.
Вы даже не представляете градуса НЕНАВИСТИ к этому ( у посвященных)...
В любой телемастерской в углу стояло специальное ведро мертвых КУ221.
Телемастера лили слезы про "старые добрые ламповые" и "дрянные полупроводники".
А за прибор со звездой и буквами ВП можно было и червонец заплатить, ...если повезет купить.
Ныне музейная редкость.


Распространение тиристоров в любительской практике значительно упростило конструкции регуляторов силы переменного тока в нагрузке, реостаты  (прости, господи!) и громоздкие ЛАТРы уступили место в истории изящным фазовым регуляторам напряжения и тока, были разработаны "быстродействующие" (в сравнении с реле, конечно), устройства защиты и коммутации. Недостатки симисторов и тиристоров проистекают из их конструкции. Многослойный переход p-n обуславливает довольно высокие мощностные потери на тиристорах и симисторах, то есть им нужно активно отводить тепло. Токи включения и удержания достигают десятков и сотен миллиампер. На постоянном токе тиристоры отказываются закрываться без  снятия питающего напряжения или тока нагрузки. (Что может быть не багом, а фичей!) Симисторы порой способны включаться или выключаться самопроизвольно, а еще они же не любят емкостной или индуктивной нагрузки, пробиваясь ни с того, ни с сего.Современные полевые транзисторы (ПТ) этими тиристорными болезнями не страдают, но в ряде случаев, из-за непростых требований к управлению ПТ, в частности при коммутации переменного тока, выгоднее и проще все же использовать тиристор, симистор или оптопару с их участием. А то и реле. Увы.
________________________________________________________________________________________________

Интересно, что сейчас китайцы продают в основном релейные модули коммутации, видимо стоимость хорошего фирменного симистора типа BTA16-600 и лучше, плюс MOC3063, плюс пленочный конденсатор на 630В, плюс добавьте плату и клеммники горсткой, не получается настолько низкой, чтобы с этого навариться. Но мы - слава богу - щедрые русские люди, изобретаем полезняхи для себя. А еще "наборы юного электрика", то бишь связки BTA + MOC, были загодя закуплены мной в Чип и Дип, так что выбор оказался очевиден.
Перво-наперво нужно было решить вопрос с питанием. Экономичные бестрансформаторные источники на конденсаторе отметались сразу по требованиям электробезопасности. Кухня все-таки.
AC/DC не понравились по массогабариту, хотя у китайцев встречаются очень милые экземпляры:
6*25мм, как пример. Есть примерно такие-же мелко-полезные устройства, но чуть ли не IP67. Имейте в виду. А еще не выбрасывайте зарядки от старых телефонов или отбирайте их у населения, это идеальный кандидат на сетевой адаптер для мелкотни. Качество еще то, не китайское.
Перебрав все варианты (пальчиковые батарейки, CR2032, ионисторы), я остановился на Li-Pol аккумуляторе, одна ячейка, больше и не надо. Плата защиты отключит акк от  схемы при падении напряжения до 2,7В, это заведомо выше минимального напряжения питания кнопки. Минимальное потребление сенсора позволяет рассчитывать на долгую работу АКБ. Но АКБ надо заряжать, ведь так? И тут мне в голову стрельнула сумасшедшая мысль!

Если поджигаемая светодиодная лента все равно требует +12В и у меня этих постоянных 12В с блока питания ленты фактически неисчерпаемо, то почему попутно не заряжать эту несчастную липольку от этих световых 12В???

Л-логика! не правда ли? Дальнейший скелет схемы нарисовался сам собой. На малые токи заряда отлично подходит китайский модуль с микросхемой TP4056. Которому требуется 5В питания или около того, остальное он сделает сам, профиль заряда в чипе очень хорош. 5В можно сделать из 12В готовым модулем преобразователя напряжения DC/DC. Который еще и изолированный и это автоматически избавит меня и домочадцев от непредвиденных петель обратной связи и всяких последующих за этим спецэффектов.
Осталось всю эту мыслительную тряхомундию реализовать на физическом уровне. Корпуса у меня были в количестве нескольких штук.

Это уже готовая плата, подгоняю TRACO. Изначально место отведено под другой преобразователь, который не заработал почему-то.
Прикинув в натуре как внутри все уместить, я сразу нацелился на печатную плату. Ибо 220В сетевых требуют уважительного к себе отношения, а тех, кто этим пренебрегает, незамедлительно карают замыканиями, пожарами и даже электротравмами. Плата получалась не совсем идеальной прямоугольной формы, поэтому я применил некоторые хитрости. Вырезал кусок стеклотекстолита по форме корпуса. Подогнал его по углам. Сразу разметил и просверлил контактные отверстия под модуль заряда TP4056, симистор, клеммники, MOC3063, после чего сфотографировал получившуюся плату и использовал ее как шаблон в Sprint Layout.
Указав размеры в SPRINT LAYOUT, ползунком "Масштаб"
удается очень точно подогнать фотошаблон платы к требуемому размеру, и расставив "пятачки" точек пайки, нарисовать дорожки сперва на экране, а потом и на меди. Естественно, прежде чем рисовать и травить, нужно прошкурить и обезжирить медную фольгу, но на этапе шаблона об этом думать еще рано.
Сверлил говносверлами и лучковой дрелью, часть дырок доковыривал вилкой - шутка. Знаю что криво, вот такие сверла достались, shit happens.

Я не собирался в дальнейшем пытать плату утюгом или заклеивать ее фоторезистом, мне просто нужна была наглядная финальная картинка, что рисовать на плате, чтобы  не ошибаться. Далее я взял маркер и по образцу на экране нарисовал дорожки. Заняло это от силы полчаса, после чего плата была немедленно вытравлена и залужена.
Готовая залуженная платка и смонтированная силовая часть. Прорезь неспроста, это защита от дуги. Представьте, что в сети возникнет некий импульс в киловольт-два. Плюс какая-нибудь влажность. Пусть импульс будет короткий и чахлый и бед не наделает, но его вполне хватит, чтобы пробить себе дорогу по поверхности платы. Для горения дуги напряжение нужно намного меньше, и ток она может переносить куда больший. В итоге вынесет ВСЕ детали очень быстро. Также для предотвращения подобных историй ставятся варисторы. Посмотрите в качественный БП и вы их обязательно найдете.
Прорези в промышленной аппаратуре применяются везде, где есть сетевые напряжения и управляющая низковольтная часть схемы на одной плате.


Ноги A1 и A2 у симистора я все же как-то умудрился перепутать, из-за чего он встал набок и был подпаян проводками в имевшиеся отверстия. При моей нагрузке радиатор ему в принципе не нужен, так что я спокоен, ничего страшного.
Пару слов о деталях. Перешерстил массу форумов с ужастиками про взлетающие симисторы, про глюки, невыключение... Взял с Сети нужную мне практическую информацию: снабберный резистор (R6) надо бы пожирнее ставить, а вот в управлении (R3 R4) достаточно 1206. Номинала 360 Ом у меня под рукой не было, поэтому я скорректировал имевшийся у меня номинал 390 Ом резисторами R2 и R5 большого сопротивления, и, следовательно, небольшой мощности. Конденсатор снаббера применил пленочный Epcos, на 630В, с ногами, за  него я спокоен. Они обычно взлетают первыми, если это китайская перемаркировка, братья могут из 250В и киловольт намалевать, глаз да глаз! Больше в силовой части тонкостей никаких нет, и работает она сразу (если не путать ноги A1 A2, A1 это выход симистора и обычно в сторону A1 рисуют управляющий электрод. Не мешает много раз проверить и схему и плату перед включением!).
Сенсорную плату я разместил в отдельном "корпусе", в роли которого отлично выступила кнопка включения от какого-то принтера.  Внутри нее был световод, плюс значок "включение" нарисован, плюс она довольно глубокая и по размера соответствует платке TP223. Как раз о чем я говорил, плату TP223 пришлось подпилить, пожертвовав резистором и светодиодом индикации. Совсем без подсветки кнопку оставлять было грешно, так что в световод был врезан SMD-светодиод. Изумрудного цвета, с прямым напряжением, внезапно, 3,2В! У меня таких светодиодов два типа, зеленый и синий, светят они не по-христиански ярко, а прямое напряжение у синего и зеленого светиков одинаковое. Подозреваю какой-то подвох! Чтобы светодиод светил при выключенной подсветке стола и обозначал путь в темноте, пришлось развернуть его по фазе с помощью p-n-p транзистора (VT1 в схеме).

Это цифровой транзистор, внутри его есть все необходимые для работы резисторы, параллельный Б-Э и последовательный к базе, так что его достаточно припаять базой к выходу сенсора, эмиттером к шине питания, а к коллектору через токоограничительный резистор подключить плюс светодиода, вторую ногу которого припаять к "земле". Светящийся в ночи огонек "Ткни в меня" это, конечно, хорошо и наглядно, но и затратно для АКБ. При выбранном мной номинале токоограничительного резистора 100 Ом, пороху в пороховницах батарейки хватит примерно на двое суток, после чего кнопка работать перестанет совсем. На случай отпуска или ссылки в Шушенское в боковине корпуса пропилено окно для коннектора Mini USB, того, что есть на любой нормальной плате TP4056, через этот "бэкдор" можно запитать сенсор от PowerBank, включить свет, а дальше батарея сама зарядится спустя примерно полтора часа до усрачки. (кстати идея, а почему бы не заряжать батарею от фотоэлемента или солнечной панели? Говорю же, идеи так и прут!)
После монтажа внутренностей кнопки, она была включена для проверки и своей могучей красотой тут же заслужила прозвище "Моя прелесть", это же название получил и весь проект в целом. Были варианты: ПальчичON, Недотыкомка и Лампочка Пальчича.
Чертовски приятный цвет и форма! 

Полость кнопки после всех проверок я залил эпоксидкой. Допустив уже неисправимые ошибки - не снизил чувствительность сенсора, переборщил с резистором светодиода подсветки. С кнопкой вышла анекдотическая история. В качестве провода был взят провод от мышки. Когда я все припаял, сенсор работать отказался. Оказалось, проводок был перебит, так что его пришлось отрезать и подпаивать заново. А тот разъем от той самой мышки, который так прекрасно налезал на штырьки на моей плате, оказался не у дел. Финально я вообще шнур на кнопку припаял к плате напрямую. Вынужденно.
Пока эпоксидка отверждалась (плохо отверждалась, долго и мучительно), я занялся оставшимися работами по корпусу. Предстояло решить вопрос со светодиодами платы зарядки TP4056. Их там два, красный - "заряд" и синий - "заряжен", а хоронить индикацию внутри глухого полистиролового корпуса мне очень не хотелось. Равно как и выносить два выводных светодиода наружу тоже. Решение родилось спонтанно, я использовал световод, выпиленный из подложки испорченного LCD-дисплея. Видимо в этот момент светила правильная луна, я прицелился при разметке максимально точно и отверстие сделал правильного размера, в итоге световод встал на нужное место как затвор в автомате Калашникова звонко, со щелчком, но я все же прихватил его клеем B7000, который нежно люблю и смело рекомендую в DIY и моделизме. Получилась одна точка визуального контроля степени заряда АКБ. Ни за что не догадаешься, что это не фабричный светодиод на корпусе. Чудеса технологий.
Люблю световоды!


Заряжаемся! красный

Зарядился! синий


Собранный девайс перед финальным монтажом.
Кнопка на месте.

Блок тоже на месте. Блок питания спрятан в нише, позади блока управления.
Ну на сладкое самое интересное. Нет, это не про то, как я добывал в собранной и обжитой кухне 220В, так чтобы не висели провода над фартуком. Это схема устройства:

Основные моменты по схеме я уже оговорил в тексте, повторяться не буду. Разве что фильтр VD1 C1 L1 C2 C3 не упомянул, VD1 защищает от переполюсовки модуль DC-DC, все остальное фильтр, чтобы импульсная дрянь не могла просочиться из блока питания светодиодной ленты. Схема всегда получается намного лаконичнее, чем думалось изначально. А мне остается попрощаться с вами и приложить файловый архив, а тем кто захочет повторить или развить мою идею - велком в телеграмм-канал ППЧ или в почту. Ну или просто пообщаться в этих местах тоже завсегда можно и нужно.
Внимание, ГРАБЛИ. В схеме самой батареи имеется контроллер, который подло отключает батарею, если напряжение близко к 4,20в, а это происходит в конце заряда. Чтобы свет не моргал и не отключался "внезапно", используйте конденсатор Cdop*, который будет подпитывать кнопку в трудные моменты. Я поставлю ионистор на 0,1Ф с рабочим напряжением 5В, но и простой электролит 2200мкф*6,3v или тантал, думаю, справятся тоже.

*Ардуинщики - секта башковитых гламурных школьников, вообразивших себя крутейшими программерами. Законы физики и схемотехнику недолюбливают, их жупел - переполнение стека, алтарь - бредборд с мохнаткой проводов. Питаются копипастой скетчей. Популяция не вызывает опасений, пока есть доступ к кормовой базе - Алиэкспресс.

В И Д Е О
TTP223 даташит PDF
MOC3063 даташит PDF
BTA даташит PDF
TRACO TMR1211 даташит PDF
Эскиз платы LAY (ошибки - разведена под другой модуль dc-dc, также перепутаны ноги а1 а2 симистора, не разделены земли +12 и сенсора)



3 комментария:

  1. Алекс Гайвер чот на гламурного не похож. Мне кажется это старческое - ворчать на ардуинщиков - паяют и то уже не плохо

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Старческое, точно :) Гайвера уважаю кстати, идеи фонтанируют

      Удалить
  2. Вы совсем ебнулись??? Ну как можно рекламировать датчик, который в режиме "без фиксации" тупо отключается переходя в режим т.н. "энергосбережения"??? Вы, сука, при памяти???

    ОтветитьУдалить