Lâmpada LED de pedras brilhantes: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Muitos adultos podem se lembrar de construir uma lâmpada de madeira e decorá-la com uma lata de refrigerante na época do colégio. Este projeto é uma reminiscência daqueles dias. Meus 13 anos minha filha queria construir um abajur, o que resultou em um bom projeto de ciências fechado para escola em casa.

Depois de construir um projeto com tiras de LED, muitas vezes você fica com uma seção de sobras, a parte que você cortou para obter o comprimento exato para concluir seu projeto. Esta seção restante não tem conectores, pode ser bastante curta e pode não parecer ter um uso óbvio. Este manual explicará como transformar as sobras da faixa de LED em uma luz decorativa.

Resumo do projeto:

Minha filha queria que a luz tivesse um modo automático que usasse um foto-resistor para controlar parte dos LEDs. Tiramos meu estoque de componentes elétricos para construir o circuito. Adicionamos outra matriz de LED na parte superior que seria ativada no modo manual para um nível de luz mais alto. Escolhemos um frasco de conserva padrão de um quarto que tinha a estética desejada. Decidimos envolver a faixa de LED em torno de um tubo de papelão para manter a iluminação a uma distância uniforme dos lados e para reduzir o número de contas de vidro necessárias. Ela preencheu o espaço restante com contas de vidro de várias cores para um efeito elegante. A base foi projetada em Fusion 360 e impressa em 3D e inclui aberturas para o conector de força DC, foto-resistor e chave liga / desliga.

Suprimentos

Este projeto requer as seguintes partes:

• Tira (s) de LED (aparas novas ou sobras)
• Frasco de vidro para conservas com tampa
• Contas de vidro coloridas
• Base de madeira, trabalhada ou impressa em 3D
• Tubo de papelão (ou tubo impresso em 3D) e fita de folha de alumínio
• Fonte de alimentação que corresponde à tensão da faixa de LED.
• Fiação (18AWG ou 20AWG) para fazer conexões.

• Componentes elétricos

  • Plugue DC e soquete de montagem em painel
  • Chave de alternância para controle, liga-desliga-liga neste caso
  • Transistor NPN para controle automático (2N2222a)
  • Foto resistor e resistores de ⅛ watt para controlar o transistor.
• Ilhó de borracha (para proteger a fiação que passa por um orifício na tampa)

As ferramentas usadas incluem:

• Ferro de solda e solda com prata (sem chumbo)
• Multi-Meter Breadboard (para testar o circuito)
• Cortador / removedor de fio
• Fita isolante
• Broca e broca.
• Impressora 3D ou ferramentas de trabalho de madeira (para a base)

Etapa 1: Esferas de vidro e tubo de luz

O primeiro passo é determinar a quantidade de contas de vidro necessária. Nesse caso, tínhamos três libras de contas coloridas. É importante que os grânulos usados não sejam eletricamente condutores devido às superfícies metálicas expostas da fita do LED. Mármores de vidro seriam outra opção. O tubo de papelão no centro ajuda a reduzir essa quantidade enquanto mantém a faixa de LED espaçada consistentemente das laterais do frasco. O tubo foi cortado no comprimento, levando em consideração que haveria contas de vidro no fundo do frasco (eventualmente a parte superior do frasco para ocultar a matriz de LED superior). Para melhorar a estética e a refletância, esse tubo de papelão foi coberto com fita adesiva de alumínio. A faixa de LED foi colada na parte externa do tubo em um padrão espiral. Há uma etapa opcional para difundir a luz que sai da faixa de LED se um padrão de luz mais uniforme for desejado - um material turvo, como papel de cera, pode ser adicionado ao redor das faixas. Isso reduziria alguns dos pontos brilhantes e seria uma boa ideia se a maioria das contas fosse transparente e sem cor. Para reutilizar sua faixa de LED, você precisa soldar o fio nas abas que sobraram quando você cortou a faixa de LED no comprimento certo. Alguns kits possuem conectores extras que podem ser usados. Se você optar por soldar, um fio pequeno e sólido é preferível para facilitar a soldagem. Eu uso um fio sólido de 22 AWG para essa finalidade. Um conjunto de “mãos que ajudam” torna esta tarefa muito mais fácil. Minha filha fez a solda, pois essa foi uma parte importante desta lição. Esta foi a segunda vez que ela soldou e essas conexões eram menores do que na tarefa anterior. Ela fez um bom trabalho.

Etapa 2: Fonte de alimentação

Uma fonte de alimentação DC é necessária para este projeto. Eu coleciono peças eletrônicas há décadas, então encontrar uma fonte de alimentação adequada foi bastante fácil. Se você precisar comprar um para o projeto, preste atenção à classificação de saída de tensão CC e à classificação de corrente CC da fonte. Se você deseja reutilizar uma peça sobressalente que está disponível, é necessário determinar se ela é regulamentada ou não regulamentada. As fontes reguladas (às vezes chamadas de “chaveamento”) têm a mesma tensão de saída em qualquer carga (abaixo da capacidade de carga nominal). Uma fonte de alimentação não regulada terá uma tensão de saída que varia com a carga, o que significa que pode ser 18 VCC sem nada conectado e 10 VCC com uma carga pesada conectada. Essas fontes têm uma saída de tensão nominal em uma corrente de carga específica, ou seja, 12 VCC a 500 mA. Se você colocar mais carga, a tensão cai e, inversamente, se você colocar menos carga, a tensão aumenta. Você pode usá-los se quiser, mas requer uma seleção cuidadosa porque exceder a classificação da faixa de LED fará com que falhem mais rapidamente (corrente mais alta através do chip de LED aumenta o brilho, mas diminui a vida útil). Se você não sabe a carga de sua (s) matriz (s) de LED, pode medir a carga com um multímetro digital quando eles estiverem conectados a uma fonte de alimentação. Nossas fitas de LED totalizaram 200mA de carga e usamos uma fonte classificada para 600mA. Para simplificar, eu recomendo usar uma fonte de alimentação regulada para seus projetos de tensão DC. A imagem de teste mostra o uso de dois metros para medir a tensão e a corrente.

Etapa 3: Circuito

O projeto do circuito é bastante simples e há várias opções disponíveis para torná-lo mais ou menos complicado. Uma chave liga / desliga seria uma maneira muito básica de conectar isso. Adicionamos um circuito de “sensor escuro” que liga a luz quando o nível de luz ambiente está baixo e diminui a luz à medida que o nível de luz ambiente aumenta. Este circuito usa um divisor de tensão para controlar a tensão na base de um transistor NPN.

Para ensinar o controle de iluminação e os princípios do circuito, primeiro construímos o circuito em uma placa de pão. A fonte de alimentação que usamos para a lâmpada foi usada para a placa do pão para fornecer informações realistas. Aqui, tentamos diferentes combinações de resistores para alcançar o controle desejado. Consultamos a ficha técnica do transistor NPN e usamos um multímetro digital para medir a faixa de resistência do fotorresistor escolhido (até 10k ohm no escuro). Um resistor de 1k ohm foi adicionado em série com o resistor fotográfico para criar o valor mínimo da parte inferior do divisor de tensão. Um resistor variável é um recurso opcional para a parte superior do divisor de tensão para permitir o ajuste, mas decidimos que um resistor de 22k ohm na parte superior do divisor de tensão fornecia controle adequado e oferecia simplicidade adicional. Esses componentes foram montados em uma pequena placa perfurada no local do resistor fotográfico e soldados no local. A faixa de LED é ligada através da porção coletor-emissor do transistor NPN, controlando a corrente através da faixa de LED. A diferença entre um "sensor de luz" e um "sensor escuro" é simplesmente a colocação do resistor fotográfico no circuito divisor de tensão (ou seja, superior ou inferior). Uma complicação para o nosso circuito era o desejo de que a faixa interna fosse alimentada nos modos AUTO ou LIGADO, enquanto o conjunto de LEDs superior era alimentado apenas no modo LIGADO. Uma chave seletora de dois pólos permitiu que a faixa interna isolasse as alimentações de energia do array superior.

Um conector DC de montagem em painel fornece um ponto de conexão útil e o plugue de acoplamento foi soldado na fiação da fonte de alimentação. Sua fonte de alimentação pode já ter um plugue DC, caso em que você comprará apenas o conector de montagem em painel correspondente. Preste atenção à polaridade do plugue da fonte de alimentação, às vezes o centro é positivo, às vezes o centro é negativo. Saber disso é importante porque os LEDs só funcionarão com a polaridade correta.

Etapa 4: Base impressa em 3D

A base foi projetada no Fusion 360 e é bastante básica. Uma forma aproximada foi determinada com base nas dimensões do frasco e a altura com base na profundidade da chave seletora. Os orifícios para o macaco e a chave seletora foram baseados nas dimensões medidas dos componentes escolhidos. O local do foto-resistor foi rebaixado com recortes para os condutores, e sobrou uma porção para a aplicação de cola quente para fixar o foto-resistor. Os locais dos parafusos de montagem também foram modelados e recuados para que uma tampa impressa pudesse caber dentro da base. Os orifícios da tampa eram ligeiramente rebaixados. As roscas dos parafusos M6 foram modeladas na base. As espessuras de parede utilizadas foram de 2 mm e o modelo foi impresso em PLA com preenchimento de giroide 40% entre as 4 camadas superior e inferior. A altura da camada era de 0,2 mm com um bico de 0,4 mm. Tome cuidado para aumentar um pouco os furos para compensar o encolhimento depois que a impressão esfriar.

As imagens e arquivos anexados são uma versão posterior daquela que imprimimos primeiro, com algumas lições aprendidas e adicionamos um recesso para aparafusar a tampa na base. Nossa base omitiu o recesso e apenas imprensou a base entre a tampa e o frasco, o que exigia cola quente para evitar a rotação. Queremos construir mais alguns destes e esperamos que o design evolua ainda mais com o tempo. Sinta-se à vontade para usar os arquivos anexados como ponto de partida para o seu projeto.

Etapa 5: Montagem

A montagem desta lâmpada foi a seguinte:

1. Limpe todas as partes e peças, o frasco, a tampa e as contas.
2. Insira algumas camadas no fundo do frasco para obscurecer a parte superior do tubo.
3. Insira o tubo com as matrizes de LED fixadas e conectadas.
4. Deixe vários centímetros de comprimento extra do fio fora da boca do jarro para conexão posterior.
5. Adicione cuidadosamente as contas de vidro conforme desejado.
6. Nós temporariamente conectamos o conjunto de LEDs para que minha filha pudesse ver o efeito enquanto ela adicionava contas.
7. Quando estiver cheio, faça um orifício na tampa e adicione um anel isolante de borracha para proteger a fiação de quaisquer arestas vivas.
8. Monte os componentes elétricos na base.
9. Monte a tampa e conecte à base.
10. Cole ou prenda a tampa e a base para que o frasco não gire ou seja puxado. No nosso caso, a tampa / anel da jarra prendia a base à jarra de vidro e, em seguida, cola quente era usada para evitar a rotação.
11. Conecte a fiação do LED ao circuito, dois fios por faixa / string / matriz de LED.
12. Instale a tampa.

Esta lâmpada é decorativa, personalizada e tem sido uma boa experiência de aprendizado para minha filha. Ela aprendeu sobre circuito, soldagem, paciência e atenção aos detalhes. Prevejo que essa experiência será tão memorável quanto minha primeira lata de refrigerante na 7ª série.