Отличный корпус для самоделок, или оцениваем пульсацию светодиодных ламп

Несколько устройств, собранных на макетках, после первоначального кайфа (вау! оно даже работает!) пылятся на дальней полке в кладовке. Потому что пользоваться даже супер полезным устройством, из которого свисают провода, периодически отваливающиеся при неудачном взятии его в руки, батарейка держится на изоленте (пусть даже синей), невозможно. Поэтому основой любого DIY-устройства должен быть корпус — удобный и красивый. И, собственно говоря, описанное устройство появилось только потому, что у меня такой корпус есть!


Изначально девайс представлял из себя некий полуфабрикат для изготовления повербанка. Из серии — просто добавь 2 аккумулятора 18650, и готово. На деле реальные технические характеристики этого поделия оказались настолько плохи, что вся электронная начинка была тут же выброшена. Но корпус — просто находка для самоделок с батарейным питанием. Вместо второй батареи устанавливается необходимая электроника, плюс остается место в отсеке, где раньше был зарядный модуль. Качество литья, пластика вполне приличное. Единственный недостаток — это цвет крышки. При том, что сама коробочка может поставляться в шести разных цветах, цвет крышки — всегда белый. Сумрачный китайский маркетинг, да…

Изначально идея была навеяна одним из комментариев к статье об оценке пульсации светодиодных ламп при помощи солнечной панели и бумбокса с линейным входом.

Если кратко, то основное решение состоит в том, чтобы преобразовать флуктуации яркости источника освещения (которые человеческий глаз не видит в силу свой инертности) в звуковые колебания. Ну а тут уж в дело вступает человеческое ухо со сравнительно огромным диапазоном от 20 до 20000 Нz и у нас появляется возможность приближенно оценить два параметра источника освещения — частоту изменений яркости (по частоте основного звукового тона) и интенсивность (коэффициент мерцания) — по общей интенсивности (громкости) звука.

Поскольку подобного бумбокса (или другого переносного девайса, имеющего линейный звуковой вход), у меня не оказалось, необходимо было реализовать функции преобразования световых импульсов в звуковой сигнал своими силами.

Изначально не планировал делать этот обзор, поэтому фотографий полного процесса изготовления не будет, а в фотосессии будет участвовать резервная коробочка черного цвета.
Что нам понадобится?

Солнечная панель.
Панель подбиралась исходя из соответствия размеров имеющемуся корпусу. Особых требований по уровням выдаваемых напряжения и тока здесь нет, поскольку мы используем панель не для получения энергии, а как быстрый датчик уровня освещенности. Поэтому подходит самая дешевая, например вот такая на 5В и 70mA. Выглядит невзрачно, потому что не снял защитную пленку.

Звуковой усилитель. Это, конечно, знаменитый PAM8403. Напряжение питания от 2.5 В, что вполне позволяет запитать его напрямую от литиевой батареи. Остальных характеристик, в том числе по выдаваемой мощности, вполне хватает для наших целей — мы же не музыку собрались слушать. Ссылку не привожу, потому что подобными платками Али просто завален. Кстати говоря, на входах усилителя уже установлены конденсаторы, и заморачиваться с отдельным конденсатором для отсечения постоянной составляющей на выходе солнечной панели не нужно.

Малогабаритный динамик.
Выбирал самый дешевый из тех, которые используются в мобильной технике, опять же исходя из габаритов корпуса. Нам подходит, например, мощностью 1Вт (а может 0.5Вт) и размерами 20x10x4мм. Стерео звук не нужен, достаточно будет и одного.


Итак, первый этап. Готовим корпус повербанка к размещению наших деталей.
Удаляем зарядный модуль. Оставляем на своем месте контактную панель плюсового вывода, хвостик пружинки минусового вывода обрезаем под нужную длину, чтобы он не мешал установке деталей в освободившемся отсеке под вторую батарейку. Удаляем ненужные перемычки на крышке коробочки. Удобнее всего это сделать кусачками и затем при необходимости подчистить скальпелем.

Остаются два отверстия в торцевой части корпуса, где раньше были разъемы USB. В принципе, можно их оставить как есть, но для красоты лучше бы закрыть. Под размеры разъема USB А (большего) почти точно подходит вот этот выключатель размерами 10х15мм, надо увеличить высоту отверстия буквально на несколько миллиметров. Тем более, выключатель нам все равно понадобится — не будем же мы обесточивать устройство выниманием батарейки!

В меньшем отверстии под micro USB разместим индикатор (простой красный светодиод). При нижеописанной технологии подойдет любой светодиод, лишь бы в принципе помещался в отверстие.
Светодиод помещаем в отверстие так, чтобы его верхняя грань была заподлицо с поверхностью корпуса, прихватываем капелькой суперклея. Затем заклеиваем все отверстие скотчем с наружной стороны (с нахлестом), а с внутренней стороны заливаем смолой с UV-отверждением. Оказалась отличная вещь, гораздо удобнее двухкомпонентных эпоксидных смол. От UV-фонарика (Convoy S2+) полимеризуется буквально за десяток секунд. Если нет фонарика, можно просто выставить на солнечный свет минут на 30-50. После затвердевания скотч отрываем. В результате имеем аккуратный индикатор, с почти заводским видом.
Если не хочется возиться со светодиодом, отверстие можно просто залить смолой по этой же технологии, либо вообще оставить как есть.


Припаиваем провода к солнечной панели. Чтобы панель лежала на поверхности коробочки ровно и без щели, замеряем получившееся расстояние между каплями припоями и просверливаем два отверстия диаметром 3-3.5мм в верхней крышке коробочки, чтобы места пайки проводов к панели (вместе с припоем на этом месте и проводами) провалились в эти отверстия. Если все получилось хорошо, приклеиваем панель к верхней крышке (я приклеивал силиконовым герметиком, подойдет любой не очень жидкий клей).
Приклеиваем динамик изнутри на боковую сторону, не забыв предварительно насверлить отверстий диаметром 0.8-1мм напротив диффузора динамика. Я старался, но получилось так себе.

Остальные действия элементарны. Собираем схему:
— выход панели — на вход усилителя (любой — правый или левый);
— выводы батарейного отсека к усилителю и светодиоду (не забываем плюсовой провод от батареи пропустить через выключатель, а светодиод включить через дополнительный резистор 1к);
— выход усилителя — на динамик (выход должен соответствовать входу — если подключали к левому входу усилителя, то и выход надо брать с выхода левого канала).

Конечно, можно было бы и поаккуратнее все внутри уложить, но под крышкой не видно.
Вставляем батарею, щелкаем выключателем — работает!

Ну и некоторые результаты измерений. Для обзора звук от коробочки записывал на диктофон мобильника и дальше обрабатывал на ПК. Понятно, что это не настоящие измерения в метрологическом отношении, но некоторую оценку получить можно.

Хорошие светодиодные лампы (например, Philips) практически не дают пульсаций. Прибор просто молчит.

А вот спектр пульсаций плохой китайской лампы (из-за синюшного оттенка попала в ссылку в кладовку. Как оказалось, и с пульсациями у нее плохо):

Есть пульсации, в основном в полосе 693-1000Нz, и громкость говорит о том, что их уровень достаточно большой.

Спектр подсветки монитора HP Compaq LA2450wg с уровнем яркости меньше 98. Очевидно, что в схеме подсветки работает ШИМ с частотой примерно 400-600 Hz. Интересно, что на максимальной яркости ШИМ отключается, и пульсации исчезают полностью. На мониторе Eizo Flexscan EV2450, который т.н. flicker-free, пульсаций нет при любом уровне яркости.

Люминесцентная лампа. Основная частота пульсаций находится в диапазоне до 100Hz, т.е. глаз их видит. Так что разговоры о вредности таких ламп для зрения не лишены оснований.


Для лампы накаливания пульсации ожидаемо не фиксируются (спираль имеет большую тепловую инерцию).

Таким образом, устройство при общей стоимости до $5 вполне выполняет свои функции и может быть использовано для экспресс-оценки качества светодиодных ламп и схем подcветки мониторов/телевизоров. А возвращаясь к главной теме обзора, рассмотренный корпус при цене около $1 является отличным выбором для самоделок с батарейным питанием.

P.S. Исходные звуковые файлы выкладывать не стал. Если будет интерес со стороны читателей, могу выложить архив с записями куда-нибудь в облако.