Твой первый квадрокоптер: теория и практика

Как следует из табл. 6.1, разброс падений напряжения может быть довольно существенным даже внутри одной цветовой группы, особенно для популярных синих светодиодов. Разброс напряжений между цветовыми группами еще больше. Поэтому если нет возможности получить точные данные из спецификации конкретной марки светодиодов, то лучше измерить падение напряжения самостоятельно, чтобы рассчитать схему наиболее точно и использовать светодиоды более эффективно.

Рабочий ток светодиодов зависит от паспортной мощности, и здесь желательно все же использовать паспортные данные, хотя бы для аналогичных светодиодов. Можно измерить рабочий ток и напряжение ваших светодиодов при помощи простейшей схемы, состоящей из переменного резистора номиналом 680 Ом, миллиамперметра и вольтметра (рис. 6.7).

Рис. 6.7.Измерение параметров светодиода

Вместо двух измерительных приборов можно использовать один мультиметр, поочередно включая его в разрыв цепи для контроля тока и параллельно светодиоду для измерения напряжения. Установите движок переменного резистора в положение максимального сопротивления (по нашей схеме — вправо) и подайте питание.

Постепенно уменьшая сопротивление, следите за напряжением на светодиоде. Сначала оно будет нарастать пропорционально углу поворота резистора, а светодиод будет светиться все ярче. Но в какой-то момент напряжение почти перестанет нарастать при уменьшении сопротивления. Это будет означать, что светодиод вошел в рабочий режим. Верните движок переменного резистора на 1–2 градуса обратно.

Напряжение на светодиоде будет соответствовать предельному рабочему напряжению светодиода, а ток в цепи — предельному рабочему току. Для постоянной эксплуатации эти значения желательно уменьшить на 10 %, чтобы продлить срок службы светодиодов.

Для обычных массовых светодиодов с линзой диаметром 5 мм и белым или синим цветом свечения рабочим напряжением принято считать 3 В, а рабочий ток — порядка 12–15 мА. Для красных светодиодов аналогичной мощности рабочим напряжением считается 2 В при том же токе. Таким образом, номинал токоограничительного резистора в цепи будет зависеть от цвета применяемых светодиодов.

Итак, рассчитаем номинал гасящего резистора для линейки из последовательно включенных светодиодов (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Линейка последовательно включенных светодиодов

На готовых светодиодных лентах может применяться отдельный резистор для каждого светодиода или пары светодиодов, но в самодельной подсветке мы используем один резистор для линейки из 3–4 светодиодов, так проще. Напряжение максимально заряженной литий-ионной батареи может достигать 4,2∙3 = 12,6 В. Но это напряжение под нагрузкой быстро снижается до рабочего 3,72∙3 = 11,16 В, поэтому при расчетах мы будем использовать усредненное значение 12 В.

Если взять светодиоды с падением напряжения ровно 3 В, то можно соединить последовательно 4 светодиода и вообще не использовать гасящий резистор. Но это не самое удачное решение, т. к. при случайном превышении напряжения питания ничем не ограниченный ток через светодиоды может нарастать нелинейно, что выведет из строя либо сами светодиоды, либо ключевой транзистор.

Допустим, у нас есть синие светодиоды с рабочим падением напряжения 3,25 В и рабочим током 18 мА. На трех последовательно соединенных диодах падает напряжение 3,25∙3=9,75 В. Следовательно, на резисторе должно падать напряжение 12 — 9,75 = 2,25 В. По закону Ома

R = U/I,

следовательно, R = 12/18∙10^-3 ~= 670 Ом. Для светодиодов другого цвета или с другим рабочим током расчет сопротивления надо повторить.

Окончательная схема коммутатора, управляющего несколькими линейками светодиодов, показана на рис. 6.9.

Рис. 6.9.Схема коммутатора для управления светодиодами

Количество линеек зависит от конструкции вашей подсветки. Разумеется, при использовании готовых светодиодных полос они просто подключаются вместо линеек, без гасящих резисторов. Ключевой транзистор может быть любым подходящим по суммарному рабочему току. При использовании мощных светодиодов рекомендуется применять полевые MOSFET-транзисторы, управляемые логическим уровнем TTL на затворе, с низким внутренним сопротивлением, чтобы избежать их нагрева и потерь энергии. Например, можно использовать применяемые в материнских платах компьютеров ключевые TV-канальные транзисторы SSM9915H (АР9915Н) или IRL3803. Для управления маломощными светодиодами можно применить обычный биполярный n-р-n-транзистор, например С945.

Теперь внесем необходимые изменения в исходный код прошивки. Найдите и раскомментируйте следующие строки:

#define LED_FLASHER

#define LED_FLASHER_DDR DDRB

#define LED_FLASHER_PORT PORTB

#define LED_FLASHER_BIT PORTB4