«Водяная» мигалка

«Водоплавающую» игрушку можно сделать более интересной, если при опускании её в воду она будет из­нутри подсвечиваться разноцветными вспышками света. Для этого ее надо снабдить мигалкой, описание которой приводится в этой статье. Сделать мигалку с малыми затратами можно, если в качестве её основы применить светодиодный газонный светильник. Типичный состав такого светильника: солнечная батарея, аккумулятор и по­вышающий преобразователь напряже­ния для питания светодиода. Очень часто преобразователь построен на ос­нове микросхемы YХ8018.

Наиболее подходящим оказался малогабаритный светильник в корпусе в виде шестигранной призмы (рис. 1). Его особенность — применение мало­габаритного Ni-MH дискового аккуму­лятора ёмкостью 40 мА·ч. Размеры пла­ты (рис. 2), на которой размещены все элементы, кроме солнечной батареи, — 15×30 мм, что позволяет встроить её в корпус небольшого размера.

Рис. 1

Рис. 2

Схема доработанного преобразова­теля напряжения показана на рис. 3. Проволочные выводы солнечной бата­реи отпаивают, затем выпаивают движ­ковый выключатель питания. При необ­ходимости плату укорачивают, обрезав ее по красной линии (см. рис. 2). Плю­совой контакт держателя аккумулятора соединяют с выводом 4 микросхемы. Штатный светодиод удаляют, а для уве­личения выходной мощности преобра­зователя штатный дроссель заменяют самодельным. Он намотан проводом ПЭВ-2 0,4 (10 витков) на кольцевом ферритовом магнитопроводе диамет­ром 6…9 мм от трансформатора элек­тронного балласта компактной люми­несцентной лампы. Выходные импуль­сы преобразователя выпрямляет диод VD2, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С1. Напряжение на конденсаторе С1 питает мигающий двухцветный светодиод НL1.

Рис. 3

В устройстве применена одна из особенностей микросхемы YХ8018 — наличие входа управления СЕ (вывод 3), с помощью которого можно включать и выключать преобразователь. Экспери­мент показал, что если этот вход никуда не подключён, на нём присутствует напряжение, близкое к напряжению пи­тания, которое поступает через какой-то встроенный элемент. В таком состоя­нии преобразователь включён. Но если между этим выводом и минусовой линией питания установить резистор сопротивлением 150…200 к0м и ме­нее, напряжение на входе СЕ станет меньше порогового и преобразователь выключится, а значит, светодиод пере­станет мигать. Для плавной установки чувствительности установлен построечный резистор R1.

Чувствительным элементом, кото­рый реагирует на водную среду, являет­ся сенсорный элемент Е1. В «сухом» со­стоянии сопротивление между его кон­тактами велико и напряжения на рези­сторе R1 недостаточно для включения преобразователя. После попадания в воду это сопротивление уменьшается и преобразователь включается — свето­диод НL1 мигает.

Устройство потребует герметиза­ции, и после неё доступ к аккумулятору будет невозможен, но его необходимо периодически заряжать. Сделать это можно через контакты датчика Е1, по­добно тому как заряжается аккумулятор от солнечной батареи светильника. Ми­нусовый вывод зарядного устройства (ЗУ) подключают к контакту 2 датчика Е1, плюсовой — к контакту 1. В этом случае ток зарядки протекает через встроенный в микросхему между вхо­дом СЕ и минусовым выводом питания диод (катодом — ко входу СЕ). Диод VD1 защищает микросхему от непра­вильной полярности при подключении зарядного устройства.

Рекомендуемый режим зарядки применённого аккумулятора указан на его корпусе: ток — 4 мА, время — 14 ч. Поэтому самый простой вариант зарядки — применение стабилизиро­ванного источника питания (U_n), напри­мер, ЗУ сотового телефона с выходным напряжением 5 В, которое подключают к контактам датчика Е1 через токоогра­ничивающий резистор и светодиод (рис. 4). Поскольку на заряженном аккумуляторе (1,4…1,42 В) и последо­вательно включенном встроенном диоде (0,6…0,7 В) будет суммарное напряжение U_c = 2…2,1 В, сопротивле­ние этого резистора определяют по формуле  R1=(U_n-U_c-U_HL1 )/4, где U_n, U_c и U_HL1 (напряжение на светодиоде) — в вольтах, R1 — в килоомах. Светодиод должен быть красного цвета свечения, и он индицирует протекание зарядного тока, но не степень зарядки аккумуля­тора, поэтому её надо проводить по времени.

Рис. 4

Поскольку это время может быть разным в зависимости от степени раз­рядки аккумулятора, ЗУ можно усложнить, дополнив его индикатором окон­чания зарядки (рис. 5) на микросхеме DА1 и светодиоде НL2. В процессе зарядки будет постоянно включён све­тодиод НL1, а по её окончании дополни­тельно включится светодиод НL2.

Рис. 5

Схему ЗУ можно упростить, исклю­чив резистор R2, светодиод НL2 и со­единив вывод 3 микросхемы с катодом светодиода HL1. В этом случае после достижения номинального напряжения на аккумуляторе ток через микросхему увеличится, а зарядный ток уменьшит­ся. При этом уменьшится яркость све­тодиода HL1. В этом варианте труднее определить момент окончания зарядки, но перезарядка исключена.

Был изготовлен макет устройства в прозрачном корпусе-контейнере (рис. 6). Чтобы поверхность была матовой, корпус изнутри можно зачис­тить наждачной бумагой с мелким зер­ном или покрасить тонким слоем полупрозрачной белой краски из баллончика. Матовая поверхность лучше рассеивает свет. Датчик размещён на пластмассовой непрозрачной крышке корпу­са. Конструкцию датчика дополнитель­но поясняет рис. 7. Контакты 2 изго­товлены из металлических никелиро­ванных канцелярских скрепок, чтобы е воде не окислялись. Они вставлены через отверстия в крышке 1. Предва­рительно к ним аккуратно и с тепло­отводом, чтобы не расплавилась крыш­ка, припаивают гибкие монтажные про­вода. Затем приклеивают ферритовый прямоугольный магнит 3, выводы кон­тактов 2 слегка загибают, чтобы они не соприкасались с магнитом (он может иметь некоторую проводимость). Маг­нит нужен для того, чтобы мигалка на­дёжно фиксировалась на специальной площадке ЗУ, кроме того, он использу­ется как балласт. Габаритные размеры магнита — 2x5x15 мм, он извлечён из линейного двигателя запоминающего устройства ZIP. Магнит легко ломается, поэтому нетрудно сделать отрезок под­ходящего размера. Затем магнит и кон­такты покрывают слоем силиконового герметика. Надо подождать день-другой, чтобы герметик полностью высох. В жидком состоянии он может проводить ток, поэтому мигалка может включить­ся.

Рис. 6

Рис. 7

Основа контактной площадки ЗУ — плата (рис. 8) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Конструкцию площадки поясняет рис. 9. Корпус светильника тоже пригодился — из него сделан кор­пус ЗУ Для этого солнечную батарею удаляют, надеюсь, что радиолюбители найдут применение и для неё. Взамен неё устанавливают плату 4, к её метал­лизированным и облуженным контакт­ным площадкам 1 через отверстия 2 припаяны гибкие монтажные провода 6. Для надёжной фиксации мигалки на ЗУ с нижней стороны платы приклеен маг­нит 5, он должен быть расположен так, чтобы притягивался к магниту, установ­ленному в мигалке.

Рис. 8

Чтобы не перепутать полярность зарядного тока, между контактами пло­щадки зарядного устройства и между контактами сенсорного датчика (с помощью водостойкого клея) приклее­ны отрезки текстолита размерами при­мерно 0,5x4x7 мм (позиция 3 на рис. 9 и позиция 4 на рис. 7). Мигалку разме­щают на контактной площадке ЗУ так, чтобы отрезки текстолита были на одном уровне. Внешний вид ЗУ показан на рис. 10, а расположение на нём мигалки — на рис. 11.

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

В мигалке применён малогабаритный оксидный конденсатор, диоды могут быть любые маломощные импульсные. Мигающие светодиоды — любые двух­цветные или трёхцветные (например, LЕD2-501313RGВС-В) с номинальным напряжением питания 3…5 В. При раз­рядке аккумулятора сначала переста­нет вспыхивать светодиод синего цвета.

Все элементы установлены на плате с помощью навесного монтажа. После проверки и налаживания устройства всю плату (вместе с аккумулятором и светодиодом) с целью герметизации покрывают тонким слоем прозрачного силиконового герметика. Все узлы ми­галки соединяют, и после проверки её собирают, смазывая герметиком стык между корпусом и крышкой.

Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в дежурном режиме, не превышает нескольких десятков микро­ампер. При включении преобразовате­ля он увеличивается до нескольких де­сятков миллиампер. При использовании ЗУ, схема которого показана на рис. 5, на её корпусе и на мигалке нет необхо­димости устанавливать отрезки тексто­лита. При подключении ЗУ к источнику питания будет включён светодиод HL2, а НL1 будет светиться очень слабо. Если мигалку установить на ЗУ при раз­ряженном аккумуляторе, светодиод HL2 погаснет, а НL станет светить с максимальной яркостью. При непра­вильной установке на ЗУ светодиод в мигалке станет вспыхивать.

В ЗУ применены постоянные резис­торы МЛТ, С2-23, подстроечный — СПЗ-19, светодиод НL1 — любой мало­мощный красного цвета свечения, НL2 — зелёного цвета. Для светодио­дов в корпусе делают отверстия. Мон­таж ведут навесным методом, исполь­зуя выводы светодиодов как опорные точки. Налаживание ЗУ проводят до герметизации устройства. Полностью заряженный аккумулятор устанавли­вают в держатель и подключают ЗУ. Движок подстроечного резистора сна­чала устанавливают в крайнее правое по схеме положение и затем, плавно его вращая, добиваются включения светодиода НL2.

Автор: И. Нечаев, г. Москва
Источник: Радио №8/2016