Схема фонаря показана на рисунке. На полевом транзисторе VT1, дросселе L1, диоде VD1 и конденсаторе С4 собран повышающий преобразователь, управляющие импульсы для которого вырабатывает микроконтроллер DD1. С подвижного контакта подстроенного резистора R1 снимают и подают на вход АЦП микроконтроллера часть напряжении питания для его контроля. Кнопкой SB1 включают фонарь и регулируют яркость его свечения. Пять светодиодов EL1—EL5 включены последовательно. Чтобы открыть их, напряжения 3.7 В, поступающего через диод VD1, когда преобразователь не работает (микроконтроллер DD1 находится в спящем режиме), для этого явно недостаточно, поэтому отключение светодиодов от источника питания не предусмотрено.
Если нет ограничений по габаритам платы, вместо микроконтроллера ATtiny13A-SU можно установить ATtiny13A-PU, а примененный в оригинале малогабаритный дроссель LQH43CN221K типоразмера 1812 для поверхностного монтажа заменим на RLB0712 с проволочными выводами. Его индуктивность может находиться в пределах 100…220 мкГн. Вместо диода MBR0540 подойдёт отечественный КД212А, а вместо полевого транзистора BSS13LT1G – 2N7002 или IRLR2905.
Программа микроконтроллера обеспечивает регулирование яркости свечения светодиодов, быстрое и отложенное автоматическое выключение фонаря, индикацию недопустимого понижения питающего напряжения. Таймер Т0 генерирует управляющие импульсы в режиме быстрой ШИМ. К неинвертирующему входу встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора подключён внутренний источник образцового напряжения, а на его инвертирующий вход контролируемое напряжение поступает с входа ADCЗ через входной коммутатор АЦП. Состояние выхода компаратора программа микроконтроллера определяет, читая разряд АСО регистра ACSR. Если АСО=0, то напряжение питания в норме. При АСО=1 оно ниже допустимого, регулирование яркости запрещено, через 15 с микроконтроллер перейдет в режим «сна».
Таймеры выключения фонаря реализованы программно и представляют собой трёх- и четырех-байтовые счётчики. декрементируемые по прерываниям от таймера Т0. Исходное число в счётчике равно требуемой задержке выключения в секундах, умноженной на 37500, — частоту следования управляющих импульсов в горцах. Один таймер служит для быстрого выключения фонаря и работает только при минимальной яркости светодиодов. Его выдержка — 15 с, по истечении которой программа выключает светодиоды, а микроконтроллер переводит в режим POWER DOWN с минимальным потреблением энергии. Другой таймер работает с момента включения фонаря и выключает его по истечении 10 мин. Это предупреждает преждевременную разрядку питающей батареи, если фонарь не выключили вовремя.
При нажатии на кнопку SB1 выключенного фонаря микроконтроллер выходит из «спящего» состояния и программа включает светодиоды с минимальной яркостью. Нажатиями на кнопку можно повысить яркость до необходимой. Предусмотрено семь её градаций. Достигнув максимума, яркость скачком уменьшается до минимальной и процесс повторяется. По мере разрядки источника питания его напряжение понижается, соответственно уменьшается яркость свечения фонаря. В тот момент, когда напряжение станет меньше порога срабатывания компаратора, яркость скачком понизится до минимальной, а через 15 с фонарь выключится. Однако за это время можно нажатиями на кнопку установить уровень яркости, меньший того, при котором произошел «сброс». Вследствие уменьшения нагрузки питающее напряжение вновь станет больше порога срабатывания компаратора и фонарь сможет проработать ещё некоторое время.
В прилагаемом к статье файле FONAR-2M.asm находится исходный текст программы на языке ассемблера. Имеющееся в его начале определение
#define Li_Ion
означает, что программа предназначена для микроконтроллера фонаря, питающегося от литий-ионного аккумулятора с номинальным напряжением 3,7 В. Если закомментроаать это определение, поставив перед ним точку с запятой, то в программе изменятся значения некоторых констант и она станет пригодной для фонаря, питающегося от батареи из двух гальванических элементов с общим напряжением 3 В. Чтобы избавить читателя от лишних хлопот, к статье приложены результаты трансляции обоих вариантов программы: FONAR-2M.hex и FONAR_2M_3V.hex соответственно. Конфигурацию микроконтроллера в обоих случаях программируют согласно таблице.
В схеме повышающего преобразователя имеется “подводный камень—, приводящий к неприятным последствиям. Нарушение работы формирователя импульсов (ШИ-модулятора в микроконтроллере) приводит к выгоранию транзистора VT1. повреждается и дроссель L1. Поэтому первое включение преобразователя рекомендуется производить без транзистора VT1, контролируя наличие импульсов на выводе РВО микроконтроллера осциллографом. Далее следует установить транзистор и отрегулировать подстроечным резистором R1 напряжение срабатывания защиты от чрезмерной разрядки питающего фонарь элемента или их батареи.
При применении литиевого аккумулятора LIR18650 или аналогичного с номинальным напряжением 3,7 В его минимально допустимое напряжение — около 2,75 В. Именно такое напряжение нужно подать на выводы питания фонаря от лабораторного источника или, например, от двух частично разряженных гальванических элементов. Предварительно движок подстроечного резистора R1 следует установить в верхнее по схеме положение. Включив питание, перемещайте движок в обратном направлении, проверяя нажатиями на кнопку SB1 возможность изменения яркости. Когда оно станет невозможным, регулировка закончена. Это должно произойти при напряжении между движком и нижним по схеме выводом подстроечного резистора около 1,1 В.
Регулировку фонаря, предназначенного для питания от гальванической батареи, с загруженными в программную память кодами из файла FОNАR_ 2М_3V.hех производят аналогично. Но во время его регулировки напряжение питания должно быть 2…2,2 В. Понятно, что в этом случае защищается не батарея, а само устройство от непредсказуемых действий микроконтроллера при дальнейшем снижении напряжения питания.
Коэффициент полезного действия преобразователя — не менее 75 %, потребляемый ток при максимальной яркости свечения светодиодов — 150 мА, ток через светодиоды — не более 30 мА. В «спящем» режиме фонарь потребляет ток 8 мкА, причём его основной потребитель — подстроечный резистор R1.
Автор: Н. САЛИМОВ, г. Ревда Свердловской обл.
