Ночное освещение для радиоуправляемого вертолета

Прибор HeliStrobe устанавливается на радиоуправляемую модель вертолета и контролирует работу осветительных элементов, установленных по бокам модели.

Осветительными элементами являются яркие светодиоды, направленные на ротор и корпус модели. Управляемая микропроцессором последовательность вспышек дает ощущение застывшей фигуры, образуемой ротором. Форма фигуры выбирается из 15 различных вариантов. Модель, освещенная с боков ярким светом, выглядит ночью так же, как и в дневное время. Изменение цвета подсветки изменяет цвет модели.


Обзор

Инструкция

Принципиальная схема


Видео:


HeliStrobe демонстрация.






Ночное освещение радиоуправляемого вертолета, обзор


Большая часть предлагаемых решений для ночного освещения модели обеспечивает ее контурное освещение. Контурное освещение обеспечивается встраиваемыми светодиодами и излучающими свет полосками. Прибор HeliStrobe предназначен для внешнего освещения модели вертолета. Это означает, что осветительные элементы устанавливаются так, что излучаемый свет отражался от корпуса и вращающегося ротора. Когда корпус модели освещен снаружи, то ночью модель выглядит так же, как и в дневное время. Что бы освещение корпуса вертолета было более четким осветительные элементы отодвигаются от корпуса в стороны при помощи мачт. Прибор HeliStrobe синхронизирует мигание осветительных элементов с вращением ротора, поэтому ротор вертолета выглядит как застывшая фигура. Форма освещаемой фигуры выбирается из нескольких заранее заданных вариантов. Лопасти несущего ротора должны быть обязательно белого цвета.

Выбор светодиодов

В качестве осветительных элементов используются яркие светодиоды. Рекомендуемая суммарная мощность диодов – не менее 10 Ватт. Использование светодиодов различных цветов изменяет цвет свечения ротора и корпуса модели. Можно использовать готовые блоки светодиодов, рассчитанные на фиксированное напряжение. Однако некоторые из таких блоков светят слишком тускло, несмотря на то, что в них используются достаточно мощные диоды.

Поскольку питание диодов от прибора HeliStrobe является импульсным, то допустимо увеличить проходящий через них ток. Для увеличения тока можно использовать питание от батареи с большим напряжением, нежели было указано на светодиодных элементах. Например, секцию светодиодов, рассчитанную на 12 В можно питать от батареи из 4 секций Li-Po аккумуляторов (15-17В). Для прибора HeliStrobe допустимое напряжение питания – 7-20В. В большинстве случаев на осветительных элементах со светодиодами установленные сопротивления можно заменить. Например, на таких лентах установленные сопротивления можно заменить на нулевые:


Эти ленты рассчитаны на продолжительную работу при напряжении 12В, но их свечение будет на много ярче, если их питать от аккумулятора из трех секций LiPo батарей, а сопротивление заменить на нулевое. Нулевое сопротивление можно устанавливать для цветов: белый, голубой, синий, зеленый. Элементы кранного цвета без сопротивления быстро сгорают. Для подключения светодиодов использую провода с суммарной площадью сечения жил 0,25 мм2. Такие провода вполне выдерживают проходящий ток и частично заменяют собою отсутствующие сопротивления (использование более толстых проводов считаю не целесообразным). При полностью заряженной батарее проходящий через отдельные диоды ток может достигать 100мА. Из-за высокого тока у меня в среднем через десять полетов сгорало по одному диоду из ста, что я считаю вполне приемлимым. А после того, как в сборке сгорели и были заменены около десяти наиболее слабых диодов, они сгорать перестали.
Некоторые мощные светодиоды требуют дополнительного охлаждения. Такие светодиоды можно плотно прижимать к металлическим деталям шасси, которые будут рассеивать тепло. Для лучшей теплоотдачи надо смазывать соединение теплопроводящей мазью или специальным клеем или использовать теплопроводные прокладки.


О подключении мощных светодиодов через сопротивление рассказано в инструкции прибора. Приобретать светодиоды выгоднее в специализированных магазинах радиодеталей.

Некоторые производители светодиодов:
http://www.philipslumileds.com/products/luxeon
http://www.acriche.com/en
http://www.osram-os.com/osram_os/EN
http://www.everlight.com
http://www.edison-opto.com.tw
http://led-manufacturer.en.alibaba.com/

Наиболее удобным и дешевым решением оказалось использование панелей, состоящих из 48 диодов Flat Top диаметром 5 мм.


Размеры - 161x12x8 мм, вес - 17 г. Питание на диоды подается через одно общее сопротивление.


При питании от батареи 7,2-8,4В светодиоды подключаются следующим образом:
Белый – по два диода последовательно, сопротивление 0.2 Ом, импульсный ток 2.4А, электрическая мощность 18Вт.
Тепло-белый - по два диода последовательно, сопротивления нет, импульсный ток 2.4А, электрическая мощность 20Вт.
Фиолетовый - по два диода последовательно, сопротивление 0.47 Ом, импульсный ток 2.4А, электрическая мощность 17Вт.
Синий - по два диода последовательно, сопротивление 0.2 Ом, импульсный ток 2.4А, электрическая мощность 19Вт.
Зеленый - по два диода последовательно, сопротивление 0.2 Ом, импульсный ток 2.4А, электрическая мощность 19Вт.
Желтый - по три диода последовательно, сопротивление 1.2 Ом, импульсный ток 1.6А, электрическая мощность 10Вт.
Оранжевый - по три диода последовательно, сопротивление 1.0 Ом, импульсный ток 1.6А, электрическая мощность 10Вт.
Красный - по три диода последовательно, сопротивление 1.2 Ом, импульсный ток 1.6А, электрическая мощность 10Вт.
Визуально наиболее яркими являются цвета : белый, синий, зеленый. Ультрафиолетовые излучатели могут использоваться с флюрисцентными лопастями. На вертолеты 60-90 класса желательно устанавливать по две панели с каждой стороны. Для питания должна использоваться литиевая батарея из двух секций, емкостью не менее 1000 мА/ч. Не подключайте панели к батарее без прибора HeliStrobe, так как они быстро сгорят. В этих панелях на диоды подаются предельные значения тока и питание должно быть импульсным (это обеспечивает прибор HeliStrobe).

Усовершенствования

Для освещения несущего ротора вертолета сверху необходимо установить блок светодиодов над ним. Для установки осветительных элементов над несущим ротором вертолета провода питания пропущены сквозь полую ось. Снизу установлен щеточный коллектор. Использованы щетки от небольшого электродвигателя. Сверху установлен разъем для подключения LED. Установленные над ротором светодиоды питаются от одного из выходов прибора HeliStrobe (параллельное подключение к одному из боковых осветительных элементов).

Что бы видеть плоскость вращения винта в перевернутом состоянии можно так же использовать лопасти со встроенными светодиодами.

В демонстрационном видео клипе на некоторых примерах видно свечение и мигание деталей, обклеенных отражающей свет пленкой. Источник мигающего света был закреплен на видеокамере.



На одном из вертолетов в представленном клипе ротор освещается красно-зеленым символом "радиоактивности". Это сделано следующим образом: к левому каналу HeliStrobe подключены зеленые светодиоды слева и красные светодиоды справа. К правому каналу HeliStrobe подключены зеленые светодиоды справа и красные светодиоды слева. Так как в этой фигуре сигналы на левый и правый канал поступают поочередно, то получается двухцветная фигура.



История создания прибора HeliStrobe.

Первая версия прибора использовала для синхронизации с ротором оптический датчик. Освещаемая фигура соответствовала изображению на диске, закрепляемому на шестерне. Количество полосок на диске было кратно передаточному числу для хвостового ротора, поэтому хвостовой ротор так же выглядит застывшим.


Во второй версии прибора использовались ксеноновые лампы. Вспышка ксеноновой лампы очень короткая и лопасти выглядят словно застывшими на месте. Ксеноновые лампы требуют аккуратного обращения и высокого напряжения, по этому данная версия пока не производится.


В третьей версии ротор освещался разноцветными светодиодами. Светодиоды вращаются вместе с ротором. Питание для светодиодов вырабатывал трехфазный генератор тока, закрепленный на валу несущего ротора. Количество цветных лепестков на освещенном роторе равно половине количества магнитов в генераторе.


Микропроцессорный пробор является четвертой версией. Данная версия обладает малым весом и позволяет выбирать различные фигуры для освещения ротора.


Все описанные версии прибора запатентованы, но некоммерческое повторение схем частными лицами приветствуется.

Видео:




HeliStrobe V1.1, Инструкция


Устройство прибора

Прибор выполнен в одном корпусе с датчиком вращения ротора. Он требует установки под или над шестерней, зафиксированной на оси несущего ротора. В шестерню вклеивается магнит, на продвижение которого срабатывает датчик прибора. Расположение датчика на приборе отмечено красной меткой. Прибор должен быть обращен этой плоскостью к магниту. Зазор между магнитом и датчиком должен быть 2-4 мм. Для установки магнита в шестерне просверливается отверстие диаметром 4 мм. Перед фиксацией магнита клеем необходимо проверить, срабатывает ли на него датчик, если нет, то магнит надо перевернуть и вставить другим концом. Для сохранения баланса с противоположной стороны шестерни вклеивается металлический цилиндр, размеры которого идентичны магниту. Датчик и магнит должны совмещаться в тот момент, когда лопасти несущего винта ориентированы вдоль корпуса вертолета. После подбора точной позиции датчик фиксируется на раме вертолета при помощи двухсторонней клейкой ленты и хомута. Выходящие из прибора два провода питания красного (+) и черного (-) цвета подключаются к разъему питания или выключателю. Питание прибора возможно как от общей, так и от отдельной батареи. Напряжение питания может быть в интервале 7…25 вольт (от двух до шести секций литиевых аккумуляторов). При подключении соблюдайте полярность питания. Осветительные элементы подключаются к проводам обозначенным как “LEFT” и “RIGHT”. Белые провода - плюс питания, черные провода - минус питания. После включения произойдет короткое включение света, которое повториться через пять секунд. После второго включения прибор может работать. Включение освещения происходит только при вращении ротора. Для выбора иной фигуры освещения ротора выключите и вновь включите питание прибора. После первого включения света вручную поверните ротор три раза, это надо успеть сделать за пять секунд. После того, как освещение даст три короткие вспышки, можно выбрать фигуру освещения. Вращая ротор, вы выбираете желаемую фигуру, каждый совершенный оборот сопровождается коротким включением света. Количество оборотов может быть от нуля до четырнадцати. Если прекратите вращение, то через пять секунд последуют три коротких включения света и выбранная фигура будет установлена. Изображение всех фигур приводится ниже. Если хотите развернуть фигуру на 180 градусов, то поменяйте местами левый и правый осветительные элементы. Возможная длительность работы от одной батареи зависит от емкости батареи и мощности осветительных элементов. Максимальный ток нагрузки составляет 5А, при напряжении питания 20В это дает 100 Вт мощности на каждый из двух каналов освещения. Этой мощности достаточно, чтобы с каждой стороны установить по 2000 обычных светодиодов! Рекомендуем устанавливать сверх яркие светодиоды максимальной мощности, что бы суммарная мощность была 10…20 Вт.

Прибор HeliStrobe, вид со стороны датчика (этикетка находится на обратной стороне):


Схема установки прибора:

Изображения фигур, образуемых освещенным ротором. Нумерация фигур начата не с 1, а с 0, что соответствует количеству оборотов ротора, которые необходимо совершить для выбора фигуры:



Технические данные

Напряжение питания – 7…20В
Ток нагрузки – <5А
Потребляемый ток - 15 мА
Размеры - 34*12*4 мм
Длина проводов - 30 см
Вес - 15 г

Комплектация
Прибор HeliStrobe
Магнит
Противовес
Набор сопротивлений (1; 2.2; 4.7 Ом по 2 шт.)
(резистор 1 Ом начинается коричневой чертой; 2,2 Ом - красной; 4,7 Ом - желтой)

Подбор и установка осветительных элементов

Применяются светодиодные осветительные элементы высокой яркости, например, LuxeonTM или Z-Power. Могут быть использованы элементы любых цветов. Рекомендуемая суммарная мощность элементов – не менее 10 Вт. Используйте элементы, расчитанные на фиксированное напряжение, например - 12 В (для питания применим литиевый аккумулятор из трех секций). Иначе, светодиодные элементы необходимо подключать через сопротивление. Для определения номинала требуемого резистора необходимо узнать максимальные значения напряжения и тока для выбранных осветительных элементов. Если несколько одинаковых элементов подключаются последовательно, то их напряжения суммируются, а если параллельно - то суммируются токи. Далее надо определить разницу напряжений между батареей и осветительным элементом:
Vr=Vbat-Vled
Теперь определяем минимальную величинусопротивления
R=Vr/I
Теперь определяем минимальную мощность сопротивления:
P=Vr*I
Помните, что максимальное напряжение батареи выше номинального. Так полностью заряженная литиевая батарея из двух секций дает не 7,4 В, а 8,4 В.

Пример расчета осветительного элемента:
батарея литиевая 8,4В
Светодиод Luxeon Sar , 3,42В, 700мА
Подключение – последовательно два элемента, V=3,42+3,42=6,84
Vr=8,4-6,84=1,56
R=1,56/0,7=2,2
P=1,1
Поскольку светодиоды работают в импульсном режиме, то полученные значения можно округлить в меньшую сторону: потребуется сопротивление номиналом 2 Ома и мощностью 1Вт. Данная схема потребляет 0,7 А, это значит, что можно подключить параллельно семь таких схем на каждую сторону, что в сумме даст мощность 70Вт. Свет таких элементов будет сильнее, чем дает автомобильная фара.

Примеры схем подключения:


Осветительные элементы могут быть закреплены на стойках шасси, при этом хорошо освещается плоскость ротора и частично освещается корпус. Для лучшего освещения корпуса осветительные элементы могут быть установлены на сойке, выдвинутой в сторону от корпуса. Для изготовления стойки необходимо взять карбоновую трубку длиной 1 м и внешним диаметром 1 см, толщина стенок 0,5-1 мм. Трубка меньшего диаметра может сильно вибрировать. Центр трубки закрепляется на раме вертолета, а на концах устанавливаются осветительные элементы, ориентированные на несущий ротор и корпус модели.


Принципиальная схема прибора:


Компановка печатныой платы:

Прошивка микроконтроллера

Алексей Зайцевский, 2008, http://www.myresearch.lt