Эта статья является своего рода компиляцией из одной статьи со старого блога и черновика с продолжением темы, которое до сего момента нигде не публиковалось.
Поскольку оба источника материалов напрямую связаны друг с другом, то имеет смысл переработать их в одну общую, совершенно новую статью.
Итак…
Когда-то кабинет у меня дома претерпел значительные изменения. Он превратился в мастерскую-лабораторию, где происходят работы над проектами, требующими порядка и чистоты. Особенно это касается задач, связанных с электроникой. Гаражная мастерская для таких целей подходит плохо. Циркулярная пила, шлифмашинка, ЧПУ-фрезеры и прочие агрегаты, производящие во время работы тонны пыли и стружки, — не лучшие соседи для полупроводников и микросхем.
Одним из ключевых факторов, обеспечивающих комфортную работу в мастерской-лаборатории, стало освещение. Для работы с электроникой, где важно видеть каждую деталь во всех подробностях, роль света сложно переоценить. Обычные комнатные светильники с этой задачей не справляются, поэтому созданию яркого и равномерного освещения в рабочих зонах бывшего кабинета было уделено особое внимание.
Сама трансформация кабинета произошла много лет назад — в начале 2021 года. Тогда же и была решена проблема с освещением комнаты в целом. Стандартный потолочный светильник был заменен на две большие и очень яркие светодиодные панели:
Сейчас, по прошествии лет, можно с уверенностью сказать, что подобное решение оказалось исключительно удачным — эти светильники под потолком сделали кабинет одним из самых «ярких» помещений во всем доме. Конкурировать с ним сейчас может только гараж, где размещена вторая часть моей мастерской.
Жить с таким освещением в комнате, конечно, неуютно. Но эти помещения были выбраны для работы, а не для жизни. Для жизни у нас есть все остальные комнаты в доме с красивыми и теплыми светильниками, создающими уют и комфорт в темное время суток.
Следующим шагом стало создание освещения непосредственно на рабочих участках в кабинетной мастерской. Условно их можно обозначить, как «компьютерный», «3D-принтерный», «паяльный» и «сборочный»:
Думаю, роли, назначенные этим рабочим участкам, достаточно очевидны из их условных названий.
«Компьютерный» и «3D-принтерный» участки не особенно нуждались в дополнительной подсветке: для первого хватает потолочного света, а для второго достаточно тех дополнительных источников света, которыми оборудован сам принтер. Пристального внимания в этом плане требовали два других участка — «паяльный» и «сборочный». Дело в том, что они представляют собой столы, поверх которых возведены конструкции из стеллажей, где сосредоточена основная часть моих бездонных загашников:
Эти стеллажи и их содержимое отчасти препятствуют прямому освещению рабочих мест потолочными светильниками и нуждаются в дополнительной подсветке.
Так и началась первая часть проекта о котором идет речь в данной статье.
Во время разбора хлама в кабинете перед его последним ремонтом, в загашниках была обнаружена коробка, в которую годами сваливались все обрезки и огрызки светодиодных лент. Фут ленты там, кусочек ленты сям, катушки с остатками лент разного типа, банка с сегментами по три-шесть светодиодов и т.п. Ничего такого достаточно длинного, чтобы пустить на какой-то большой самодостаточный проект и, в то же время, рука не поднималась эти огрызки просто выбросить. Вот этот весь светодиодный мусор и решено было использовать для светильников над рабочими столами — хороший способ безболезненно избавиться от запасов старого хлама и освободить место под новый.
Основой для длинных плафонов ламп над столами могла стать любая длинная и вогнутая поверхность. Например, обычная водопроводная ПВХ-труба большого диаметра, распущенная на циркулярке пополам:
Давно у меня не случалось проектов из говна, палок и сантеха. А это же основа DIY! Самая посконная из его традиций. Временами бывает полезно вернуться к корням…
Запасы огрызков светодиодных лент в загашниках были сильно недооценены на ранних этапах проекта! После установки того их количества, которое было сперва задумано, выяснилось, что сами запасы почти не пострадали. А, между тем, я хотел избавиться от них полностью вообще. Пришлось взяться за паяльник и объединить все оставшиеся фрагменты и куски лент в кучу дополнительных полосок нужной длины. И заклеить ими всю внутреннюю поверхность плафонов целиком без пробелов:
Внутри плафонов я старался размещать все эти фрагменты максимально случайным образом. Дело в том, что в загашниках было много кусков светодиодных лент с разной “температурой” света. От 2500K, до 4000К и выше. Соответственно, хотелось все это перемешать, чтобы в итоге получить некую среднюю “температуру по палате”. Не слишком желтую и не слишком синюшную.
Вынужден признать, что существенная часть огрызков и больших фрагментов оказались в загашнике именно по причине того, что когда-то они были куплены по ошибке с не той температурой не под те условия. Например, полки шкафов в гостиной сменили три типа подсветки, пока не была подобрана желаемая “температура”. К сожалению, никакое моделирование тут не помогает особо, сколь бы детальным оно ни было. Потому что «температура», казавшаяся, на первый взгляд, нормальной и подходящей, спустя какое-то время начинала раздражать либо своей чрезмерной желтизной света, либо его синюшностью. Потому что, в данном случае, все сильно зависит не только от того, каким светом полки подсвечены, но и от того, что на них расставлено.
При таком количестве длинных веток, соединять их последовательно одну за другой, показалось плохой идеей. Потери в яркости у последних “лампочек” в цепочке лент будут весьма ощутимыми из-за внутреннего сопротивления.
Когда-то давно я уже сталкивался с этой проблемой в своих проектах. Решить ее можно разными способами. Например, используя параллельное подключение сегментов лент, вместо последовательного:
Получившиеся “обрезки труб с лампочками” были временно прикреплены под нижние полки стеллажей над столами для испытаний в боевых условиях. Необходимо было понять, стоит ли имеющийся на текущей стадии проекта результат, дальнейших усилий. Или же следует отправить все это безобразие в помойку. Всем этим кускам светодиодных лент и без того полагалось уже давно там оказаться, а кусков труб было не жалко, потому, что у меня ими и без того половина гаража завалена.
К моему немалому удивлению было установлено, что не смотря на весь сантех, говно и палки, светильники вышли очень комфортными, удобными и практичными! Буквально то, чего мне всегда не хватало в плане освещения столов: места в рабочем пространстве не занимают, в глаза не лупят и практически незаметны под полками стеллажей. Зачастую, сторонние люди даже не сразу и понимали откуда этот водопад света изливается. А поток света они выдавали весьма нехилый! “Средняя температура света” так же оказалась достаточно приятной для моих глаз.
Что ж… Так тому и быть… Значит можно превращать эти заготовки в то, что можно уже будет называть полноценными светильниками.
Собственно, единственное, что для этого нужно было сделать – заглушить торцы труб декоративными накладками и снабдить их креплениями, рассчитанными на подвешивание под нижнюю полку стеллажа:
Для упрощения процесса печати, крепления печатались из двух половинок каждое, после чего склеивались вместе:
Из фотографий и рисунков можно понять, что крепления держат плафоны светильников не строго вертикально, а с небольшим поворотом вдоль продольной оси лампы:
Это сделано для того, чтобы направить поток света на весь стол целиком от его передней кромки, по всей поверхности стола назад, до стены у которой он стоит. И одновременно с этим, по направлению от глаз того, кто за этим столом сидит, чтобы не давало наводок на периферийное зрение.
Градус этого поворота был подобран… Мнэ… Был подобран методом точных расчетов, с использованием обоснованных допущений. Если перевести с “технического” языка на человеческий – наугад. Предполагалось. что нужно будет подобрать этот угол уже по месту, посредством печати нескольких версий креплений с разным углом поворота.
На деле вышло, что угол поворота был угадан идеально с первой же попытки! Никаких изменений в конструкцию вносить было не нужно и все было оставлено как есть:
Получившиеся в итоге светильники проработали над столами много лет. Работают они и по сей день:
В силу особенностей своей конструкции они почти не отбрасывают тени и равномерно заполняют светом все рабочее пространство над столами целиком. Температура света так же получилась очень комфортной для глаз.
Долгое время эти лампы питались от, своего рода, лабораторного блока питания. У него было много независимых выходов и пара из них была задействована для освещения. И именно это решение не прошло испытание временем. Оно оказалось неудобным в использовании и громоздким. Очевидно, что светильникам требовался свой собственный индивидуальный источник питания.
При создании источника питания для ламп, необходимо было учитывать две вещи:
- Он должен быть относительно мощным. Каждая такая лампа потребляет почти 3A при 12V.
- Он должен уметь регулировать яркость света. Долгая практика показала, что полная мощность этих ламп нужна не всегда.
- Он должен уметь интегрироваться в общую систему устройств умного дома для поддержки автоматизаций.
Так началось то, что можно считать вторым этапом проекта.
Поскольку изначальный проект родился из говна, палок и сантеха, , то продолжать его было решено в том же духе. Благо, к тому времени, загашники успели накопить новую порцию хлама, который можно было пустить в ход.
За основу был взят имеющийся блок питания на 12V 360W:
В данном случае, мощность блока питания намного превышает потребности светильников, но другого подходящего блока питания в загашниках не нашлось. Все остальные были, либо слабее, чем нужно, либо еще мощнее, чем этот. Не покупать же новый…
Так или иначе, этот блок питания и стал основой всей конструкции:
Поскольку блок питания был сам себе корпусом и ничего другого для него не планировалось, то все элементы управления светом размещены в блоках впереди и позади него (плюс — крепление для стеллажа сбоку):
- В переднем блоке расположен контроллер, его датчики и кнопки управления для трех независимых источников света.
- В заднем блоке расположены управляющие выходами мосфеты, разъемы для подключения и вентилятор.
- Боковое крепление, понятно — просто способ для закрепления этого монстра на вертикальной стойке стеллажа.
Прежде чем начать сборку всей конструкции, блок питания был слегка модифицирован. Дело в том, что для связи контроллера в переднем блоке с мосфетами в заднем, нужно было как-то соединить их проводами. А поскольку кроме самого бока питания между этими блоками ничего больше нет, то провода пришлось заранее проложить насквозь, через сам блок питания:
Не самое элегантное решение, но, если посмотреть рендер выше, то становится понятно, что «элегантность» не является ключевой особенностью данного проекта. Зато снаружи никакой вермишели не висит.
Передний блок рассчитывался на применение в нем стандартного контроллера на базе платы типа NNVI v6.0. Это базовые платы для умного дома моей собственной разработки, рассчитанные на использование совместно с ESP32 Dev Kit:
Их предназначение — заменять собой стандартные выключатели на стенах дома для управления светом и потолочными вентиляторами. Как следствие, размеры и крепежные отверстия такого модуля рассчитаны на крепление внутри стандартной для США внутристенной электро-коробки.
Иными словами, чтобы присобачить NNVI к блоку питания, мне нужно было «изобрести» стандартную электро-коробку, которая в задней своей части имела бы переход на геометрию блока питания:
После чего, весь этот узел становится, условно, стандартным и его можно использовать на блоке питания, как есть, без каких-либо дополнительных модификаций под контроллер и его органы управления.
Кроме всего прочего, плата уже по умолчанию имеет на борту сенсоры температуры, влажности, освещения и движения. Т.е. дает возможность не просто сделать блок питания с кнопками, а создать полноценную единицу инфраструктуры умного дома:
Плата NNVI разрабатывалась для конфигураций на 1, 2 и 3 кнопки. В данном конкретном случае, как раз 3 кнопки и нужно было. Точнее, нужно было две — для света над столами. Но есть у меня одна идея, которую планируется реализовать попозже. Вот для нее третья кнопка и будет нужна.
Задний блок — чуть сложнее по конструкции:
Его задняя панель имеет на себе управляемые мосфетами выходы для ламп, вход для подключения к 110V и вентилятор.
Вентилятор нужен мосфетам, расположенным в глубине заднего блока:
В данном случае реализуется стандартный механизм управления светом через мосфеты. Как следствие, при определенных условиях мосфеты могут достаточно сильно нагреваться. Для их охлаждения и нужен вентилятор. Однако, вентилятор так же является управляемым через свой собственный маленький мосфет. Благодаря этому он не крутится постоянно на всю катушку. Контроллер управляет его скоростью в зависимости от того, сколько мосфетов для света активно в тот или иной момент времени.
Дополнительно, блок питания тоже имеет свой вентилятор. Он тоже управляемый. Но управляется не моим контроллером, а средствами внутренней электроники блока питания, которая включает его при повышенной нагрузке. С учетом того, что для этого блока питания «повышенная нагрузка» находится далеко за пределами того, что могут спровоцировать питаемые им лампы, то его вентилятор не включается почти никогда.
Ну и последнее из электроники… Поскольку блок питания на выходе выдает только 12V, то для питания контроллера пришлось добавить небольшой конвертер на 5V:
Теоретически, контроллер можно запитать напрямую от 12 вольт. Но лучше этого не делать. Для его встроенного преобразователя это будет предельным значением и в контексте долгой работы 24/7 может привести к нежелательным последствиям. Мягко говоря…
Последней деталью корпуса стало крепление блока питания к стойке стеллажа:
Оно никак не связано, ни с передним блоком, ни с задним, и крепится через штатные резьбовые отверстия на корпусе самого блока питания. Т.о., если я решу перенести все устройство в какое-то другое место, достаточно будет перепечатать только это крепление. Или, даже вовсе заменить его на ножки или подставку какую-нибудь.
Итог затеи:
С учетом уже имеющихся светильников на потолке и комнатного вентилятора, интерфейс управления комнатой сейчас выглядит так:
Official playlist настроен на проигрывание избранного радио через те динамики системы общего голосового оповещения в доме, которые расположены только в кабинете. Для воспроизведения фоновой музыки во время работы, они оказались даже удобнее, чем плеер в компьютере. Тому и без музыки, обычно, есть чем заняться…
Может возникнуть вопрос, почему на блоке питания сделано три кнопки, если он управляет только двумя лампами над столами. Ответ прост: рано или поздно я сделаю подсветку для полок, расположенных между стеллажами:
Согласно изначальному плану, эта область должна была стать местом хранения длинных USB-проводов, различных удлинителей и прочей вермишели, где это можно было бы удобно повесить во всю длину, чтобы оно было всегда под рукой. Но, не сложилось…
За прошедшие годы, в этой области стихийно возникла выставка моих личных немногочисленных сокровищ сентиментального значения. Для управления подсветкой на этих полках и зарезервирована третья кнопка.
Такие дела…