osvětlení jízdního kola s Luxeonem

Už od počátku věků, od prvního sednutí
na kolo, poměrně brzy zjistíte, že
pořádné světlo není jen o tom být na
silnici vidět, ale o tom, abychom sami
něco viděli.
Osvětlení jízdního kola
LUXEON
Jestliže jezdíte jen v létě a přes den, tak
následující řádky nečtěte. Stejně tak je
nemusí číst ti, kteří jezdí pouze po
asfaltových cyklostezkách nebo po
známých, příměstských cestách. Vám
opravdu stačí být viděn, navíc s malou
rezervou světelného toku před kolem
pomocí běžných, laciných světel.
(3W)
Bikeři, jezdící celoročně v lesních či
neznámých terénech, potřebují světelný
tok před kolem daleko větší, než dokáže
běžné světlo poskytnout. Většina z nich
proto skončí u halogenových světel.
(Příklad
amatérské
stavby
20W
halogenového světla). Ty však mají –
kromě vyšší pořizovací ceny – i provoz,
náročný na výdej elektrického proudu.
Jestliže máte dost peněz, můžete si profi
halogenové lampy na kolo i koupit už
hotové.
V devadesátých letech, v tzv. „favoritové“ éře jsem spokojeně brázdil
Halogenové světlo Lupine 25W
Nightmare Pro
noční republiku se zapnutým dynamem. Později mi došlo, že neustále
spálená žárovka a odřený plášť předního kola s tím bude mít určitou
souvislost. Pokud navíc vezete vzadu batohy, není to nic příjemného.
Zjistíte rychle, že chcete světlo, které na kole nemusí být nastálo, které
se dá sundat, když jezdíte jen ve dne, které je na baterie a svítí
minimálně jako to „dynamo-žárovkové“.
Obyčejné
Já osobně patřím mezi tzv. cykloturisty,
jezdím relativně pomalu a bezpečně, ale
za každého počasí a daleko od lidí, navíc
často i v noci. Jakákoli slabší světla
na tři nebo čtyři tužkové články mi
nestačí ani na silnici (nejsou vidět
dopravní
značky
a
kilometrové
ukazatele), natož pak v lese, kde je
potřeba vidět jámy, kořeny, kameny a
jiné
nerovnosti,
jinak
riskujete
karambol.
dynamo
dává
přibližně
6V/500mA,
tedy
3W,
přičemž
převážná část je počítána pro přední světlo, zadní mělo menší příkon
(typicky – přední 300mA, zadní 50mA).
Halogenové světlo Lupine 25W
Nightmare Pro
Tak vypadá noční osvětlení halogenovou lampou Lupine 25W Nightmare Pro
Při pohledu na ilustrační fotografii jistě uznáte, že halogenová žárovka
na kole není špatná. Problémem však zůstávají napájecí zdroje.
Jestliže se bavíme o světlech, která odebírají při relativně malých
napětích poměrně velké proudy, není – až na čestné výjimky – jiná
možnost napájení než olověná, tedy gelová baterie.
Laciná, ale těžká. Zde už se nebavíme o dekagramech, ale o
kilogramech
hmotnosti
baterie.
V kapitole
o
gelových
olověných
akumulátorech se podívejte na to, kolik váží relativně malý akumulátor.
Protože neustále přibývající počet elektronických spotřebičů na kolech
vyvolává stále nové otázky, čím je napájet, neodolal například ani
tradiční
dodavatel
navigačních
s olověnými akumulátory.
prostředků,
pan
Štádler
pokusu
Při srovnatelné spotřebě větší světelný výkon však poskytují svítilny
typu Luxeon. Po původních Luxeonech 1Watt nastupují (v souvislosti
s jejich zlevňováním) výkonnější typy 3W, 5W, 10 W nebo až 30W! (Ty
se snaží v současnosti aplikovat jeskyňáři).
Na jejich atraktivitě hodně ubírá především cena a relativní složitost
řídících obvodů – nesmí se překročit povolený proud daného přechodu,
jinak dochází ke zničení. Když si uvědomíte, že za současné Luxeony
dáte od několika stokorun až po tisíce korun, je jasné, že to není hračka
pro začínající konstruktéry bez výbavy a znalostí.
Protože řídící obvody jsou v podstatě pouze více či méně dokonalou
variantou řízeného proudového zdroje, staví zkušenější konstruktéři
tyto obvody tak, aby ještě více omezili ztráty, vznikající právě
v obvodech napájení těchto řídících obvodů (tedy jejich spotřebě) nebo
tepelných ztrátách, vzniklých zahříváním součástek, vyzařujících světlo.
Zatímco první typ ztrát, tedy omezení napájecího příkonu se dá
poměrně lehce řešit náhradou běžných elektrosoučástek za jejich
nízkopříkonové varianty, oteplování je v současnosti řešeno hlavně
pomocí nízkoztrátových MOS výkonových spínacích tranzistorů, řízených
miniaturními jednočipovými mikropočítači. (Především od firmy Atmel).
Takové řešení je dostupné i profesionálně vyráběné (např. od firem
Petzl, švédské Silvy nebo britské Speleonics. Připravte si ovšem od 3
tisíc Kč výše).
Existují i řešení, spojující několik 3W či 5W Luxeonů paralelně za účelem
zvýšení světelného toku. Taková světla jsou pak extrémně výkonná, za
cenu velké spotřeby elektrického proudu. Vždy u nich hledejte těžkou
baterii nebo dobíjitelný akumulátor. Celková výše ceny je navíc
ovlivněna i tím, že valná většina takových konstrukcí je stavěna pro
jeskyňáře a jako takové musí být – alespoň v základním stupni – odolné
proti vodě, nejlépe však i proti ponoření.
Například níže uváděná svítilna Supernova24 používá akumulátor
4400mAh a celý komplet stojí okolo 450 liber!!!
Svítilna Supernova24
Na dolních snímcích si můžete porovnat, jak svítí takové lampy
v porovnání s halogeny, resp. s kombinovanými světly, složenými z více
paralelních
Luxeonů různého výkonu. Všimněte si zvláště dvojice 3W
Luxeonů Stenlight S7 (cca 340 dolarů) a jejich porovnání s 2x1W typem
Oldham Caplamp (=klasická havířská lampa, kde je žárovka vyměněna
za 2 Luxeony).
.
Je asi jasné, že ty nejvýkonnější svítidla nebudou na kole až tak úplně
potřebná… Potenciální zájemce zřejmě odradí i cena, uváděná výrobci
ve stovkách liber, tedy nic moc pro běžného cykloturistu. Jestliže si
ovšem chcete – podobně jako já – dokázat, že to technicky zvládnete,
máte možnost postavit srovnatelné zařízení za zlomek uváděných cen.
Pravděpodobně
nebudete
mít
světlo
vodotěsné,
pravděpodobně
nebudete mít tak pěkné spoje a design vlastního světla, ale bude to váš
výtvor, přesně na míru vašim schopnostem.
Porovnání typů světel
Stenlight S7
Dvojice 3W Luxeonů, ve speciální edici
pro speleology (vodotěsné)
Oldham Caplamp with 1w EverLED
Upgrade
Oldham Caplamp with Retro2
Upgrade (2x1w Luxeons)
Speleo Technics Nova3
(single 3w Luxeon)
Petzl Zoom (2.5w Halogen)
Závěr nechť si každý udělá sám a zároveň ať každý používá, co je mu
jen libo, pokud tím neškodí druhému (neoslňuje) a má na profesionální
výrobek dost peněz.
Ve zbývající kapitole se budu zabývat amatérskou výrobou výkonného
světla s 3W Luxeonem.
Porovnání normálního cyklosvětla s 3W Luxeonem (Michal Bareš)
Vlastní konstrukce s čipem
Luxeon 3W, řízeném
mikropočítačem Atmel
Konstrukce světel s Luxeonem jsou dosažitelné i cestou amatérských
konstrukcí. Podívejme se tedy, kde všude jsem čerpal inspiraci:
Ukázky amatérských konstrukcí s Luxeonem 1W:
-
Specnaz
-
Belza
-
Napájení z dynama!!!
Ukázky amatérských konstrukcí s Luxeonem 3W:
-
Headlamp
-
Pilom – rozbory světla, akumulátorů i mechanické konstrukce!
-
Lampa s 3x3W Luxeonem
-
Konstantin Shemyak
-
Susy Jackson
-
Michael Garden
-
Polotovar od Conradu
-
Polotovar zdroje proudu, vhodného pro Luxeon
-
noBrakes
-
divelink (Luxeon 5W)
-
Michal Kandrač (má tam i zmíněnou olověnou baterku a popis připojení HAC4)
-
Speleogroup – řízení Luxeonu pomocí mikropočítače ATiny
-
4x3W Luxeon lampa
Vůdčími osobnostmi jsou zde zase – jak překvapivé! – jeskyňáři, např.
Blancman.
Blacman je bezesporu vynikající jeskyňář, který ví, co od osvětlení
očekávat a využívá svého syna k programování jednočipu Atmel dle
jeho přání. Na webu trsoft.cz naleznete přesný návod na driver pro
LUXEONY a jejich kopie, či náhrady.
(Zde bych rád čtenářům, neznalým problematiky Luxeonů osvětlil, že přestože
původní výrobek je postaven na Luxeonu, existují už i v ČR dovozci laciných
čínských a korejských plagiátů, dosahujících ještě větší svítivosti. Pozor tedy na
dovolené proudy a napětí, které hlídá jeho program!)
Jedná se o velmi jednoduché zapojení s jedním procesorem AT MEGA 8,
4 odporů, 3 kondenzátorů a jednoho FET tranzistoru BUZ11. Driver
pracuje spolehlivě v rozsahu napájecího napětí 6 - 30 V.
(Jak záhy osvětlím, použil jsem tuto konstrukci jako základ osvětlení svého
kola. Za tímto rozhodnutím tedy hledejte důvod použití dvojitého napájecího
zdroje, tzv. palubní sítě, který jsem si postavil – pro napájení Luxeonu III
potřebuji zkrátka vyšší napájecí napětí).
(všechny níže uvedené odkazy pochází z Blancmanova webu)
Popis elektroniky Blacmanova Luxeonu
Schémata plošných spojů
Diskuzní fórum ke stavbě Luxeonu
Blacmanova Supernova
Ovládání svítivosti lampy je řešeno jedním tlačítkem. Jsou dány 4
proudové stupně, podle intenzity světla. Vzhledem k tomu, že v této
lampě je použita 5W Luxeonka, jsou nastaveny proudy 20mA, 110mA,
330mA a 700mA (nastaveny programově – komentovaný výpis
programu).
(Já budu – na rozdíl od Blacmanovy Supernovy – napájet světlo pomocí palubní sítě kola).
Procesor hlídá i stav baterií, pokud kapacita nestačí danému stupni,
přepne procesor automaticky do nouzového módu na 1. stupeň. Na ten
se dá vzhledem k odběru svítit ještě velmi, velmi dlouho. V nouzovém
módu lze lampu provozovat pouze na 1. stupeň, tzn., že lze tlačítkem
pouze zapnout - vypnout. Při výměně baterií jede opět na všechny
stupně. Stupně se přepínají krátkým stiskem ovládacího tlačítka.
Ovládání je řešeno od nejnižšího po nejvyšší, tj. 1-2-3-4-vypnuto.
Dlouhý stisk tlačítka lampu kdykoliv a v kterémkoliv stupni vypne,
zároveň dojde k resetu procesoru.
To je důležité k jedné věci. Svítí-li např. na maximum (4 st.) a dojde-li
právě kapacita baterek, spadne výkon okamžitě na 1. stupeň. Stisknu-li
však na delší dobu (asi 1 sec.) tlačítko, resetuji procesor a mohu svítit v
rozsahu stupňů 1 - 3, následně stejným způsobem 1 - 2, pak již jen na
1. Po asi 10 minutách, kdy už není možno lampu provozovat ani na
stupeň 2, lampa hasne.
Poznámky ke konstrukci
Všechny dosažitelné součástky jsou dostupné cestou GM electronics,
resp. postupy a ovládací program na Blancmanových stránkách. Pro
oživení je nutné mít alespoň základní znalosti z elektrotechniky a
základní měřicí přístroje, tj. DMM, vhodný je i osciloskop.
Pokud nevlastníte programátor Atmelů, musíte si někoho ochotného
najít, kdo vám procesor naprogramuje. (Zdrojový program je na
Blacmanových stránkách dostupný).
Základní použité součástky
1) Luxeon 3W
Má velmi malou velikost, proto je poměrně velkým problémem je
uchladit. Bez upevnění na přídavný chladič se ani nepokoušejte je
zapínat!
Pro tyto účely se velmi dobře osvědčují staré, vyřazené chladiče
z prostředků
výpočetní
nebo
televizní
techniky.
Já
jsem
použil
žebrovaný chladič z nějakého zdroje starého televizoru.
Napojení na chladič je úzce spojeno s nastavením směrování světelného
svazku. Usměrňovač svazku (tzv. kolimátor) má pro naše účely tvar
malé věže s postříbřenou vnitřní parabolou.
Vnitřní části paraboly lze v GME koupit různého typu, podle toho, jak a
kam potřebujeme světlo směrovat – jestli jen do dálky nebo i do stran.
Nejčastěji se požívá kolimátor Fraen elliptical beam, vytvářející
světelný kužel 30°x15°, což je ideální rozměr pro univerzální použití
(nesvítí zbytečně do stran a zároveň osvětlí široký rozsah vzdáleností
před kolem).
Fraen elliptical beam
Samotný čip Luxeon „sedí“ na
chladiči,
shora
přidržovaný
kolimátorem, jehož 4 nožičky
zapadají do předem vyvrtaných
otvorů
Luxeonem
samozřejmě
v chladiči.
a
Mezi
chladičem
lehce
se
„máznuto“
tepelné silikonové pasty. Otvor
v kolimátoru je vyroben přesně
na rozměry Luxeonu, takže ten
do něj zapadne úplně přesně.
Původně jsem zamýšlel umístit do tělesa svítilny ještě omezovač proudu
(maximální proud diodou by neměl překročit 1A), vlastní odpor vodičů a
přechodové odpory kontaktů jsou však právě takové, že při čerstvě nabitých
akumulátorech teče přes diodu proud právě zhruba 1A. Od omezovače jsem
tedy upustil, možná však zbastlím nějaký regulátor - občas by se hodila
možnost nastavit intenzitu světla. Kolimátor i diodu jsem zakoupil v GME,
dohromady mě to stálo asi 800 korun.
Ta nejdůležitější věc jsou ovšem praktické výsledky
Tento dokument je nedílnou
součástí
webu
o
využívání
techniky
v genealogii
a
cykloturistice na adrese
Soubory nesmí být dále šířeny bez
vědomí autora. Při odkazování
užívejte adresu, zveřejněnou výše.
A obvyklé varování – veškeré informace
berte jen jako inspiraci, nikoli dogma.
Všechny konstrukce stavíte na vlastní
riziko!! Nemohu a nechci nést odpovědnost
za vaši případnou nezkušenost.