Стробоскоп. Часть 2. Изготовление

Поначалу, написанные три листа текста казались мне предельно понятными, но как только я начал собирать свою же конструкцию заново, появилось столько мелочей… Эту часть статьи я писал больше месяца.

ВНИМАНИЕ! В конструкции присутствуют элементы, напрямую подключенные с сети переменного тока 220В, а так же более высокие напряжения. Не следует приниматься за повторение конструкции, не имея соответствующих знаний, опыта и оборудования. Всю ответственность за повторение конструкции стробоскопа, а так же весь возможный урон, связанный с его использованием, Вы принимаете на себя.

Описание работы стробоскопа

Что бы приступить изготовлению чего-либо, нужно понимать, как это что-то работает. Особенно это важно при настройке будущего устройства.

В самом начале хотелось бы отметить недостаток прибора – диапазон возможных базовых адресов составляет 1..254, а не 1..511 как задано протоколом DMX-512. Т.е. при использовании большого количества приборов, стробоскопу придётся устанавливать базовый адрес в «первой половине» адресного пространства.

Стробоскоп работает в двух режимах: автономно и от внешнего DMX-сигнала.

Автономный режим

Для перевода прибора в автономный режим работы, следует установить на DIP-переключателе, адрес равный нулю (все движки вниз, в положение OFF):

PIC_1

При этом загорается и постоянно горит зелёный светодиод (D701) индицирующий наличие питания (дежурный режим). Для начала генерации разрядов в лампе, ручку «Частота» (R501) крутим по часовой стрелке. Индикатором совершения разряда в лампе, является кратковременное зажигание красного светодиода (D702) на плате DIP-переключателя. Если светодиод загорается, а лампа нет, это может являться индикатором неисправности в силовой части платы.

Режим работы от внешнего DMX-сигнала

Для включения режима работы от сигнала DMX, на DIP-переключателе следует установить адрес отличный от нуля – 1..254:

PIC_2

Индикатором нормального приёма сигнала будет постоянное свечение зелёного светодиода (D701). Если сигнал DMX не получен (обрыв, отключение консоли и прочее), зелёный светодиод начинает мигать, при этом прибор переходит в дежурный режим – значения яркости и частоты сбрасываются в нули  (отсутствие разрядов лампы). В остальном, работа от внешнего сигнала аналогична автономному режиму работы – используется два канала консоли: «Яркость»  (1 канал) и «Частота» (2канал).

В любом режиме, после начала генерации разрядов лампы, включается вентилятор, подключенный к управляемому выходу платы (JP404). Через 20 секунд после окончания генерации вентилятор автоматически отключится.

Корпус стробоскопа

Перед началом всех работ, нужно определиться с будущим корпусом прибора и размещением всех компонентов внутри корпуса. Следует продумать размещение разъёмов XLR, платы с DIP-переключателями, двух резисторов настройки работы и вентилятора. Крайне желательно разнести силовые, высоковольтные и сигнальные провода прибора. Например, вот так:

PIC_3

Если корпус будет без принудительной вентиляции, то радиатор для тиристора придётся делать больше, что может повлиять на топологию платы. Так же обстоят дела и с катушкой – сначала намотайте её, а потом прикидывайте, поместится ли она на своё посадочное место.

Корпус я не делал — мне его подарили вместе со всем содержимым. Так как в свое время этот прибор «объездил полстраны с концертами», то он нуждался в рихтовке и покраске (на фото то, что было в начале):

PIC_4

На фотографиях ниже две платы: большая это «аналоговый стробоскоп» и маленькая это преобразователь из «цифры» в «аналог».

PIC_5

PIC_6

Так же в «дарёном» стробоскопе была и лампа, но естественно очень «подгулявшая». Оплётка на лампе была смещена вверх – так делать не стоит – потому как, даже хорошая лампа с урезанной оплёткой может срабатывать через раз, а то и реже.

PIC_7

Детали

Во время моих экспериментов, было намотано несколько катушек. Они даже работали какое-то время, пока не происходил пробой. Так что я остановил свой выбор на фабрично изготовленных катушках – вот экземпляр, который остался от «опытных» плат:

PIC_8

Эта катушка от какого-то устройства (есть подозрение, что это была зажигалка для газа, потому как она шла вместе с небольшой платой и питалась от 1,5В батарейки):

PIC_9

Данная катушка намотана на пластиковой оправке (диаметром 7мм и длиной 45мм) со вставленным внутрь ферритовым сердечником (диаметром 4х45). Сначала намотана первичная обмотка — 20 витков проводом 0.8, затем два слоя изоляции и покрытие лаком. Вторичная обмотка, по 70 витков на слой 0.1 проводом, с изоляцией каждого слоя и покрытием лака — так 10 слоев, т.е. соотношение витков 20/700. После чего проводится пропитка лаком всей катушки. Два вывода первичной обмотки катушки вплавлены в корпус оправки. Вот конструкция и схема катушки:

PIC_10

Можно использовать и другие катушки, но возможно потребуется подобрать ёмкость конденсатора С201. Например, катушка от стробоскопа «Протон-2000»:

PIC_11

Относительные размеры катушек:

PIC_12

Файлы для изготовления плат приложены в конце статьи. Это отработанная топология и приборы с данными платами работают уже не первый год. На выходе получаем две платы: DIP-переключателей и управления:

PIC_13

PIC_14

Платы покрываются припоем для исключения коррозии меди, устранения микротрещин и увеличения сечения печатных проводников.

Так же, для сборки прибора, нужны два переменных резистора собранные по приведенной ниже схеме:

PIC_15

Два разъёма XLR устанавливаемых в корпус (мама и папа). Обратите внимание, большинство разъёмов XLR, сначала устанавливаются в корпус, а потом уже собираются в жгут и соединяются в разъёме.

PIC_16

Если использовать активное охлаждение тиристора D105 и лампы, потребуется вентилятор с рабочим напряжением 12В и током до 200мА, диаметром 80-120мм, с достаточной длины проводом и соответствующим разъёмом.

PIC_17

Так как в моей конструкции предполагается принудительная вентиляция корпуса, то радиатор для тиристора D105 будет небольшим. Я сделал его из двух алюминиевых уголков 30х30 длиной 98мм.

PIC_18

Естественно их нужно доработать. Чертежей нет и никогда не было – я всё делал по месту (плате). Сначала размечаем, затем ножовкой отрезаем лишнее, делаем два отверстия диаметром 6.5мм и сглаживаем края напильником.

PIC_19

Цоколь для лампы, сделан из текстолита. Можно конечно припаять лампу проводами, но, это не по фэн-шую, к тому же, замена лампы в полевых условиях превратится в пытку.

PIC_20

PIC_21

 Монтаж и наладка

Перед началом наладки три важных замечания!

  1. Все монтажные работы, подключения/отключения производить только после отключения питания и выдерживания паузы не менее 30 секунд.
  2. Перед каждым последующим включением, все резисторы настройки привести в исходное (нулевое) состояние, в том числе и движки на DMX-консоли.
  3. Надеяться на то, что автоматический выключатель где-то в коридоре быстро сработает, я бы не стал – лучше установить автомат прямо на входе стробоскопа.

PIC_22

Резисторы настройки 

Соединяются по схеме приведённой выше. Провода собираются в жгуты кольцами термоусадочной трубки.

PIC_23

Разъёмы XLR

Так как разъёмы устанавливаются снаружи корпуса прибора, то подпаиваем провода к каждому разъёму XLR, а соединяем их после установки в корпус.

PIC_24

Вентилятор охлаждения 

Вентилятор покупной, компьютерный, размером 92х92мм. На его штатный провод устанавливаем разъём.

PIC_25

Плата DIP переключателей

Так как эта плата «лицо прибора», то нужно все элементы выровнять по высоте – чтобы «вровень выпирало». Провода подпаиваем со стороны дорожек и заливаем клеем (лаком). Провода собираются в жгут кольцами термоусадочной трубки. Наглядное соединение платы управления и платы DIP-переключателей:

PIC_26

Проверить плату можно тестером: замыкание/размыкание контактов DIP-переключателя и правильное включение светодиодов.

PIC_27

PIC_28

PIC_29

Плата управления

Монтаж платы управления проходит в несколько этапов – монтаж, наладка, монтаж, наладка…

Монтаж элементов первого этапа

На схеме элементы для установки на первом этапе не маркированы.

Последовательность установки элементов первого этапа

  • — устанавливаем все перемычки на плате;
  • — устанавливаем все SMD элементы. Один маленький нюанс при установке оптопары 4N35 — у выводной оптопары откусываем тонкие выводы, а толстые немного раздвигаем и садим на «брюхо»

PIC_30

  • — устанавливаем выводные элементы;
  • — устанавливаем оптопары, колодку для микроконтроллера (сам микроконтроллер устанавливать не надо), разъёмы;
  • — устанавливаем трансформатор, предварительно намазав клеем место его прилегания к плате.

PIC_31

PIC_32

Наладка первого этапа

Проверяем сопротивление по цепи 220В:

PIC_33

Проверяем сопротивление вторичной обмотки трансформатора T301:

PIC_34

Подключаем питание схемы и проверяем питающие напряжения. На выходе диодного моста D303:

PIC_35

Так как нагрузки практически нет, то трансформатор работает почти на холостом ходу отсюда и повышенное напряжение на вторичной обмотке. Напряжение на выходе микросхемы стабилизатора DA301 – 5В. Проверить можно тестером (я проверял осциллографом):

PIC_36

Осциллографом проверяем меандр сети в точке “1”:

PIC_37

Если все в норме, подключаем переменные резисторы настройки и плату DIP-переключателей:

PIC_38

Крутим ручки резисторов и наблюдаем изменение напряжения на выводах 2 и 3 микросхемы DD401:

PIC_39

Программируем и устанавливаем в колодку микроконтроллер. Биты конфигурации микроконтроллера следующие: __config  _DEBUG_OFF & _WRT_OFF & _WDT_ON & _CP_ALL & _CPD_OFF & _LVP_OFF & _BODEN_OFF & _PWRTE_ON & _HS_OSC.

PIC_40

Включаем в сеть и смотрим осциллограммы в точках “2” и “3”, при различных положениях движков резисторов (R501 и R502).

Для осциллограмм приведённых ниже:

  • — желтый – точка 1 – меандр сетевого напряжения;
  • — малиновый – точка 2 – импульс включения тиристора для разряда катушки (D202);
  • — зеленый – точка 3 – импульс включения силового тиристора (D105).

PIC_41

PIC_42

PIC_43

PIC_44

Теперь подключаем контроллер DMX (или что есть в наличии). Сигнал на входе микроконтроллера – точка «4»:

PIC_45

Устанавливаем адрес =1 (переключатель «1» в положение ON) на DIP-переключателе и проверяем работу прибора. Осциллограммы, в точках 1,2,3, будут аналогичны тем, которые снятым при управлении от резисторов.

 Монтаж элементов второго этапа

Элементы, устанавливаемые на втором этапе помечены двумя звездочками (**).

Последовательность установки элементов второго этапа:

— Тиристор (D105) устанавливаем на теплоотвод и закрепляем на плате.

При установке тиристора, используем теплопроводящую пасту КПТ-8.

PIC_46

PIC_47

Наладка второго этапа

ВНИМАНИЕ! Теплоотвод тиристора напрямую подключен к фазе (либо к нулю) сети переменного тока 220В.

Проверить работу тиристора D105 можно следующим образом – вместо (ещё не установленной) газоразрядной лампы X101, устанавливаем обычную лампу накаливания. Вращая резистор «Частота» (R501), наблюдаем изменение частоты вспышек лампы. Вспышка лампы совпадает со вспышкой красного светодиода на плате DIP-переключателей.

При наладке на данном этапе я обнаружил, что лампа накаливания мерцает с постоянной частотой 50Гц. При этом её мерцание никак не зависело от положения резистора настройки «Частота». При выпаивании диода D104 или резистора R101 мерцания исчезало. Оказалось, выход оптопары U101 был повреждён так, что тестером он прозванивался как рабочий, а при подаче питания постоянно включал тиристор. Замена оптопары всё исправила.

По завершению проверки, отсоединяем лампу.

 Монтаж элементов третьего этапа

Элементы, устанавливаемые на третьем этапе помечены тремя звездочками (***). Последовательность установки элементов третьего этапа:

  • — устанавливаем выводной конденсатор С201;
  • — устанавливаем тиристор D202;
  • — устанавливаем катушку T201, предварительно намазав её клеем;
  • — устанавливаем конденсаторы умножителя напряжения C101, C102, C103.

PIC_48

Наладка третьего этапа

Тестером проверяем напряжение на выводах подключения лампы X101. Оно должно равняться утроенному напряжению сети минус потери – у меня получилось 836В (моделирование показывает ~940В):

PIC_49

 При отсутствии разрядов, проверяем напряжение на конденсаторе C201 (точка “5”)– постоянное ~160В.

PIC_50

 Теперь начинаем плавно крутить резистор «Частота». При этом должны быть слышны (еле слышны) щелчки в катушке T201. Заодно проверим её качество – подносим высоковольтный вывод к общему проводу катушки – искра должна пробивать не менее 2 мм.

Осциллограмма напряжения в точке “5”(частота разрядов 5Гц):

PIC_51

Можно увидеть, что в момент t=20мС происходит разряд конденсатора, напряжение падает до нуля и только на следующем полупериоде начинает увеличиваться.

Осциллограмма напряжения в точке “5”(частота разрядов 8,3Гц):

PIC_53

 Осциллограмма напряжения в точке “5”(частота разрядов 10Гц):

PIC_52

На данном этапе я так же столкнулся с тем, что оптопара U201 вела себя по «партизански». При этом напряжение в точке «5» было около 70В. Решение опять же в замене оптопары.

Первый запуск

Подключаем газоразрядную лампу. Обратите внимание на полярность подключения лампы! Так же не забываем про высоковольтный провод, идущий к сетке лампы. Так как лампа излучает очень яркий свет, желательно её накрыть картонкой или чем-то похожим, но обязательно не проводящим ток!

Выше, было написано про цоколь для лампы. К цоколю прилагаются два провода с изогнутыми пластинчатыми контактами:

PIC_54

  С их помощью лампа быстро и надежно подключается к плате:

PIC_55

Ну что ж, первое включение – если всё было проведено и настроено правильно, то стробоскоп должен заработать как надо.

Если вспышек нет, снимаем картонку с лампы и смотрим (при выключенном свете) есть ли в лампе свечение голубого света (при вспышке). Если свечения нет – скорее всего, лампа негерметична и внутрь попал воздух – такую лампу на сувенир или выкинуть.

Не отчаивайтесь, если лампа не заработала – когда я занимался изготовлением стробоскопов, нормально работала одна из 2-4 ламп.

Сборка прибора

Теперь уже у каждого своя дорога, поэтому расскажу про свою. В корпусе проделываю отверстия для крепления обеих плат. Отверстия под DIP-переключатель, вентилятор, резисторы, разъёмы XLR и сетевой разъём уже были в корпусе. Так как корпус достался пошарпаный, немного подкрашиваю его:

PIC_56

В качестве отражателя для лампы использована фара от «копейки». В фаре аккуратно выбивается стекло, а отверстие для штатной лампы как раз подходит для ИФК-2000. На фото снизу, уже установленный в корпус отражатель.

PIC_57

Когда красил корпус, заодно покрыл прозрачным лаком обе платы – от воды не спасет, но влаги и грязи уже не будет так бояться.

Устанавливаю плату с DIP-переключателем, резисторы, разъёмы XLR (собираю в разъём), сетевой разъём и вентилятор. Обратите внимание, земляной провод сети подключён к корпусу прибора.

PIC_58

Теперь, подпаиваю сетевой разъём к плате, и устанавливаю её на стойки в корпус. Подключаю разъемы от DIP переключателя, резисторов, вентилятора, XLR-ов. Провода к сетевому разъему и лампе, пластиковыми стяжками отделяю друг от друга на расстояние 5мм – при длительной работе провода могут нагреваться и расплавив изоляцию устроить салют. Остальные провода собираю пластиковыми стяжками и креплю к корпусу, как можно дальше от высоковольтных проводов.

PIC_59

Устанавливаю лампу и подключаю её. Что бы лампа не разбилась, между ней и железной скобой прокладываю демпфер – провод в силиконовой изоляции — лампа может сильно нагреваться.

PIC_60

Не закрывая крышку, включаем прибор и проверяем все режимы работы.

PIC_61

Закрываю, клею наклейку с «быстрой» инструкцией и в жизнь!

PIC_62

PIC_63

Меры предосторожности при работе со стробоскопом

Прибор на максимальной яркости потребляет достаточно много энергии – у меня вырубало 25А автомат защиты. Т.е. в плохой сети его лучше не использовать!

Не следует располагать вблизи прибора легковоспламеняющиеся материалы.

Не смотрите на лампу с близкого расстояния. Очень яркая вспышка может повредить глаза.

При вспышке лампа выделяет интенсивное УФ излучение!

Корпус должен препятствовать любой возможности прикосновения к лампе и электронике внутри прибора.

Файлы для изготовления

Все собрано в одном архиве — схема электрическая принципиальная (pdf), топология печатных плат в (SprintLayout3), файл прошивки для PIC16F876A (hex) — Strob.

На этом все! Удачи!

Комментариев: 3 на “Стробоскоп. Часть 2. Изготовление

  1. sobral strob .4etko rabotaet .SPASIBO ogromnoe.rekomenduiu vsem .jdem novih proektov po dmx 512. pojelanie ot pol’zovatelei))))))) mojno uveli4it’ li uveli4it’ adressaciu do 512 ,i v perspektive ne name4aetsia modernizacia dannogo 4udo ustroistva,naprimer : kompensator ili stabilizator napriajenia,kak u martinovskogo «atomic 3000»? eshe raz spasibo za rabo4uiu shemu.

    1. Сделать конечно можно было бы, но как всегда, то нет времени, то желания. А самое важное, нет цели — т.е. можно доработать или сделать новую плату и сам прибор, но потом его некуда деть, кроме как на полку.

  2. отличный прибор . СПАСИБО. если есть возможность подправить прошивку ,чтобы работал уверенно не только с первого адреса , но и с 101 адреса было-бы шикарно. в любом случае СПАСИБО.ждем новых разработок.

Ответить