Сигнальный фонарик на солнечных элементах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Попадали ли вы в ситуацию, когда вам пригодилось бы любое устройство, предупреждающее об опасности, а его не было? Например, вы вырыли канаву вокруг цветника или перекопали газон весной и вдруг вспомнили, что вечером у вас гости. Может быть, вы строите бассейн или на въезде на ваш участок образовалась большая выбоина. Независимо от конкретной ситуации бывают моменты, когда требуется устройство, предупреждающее об опасности.

Цель предупреждающей системы - привлечь внимание; эффективнее всего внимание человека привлекают вспышки света, а не постоянно горящий свет, потому что человеческий глаз воспринимает их как движение (изменение). Всем нам хорошо известно, что зрение человека значительно более чувствительно к движущимся объектам, нежели к неподвижным.

Описанный в этой главе мигающий предупреждающий фонарик предназначен именно для привлечения внимания в случае какой-либо опасности.

Принцип работы схемы

Охранная схема построена с использованием одной интегральной микросхемы LM3909. Эта микросхема является уникальным генератором импульсов, который потребляет очень мало энергии и требует минимума дополнительных элементов. О простоте устройства мигающего фонарика можно судить по схеме на рис. 1, требующей лишь четыре навесных элемента.

Рис.1

Микросхема по существу представляет собой генератор с отрицательным сопротивлением, период следования импульсов в котором определяется внутренними элементами и емкостью конденсатора C1. В момент включения питания конденсатор C1 начинает заряжаться. Скорость заряда и, следовательно, постоянная времени устанавливаются и контролируются с помощью микросхемы IC1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет установленного уровня срабатывания, IC1 включается и разряжает конденсатор C1 на светодиод СД1.

При разряде емкости через диод ток протекает через базу транзистора Q1, который переходит в режим насыщения. Резистор R1 ограничивает разрядный ток конденсатора С1 и определяет постоянную времени разрядного цикла, которая в свою очередь определяет время открытого состояния транзистора. При большом сопротивлении резистора конденсатор разряжается медленнее и постоянная времени увеличивается, а при малом сопротивлении - уменьшается.

Последовательно с переключающим транзистором включена лампа, предупреждающая об опасности, следовательно, она светит, когда транзистор проводит ток.

Когда напряжение на конденсаторе упадет до установленного нижнего предела, микросхема IC1 переходит в исходное состояние и конденсатор С1 начинает снова заряжаться. Цикл работы повторяется.

Отношение длительностей включенного и выключенного состояний (скважность) определяется отношением R1/C1 Наша схема разработана так, что лампа включена в течение приблизительно 6% времени полного периода работы. Это соответствует примерно 15 вспышкам света за 1 мин.

Источник питания

Хотя схема фонарика питается от солнечной батареи, основной его целью является предупреждение об опасности в ночное время, когда наше зрение гораздо менее эффективно и вполне можно натолкнуться на какое-либо препятствие. Следовательно, необходимо запасти энергию в дневное время для последующего ее использования в ночное время.

Для этого были отобраны никель-кадмиевые аккумуляторы, которые предпочтительнее свинцово-кислотных благодаря наличию относительно постоянного напряжения разряда. Было бы очень некстати, если бы яркость света снижалась ночью по мере разряда аккумулятора. При использовании никель-кадмиевых аккумуляторов освещение остается ярким вплоть до глубокого разряда.

Всего для питания схемы потребуется пять никель-кадмиевых аккумуляторных элементов типоразмера АА с припаянными выводами, в каждом из которых может быть запасено 0,5 А-ч электроэнергии.

Элементы припаиваются друг к другу противоположными выводами: положительный вывод одного элемента припаивается к отрицательному следующего. Затем лист плотной бумаги, служащий в качестве корпуса, оборачивается вокруг батареи и все изделие заливается подходящим полимерным составом с целью надежной влагоизоляции.

Солнечная батарея

Никель-кадмиевые аккумуляторы заряжаются от солнечной батареи. Для данной конструкции выбраны серповидные элементы, получаемые при срезе сегментов круглого элемента диаметром 10 см, с целью придания ему квадратной формы. Выходной ток этих элементов лежит в пределах 50 - 80 мА, хотя встречаются элементы, развивающие ток 125 мА и более.

Основной задачей, решаемой данной конструкцией солнечной батареи, является поддержание никель-кадмиевых аккумуляторов в постоянно заряженном состоянии без перезарядки. Как было показано в гл. 10, никель-кадмиевые аккумуляторы легко выходят из строя при перезаряде.

Дисковые аккумуляторы, используемые в данной конструкции, Можно заряжать током 50 мА, не боясь повредить их. Таким образом, мы изготовим солнечную батарею, генерирующую ток около 50 мА.

Предупреждающий об опасности фонарик имеет малые габариты, поэтому лучше изготовить небольшую солнечную батарею. С этой целью следует отобрать серповидные элементы, развивающие ток 90 - 100 мА.

Разделите серповидные элементы пополам. Это легко проделать, резко нажав крестообразным лезвием ножа на участок вблизи прямолинейного края элемента. Исходные круглые элементы, от которых были отколоты серповидные элементы, получены из кристаллического материала, в котором линии скола перпендикулярны прямолинейным краям серповидных элементов. Если нажать на этот край, элемент расколется на две части. Размеры получаемых элементов определяются тем, в каком месте производится нажатие. Если вы нажмете посредине, получите два одинаковых элемента.

Как известно, разделение элемента на сегменты не разрушает его, а лишь уменьшает выходной ток. Следовательно, при разделении элемента пополам каждая половинка будет генерировать ток 45-50 мА.

Не обязательно делить элементы на части, можно использовать целые серповидные элементы, генерирующие ток только 50 мА. Для отбора таких элементов полезен тестер. При этом необходимо помнить, что слаботочные элементы займут больше места в батарее.

Соедините 14 элементов последовательно - и вы получите солнечную батарею. Разместите их на небольшой пластинке из пластика или стекла и загерметизируйте для предохранения от воздействия окружающей среды.

Блокирующий диод (D1) защищает аккумуляторы от разряда через солнечную батарею в ночное время. Он представляет собой германиевый диод с низким прямым напряжением порядка 0,3 В и максимальным током 200 мА.

Конструкция сигнального фонарика

Электронная схема изготавливается с применением печатного монтажа. Печатная плата приведена на рис. 2, размещение деталей - на рис. 3. В изготовлении нет ничего сложного, только тщательно соблюдайте полярности выводов всех полупроводниковых приборов и тщательно пропаивайте соединения.

Рис.2

Рис.3

Мигающую лампу необходимо поместить в какой-либо стеклянный баллон для защиты от воздействия внешней среды. Кроме того, стеклянный баллон способствует рассеиванию света лампы в широком диапазоне углов. Для этой цели прекрасно подойдет сферический рассеиватель, ранее используемый в габаритных огнях некоторых автомобилей. Накрытая подобным колпачком лампа видна со всех направлений.

Можно также поместить лампу между двумя линзами, такая конструкция обычно используется в оградительных фонарях на дорогах. Линзы необязательно должны быть круглыми, подойдет любая форма. Не составит особого труда защитить лампу в соответствии с приведенными рекомендациями.

Мне самому тем не менее специально потребовался небольшой сигнальный фонарик, который светил бы только в одном направлении. В результате поисков я обнаружил в продаже дешевый осветитель, точно отвечающий моим требованиям (см. подробнее список деталей). Он предназначался для использования в автомобиле и был оснащен магнитным держателем (очень удобно для закрепления на металлических поверхностях) и разъемом для подключения в гнездо прикуривателя на 12 В.

Чтобы использовать этот фонарик в качестве сигнального, первым делом нужно было обрезать соединительный привод с 12-воль- товым разъемом так, чтобы остался присоединенным отрезок провода длиной около 10 см. Сохраните при желании разъем прикуривателя и соединительный провод для будущих конструкций. Теперь удалите рукоятку для сматывания провода, отвинтив удерживающий ее винт.

Лампочка в этом фонарике рассчитана на 12 В и хорошо работать в нашей схеме не будет. Для доступа к лампочке отверните против часовой стрелки внешнее кольцо, удерживающее переднее стекло фонарика. Замените лампу на лампу № 50 и соберите фонарик.

Печатная плата, изображенная на рис. 2, специально сделана таких размеров, чтобы точно уместиться в выемке от 12-вольтового разъема.

Плата и все детали на ней точно подходят по размерам, кроме конденсатора С1, который необходимо расположить "лежа".

Наконец, припаяйте выводы лампы, аккумуляторной и солнечной батарей к соответствующим контактным площадкам платы. При окончательной сборке фонарик закрепляется на аккумуляторной батарее. Дополнительный вес батареи добавит фонарику устойчивость. Солнечная батарея, которая не крепится к фонарику, может располагаться в любом освещаемом солнцем месте.

Использование сигнального фонарика

Фонарик может не снабжаться тумблером для выключения его в дневное время. В этом нет необходимости. Мой опыт показывает, что свежезаряженного комплекта аккумуляторов вполне хватает на неделю работы фонарика. Совершенно разряженные никель-кадмиевые элементы полностью подзаряжаются за 10 солнечных часов, иными словами, за полтора дня работы солнечной батареи.

Если такой режим работы вас не удовлетворяет, следует увеличить размер солнечной батареи, чтобы она генерировала ток 17 мА, и сменить прежние аккумуляторные элементы на элементы с большей емкостью (типа С). В этом случае будет запасаться приблизительно в 3 раза больше энергии.

Область применения этого небольшого портативного фонарика почти не ограничена. Конечно, в голову тотчас приходят уже упомянутые применения: своевременное световое предупреждение о впадинах и ямах, трудноразличимых изгородях и незаметных препятствиях. Неплохо также установить сигнальные огни на лодки, пристани и высокие здания.

Если вы радиолюбитель, возможно, вы захотите закрепить мигающий фонарик со сферической крышкой на мачте вашей антенны. Домохозяйкам понравится использование подобного приспособления для предупреждения о только что натертых полах. Фонарик с магнитным держателем можно укрепить на крыше автомобиля, поставленного на стоянку на обочине шоссе.

А какая забавная получится благодаря такому фонарику маска с мерцающими глазами!

Автор: Байерс Т.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Процессор для Интернета вещей TZ1041MBG с поддержкой Bluetooth v4.1 17.09.2015 Toshiba добавляет в серию ApP Lite процессор для Интернета вещей TZ1041MBG с поддержкой Bluetooth v4.1. Развитие интернета вещей и носимых устройств увеличивает потребность в соответствующей элементной базе. Важными чертами процессоров приложений для указанной области применения можно считать низкое энергопотребление и поддержку передовых беспроводных интерфейсов. Оба эти качества свойственны процессору TZ1041MBG, который компания Toshiba добавила в серию ApP Lite. По словам производителя, новинка подходит для использования в носимых устройствах, включая мониторы физической активности, умные часы и другие устройства в виде браслетов и очков. Она соответствует спецификации Bluetooth v4.1 и, поддерживая функции концентратора Bluetooth, формирует универсальную среду обмена данными для устройств интернета вещей и носимых устройств. Другими словами, Toshiba TZ1041MBG подходит на роль концентратора датчиков. Помимо контроллера Bluetooth, в конфигурацию TZ1041MBG входит процессорное ядро ARM Cortex-M4F, цифровой процессор сигналов и блок вычислений с плавающей запятой. Список интерфейсов ввода-вывода включает I2C, UART и SPI. Есть 24-разрядный сигма-дельта АЦП высокого разрешения с быстродействующим коммутатором для подключения трех входных каналов, 256 КБ оперативной памяти типа SRAM и 8 Мбит флэш-памяти типа NOR. В TZ1041MBG применена технология снижения энергопотребления, уже опробованная в других устройствах серии TZ1000, которая позволяет менять напряжение питания в зависимости от тактовой частоты. Размеры TZ1041MBG - 6,70 x 8,00 x 1,59 мм. Ознакомительные образцы новинки должны появиться в октябре этого года, а запуск серийного производства запланирован на начало следующего года.

Другие интересные новости:

▪ Парализованных крыс излечили

▪ Чтобы запомнить, нужно пересказать

▪ Суперхлеб для похудения

▪ Геймерские OLED-телевизоры от LG

▪ Энергоэффективные процессоры Intel Atom x3

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Синтезаторы частоты. Подборка статей

▪ статья Правила поведения и способы защиты при массовых беспорядках. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как образуются окаменелости? Подробный ответ

▪ статья Измерение по угловым величинам предметов. Советы туристу

▪ статья Усилитель на микросхеме TDA1521, 2х12 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабилизатор из двигателя, 5,5-14/5 вольт 150 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026