Dálkové ovládání pro lampičku s regulací jasu

   Jednoho dne jsem při procházení Aliexpressu narazil na industriálně laděnou nástěnnou lampičku, která mě zaujala svým designem. Okamžitě jsem si ji dokázal představit v obývacím pokoji na zdi, a proto jsem ji objednal.

   Na základě předchozí zkušenosti s vlastním návrhem dálkového ovládání pro lustr, které se mi dlouhodobě osvědčilo a funguje spolehlivě, jsem se rozhodl rozšířit i tuto lampičku o možnost dálkového ovládání.

Požadavky na dálkové ovládání

  • dálkové ovládání bude komunikovat s univerzálními dálkovými ovladači
  • dálkové ovládání se musí vejít do základny lampičky 
  • dálkovým ovládačem bude možné lampičku nejen zapnout a vypnout, ale bude možná i regulace jasu žárovky
Lampička v industriálním stylu z Aliexpressu.
Lampička v industriálním stylu z Aliexpressu. Na Aliexpressu k nalezení pod označením "Industrial Wall Lamp Vintage Wall Light".

Návrh elektroniky pro dálkové ovládání

   Na návrhu dálkového ovládání pro lampičku jsem začal pracovat už druhý den po jejím objednání. Cílem bylo, aby jak lampička, tak i DPS dorazily přibližně ve stejnou dobu, což by mi umožnilo co nejrychlejší montáž hotového zařízení na zeď.

V době návrhu elektroniky jsem ale ještě neměl k dispozici přesné rozměry prostoru v základně lampičky (na Aliexpressu uvedeny nebyly). Z tohoto důvodu jsem zvolil maximálně kompaktní a prostorově úsporné řešení celé elektroniky.

   Původně jsem počítal s použitím malého spínaného zdroje pro napájení, ale od tohoto řešení jsem nakonec upustil kvůli jeho vyšším nárokům na prostor na DPS. Místo toho jsem zvolil koncepci s velmi nízkou spotřebou (jednotky mA), kde je možné napájet elektroniku přímo z usměrněného síťového napětí pomocí lineárního stabilizátoru a navíc bez nutnosti galvanického oddělení. 

   Stabilizátor napájecího napětí elektroniky je dvoustupňový. První stupeň (lze jej nazvat předstabilizátorem) tvoří tranzistor T1 a D1. Do zenerovy diody teče proud do 1 mA, v závislosti na okamžité hodnotě napětí v síti. Tento proud by jistě mohl být větší, ale to už by neúměrně rostla spotřeba a na předstabilizaci to úplně stačí. Na výstupu předstabilizátoru je napětí kolem 8,5 V. Rezistory R4 a R5 (nakonec každý o hodnotě 2,7 kΩ) slouží především jako ochrana při zkratu na výstupu předstabilizátoru např. při poruše – omezí zkratový proud a následně se tepelně přetíží, čímž dojde k „odpojení“ obvodu. Vzhledem k velmi malým proudům nebylo praktické použít klasickou tavnou pojistku. O stabilizaci napětí 3,3 V pro procesor se stará low power stabilizátor AP7380-33 s „ground current“ cca 3 μA. 

   Procesor jsem použil STM32F070F6P6. Pro příjem signálu z dálkového ovladače je k procesoru připojen běžný IR přijímač HX1838. Žárovka je připojena na usměrněné síťové napětí a procesor ji ovládá pomocí FET tranzistoru T3. 

   Regulace jasu je řešena pomocí PWM s frekvencí 1 kHz. Určitou nevýhodou tohoto řešení je buzení tranzistoru T3 přes rezistor 100 kΩ, který byl zvolen z důvodu minimalizace spotřeby. To však vede k pomalejším přechodům a vyšším spínacím ztrátám na tranzistoru, který se při provozu zahřívá přibližně na 75 °C. Tento stav je však z hlediska funkce systému akceptovatelný.

   Spotřeba elektroniky se pohybuje kolem 3,5 mA, což odpovídá přibližně 800 mW ztrátového výkonu. Po započtení spínacích a vodivostních ztrát tranzistoru T3 lze celkový ztrátový výkon odhadnout přibližně na 1,5 W, což je pro danou aplikaci stále vyhovující.

   Síť se připojí do svorek označených L_IN a N_IN a žárovka se připojí do svorek s označením ZAR_1 a ZAR_2.

Schéma dálkového ovládání s regulací jasu pro lampičku.
Schéma dálkového ovládání s regulací jasu pro lampičku.

DPS elektroniky pro dálkové ovládání

   Jelikož základna lampičky je kulatá, navrhoval jsem elektroniku také na kruhovou DPS. Po prvotním rychlém rozmístění součástek mi vyšlo, že celé zapojení bez problémů umístím na desku o průměru 60 mm. Tato deska se následně do lampičky krásně vešla a celý systém fungoval na první zapojení. Přiznám se, že jsem nečekal, že nebudu muset návrh DPS nijak upravovat.

   Kdybych ale někdy uvažoval o druhé verzi DPS nebo potřeboval tuto elektroniku zabudovat i do jiné lampičky, trochu bych zvětšil chladicí plochy pro tranzistory T1 a T3 (u T1 spíše proto, že je na DPS prostor a u T3 z důvodu větších spínacích ztrát než jsem původně očekával). Z funkčního hlediska to není vyloženě nutné, ale z hlediska tepelné rezervy by to bylo určitě vhodné konstrukční vylepšení.

Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu z vrchní strany.
Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu z horní strany.
Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu ze spodní strany.
Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu ze spodní strany.

Montáž dálkového ovládání do lampičky

   Elektroniku dálkového ovládání jsem připevnil pomocí dvou jednoduchých hliníkových držáků na původní montážní otvory lampičky. Do základny lampičky jsem musel vyvrtat navíc jeden otvor o průměru 8 mm, kvůli IR přijímači a další otvor o průměru 10 mm pro průchod napájecího kabelu (neměl jsem vývod přímo ze zdi).

Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu z vrchní strany s držáky, připravená na montáž do lampičky.
Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu z vrchní strany s držáky, připravená na montáž do lampičky.
Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu ze spodní strany s držáky, připravená na montáž do lampičky.
Osazená DPS elektroniky dálkového ovládání s regulací jasu ze spodní strany s držáky, připravená na montáž do lampičky.
Otvor 8 mm pro IR přijímač dálkového ovládání v lampičce. Otvor jsem následně ještě přelepil kouskem plexiskla, kvůli zajištění bezpečnosti z důvodu galvanického spojení elektroniky se sítí.
Otvor 8 mm pro IR přijímač dálkového ovládání v lampičce. Otvor jsem následně ještě přelepil kouskem plexiskla, kvůli zajištění bezpečnosti z důvodu galvanického spojení elektroniky se sítí.
Lampička se zapojeným dálkovým ovládáním.
Lampička se zapojeným dálkovým ovládáním.
Pohled na industriální lampičku z Aliexpressu bez elektroniky.
Pohled na industriální lampičku z Aliexpressu bez elektroniky.

Ovládání regulátoru jasu v lampičce

   Po připojení lampičky do sítě se žárovka rozsvítí naplno, tj. střída PWM = 97 %. Jinak se lampička ovládá pomocí univerzálního ovladače následovně (stisk tlačítka):

  • 1 – PWM/jas = 20 % (kód z ovladače 0x4AB0)
  • 2 – PWM/jas = 25 % (kód z ovladače 0x0AF0)
  • 3 – PWM/jas = 30 % (kód z ovladače 0x08F0)
  • 4 – PWM/jas = 35 % (kód z ovladače 0x6A90)
  • 5 – PWM/jas = 45 % (kód z ovladače 0x2AD0)
  • 6 – PWM/jas = 55 % (kód z ovladače 0x28D0)
  • 7 – PWM/jas = 70 % (kód z ovladače 0x7280)
  • 8 – PWM/jas = 82 % (kód z ovladače 0x32C0)
  • 9 – PWM/jas = 97 % (kód z ovladače 0x30C0)
  • 0 – žárovka zhasnuta (kód z ovladače 0xF000)
  • STANDBY – rozsvítí žárovku naplno v případě, že je žárovka zhasnuta a zhasne žárovku v případě, že žárovka svítí (kód z ovladače 0x9A60)

   Při testování regulace jasu lampičky jsem dospěl k závěru, že z hlediska uživatelského komfortu je důležitější jemné rozlišení především v oblasti nízkých úrovní jasu. Tyto úrovně mají zásadní vliv na možnost přesného nastavení požadované světelné atmosféry.  Z toho důvodu jsou nízké úrovně jasu odstupňovány jemněji než ty vysoké. 

   Při stisku tlačítka, které nemá v programu přiřazenou žádnou funkci, procesor neprovede žádnou akci a událost ignoruje.

Lampička, doplněná o dálkové ovládání a regulátor jasu. Hotová a připevněná na zeď.
Svit 60W žárovky v lampičce s dálkovým ovládáním na 2. stupeň jasu
Svit 60W žárovky v lampičce s dálkovým ovládáním na 4. stupeň
Svit 60W žárovky v lampičce s dálkovým ovládáním na 4. stupeň jasu
Svit 60W žárovky v lampičce s dálkovým ovládáním na 9. stupeň
Svit 60W žárovky v lampičce s dálkovým ovládáním na 9. stupeň jasu

Testování dálkového ovládání lampičky

   Chování dálkového ovládání a regulátoru jasu v lampičce je možné si prohlédnout na Youtube zde a zde.

Podklady pro výrobu elektroniky dálkového ovládání lampičky