Летние дожди хоть обычно и короткие, но внезапные. Об осени вообще говорить не приходится: ограниченный световой день и совершенно непредсказуемая погода. Уличное же освещение у нас, видимо, находится еще в стадии развития. Выходя вечером из дома, приходится брать с собой и зонт, и фонарь, что очень неудобно. Или светить под ноги мобильным телефоном — один я уже уронила в такой ситуации и разбила. А что если оснастить зонт электрической подсветкой?
Проект, мне кажется, будет интересен всем моим сверстникам, увлекающимся техническим творчеством, да и просто романтикам. Всем, кто любит гулять вечерами в ненастную погоду. Оценят его и родители, желающие улучшить заметность ребенка вблизи проезжей части.
Как же сделать подсветку? Миниатюрные электролампы накаливания точно не подходят. Они ощутимо нагреваются, потребляют значительный ток, а конструкция с ними выйдет ненадежной и хрупкой.
![Электрическая схема из параллельно соединенных светодиодов](https://modelist-konstruktor.com/wp-content/uploads/2024/07/11-4.jpg)
Другой вариант — сравнительно недавно появившийся вид подсветки, который сейчас завоевывает популярность среди оформителей и дизайнеров. В оригинале он называется «EL-wire», у нас же — просто «ЭЛ-провод». ЭЛ — это значит электролюминесцентный. Его также называют «холодным неоном», «светящимся проводом», «гибким неоном» и т.п. Данный источник света представляет собой светящийся гибкий провод, заключенный в оболочку из ПВХ-изоляции, поэтому он имеет повышенную устойчивость к воздействию воды и влаги. Казалось бы, эти компоненты отлично подходят для реализации моей идеи, но для их питания требуется адаптер, выдающий переменное напряжение порядка 100 В и частотой 1 кГц. Такое питание небезопасно в сырую погоду, а схема потребует монтажа с усиленной изоляцией, который может затруднить складывание зонта.
Третий возможный вариант — светодиоды. Полупроводниковые приборы, создающие оптическое излучение при пропускании тока в прямом направлении. Цвет свечения зависит от материалов полупроводника. К преимуществам светодиодов относятся: яркие цвета, большой срок службы, большой КПД, малый нагрев, миниатюрный размер. Они более чем в 10 раз экономичнее ламп накаливания, но по цене столь же доступны, и не боятся ударных воздействий. К сожалению, при превышении тока и перегреве они выходят из строя. Но если правильно рассчитать схему, чтобы ток не превышал номинального значения (Iн), рекомендованного производителем, то прослужат долго.
![Использование светодиодной гирлянды «Роса» в оформлении интерьера](https://modelist-konstruktor.com/wp-content/uploads/2024/07/12-2.jpg)
Светодиод начинает испускать фотоны при переходе напряжения через определенное значение, причем для каждого цвета оно разное — именно поэтому каждому цвету желательно подбирать свой резистор. Важно помнить, что хотя светодиоду и необходимо некоторое конкретное напряжение для работы, более важный параметр — рабочий ток. Например, для большинства 3- и 5-мм светодиодов максимальный ток немного превышает 20 мА. Однако лучше держать его чуть пониже для увеличения ресурса — около 15-18 мА.
Итак, решено — делаю подсветку зонтика на светодиодах. Принципиальная электрическая схема будет выглядеть как цепочка из параллельно соединенных светодиодов, каждый из которых имеет собственный ограничительный резистор, подключенный последовательно.
Определившись с количеством диодов, их цветом, питающим напряжением и параметрами ограничительных резисторов, я уже планировала приступить к их монтажу, но тут мне попалась на глаза статья с описанием нового интересного элемента — гирлянда «Роса». В ней используются уже готовые сборки светодиодов с ограничительными резисторами, рассчитанными на различные напряжения. Они припаяны к токонесущему проводу и залиты каплями прозрачной смолы. Такие гирлянды есть на разные напряжения, различных цветов и длины. Что ж, эта «находка» сильно упростит работу!
![Крепление аккумуляторного блока на бегунке зонта](https://modelist-konstruktor.com/wp-content/uploads/2024/07/13-2.jpg)
Я выбрала гирлянду «multicolor», в которой собранно сразу несколько цветов, длиной 5 метров на напряжение 5 В. А при продумывании сборочной схемы пришла мысль использовать в подсветке две световые нити. Это позволит иметь две ступени яркости или резервную световую линию.
Две гирлянды «Роса» запитаны от аккумуляторов АКБ1 и АКБ2, соединенных параллельно. Кнопки S1 и S2 позволяют независимо включать любую из гирлянд, либо обе сразу. В качестве аккумуляторов использованы литий-ионные элементы типа 16650, имеющие диапазон рабочих напряжений от 3,0 до 4,2 вольта. Каждый аккумулятор снабжен контроллером разряда BMS-1S, защищающим элемент от разряда ниже 3 вольт. От перезаряда их защищает включенный в схему контроллер заряда типа ТР4056. Он имеет гнездо micro-USB для подключения штатного зарядного устройства от телефона и цветовую индикацию: красный диод горит, когда идет зарядка, синий — зарядка завершена.
Теперь выполним некоторые расчеты. Вычислим ток, потребляемый одной 5-метровой гирляндой «Роса», имеющей 50 светодиодов. Ранее упоминалось, что номинальный ток одного диода Iн = 20 мА. Но в гирлянде он настроен для напряжения USB, а это 5 В. Сопротивление каждого светящегося кластера при этом будет: Rвкл = U / Iн = 5 / 0,02 = 250 Ом. Для питания схемы используются два Li-ion аккумулятора емкостью по 2000 мА*ч каждый. Их среднее рабочее напряжение принято считать равным 3,7 вольта. Тогда реальный ток на каждом кластере гирлянды составит: I1.1 = Uакб / Rвкл = 3,7 / 250 = 0,015 А, а для всей гирлянды I1 = I1.1 х 50 = 0,75 А. Очевидно, что общий ток нагрузки из двух гирлянд в два раза больше — 1,5 А.
Общая емкость двух аккумуляторов С = 4000 мА*ч, или 4 А*ч. Тогда ожидаемое время работы одной гирлянды Т1 = С / I1 = 4 / 0,75 = 5,33 часа. На полной же яркости схема должна проработать Т2 = С / I2 = 4 / 1,5 = 2,67 часа. Наличие двух режимов яркости позволяет выбирать мощность свечения в зависимости от времени планируемой прогулки. Возможно, в будущем имеет смысл приобрести аккумуляторы большей емкости, примерно на 3-3,5 А*ч.
![Гирлянда смонтирована внутри зонта в виде спирали](https://modelist-konstruktor.com/wp-content/uploads/2024/07/14-2.jpg)
Монтаж схемы выполнен с внутренней стороны зонта, чтобы защитить детали от осадков. Гирлянду (сначала одну) пропускаем под спицами, так она прижимается ими к полотну ткани купола. При этом закручиваем ее по спирали от краев к центру. Распределяем нить равномерно, задавая спирали примерно равный шаг в каждом витке. Затем фиксируем гирлянду прозрачной клейкой силиконовой лентой. Аналогично монтируем вторую нить. Все необходимые интервалы уже заданы первой.
В центре купола припаяем к гирлянде гибкий монтажный провод. По нему будет подведено питание от аккумуляторов, расположенных на бегунке — втулке, перемещающейся по штоку и толкающей спицы зонта. Корпус блока питания крепится к ней с помощью фиксаторов, в качестве которых использованы пластиковые скобы для водопроводных труб диаметром 10 мм. Это позволило сделать блок съемным — для отдельной переноски в морозную погоду, например.
Плата контроллера заряда ТР4056 поместилась только снаружи корпуса, но это даже по-своему удобно, так как можно видеть индикацию зарядки аккумуляторов. Для защиты платы от влаги впоследствии я покрыла ее прозрачным клеем-герметиком. Жаль, что под рукой нет 3D принтера, можно было бы сделать аккумуляторный блок более элегантным, обтекаемым и компактным.
![Принципиальная схема подсветки](https://modelist-konstruktor.com/wp-content/uploads/2024/07/15-1.jpg)
После модернизации мой зонт потяжелел на 112 грамм. Два элемента 16650 весят по 41 грамму, остальное приходится на другие детали конструкции. Считаю, что увеличение веса не добавило каких-либо неудобств, просто немного ощущается повышение центра тяжести, но к этому быстро привыкаешь.
В надежности конструкции я уверена! Мы с друзьями провели уже немало дождливых вечеров под этим зонтиком. Кнопки включения расположены удобно, работают без сбоев. Яркости подсветки вполне хватает для освещения дороги. Кстати, ее тестирование я проводила в темных складских помещениях. Подсветка создавала вокруг меня 5-метровое пятно света, в котором без труда различались предметы размером с пуговицу. Достаточно хорошо через прозрачный материал купола освещаются и окружающие предметы.
![Общий вид конструкции с раскрытым куполом](https://modelist-konstruktor.com/wp-content/uploads/2024/07/16-1.jpg)
Мой светящийся зонтик притягивает внимание всех прохожих. Его отлично видят водители автомобилей, а это уже пассивная безопасность. А как бы могли преобразиться города дождливыми пасмурными вечерами, стань он самым популярным гаджетом на свете!
Мария ОБУХОВА, ученица 10 класса СОШ г. Амурск