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    [STM32F0] 【改裝】+ 旋轉編碼器PWM調光LED臺燈

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    樓主
          這個被改造的舊臺燈是從朋友家拿的,早些時候自己家也有一臺類似準備改造的臺燈,只是燈管架相對于支撐桿來說居中,長度也略長一點,不幸的是準備改造前被老婆收拾房間扔了,結果準備改造觸摸臺燈的項目下馬了。這次從朋友那里拿的這個舊臺燈,準備改造成一款采用兩顆3W+3W的LED燈珠并采用旋轉編碼器調整PWM占空比對LED亮度進行連續改變。下面是改造過程的簡單記錄:

    一、改造項目簡介
          照明部分使用了2顆東芝3W LED燈珠并配有散熱鋁板;LED恒流驅動使用了國產的PB1808芯片;PWM波的產生使用了TSSOP20封裝的STM32F030F4P6微控制器芯片,PWM波占空比的調整使用了一只EC11旋轉編碼器進行用戶調整控制LED燈的亮度;電源使用了一只舊的9V/0.6A成品電源。臺燈在冷啟動時默認亮度為最暗狀態;熱啟動時為上次關閉時的亮度。

    二、硬件部分介紹
    1、主控芯片采用了ST的STM32F030F4P6,只所以選這顆芯片這要原因是手里有一些閑置,再有就是采用STM32CubeMX搭建程序框架比較方便省事,其他就不用多介紹了,這是一款大家都非常熟悉的芯片;

    2、LED燈珠。
           LED采用TOSHIBA_TL1F1-NW0-L兩只串聯,其主要參數見下圖。LED散熱器選用了一根250*27*5mm的鋁合金條;


    3、LED驅動芯片BP1808A
          BP1808A是一款多工作模式、寬輸入/輸出范圍的高壓DC-DC LED驅動芯片,內部集成80V/300mΩ功率開關。BP1808A可以工作于升壓、降壓、和升降壓模式,其輸入/輸出電壓范圍可達3V—70VDC。BP1808A 可通過外置采樣電阻調節輸出電流的大小,其輸出電流的精度可達+/-3%。BP1808A可通過DIM Pin 進行PWM和模擬調光。從手冊中引用的說明可以看出這是一款使用非常靈活的芯片,詳細資料詳附件。

    4、旋轉編碼器及其他
        旋轉編碼器使用了一只從網上購買的EC11型,使用手感相對于當年玩的道奇收音機上的相比相差太多了,當然價格便宜,也能干活兒;另外的電源應該是路由器上使用的一只電源,輸出電流稍小了點。

    三、硬件設計及安裝
    1、電路設計
          STM32F030F4P6只是一個最小系統,BOOT0直接接地;復位NRST使用了一只100n電容接地,上拉電阻實際沒有焊接;另外引出了調試線SWDIO、SWCLK;EC11按手冊中的說明在兩個旋轉端子上增加了消抖電容,上拉電阻由于采用了芯片內部的上拉電阻而實際沒有焊接; LED的開關使用了一只NPN型8050三極管和一只P溝道的MOS管AO3401進行組合,并通過 STM32F030F4P6的PA4端口進行開關控制;STM32F030F4P6的供電采用了一只拆機的DC-DC電源模塊,輸入電壓4.75v~24v,能提供1A的輸出電流,用在這大材小用了,一片HT7133就解決問題了。PCB上畫錯了,A、B、C三個控制端在接地的狀態下輸出3.3V,畫的時候直接復制的以前5V輸出的,還好測試前把負載切斷進行空載測試發現了錯誤。
          BP1808價格很便宜,使用也非常靈活。因為是第一次使用,也算是一次嘗試,本案采用了手冊中的降壓接法:


          按照手冊中的要求:comp電容使用了一只4n7滌綸電容;續流二級管使用了一只SR260肖特基;檢流電阻按公式0.2/0.35A=0.57歐姆,選用了一只標稱0.56的2W碳膜電阻,但LED的電流只有0.3A,不知問題出在了哪里?不知道跟實際使用的是普通電感有沒有關系,亦或檢流電阻值不準確?由于時間關系暫時先這樣,下來再說。

    2、PCB制作
          根據功能需求利用Sprint-Layout畫了塊PCB,直接畫的PCB也就沒有電路圖,原則就是怎么方便布線就怎么畫,有的朋友說現在打板很便宜干嗎自己做?關鍵我這個方便快捷。畫好的板子尺寸只有54mm*42mm、最小線寬0.3mm,其余的部分只是為了不浪費材料而夾帶的私貨,另案處理;





    3、器件安裝
        手里的元件比較雜,什么樣兒的都有,看著挺熱鬧。元器件的焊接比較簡單,時間都耗費在了找元件上了,慌忙中還把用于LED開關控制的NPN型三極管用成了PNP型,結果后期調試程序時才發現。下面是過程當中拍的幾張照片:











    四、軟件調試
    1、程序框架
          使用用STM32CubeMX搭建程序框架真是方便、省時,實際應用中也是通過這個軟件對硬件部分進行了輔助設計。


    2、程序簡介
          PWM輸出使用了TIM1_CH3,TIM1的計數頻率采用了24分頻,即48000000/(23+1)=2MHz,PWM頻率為2MHz/2000=1000Hz,其實PWM頻率在這個應用中不用這么高;PWM極性設計為高,初始化PWM占空比為(Pulse/Period)*100%=20/2000*100%=1%,這樣在臺燈冷啟動時確保LED有一個亮度;



          在主函數中,根據EC11旋轉、按壓等操作所返回的狀態來控制外部設備;



    五、整體組裝及測試。這項工作比較簡單,細心點別多出配件。
    1、拆原臺燈并將新設備裝入:







    2、測試
    a、最小占空比


    b、冷啟動后


    c、最大占空比


    六、存在問題及改進
    1、電源功率稍小。準備替換為9V/1A或12V/1A規格電源,保證有足夠的電源儲備功率;
    2、LED輸出電流0.3A。對BP1808電感從新造型,調整電感及檢流電阻參數,嘗試將輸出電源調整至0.34A~0.35A之間;
    3、增加燈罩,改善光照。先期考慮使用1.5mm亞克力板打磨制作;
    4、EC11檢測程序采用的輪詢方式,效率較低,有失步現象。改進使用中斷檢測方式,提高檢測靈敏度及精度;
    5、LED控制亮度的PWM占空比每次EC11旋轉變化幅度過小,LED亮度在某個區段內隨PWM占空比變化的影響肉眼感受不大。改進為分區段控制,通過旋轉EC11能明顯感受LED亮度平滑增減。

    七、附件
          工程文件就不上傳了,等改進調試后再來分享。下面是BP1808的資料以及改裝測試的視頻,有點大壓縮成兩個包,有興趣的朋友可以看一下。
    BP1808.rar (1.74 MB, 下載次數: 2)
    video_20191003_185053.part1.rar (36 MB, 下載次數: 0)
    video_20191003_185053.part2.rar (34.36 MB, 下載次數: 0)

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    沙發
    | 2019-10-5 11:47 | 只看該作者
    弄的真不賴,如果上面用鋁箔紙或者金箔紙做個反光板效果肯定更拉轟。然后外面貼個散光板。

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    板凳
    | 2019-10-5 13:09 | 只看該作者
    不錯,感謝分享

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    地板
     樓主 | 2019-10-5 20:31 | 只看該作者
    598330983 發表于 2019-10-5 11:47
    弄的真不賴,如果上面用鋁箔紙或者金箔紙做個反光板效果肯定更拉轟。然后外面貼個散光板。 ...

    臺燈原來有一片鋁反光板,被LED散熱鋁板擋住了一大部分。貼鋁箔是個好辦法,找點試試。謝謝指點!

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    5
     樓主 | 2019-10-5 20:33 | 只看該作者

    謝謝支持!

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