Устройство новогодних гирлянд

Новогодний декор может быть очень разным – как пышным, так и минималистичным. В него может входить елка, украшения для стен, дома, деревьев и даже изгороди. Но в большинстве случаев для декорирования используются гирлянды. Они применяются уже много десятилетий, и за эти годы успел измениться не только дизайн, но и конструкция.

Первыми гирляндами стали простые провода с последовательно подсоединенными к ним маленькими лампочками накаливания. Делались они вручную и обычно были достаточно пожароопасными. Чуть позже, когда гирлянды начали выпускать уже на промышленной основе, в их производстве использовались более надежные материалы, а разноцветные плафоны позволили сделать свет пока ещё одноцветных ламп более эффектным. Окрашивать лампочки начали немного позже.

Мигающие режимы

Следом за разнообразием цветов появилось и отличие в режимах работы разных гирлянд. Мигающие и гаснущие огоньки выглядели более привлекательно и сделали это новогоднее украшение больше похожим на то, чем сейчас украшают елки и улицы. С помощью нескольких гирлянд уже можно было создать более пеструю подсветку, сделать ель наряднее.

Первые мигающие модели были разработками любителей. Особенно удачные схемы печатались в ноябрьских номерах журналов, и многие желающие могли попробовать сами собрать такую гирлянду. Элементная основа была представлена микросхемами с минимальной интеграцией – К155, К561, а также их модификациями. Одной из таких интересных схем стал вариант И. Потачина – «Музыкальная гирлянда».

Как основа был установлен К561ИЕ16-счетчик DD2. Посредством системы ключей DD3 и транзисторов VT4-VT7 он позволял одновременно управлять четырьмя линиями. Своё название схема получила благодаря использованию микросхемы из синтезатора УМС8-01. Они имели возможность проигрывать мелодии, из-за чего часто встречались в игрушках. В данном случае выходной сигнал звука применялся для тактирования DD2. Режимы мигания подстраивались под воспроизводимый звук, а сам звук можно было слышать, если подключить к схеме динамик.

В 1992 году в одном из журналов была опубликована ещё одна интересная схема – «Автомат плавного управления гирляндой» от А. Чумакова. Данная схема давала возможность медленно гасить и зажигать огоньки лампочек, а конкретная скорость этого процесса устанавливалась переключателем. Разобрав эту схему подробнее, можно было увидеть, что она представляет собой систему симисторного регулятора напряжения двухбазового транзистора КТ117А. Но в данном случае скорость переключения режимов изменялась автоматически благодаря резистору сменного типа. Включение и выключение отдельных резисторов осуществлялось через дешифратор К561ИЕ8.

Управление на основе микроконтроллеров

Как только радиолюбителям стали доступны микроконтроллеры, появились эти системы и в елочных гирляндах. Одной из самых необычных схем стал вариант «Сотовый телефон управляет ёлочной гирляндой» от А. Пахомова. В качестве основы использовалась плата от старой китайской гирлянды. В статье автор сообщал, что причиной такого выбора послужила оригинальная конструкция выходного каскада, который мог управляться через микроконтроллер.

Миниатюрный размер и простое устройство платы давали возможность посредством простой замены контроллера и написания несложной программы световых эффектов получить полноценную гирлянду. В качестве контроллера автор схемы использовал старый телефон Siemens C60, благодаря чему гирлянда и получила своё название. Управляющим контроллером был выбран AT89C51.

Использованный автором контроллер – один из лучших в своём роде. Он был разработан корпорацией Intel, а позже выпускался фирмой Atmel. Схемы на базе данного контроллера не зависали и не требовали установки таймера. Данная модель контроллера была так продумана и функциональна, что, несмотря на выпуск обновленной серии, до сих пор не изменялась.

Мигающие светодиоды

Интересной была также схема И. Нечаева под названием «Светодиодная мигалка». Для её сборки были взяты три разноцветных вида светодиодов и три динистора DB-3 симметричного формата, оставшиеся от плат экономных лампочек. Все цвета светодиодов имели собственное управление через релаксационный генератор, изготовленный на базе DB-3. Понять систему работы этой схемы проще всего при описании одного из каналов. Здесь для примера взят красный.

Зарядка конденсатора C1 осуществляется от выпрямителя R1 через резистор R3. Также для этого используется VD1 с напряжением, достаточным для пробоя VS1 (примерно 32 В). При открытии динистора происходит разрядка конденсатора C1 через красную линию элементов - R4 и VS1. Потом цикл просто повторяется.

Все три варианта цветов оснащены собственными генераторами и не зависят друг от друга. Но их частота может отличаться, поэтому зажигания происходят в разное время. Поместить всю конструкцию можно в прозрачный каркас и использовать как елочную игрушку или верхушку. При добавлении в схему белых светодиодов HL2 мигание происходит на их фоне.

Изготовление таких гирлянд раньше было ручным и штучным. Оно было оправдано, поскольку найти что-то похожее в продаже было просто невозможно. В наше время в условиях огромного выбора недорогих гирлянд с самыми разными режимами такой подход уже устарел. Стоимость таких гирлянд с каждым годом продолжает падать. Это происходит как из-за большой конкуренции, так и из-за низкой себестоимости материалов и технологий.

МК из Китая

Китайские варианты контроллеров выглядят чрезвычайно просто – небольшая пластиковая коробка с одной кнопкой, в которую направлено несколько проводов. При включении в сеть постоянного тока гирлянды, подсоединенные к контроллеру, сразу начинают воспроизводить различные режимы мигания. Количество эффектов, как правило, указано над кнопкой, поскольку нажатие на неё позволяет менять режим.

Внутри коробки тоже всё достаточно несложно. Сам микроконтроллер имеет каплевидную форму, он черного цвета, рядом с ним всегда находится кнопка управления, конденсатор с электролитами, диод и выходные тиристоры – чаще всего их три. На корпусе много свободного места, поэтому при желании можно добавить и четвертый. Производители иногда прошивают его изначально. В некоторых моделях можно увидеть другую ситуацию – всего два тиристора, поскольку производитель сэкономил на третьем.

Не принимая во внимание очень скромные размеры, тиристор PCR406 способен создавать обратное напряжение до 400 В и прямой ток мощностью до 0,8 А. При напряжении сети 220 В это позволяет выдавать мощность, равную 44 Вт.

Принцип работы данного устройства мало чем отличается от других аналогичных контроллеров некитайского производства. Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет поступающее на него напряжение и через резистор R1 гасящего типа направляется на десятый вывод микроконтроллера. К этой же системе подключается конденсатор C1 на электролитах, который снижает пульсации входящего тока. Такой контроллер потребляет совсем немного тока, поэтому китайские производители нередко решают обойтись одним диодом вместо четырех.

Повысить надежность данной системы можно одним простым способом – параллельно конденсатору C1 припаять стабилитрон с мощностью от 9 до 12 В. Это значительно уменьшит вероятность перегорания или другой поломки контроллера.

Отдельно нужно рассмотреть резистор R7, который подключается к первому выходу контроллера напрямую от сетевого привода. Такой способ подключения дает возможность осуществлять фазовое регулирование мощность через синхронизацию с сетью. Именно это дает эффект медленного загорания и угасания лампочек.

Правая часть контроллера занята кнопкой управления и тиристорами, которые включаются, когда происходит повышение уровня напряжения на одном из выходов. Такая схема подходит для маломощных гирлянд, которых достаточно в большинстве случаев для украшения елки и комнаты. Но если нужно создать мощную сеть с напряжением в сотни ватт, то это не сложно сделать, используя приведенную схему в качестве основы и усиливая её симисторными ключами. Питание микроконтроллера осуществляется от собственного источника питания, гальванически подсоединенного к сети.

Светодиодные гирлянды

В моделях из светодиодов используются те же контроллеры и тиристоры, что и в моделях с лампами накаливания. В одной такой гирлянде может быть от 20 светодиодов, на которые установлены ограничивающие ток резисторы. Китайские производители и тут находят способ сэкономить – к первым 10 светодиодам припаяны резисторы, а следующие 10 просто соединены между собой. Очень часто такая конструкция объясняется технологией сборки. На одной линии изготавливают часть с резисторами, на другой – без них. Впоследствии обе складываются в одну гирлянду. Но возможны и другие причины подобной экономии в зависимости от производителя и его целей.