Rebirth of a flashlight

Begonnen hatte diese Arbeit mit dem Auftrag, eine alte Bahntaschenlampe wieder zum Leuchten zu bringen. Die Lampe bekam anfangs ihre Leuchtkraft durch eine einfache kleine Glühbirne, ähnlich wie bei einer MagLight. Nur wollte die Lampe trotz getauschter Birne und geladenem Akku nicht mehr leuchten. Da die Taschenlampe einen Akku und einen LED Cluster hatte, war auch eine Elektronik im Inneren. Dort das defekte Bauteil zu finden ohne einen Schaltplan war einfach zu aufwendig. Aus diesem Grund entschieden wir uns, die Lampe auf LED Betrieb umzubauen. Also alte Platine raus, und neue Platine mit LED Steuerung rein.

 

 

Eine der Schwierigkeiten beim Nachbau der Platine war die Form der Hauptplatine und ein seitlicher Taster, welcher auf die Hauptplatine aufgesteckt wird und von außen über eine wasserdichte Kappe betätigt werden konnte. Der Taster musste also exakt auf die Hauptplatine aufgesteckt werden. Hier war viel Ausmessen gefragt.

Nachdem alles ausgemessen war und die Maße in Eagle übertagen waren, wurde ein Teststück angefertigt um die Form der späteren Hauptplatine zu überprüfen. Das sah dann so aus:

 

 

Jetzt konnten wir damit beginnen, die Schaltung für die LED zu entwerfen. Zum Einsatz kam eine 120lm SMD LED. Diese LEDs haben aber die negative Eigenschaft, dass mit steigender Temperatur der LED , sich auch die Stromstärke erhöht. Wenn hier die LED nicht mit einer Konstantstromquelle betrieben wird, erleidet sie nach kurzer Zeit den Hitzetot. Eine vorgefertigte Konstantstromquelle wollten wir aber nicht benutzen. Es wurde also wieder zum Mikrocontroller gegriffen. In diesem Fall ein ATtiny 44. Der Mikrocontroller misst den Strom, welcher durch die LED fließt und stellt je nach Stromstärke das PWM Signal für einen Step-Down Konverter ein. So kann man in der Software einen festen Wert eingeben, welcher dann immer gehalten wird.

 

 

Die Strommessung erfolgt über eine Spannungsmessung an einem Messwiderstand vor der LED. Dieser ist so klein dimensioniert, dass er keinen nennenswerten Verlust erzeugt. Nur ist die Spannung die an ihm Abfällt eben auch sehr klein. So klein, dass der AD-Wandler am ATtiny nichts damit anfangen kann. Also wurde ein OP-Verstärker eingesetzt. Dieser verstärkt die Spannung welcher am Messwiderstand abfällt und ermöglicht so dem Mikrocontroller ein korrekte AD Wandlung. Da der Wert des Messwiderstandes und der Verstärkungsfaktor des OPs bekannt sind, kann der korrekte Strom errechnet werden.

In Aktion sieht dass dann so aus:

 

 

Hier ist jedoch noch nicht die vorgesehene LED auf der Hauptplatine vorhanden. Es wurde erstmal nur getestet, ob die Konstantstromquelle korrekt arbeitet. Die eigentliche LED kommt dann direkt auf die Hauptplatine. Da man durch die Konstantstromquelle immer die gleiche Leuchtkraft hat, egal wie voll oder leer der Akku ist, misst der Mikrocontroller gleich noch die Akkuspannung. Wird ein bestimmter Grenzwert unterschritten wird zur Warnung eine 3mm LED, die sich rechts neben dem Hauptlicht befindet , eingeschaltet. Falls diese Anzeige nicht bemerkt oder ignoriert wird gibt es noch eine Notabschaltung damit der Akku nicht tiefenentladen wird.

 

 

Zum Schluss musste nur noch der LED Cluster angesteuert werden. Ein Taster drücken für Dauerleuchten, nochmal drücken für Blinken und noch nochmal für aus.
Als letztes kam dann die LED auf die Platine. Die Kühlung der LED und die passende Ausrichtung im Reflektor konnten wir mit einem Schlag erledigen. Die LED wurde auf zwei dicke Drähte gelötet und diese auf die Hauptplatine. Dort kann die Wärme von den Drähten aufgenommen und abgegeben werden. Gleichzeitig sitzt die LED perfekt im Reflektor um ein gutes Leuchtbild zu erhalten. Ein letzter Test und alles kann eingebaut werden.

 

 

Test bestanden und weiter geht’s zur Endmontage.

Die Hauptplatine mit dem Seitlichen Taster kommt zuerst. Der LED Cluster ist an der Hauptplatine mit Flachbandkabel angelötet, der entsprechende Taster auch.

Nach dem die Hautplatine Sitzt, wird der LED Cluster und der Taster festgeschraubt, und der Akku kann eingesetzt werden.

 

 

Fertig Zusammengebaut sieht das ganze dann so aus. Lediglich der Deckel ist noch nicht montiert.

 

 

Und hier komplett fertig: