Inteligentny dom — żarówka

4 X 2021

Doprawdy trudno wymyślić coś oryginalnego, mówiąc o żarówce. Do czego służy? Do świecenia. I właściwie tutaj powinniśmy zakończyć i przejść do eksploracji tego jakże skomplikowanego urządzenia.

Jednak nie jest to taka zwyczajna żarówka, a potrafiąca generować szereg barw — do zwyczajnej białej, przez zimną, ciepłą, po już zupełnie zwariowane kolory, nadające się głównie do zabawy albo efektownego podświetlenia detali. I tutaj zdystansuję się do sytuacji, gdy ktoś robi sobie z mieszkania landrynkową komnatę. Może to jest intrygujące, lecz użyteczności nie widzę. Kilka lat temu — owszem, można było pochwalić się gościom mrugającą sypialnią, lecz te czasy minęły.

Ale można sobie wyobrazić sytuacje, w których taki gadżet przyda się. Oczywiście zdalnie sterowana żarówka udająca domowników, co ma zniechęcić złodziei, to sztampowy przykład. Spróbuję jednak nakreślić inny scenariusz. Jeśli osadzimy takie żarówki w sypialni i w łazience, a także po drodze i oprogramujemy je tak, by między północą, a szóstą rano ledwie co się żarzyły, na dodatek ciepłym światłem przypominającym świeczkę, nie rozbudzimy się tak bardzo, a i nie pobudzimy innych. I to akurat jest praktyczne. Zostańmy przy tym przykładzie i zajrzyjmy do środka.

Co tu świeci?

Żarówki ledowe łatwo otworzyć, jeśli wie się jak. Należy ukręcić im główkę, czyli świecącą bańkę. Dziś już nikt nie robi jej ze szkła, więc nie jest to niebezpieczne, ale mimo wszystko dobrze robić to w rękawiczkach.

Wewnątrz zobaczymy coś takiego. Zatrzymajmy się tutaj na chwilę. Aluminiowa płytka z naniesionymi, izolowanymi miedzianymi ścieżkami, zawiera szereg diod: po 14 białych zimnych, ciepłych i 7 diod RGB. Wniosek zatem pierwszy: białe światło wytwarzają białe diody, a nie kolorowe — i to jest dobra wiadomość, bo nie da się z diod RGB uzyskać dobrej klasy białej barwy. Drugi wniosek jest taki, że mamy tutaj aż 5 obwodów i trzeba skomplikowanego zarządzania tym wszystkim. Zobaczmy teraz jak wygląda żarówka podczas pracy, pozbawiona rozpraszającej bańki.
W przypadku białego światła pracują proporcjonalnie obie grupy białych diod. W skrajnych ustawieniach barwy świeci tylko jedna: zimna albo ciepła.
Gdy przełączymy pracę w tryb kolorowy, białe diody przestają świecić w ogóle, a aktywują się diody RGB. Co ciekawe, obie grupy działają rozłącznie i nie ma możliwości włączenia wszystkich pięciu struktur jednocześnie. Zapewne wynika to z ograniczeń prądowych i chłodzenia, co ma sens, ponieważ wymieszanie światła wszystkich diod nie dało by tu ciekawych efektów.
Każda dioda RGB zawiera trzy struktury. Do każdej podłączony jest pozłacany drut, co widać na tym powiększeniu. W tych diodach to złącze emituje światło bezpośrednio.
W diodach białych jest inaczej, emisją zajmuje się także luminofor o składzie dobranym w ten sposób, by zlikwidować dziury w widmie, charakterystyczne dla monochromatycznego światła diod pozbawionych luminoforu. Jest on pobudzany do świecenia światłem monochromatycznym diody znajdującej się pod spodem.

Mieszanie trzech podstawowych kolorów: czerwonego, zielonego i niebieskiego w teorii powinno dać dowolną barwę dostrzeganą przez ludzkie oko, jednak emitery mają zbyt wąskie pasma, by to działało zadowalająco. Zatem do światła efektowego taki sposób jest dobry, ale już by uzyskać światło zbliżone do naturalnego, potrzeba światła widmowo wyrównanego i stąd takie skomplikowanie żarówki.

A skąd się bierze barwa ciepła i zimna diod białych? Barwa zależna jest od składu luminoforu. Oba reprezentują widmo ciągłe, ale jedno — z przewagą odcieni niebieskich, drugie — czerwonych i żółtych. Zajrzyjmy teraz głębiej.

Komputer w żarówce.

Po odkręceniu trzech wkrętów ukaże nam się wnętrze. Trzonek zawiera metalowy odlew, spełniający funkcję radiatora i niszę, w której siedzi elektronika. Zatem wnętrze jest ekranowane i zakłócenia nie wydostają się na zewnątrz. Z tego powodu wysunięto tutaj antenę Wi-Fi. Płytki mamy tutaj dwie: zasilacza i wzmacniaczy oraz komputera. Przypatrzmy się pierwszej.
Napięcie sieciowe ląduje na wejściach z prawej strony. Zaraz na początku znajdują się typowe elementy współczesnych zasilaczy: filtry tłumiące częstotliwości radiowe, głównie po to, by te nie wychodziły z urządzenia do sieci, ale przy okazji zatrzymujące także zakłócenia z drugiej strony.

Następnie najdziemy mostek prostowniczy i kondensator magazynujący energię na czas, gdy chwilowe napięcie przemienne w sieci zmienia kierunek. Zgodnie ze wzorem na napięcie szczytowe, tutaj osiąga ono pierwiastek z dwóch razy wartość skuteczna napięcia sieciowego, czyli 325 woltów, pomniejszone o spadek napięcie na tymże mostku, który wynosi nieco ponad jeden wolt. Ale napięcie w gniazdku może zgodnie z umową osiągnąć aż 253 wolty, zatem po wyprostowaniu możemy mieć aż 358 woltów.

Nic nie robi sobie z tego układ KP3211, który jest przetwornicą napięcia sieciowego na takie o niskiej wartości, tutaj jest to 12 woltów. Według opisu wytrzymać ono może aż 650 woltów i posiada szereg zabezpieczeń. To jeden z tych nowoczesnych układów zasilaczy, który można znaleźć w ładowarkach i urządzeniach zasilanych niskim napięciem.

Jak na każdą przyzwoitą przetwornicę przystało, znajdziemy tu cewki: biorącą udział w transformacji napięcia oraz stanowiącą zaporę dla częstotliwości pracy przetwornicy, sięgającej setek kiloherców. I tutaj ważna uwaga: w zasilaczach, przeznaczonych dla urządzeń zewnętrznych pozbawionych izolacji, czyli wszelkich ładowarkach do telefonów czy notebooków, stosuje się transformator separujący, a sprzężenia zwrotne realizuje się transoptorami. Wszystko po to, by napięcie sieciowe nie pojawiło się na wyjściu ładowarki.

Ale ten zasilacz ma dostarczać napięcie elektronice zamkniętej w bańce żarówki, więc zaoszczędzono tu na kilku elementach i nie jest to błąd. Oczywiście pod żadnym pozorem nie wolno korzystać z żarówki pozbawionej bańki, ale to dotyczy każdej żarówki w ogóle.

Niskie, wyprostowane napięcie dostarczane jest na złącze widoczne na środku. Zobaczmy zatem co dzieje się z drugiej strony.

Siedzi sobie tutaj płytka, będąca niezależnym modułem komputera z odbiornikiem Wi-Fi. Napięcie znajduje się teraz tutaj i podąża do układu przetwornicy, która wytwarza tym razem napięcie 3,3 wolta. Nie znalazłem do niej dokumentacji, ale po samym sąsiedztwie elementów biernych możemy założyć, że to właśnie element zasilacza niskonapięciowego.

Przy takim napięciu pracuje mikroprocesor ESP8266, będący bardzo zaawansowaną konstrukcją jak na żarówkę. Zawiera on: 32-bitową jednostkę centralną o częstotliwości pracy 160 MHz, 50 kB pamięci RAM, mnóstwo interfejsów, kilkanaście wyjść oraz całe środowisko związane z Wi-Fi.

Program aplikacji znajduje się w zewnętrznej pamięci flash 25Q80C o pojemności jednego megabajta. Na płytce została także wydrukowana antena, widać ją w wystającej części.

Pięć wyjść połączonych jest przez złącze z płytką omawianą wcześniej, gdzie w drugiej, zupełnie niezależnej jej części, znajdują się wzmacniacze sygnałów sterujących pięcioma kanałami diod. Dla diod kolorowych mamy tutaj zwyczajne tranzystory, a dla białych — scalak, którego opisu nie znalazłem, ale możemy założyć, iż jest to dwukanałowy sterownik ledów. Wszystkie wyjścia spotykają się w miejscu, które jest podłączone z omawianym już modułem diod świecących.

Używamy.

W historii o inteligentnym gniazdku użyłem apki Tuya i pozostanę przy niej, bo tak naprawdę nie różnią się one od siebie prawie niczym i omawianie samego programu byłoby nudne. Kiedyś też pokażę jak używać zupełnie niezależnych aplikacji, uwalniając sprytne gadżety od serwerów producentów. Na razie zostańmy jednak przy rozwiązaniach najprostszych.

Zakładając, że mamy już zainstalowaną i zarejestrowaną apkę, klikamy w znajdujący się na głównej stronie plus albo w napis Dodaj urządzenie. Tym razem będziemy musieli wejść w grupę Oświetlenie i wybrać Oświetlenia (Wi-Fi).

Jak poprzednio, teraz trzeba będzie dostarczyć żarówce nazwę sieci Wi-Fi, z którą ma się łączyć i hasło do tej sieci.

Czas sparować żarówkę. W tym celu włączamy i wyłączamy ją raz po raz, trzy razy. Gdy żarówka zacznie migać, należy kliknąć w Next. Urządzenie sparuje się po kilkudziesięciu sekundach.

Panel sterowania żarówką składa się z czterech części. W pierwszej możemy regulować białe światło. Przesuwając ekranowy suwak w lewo otrzymamy barwę ciepłą, a w prawo — zimną. Najbardziej naturalna barwa będzie, gdy suwak znajdzie się w środku. Poniżej znajdziemy suwak, który reguluje siłę światła. Działa on niezależnie od barwy.

Druga zakładka pozwala pobawić się kolorem. Mamy tutaj koło barw, którym można ustawić dowolną barwę emitowanego światła. Suwakami znajdującymi się niżej możemy zmieniać jasność światła oraz nasycenie.

Trzecia zakładka zawiera tak zwane sceny. Są to przygotowane presety o dość otwartych skojarzeniach z nazwami. Niektóre z nich animują się w czasie. Najważniejsze jednak, że można je zmieniać. Edytując scenę, można wybrać światło stałe, migające albo miękko się zmieniające.

Ostatnia zakładka sprowadza żarówkę do lampki dyskotekowej, zmieniającej kolory do taktu muzyki.

Zabawmy się teraz tą mityczną inteligencją. W głównym menu programu, po kliknięciu w Inteligentny, stworzymy tak zwaną scenę. Klikamy w Harmonogram, ustawiamy godzinę szóstą rano. Wybieramy Run the device oraz naszą żarówkę. Następnie klikamy w Bright i ustawiamy pełną moc. Klikamy jeszcze w „Temp” i ustawiamy temperaturę barwy białej w pozycji środkowej.

Mamy nasze zdarzenie: od szóstej rano, jeśli żarówka zostanie włączona, będzie świecić pełnym światłem.

Powtarzamy cały proces dla godziny 23, tym razem ustawiają najmniejszą moc i najcieplejszy odcień. Zatem w nocy, gdy żarówka zostanie włączona, będzie świecić słabym, ciepłym światłem.

Możemy jeszcze nazwać oba zdarzenia, na przykład Jasno oraz Ciemno. Przyda się do do stworzenia skrótów na pulpicie, które bezpośrednio włączą światło. Takich skrótów możemy mieć oczywiście więcej, do większej ilości akcji i mogą sterować całymi grupami świateł.

I to już wszystko, choć oczywiście program może więcej. Także tutaj możemy sterować żarówką za pomocą asystenta głosowego, jeśli ktoś tak lubi.