Проект Интерактивный букет

Экологическая обстановка планеты в том числе и в нашей стране, не смотря на усилия предпринимаемые государствами, складывается неблагоприятным образом. По этому, проблема вторичной переработки сырья год от года становится всё более актуальной.

Наш проект предлагает один из вариантов решения этой проблемы. Аналогичный проект «Led-Дерево» выполнялся учащимися 6 класса нашей школы, познакомиться с проектом можно по ссылке ___. Нам так же захотелось сделать нечто подобное, так как данный проект предполагает изучение технологии обработки различных материалов, в частности пластика, а так же технологий пайки и сборки электронных схем, дизайна и композиции законченных изделий.

Цель нашего проекта: Спроектировать и изготовить изделие с наименьшими экономическими затратами используя знания и навыки, полученные на занятиях по технологии, математике и физике.

Задачи творческого проекта:

1. анализ проекта «Led-Дерево»;

2. выбор подходящего дизайна и материалов изделия;

3. выбор и обоснование электрической части светильника;

4. составить технологическую карту;

5. произвести экономический расчёт.

Практическая значимость проекта заключается в том, что его можно использовать как на уроках технологии, так и для хобби.

В своей работе мы опирались как на информацию из интернет-источников, в плане изготовления поделок из пластика, так и на проект наших младших товарищей.

Проанализировав проект «Led-Дерево» (далее проект) обнаружили ряд недостатков:

• Для отделки стеблей материал папье-маше не самый лучший вариант – стебли гибкие, материал хрупкий, на изгибах трескается.

Поэтому, в нашей конструкции для декорирования использовалась лента ПХВ чёрного цвета, она маскирует провода от светодиодов и органично вписывается в общий дизайн проекта.

• Крепление листьев и цветов не надёжные, так как крепятся только на соединяющей светодиоды тонкой проволоке.

В нашем проекте для крепления цветов использовались импровизированные патроны и термоусадочная трубка. Патрончики для крепления цветов и подсвечивающих их светодиодов изготовлены из корпусов, колпачков и иглодержателей одноразовых шприцов.

• Питание светильника (24V) используемое в проекте «Led-Дерево» не стандартное, так как большинство современной аппаратуры питается напряжением 5V, 9V, 12V.

При выборе источника питания мы ориентировались на самые распространённые адаптеры 5V, используемые для зарядки сотовых телефонов, которые достаточно легко найти, не прибегая к финансовым затратам, поэтому свой выбор мы остановили именно на них.

Светильник — это световой прибор, предназначенный для освещения рабочего места, жилых помещений, улиц и т. д. Он состоит из осветительной арматуры, одной или нескольких электрических ламп, проводов. Светильники бытовые служат для общего освещения помещений или отдельных его мест. Конструкции светильников зависят от их назначения.

В нашем случае это букет из пластиковых цветов со светодиодной подсветкой. Конфигурация цветов напоминает соцветие астры, поэтому наш проект и называется «Астральный букет».

Светодиодный букет, представляет собой конструкцию из 13 цветов и стольких же листьев закрепленных на проволочных стеблях обмотанных изолентой ПХВ.

Для изготовления листьев и цветов использовались пластиковые бутылки, так как этот материал легкодоступен и очень прост в обработке.

Светодиоды - от отработавших свой срок новогодних гирлянд. Обычно в гирляндах светодиоды некогда не выходят из строя все сразу, значительная часть их остается в рабочем состоянии.

Требования к проектируемому изделию:

1. Светильник должен быть современным и функциональным.

2. Светильник должен иметь минимальную себестоимость.

3. Изделие должно быть качественным и безопасным.

4. Желательно что бы светильник обладал интерактивностью.

Таким образом, нам понадобятся материалы:

• Для стеблей: любая проволока диаметром 1,0 – 1,5 мм.

• Для монтажа светодиодов провода от кабеля марки UTP, светодиоды от гирлянд, зеленого, белого и синего цвета, термоусадочная трубка.

• Для декорирования стеблей: лента ПХВ черного цвета

• Для изготовления листьев и цветов: пластиковые бутылки соответствующего цвета, а так же одноразовые шприцы.

Из инструментов:

• Для работы с проволокой и гирляндой: плоскогубцы, бытовой электрический паяльник мощностью 40 – 60 Вт.

• Для изготовления цветов и листьев: маркер, канцелярский нож, ножницы, восковая свеча электро-выжигатель.

Поскольку букет необходимо как-то устанавливать для этого использовалась ваза, которую отреставрировали ученики 8 класса нашей школы.

Для питания электрической части требуется блок питания (БП). Что бы правильно выбрать подходящий БП необходимо составить и проанализировать электрическую схему светильника.

Основа электрической части это светодиодов разных цветов, соединенные определенным образом. Что бы определить количество светодиодов необходимо знать их характеристики.

Светодиод является полупроводниковым прибором, поэтому при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс") (рис.15). Светодиод будет светиться только при прямом включении, как показано на рисунке.

Рисунок 15 –Светодиод

При обратном включении светодиод светиться не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Светодиоды запитываются постоянным напряжением определенной величины (рис.17), обычно 2 – 5 вольт (V) и потребляют ток около 20 миллиампер (mA). Значения этих величин зависят от марки светодиодов, цвета свечения, размера (диаметра)..

Правильный расчет электрических параметров сильно влияет на «срок жизни» кристалла. При незначительном увеличении тока или напряжения яркость свечения увеличивается, но при этом сокращается срок работы светодиода. Значительное превышение этих параметров приводит к моментальному выходу из строя. Поэтому светодиоды нельзя включать в электрическую цепь без токоограничивающего сопротивления.

Используют различные схемы включения светодиодов в гирлянды:

Рисунок 16 – Последовательное включение светодиодов

Параллельная - причем параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение (рис.17). Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче, и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Рисунок 17 –Параллельное соединение светодиодов

Последовательное соединение светодиодов предпочтительно с точки зрения экономного расходования тока от источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько один светодиод. Однако требуется большое напряжение, равное сумме падений напряжений на каждом элементе цепи.

При параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько соединено параллельно светодиодов, а напряжение – столько, сколько необходимо одному светодиоду.

В качестве источника питания для нашего проекта был выбран адаптер зарядки, от сотового телефона исходя из того, что светодиоды питаются, как правило, напряжением 5V, с учетом падения напряжения на токоограничивающем сопротивлении. Поэтому в проекте применялась схема с параллельным соединением проводников.

На каждом стебле установлено 2 светодиода соединенных параллельно – соцветие и листик. Цветы разделены на две группы белые и синие, всего 13 штук. Таким образом, всего в изделии используется 26 светодиодов. Все с одинаковыми параметрами – 3V, 20mA, на с разной мощностью светоизлучения.

Белые светодиоды в нашей коллекции оказались сверх яркими (от фонариков), поэтому для них пришлось ограничить ток до 13mA, что бы они не слишком засвечивали другие. Ограничивающее сопротивление для них равно:

R_б = (V_o – V_D) / I_D = (5 – 3) / 0.013 = 153.8 Ом.

Ближайшее типовое значение 150 Ом.

Синий цвет относится к холодным цветам и воспринимается как менее яркий, поэтому для синих светодиодов ограничивающее сопротивление рассчитывалось на оптимальный ток 20mA:

R_c = (V_o – V_D) / I_D = (5 – 3) / 0.020 = 100 Ом.

Зеленые светодиоды составляют ровно половину от общего количества, но зеленый излучаемый цвет психологически воспринимается как наиболее яркий, поэтому пришлось ограничить ток через них более чем на половину – до 8mA, чтобы убавить «зелени». Ограничивающее сопротивление для зеленых светодиодов равно:

R_з = (V_o – V_D) / I_D = (5 – 3) / 0.008 = 250 Ом.

Ближайшее типовое значение 240 Ом.

Общее потребление тока букетом составляет примерно 330mA. Для нормальной длительной работы источник питания должен иметь запас по току в 1,5 – 2 раза больший, иначе адаптер будет быстро нагреваться и рано или поздно обязательно выйдет из строя.

В нашей коллекции адаптеров нашелся с параметрами – 5V, 800mA, что обеспечило запас по току даже более чем в 2 раза.

Режим интерактивности обеспечивается применением схемы мультивибратора (рис__). Мультивибратор — это простой генератор прямоугольных импульсов, который работает в режиме автогенератора. Работа симметричного мультивибратора основана на зарядно-разрядных процессах конденсаторов, образующих совместно с резисторами RC-цепочки.

SA1

Рисунок 2 - Мультивибратор

В нашем случае R1, VD1 и R4, VD2 гирлянды цветов соответственно синего и белого цвета. С1, С2 – 1000,0мкф х 10в. R2, R3 – 27KОм, VT1, VT2 – C945.

Подбором номиналов конденсаторов С1 и С2 регулируют частоту переключения.

Если замкнуть базы транзисторов то генерация срывается, транзисторы открываются и светильник переходит в постоянный режим свечения.

Таким образом светильник имеет два режима работы – статический и динамический, зависит от положения переключателя SA1.

Электрическая принципиальная схема светильника «Астральный» представлена на рисунке__.

Рисунок 19 - Окончательная схема светильника

После всех расчетов электрические характеристики светильника оказались следующими:

• Входное напряжение 5V;

• Потребляемый ток 330mA, с учетом потерь в БП на преобразование напряжения примерно 360 mA.

• Потребляемая электрическая мощность 5 * 0,36 = 1,8W, с учетом потерь в БП около 2,5W.

Что очень даже экономично!

Технологическая карта (см. таб. 1 Приложение Б) - это стандартизированный документ, содержащий необходимые сведения и инструкции.

Технологическая карта должна отражать порядок выполнения, название операций, рисунки, чертежи, эскизы изделия. А так же какие материалы и инструменты используются на каждом этапе создания изделия.

При изготовлении светильника предстоят работы связанные с паяльными, электромонтажными и отделочными технологиями.

В связи с этим перед выполнением работ следует знать и в последующем выполнять правила техники безопасности. (Приложение В).

Прежде чем браться за работу, надо просмотреть, что у нас имеется, а что нужно приобрести. Для электрического светильника нам понадобятся следующие материалы (см. таб. 3):

Таблица 3 - Общая стоимость всех материалов

Но, не все материалы и компоненты приобретались в торговой сети:

• Светодиоды использовались от отработавших свой срок новогодних гирлянд.

• Отрезки проволоки, длинной 55-65см, легко найти в домашнем хозяйстве.

• Кабель UTP остался от модернизации локальной школьной сети.

• Олово и канифоль имеются в школьной мастерской.

• Пластиковые бутылки, одноразовые шприцы это отходы, которые имеются почти в каждом доме.

• Адаптер питания от б/у сотового телефона.

• Ваза любая подходящая по высоте.

Теперь необходимо посчитать, сколько нужно средств (см. таб. 4 Приложение Г), для приобретения недостающих материалов.

Таблица 4 – Реальные затраты на материалы

Для покупки материалов нужны деньги, но это совсем небольшая сумма. Выделил руководитель проекта.

Рыночную стоимость изделия можно вычислить следующим образом:

РС = С + ЗТ + ЗЭ

(где РС – рыночная стоимость, С – себестоимость (затраты на материалы см. таб. 4), ЗТ – затраты на труд, ЗЭ – затраты на электроэнергию).

1. Себестоимость – 104,3 рубля (см. таб. 4)

2. Затраты труда (не считая работы над документацией):

• Час работы ученика - 15 руб. В среднем над проектом работали 2 ученика (с учетом пропусков по уважительным причинам). Итого 15 x 2 = 30 руб.

• Изделие изготавливалось 7 часов. 30 х 7 = 210 рублей.

3. Затраты на электроэнергию – в среднем паяльные работы проводились в течении 4 уроков 4 х 40 = 160мин., примерно 3 часа. Мощность паяльника 60 Вт (0,06 Квт), стоимость электроэнергии для школ 6,7 руб. за 1 Квт/ч. Тогда стоимость потребленной электроэнергии

3 х 0,06 х 6,7 ≈ 2 рубля

(с учетом потребления БП при проверке монтажа гирлянд).

4. Рыночная стоимость равна:

РС = 104,3 + 210 + 2 = 316,3 рубля.

Вывод: по данным интернет источников, на рынке такое изделие стоит от 1200 рублей.

Подсчитав первоначальную стоимость светильника, приходим к выводу, что наш светильник значительно меньше стоимости светильников в магазинах и на рынке. Изделие оправдывает себя с экономической точки зрения. Значит, изготавливать светильник своими руками выгодно.

Сегодня, когда товары промышленного производства заполнили наш быт, мы предлагаем сделать изделие своими руками, внеся элементы творчества и индивидуальности в окружающий нас мир. А главное – вы получите огромное удовольствие от вещи, сделанной вашим трудом в сочетании с оригинальной фантазией.

При работе над проектом решены все поставленные задачи:

• разработана экономичная и технологичная, достаточно прочная конструкция светильника;

• на основе изученных технологий разработан технологический процесс изготовления изделия;

• согласно разработанной технической документации, изделие изготовлено в установленный срок;

• в процессе работы над проектом повторен учебный материал 5-7 классов

• изучен материал раздела электричество, физика 8 класс.

Цель по разработке и изготовлению светильника достигнута.

Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, показывают возможность изготовления светильника в других образовательных учреждениях.

Разработанную техническую документацию можно использовать на уроках технологии и в кружках технического творчества.

Испытания показали работоспособность изделия. Внешний вид, вполне гармонирует с интерьером помещения.

Стоимость материалов небольшая. Работа полностью выполнена из экологически чистых материалов. Но самое главное, что это сделано своими руками!