Conception d’un spot de LED RGB de A à Z

Il y a quelque semaine, j’ai reçu une imprimante 3D ! J’ai déjà eu l’occasion de réaliser un article de prise en main de celle-ci d’ailleurs. Aujourd’hui, j’aimerais partager avec vous un exemple d’utilisation concret relatif à un projet sur lequel je travaille depuis un moment déjà.

Introduction

Cet article se composera donc d’une partie électronique et d’une partie impression 3D. Le produit final que j’ai réalisé sera bientôt disponible à l’achat sur mon Tindie mais le projet est open source et vous trouverez également toutes les références qui vous permettront de le réaliser si vous le souhaitez.

Github (documentation and 3D Files)

EasyEDA (schematic and layout)

Si vous êtes un fervent lecteur de ce blog, vous savez que je suis un grand fan de LED. Parmi toutes les formes que l’on retrouve dans ce domaine, l’une que l’on nomme spot est souvent utilisée. Un spot de LED est caractérisé par sa puissance lumineuse répartie sur une surface réduite. Et dans la plupart il est aussi caractérisé par sa taille réduit également.

Voici donc les contraintes de départs avec lesquelles je dois composer pour réaliser mon propre spot de LED RGB !

Dans le commerce, on retrouve généralement ceux-ci sous la forme d’une ampoule que l’on peut utiliser comme telle d’ailleurs. Le spot que je compte réaliser ne rentre pas dans cette catégorie puisque je lui réserve plus une utilisation décorative qu’utilitaire.

Il remplira cependant les fonctions de bases d’un spot et pourra être relié à un microcontrôleur ou une commande distante.

L’impression 3d nous servira à créer un packaging utile et esthétique pour le spot. Pour faciliter l’envoie aux personnes qui voudront s’en procurer, celui-ci doit également être pensé sous forme de kit constitué de pièces. Elles sont suffisamment petites pour entre dans une enveloppe !

C’est là la principale contrainte que j’ai eu à traiter concernant l’impression 3D!

La première partie de cet article concernera la création du circuit imprimé. La seconde concernera la réalisation du kit à imprimer en 3D.

Réalisation du circuit imprimé

Schéma

Le circuit imprimé est plutôt simple, mais subtil à comprendre si vous ne vous être jamais intéressé au câblage de LED en série.

 Le spot est constitué de 17 LED branchées en série. Pour limiter le courant, il est impossible dans ce cas de figure d’utiliser seulement 3 résistances (pour le rouge, le vert et le bleu).

En effet, il faut savoir que chaque couleur nécessite environ 3.1v pour fonctionner. Pour une alimentation de 12v il est donc impensable de mettre plus de 3 LED en série puisque 4×3.1=12.4v.

Il faut donc placer 3 résistances chaque 3 LED RGB. La valeur des résistances se calcul avec la classique formule U=RI sans oublier de prendre en compte la tension de fonctionnement des 3 LED rouge, vertes et bleu qui varie un petit peut.

Mes calculs m’ont mené à une valeur de 130 pour les LED bleues et vertes et 270 pour la LED rouge. Ces calculs ont été réalisés pour fournir un courant de 20mA aux LED, courant conseillé par les constructeurs.

Layout et assemblage

Pour le côté esthétique, j’ai décidé de réaliser un spot de forme ronde. Celui-ci est conçu sur 2 layers. Pour gagner un maximum de place, j’ai dédié la face arrière aux résistances et la face avant aux LED RGB.

Cette disposition m’a permis de resserrer les LED RGB au maximum afin de produire la lumière la plus intense possible.

La forme ronde du circuit est cassée par la présence du connecteur 12v, R, G et B qui permettent de contrôler la couleur et la luminosité du spot.

Une fois mes commandes reçues j’ai bien évidemment assemblé le circuit imprimé. La partie la plus délicate de cette manœuvre a été la soudure des LED RGB qui nécessite une grande précaution afin d’éviter tout dysfonctionnement !

KIT

La partie du kit contenant le circuit imprimé est inspirée de la forme des plafonniers que vous avez surement déjà aperçus au moins une fois dans le commerce.

Cette partie du kit est constituée de deux parties qui vont permettre d’y caler le circuit imprimé. La première des parties est creusée pour que l’on puisse imbriquer le circuit tout en laissant traverser les connecteurs.

La seconde partie est celle qui va permettre d’adoucir la lumière et d’enfermer le circuit imprimé. Cette partie se visse sur la première et son épaisseur permet d’y placer deux morceaux de papier calque découpé en ronds. Ceux-ci vont permettre d’adoucir la lumière diffusée par le spot.

Les pieds du spot sont constitués de deux pièces et se fixent grâce à deux trous carrés situés au sommet du corps des pieds. Pour assembler les pieds, il suffit d’emboiter l’embout rond.

Attention

Si vous comptez réaliser le même design avec votre imprimante. Attendez-vous à jouer avec les tolérances pour que celui-ci puisse entrer dans le trou tout en gardant une certaine résistance.

Dans l’état actuel, il est possible d’utiliser le pied sans problème, mais vous aurez quelques problèmes de stabilité ainsi qu’une rotation incontrôlable de ceux-ci autour du spot de LED.

Les deux dernières pièces sont des renforts qui vont permettre d’éviter ça en les maintenant.

Là aussi si vous voulez réaliser ces pièces avec votre imprimante vous devrez probablement jouer avec les tolérances afin d’éviter qu’il se déboite sans raison !

Voici finalement à quoi ressemble le spot ! Son orientation est adaptable et sa taille permet de le mettre presque n’importe où.

J’ai également pensé à ajouter des petits patins en plastique au-dessous des pieds afin d’empêcher celui-ci de déraper ! Voici ci-dessous le résultat final qui allie stabilité et praticité. Vous pouvez également voir ci-dessous à quoi ressemble le kit au complet!

Idée d’utilisation

En l’état vous ne pourrez pas utiliser ce spot de LED, c’est pourquoi vous devrez vous munir d’un contrôleur ! Étant donné que ce sont des LED RGB vous n’aurez qu’à acheter un contrôleur classique (IR par exemple), plus évolué (fonctionnant en Bluetooth ou en Wifi) ou même l’utiliser avec une carte luciole comme dans l’exemple ci-contre :

Si vous pensez que le mot luciole dans ce contexte désigne l’animal alors je vous invite à lire l’article le concernant. C’est en réalité une carte de développement pour LED RGB basé sur l’ESP8266 !

Personnellement j’utilise celui-ci non pas en lumière directe, mais en lumière indirect en pointant le spot vers le mur. Cela produit une lumière diffuse, mais puissante qui donnera une ambiance pas trop mal à votre pièce.