LED小型シーリングライトを買うのはこれで3個目

LED小型シーリングライトを買うのはこれで3個目。小さくて消費電力も少ないのに、明るさは十分だと思えるので、少しずつ家の蛍光灯がこいつに置き換わっていきます。

今回買ったのは、Trylightというメーカー(?)の製品だけど、何の飾りも無い白箱に梱包されて届いたので、ちょっとビックリ。ま、全然気にならないけど。

新LEDライト箱

これまでに2個買ったルミナスのLED小型シーリングライトは直径15cmと本当に小さいものでしたが、今回のは直径約22cmとちょっと大きめ(それでも十分小さいけど)。

新旧LEDライト

形状も、ルミナスのは薄い円筒で、味も素っ気もない感じだったけど、今回のはラウンドタイプで、一般的な電灯らしく見えなくもない。

新LEDライトカバー外し

ルミナスのは一体型でシェードが外れなかったので、中のLEDの配置が見れなかったけど、こちらは外れます。というか、コネクタが別パーツなので、外れないと取り付けられない。

新LEDライト内部

天井に取り付けてみました。天井にあるコネクタに、電灯側のコネクタを嵌め、そこに本体を当てがって蝶ネジで固定するだけ。

因みにこの取り付け方法(コネクター付きのシーリングアダプター)は、シーリングライトの取り付け装置として実用新案を取得してるみたいです(以下の通り、記述が曖昧)。

取説には「弊社実用新願」(実用新案? あるいは実用新案を出願中って意味?)ってあるけど、この “弊社” ってのがどこなのか会社名も無いし、連絡先も書かれていない。

新LEDライト天井取り付け
10秒もあれば取り付け作業完了です。本当に簡単。ただ、電源周りの電線が細いので、LEDとは言え、ちょっと不安に感じなくもない。

スマホのアプリ(照度計)で机の上の明るさを測定してみると105ルックスでした。このライトの規格は、15W 1250ルーメンとなっています。

新LEDライト

同じ条件でルミナスのLED小型シーリングライト(14W 1670ルーメン)は、118ルックス。大差無いと言えばないけど、印象的にもちょっと暗くなった感じ。

旧LEDライト

ただ、このライトには日光色(色温度4000K)と昼白色(色温度6000K)の2種類があって、私は昼白色を頼んだのですが、届いたのは日光色でした。

色温度が低いと暗く感じるので、多分その辺も影響しているのでしょう。でも、光の感じは昼白色(ルミナスのもこれ)より柔らかく感じるので、結果的には良かったかなって。

因みにJISでは、全般照明として生活に必要な明るさの基準を大体100ルックス前後としてるので、まあ及第点かな。ただし、20歳を基準にしてて、高齢者は約2倍の明るさが必要らしいけど。


PC部屋の蛍光灯を小型LED(シーリング)ライトに替えてみた

三男の使っている6畳間に、これまで使っていた蛍光灯の代わりに直径15cmという小さなLED小型ライトをつけたのは2ヶ月くらい前のこと。

わたし的には微妙に暗めかなって思ったけど、本人は十分明るいとのことで、快調に稼働しています(なるほど、慣れてくるとそんなに暗く感じなくなってきた)。

そして今度は私の使っている部屋の蛍光灯がいよいよ寿命を迎えたようです。少しずつ暗くなってきたのでカバーを外して使っていましたが、ついに2管の内の大きい方が点滅するようになった。

天井蛍光灯

ということで、この部屋もLED小型ライトに交換してみようかと思います。

この部屋はほとんどPC部屋なので、それほど明るい必要はなく、同じタイプでいいかとも思ったのですが、違いを確かめてみたくて一つ上のタイプを買ってみました。

LEDシーリングライト

一つ上のタイプと言っても、三男の部屋の 840lm 60W相当に対して、こちらは 1670lm 100W相当と、ほぼ倍の明るさです。それでも、大きさは同じで直径15㎝と超コンパクト。

シーリングライト小ささ

ライトの裏側はシーリングで取り付けるようになっています。

シーリングライト裏側

蛍光灯は天井からの配線を直付けだったので、引掛シーリングを購入し天井に取り付ければ、後は嵌め込むだけで設置完了。

LEDシーリングライト取り付け

見た目もスッキリしてイイ感じ。肝心の明るさも、蛍光灯のカバーを外した状態と同じ300ルクス。

LEDライトの明るさ

ただ、微妙に違和感を感じる。何かなって思ったら、 “影” でした。物の影がパッキリ出るんです。

極端な言い方だけど、蛍光灯の光源は “面” だったのが、この小型LEDライトだと “点” になるって感じなのかも。面光源のフワッとした感じが無く、ピキッとした感じ。

どうかな? 微妙に疲れるかも。明るい昼白色を選んだんだけど、少し暗くても柔らかい電球色の方が良かったかもしれないなー。


Cdsって簡単なようでいて、意外と奥が深いかも

Cdsセルを使って、周囲の明るさに応じてLEDを点灯/消灯させようとの試みですが、手持ちのCdsの特性も前回の測定で大体分かり、また周囲が「明るくなると点灯」 or 「暗くなると点灯」の「分圧」を使った回路の違いも理解できました。

ということで、実際に回路を組んでみましたが、これは難なくクリア。ただ、色々と(Cdsと直列に入れる抵抗の値を)変えても、LEDの明るさは辛うじて点灯してるかなって程度。

ここで登場願うのは、最近やっと “お友達” になれたような気がするトランジスタです。

回路は、前回の回路にトランジスタとLEDの電流制限抵抗を入れるだけなので、特に悩むことは無さそうに思えたんだけど・・・?

「暗くなると点灯」の方は計算通りに動いた

トランジスタのスイッチング機能を使ってLEDに電流を流します。トランジスタはベースエミッタ間電圧が0.6V前後でオンとなるとのことなので、この電圧を基準に抵抗R1の値を求めます。

CDSでLED

前回の測定で分かったCdsの抵抗値の変化から、取り敢えず明るい時の抵抗値を5kΩ、暗い時の抵抗値を300kΩとして、先ずは「暗くなると点灯」を考えてみます。

電源電圧は単3電池3本で4.5V。R1を100kΩとすると、前回の分圧を求める計算式から、

明るい時:V(BE)=4.5×{5kΩ÷(5kΩ+100kΩ)}=0.21V
暗い時 :V(BE)=4.5×{300kΩ÷(300kΩ+100kΩ)}=3.38V

となり、明るい時はトランジスタがオンする0.6Vよりも小さいのでLEDに電流は流れず、従ってLEDは消灯したまま。暗くなるとトランジスタオンの電圧を超えるので、LEDが点灯することになります。

実際にブレッドボード上に回路を組んでみましたがキチンと作動します。面白い!

V(BE)を算出してる積りで、V(CB)を計算してた?

ところで、私が実現したいのは箱の中にCdsとLEDを入れ、箱の蓋を開けるとLED点灯、閉めると消灯というもの。従って、上のものとは逆の動作になります。

この回路も前回と同じで「CdsとR1とを入れ替えるだけ」とのこと。上の図の右側の回路図です。

まあ、2個の部品を入れ替えるだけなら特に回路図を書いて確認するまでもないだろうと、ブレッドボード上の回路のCdsとR1とを入れ替えただけで動作を確認してみました。

蓋を開けた状態では、何の問題も無くLEDが点灯します。ヨシ、ヨシ。

cds蓋開LEDオン

が、蓋を閉めてもLEDは消灯せず、微妙に暗くなるけど点灯したまま。あれー?

cds蓋閉LEDオフならず

ここで回路図を書いてキチンと検討してたなら、この後に続く迷走は無かったと思いますが、私の頭に浮かんだのは「R1の抵抗値が小さ過ぎるのかも」ってこと。

取り敢えず、R1を200kΩに変更してみたけど、動作は同じ。

まだ足りない? それなら300kΩなら文句無いだろ!ってやってみましたが、蓋を閉めても消灯しないどころか、(蓋をした時)何故かLEDがより明るくなってる!?

R1を200kΩに変えたときも、300kΩに変えたときも、分圧の計算はしていて、計算上は蓋を閉めれば消灯するはずなんだけど。

そして、ここで気がついた。私の頭の中にはCdsの両端の分圧を計算すればいいってコトしかなくて、結果的にV(BE)ではなくてV(CB)の計算値を見て、おかしいなー?ってやってたんです。

実際には、R1が100kΩの時は、

明るい時:V(BE)=4.5×{100kΩ÷(5kΩ+100kΩ)}=4.28V
暗い時 :V(BE)=4.5×{100kΩ÷(300kΩ+100kΩ)}=1.12V

となり、明るくても暗くてもトランジスタはオンになってLEDが点灯。R1が300kΩでも、

明るい時:V(BE)=4.5×{300kΩ÷(5kΩ+300kΩ)}=4.42V
暗い時 :V(BE)=4.5×{300kΩ÷(300kΩ+300kΩ)}=2.25V

となり、どちらにせよLEDが点灯するばかりではなく、暗い時のV(BE)が高くなってるので、LEDは消灯の方向とは逆により明るく点灯することになったわけです。

キチンと計算すれば、キチンと動く

ってことで計算し直しますが、上の100kΩと300kΩの計算からも分かるように、R1は小さい方が暗い時にV(BE)が小さくなることが分かったので、20kΩとして計算。

明るい時:V(BE)=4.5×{20kΩ÷(5kΩ+20kΩ)}=3.6V
暗い時 :V(BE)=4.5×{20kΩ÷(300kΩ+20kΩ)}=0.28V

これなら明るくなると点灯、暗くなると消灯となる筈なので、ブレッドボード上のR1を変更。

cds蓋開LEDオフ

蓋を閉めるとLEDは見事に消灯しました。素晴らしい!

実は、私の試みはこのLEDの先にあって、LEDの点灯/消灯の代わりにマイコンのオン/オフをCdsで制御してみたいというもの。

で、実際にLEDに変えてマイコンを回路に組み込み、実験してみたのですがどうも上手くいきません。マイコンのオンは出来るんだけど、なぜかオフできない。

その症状も色々とあるんだけど、この話はまたの機会に譲りましょう。


明るさに応じて抵抗値が変化するCdsセルってのも、また面白い

フォトカプラにはずっと興味があったんです。機械系の私にとって、大概の電子部品は正直理解不能に近い状態。抵抗くらいは分かるけど、ダイオードって何?どんな時に使うの?みたいな。

そんな中、フォトカプラのスイッチ動作は単純明快ですからね。片側のピンに信号を送ったら、対面のピンが導通する。機械的スイッチを押したら、端子間が導通するってのと同じ感覚。

似たような理由で、もう一つ興味を持っていたのがCdsセルというもの。これは(私の理解だと)光の明/暗をスイッチのオン/オフに変換してくれる素子。

昔々、暗くなると街灯が自動的に点灯するのは、このCdsセルを使うことによって実現してるってのを知って以来、ずーっと興味があったんです。

Cds

実は、フォトカプラってLEDとCdsセルとを組み合わせたものだろって誤解してたんです(アナログフォトカプラなるものの存在を知ったのは、その後のこと)。

なので先に書いたように、単純に「片側のピンに信号を送ったら、対面のピンが導通する」って思っていて、導通の方向(+-)があるとは思ってもいなかった。

これが、フォトカプラを使ってスピーカーラインを切り替えるという試みに失敗したそもそもの原因だったわけです(多分だけど)。

Cdsセルの抵抗値の変化レンジって、こんなに大きいのね

前置きが長くなりましたが、今回はCdsセルを使ってLEDを点灯してみようと思います。

Cdsは光の強さに応じて電気抵抗が低下する抵抗(明るくなると小さくなる)なので、一番シンプルなのはLEDにCdsを接続して電気を流せば、周囲の明るさに応じてLEDの明るさが変わる筈。

ところで、手元にはずいぶん前に買ったCdsがあるんだけど、どういう仕様のものなのかさっぱり分からないので、取り敢えず抵抗値の変化を見てみようと思います。

先ずは明るいところで抵抗値を測定。目の前に窓があって、そこから障子越しに朝の光が降り注がれている状況で、かなり明るい状態ですが、この時は879Ω。

cds明るい

では蛍光灯ではどうなんだろって、夜になるのを待って測定したら、こちらは5.43kΩ。なるほど、やっぱり太陽の光ってのは偉大だな。

cds蛍光灯明るい

Cdsの上に小さな黒いスポンジを乗せて測定。抵抗値は意外と増えずに14.6kΩ。

cdsm黒スポンジ

小さな缶の中に頭を入れて蓋をしてみました。蓋は完全には閉まらない状況ですが、330kΩに。

cds缶の蓋して

なるほど。何となく傾向は分かりました。このままLEDと電源の間に入れると、超明るい環境でもLEDには1~2mAくらいの電流しか流れないようです。

「分圧」という考え方、頭では理解できるんだけど何となく納得いかないというか

さて、「Cdsを使ってLEDを周囲の明るさに応じて点灯・消灯」を実現する回路を検索すると、必ず出てくるのが「分圧」という考え方。

抵抗が2つ直列に接続された回路を考えたとき、電源電圧はそれぞれの抵抗値に応じて分散されるというのが「分圧」(らしい)。

例えば3Vの電源で、回路に100Ωの抵抗が2個直列に入っていると、それぞれの抵抗にかかっている電圧は共に1.5Vと、半分ずつになるってこと。

じゃあ、100Ωと200Ωの時はどうなるのか? ま、感覚的に分かると思うけど、2つの抵抗値の合計で、片方の抵抗値を割り、それを電源電圧に掛ければ、分子に来た抵抗にかかる電圧となる。

100Ωの抵抗にかかる分圧=電源電圧×{100Ω÷(100Ω+200Ω)}

なるほど、考え方は十分に分かるけど、電圧が回路の中の場所によって変化するって概念が理解できない。回路の中は、どこを測定しても電圧は同じ(電源電圧のまま)ってずっと思ってたので。

まあ理解できなくても、「それが規則なんです、現実はこうなってるんです」ってことならば、仕方ない、それでいきましょう。

ということで、Cdsと直列にもう一つ抵抗を入れると、電源電圧が分割されて、LEDにかかる電圧を調整できることになるようです。

また、LEDの場所をCdsと並列に入れるか、あるいは追加した抵抗と並列に入れるかによって、それぞれ "暗くなったとき" にLED点灯、あるいは "明るくなったとき"に LED点灯に変えられる、と。

CDSでLED点灯
上の回路図で、「暗くなると点灯」あるいは「明るくなると点灯」というのは、Cdsの抵抗値と、抵抗(1)との比によって成り立つものです。

左側の回路図で、暗くなってCdsの抵抗値が抵抗(1)よりも十分大きくなると、分圧(2)が大きくなり、ということはLEDにかかる電圧が大きくなってLEDは点灯するということ。

もちろん、電源の電圧と抵抗(1)の選定によって条件は様々に変化してくるので、その辺りは次回、実際に回路を組みながら学んでみたいと思います。


8×8×8 LED CUBE 製作記(19) -- アクリルケースを作る

久しぶりに 8×8×8 LED CUBE の製作話を。

前回、制御回路とLED群の確認のためのテストプログラムで躓きましたが、色々考えるも不具合の原因が見つからず、ちょっと足踏みをしている状態。

そんな中、ハードを色々といじっていると、何かの拍子にLEDに服の袖を引っかけてといったこともあって、ヒヤッとすることが少なくない。

万が一、テーブルから落としてしまったりしたら、あの長時間に及ぶ辛苦の時間がすべて無駄になってしまうんですから、そりゃもうヒヤヒヤもんです。

ということで、気分転換も兼ねてLEDのキューブを覆うケースをアクリルで作ることに。

厚さ3mmのアクリル板をカットし

ベースボックスの大きさに合わせてアクリルケースの寸法を決め、アクリル板をカット。

アクリル板カット
各辺の平行と、角の直角、そしてカット面の平滑には特に注意し、念入りに仕上げてあります。

また、ベースボックスの上面に載せる形になるんだけど、ケースの下辺の補強を兼ねながらケースの坐りを良くするために、4隅に接着する三角パーツも製作。

コーナーパーツ

パーツの製作には精度の面で苦労し、そこそこ時間を取られましたが、ここまで来れば後は接着するだけなので、一気に作り上げます。

部品同士をアクリル接着剤で接着していく

ジュラルミン製の簡易定盤の上で、桝形ブロックとVブロックとでアクリル同士の直角を出しながら、内角に三角パーツをあてがい、3者をアクリル接着剤で固定していきます。

Vブロックで

(話は逸れますが)上の写真の左側の鉄の塊が桝形ブロックで、右のV字の溝が入ったものがVブロックと言われるものですが、これが結構いいお値段なんです。

自分で買おうと思って調べて初めて知りましたが、その値段にビックリ。Vブロックで数千円、桝形ブロックの方は2万円前後から数万円もします(私は、ヤフオクで中古品を安く買いましたが)。

2枚のアクリル板が接合できたら、これまた桝形ブロックで直角を出しながら3枚目を接着。

直角を出しながら

ここまで来ると、形状的に強度も出てくるので、後はこの3枚に合わせるように残り2枚のアクリルを接着していけばOK。但し、パーツの寸法精度が出ていないと、最後の1枚で苦労することに。

私の場合は接着作業直前にパーツの寸法を測り、最後は0.1mm単位で削ったりして寸法を合わせてあるので、最後の1枚も隙間も出っ張りも無くピッタリと完璧に接合完了。

手垢で汚れていますが、アクリルケースの完成です。

アクリルカバー完成

ベースボックスの上に載せてみました。

アクリルカバー被せて

うーむ、工作的には95点くらいはやれる出来だと思うんだけど、一つ失敗したなって思うことが。それは、厚さ3mmのアクリル板を使用したこと。

手元にたくさんあったので特に何も考えずに使ったんだけど、なんか頑丈に出来過ぎて、その存在感が半端無い。中身のLEDキューブよりも主張しているというか。

これは2mmのアクリル板で製作するべきだったな。次回製作の際の糧としましょう。

さて、あとはベースとケースとをどうやって固定するかだな。急きょ思いついたケースなので、固定用の穴も開いていないし、またベースボックスに穴を開けるのも(LEDが邪魔で)かなり大変。

もう少し苦労してみましょう。


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