Наверняка у многих имеются фонари фирмы Convoy, они давно зарекомендовали себя как недорогие и качественные источники света. Но мало кто знает, что с помощью программатора за $3 и клипсы за $3 можно залить в некоторые фонари кастомную прошивку, которая будет иметь больше функций или будет удобнее в использовании. Сразу оговорюсь, что в статье речь пойдет о прошивке фонарей с драйверами на базе микроконтроллера Attiny13a, такие драйвера стоят во всех конвоях S серии (кроме нового S9), а так же в Convoy M1, M2, C8. Многие другие производители так же ставят в свои фонари драйвера с Attiny, к ним данный мануал тоже применим, но следует уделять внимание фьюзам и используемым портам Attiny.

Краткий ликбез

Не все знакомы с устройством современных фонарей, поэтому прежде чем перейти к колдовству, я постараюсь ввести вас в курс дела. Итак, электрическая схема типичного карманного фонарика состоит из следующих частей:

• Кнопка выключения - у «тактических» EDC фонариков типа Конвоев обычно располагается в хвосте
• Аккумулятор - обычно это Li-ion банка
• Драйвер - самая важная часть фонаря, его мозги
• Светодиод - говорит сам за себя

Из всего этого безобразия нас, как вы уже поняли, интересует в первую очередь драйвер. Он отвечает за работу фонаря в различных режимах яркости, запоминание последнего включенного режима и прочую логику. В одноаккумуляторных фонарях чаще всего встречаются ШИМ-драйвера. В качестве силового ключа в таких драйверах обычно используется либо полевой транзистор, либо куча линейных регуляторов AMC7135. Например, так выглядит довольно популярный драйвер Nanjg 105D:

Микроконтроллер Attiny13a содержит в себе прошивку, которая определяет логику работы фонаря. Далее я покажу, как можно залить в этот микроконтроллер другую прошивку, чтобы расширить функционал фонаря.

Предыстория

Сейчас на рынке представлено поистине огромное количество карманных EDC фонариков, и, что характерно, каждый производитель норовит изобрести свою собственную прошивку с собственным уникальным™ управлением. Из всех существующих решений мне больше всего нравилась прошивка, с которой до недавних пор поставлялись фонари Convoy с драйвером Nanjg 105D. Она имела 2 группы режимов (1 группа: Мин-Средний-Макс, 2 группа: Мин-Средний-Макс-Строб-SOS). Смена групп в ней осуществлялась интуитивно просто: включаем минимальный режим, спустя пару секунд фонарь моргнёт - кликаем кнопкой, и группа режимов переключена. С недавних пор Convoy начал поставлять свои фонари с новой прошивкой biscotti. Она имеет больше возможностей (12 групп режимов, возможность включения-отключения памяти последнего режима, запоминание режима в выключенном состоянии (т.н. off-time memory)), но у нее есть несколько жирных минусов, которые лично для меня перечеркивают все достоинства:

• Сложное управление. Чтобы сменить группу режимов нужно помнить наизусть шаманскую последовательность кликов кнопкой
• Off-time memory не работает при использовании светящихся кнопок (например, таких)
• Много бесполезных групп режимов, отличающихся лишь порядком следования

Когда у меня накопился приличный зоопарк фонарей с разными прошивками, но одинаковыми драйверами, я решил унифицировать их, залив всем одну и ту же прошивку. Все бы ничего, но нельзя просто так взять и перешить Nanjg 105D на старую добрую прошивку с двумя группами, потому что в свободном доступе ее нет, и производитель установил запрет на считывание дампа памяти микроконтроллера, т.е. оригинальную прошивку взять неоткуда. В репозитории прошивок для фонарей аналога данной прошивки нет, поэтому у меня остался один выход - написать все самому.

Встречайте Quasar v1.0

Взяв за основу прошивку luxdrv 0.3b от DrJones , я сваял собственную с блекджеком и лунапарками. Я постарался сделать ее максимально похожей на стоковую прошивку Nanjg 105D и более масштабируемой. Что может мой Quasar:

• 2 группы режимов: (Минимальный - Средний - Максимальный - Турбо) и (Минимальный - Средний - Максимальный - Турбо - Строб - Полицейский строб - SOS)
• Строб злой (частота вспышек около 12Гц)
• Новый режим - полицейский строб - делает прерывистые серии по 5 вспышек, режим может быть полезен велосипедистам, т.к. повышает заметность
• Переключение групп осуществляется как в заводской прошивке: включаем первый режим, ждем пару секунд, кликаем сразу после того, как фонарь моргнет
• Путем модификации исходников можно добавить до 16 групп, в каждой группе можно задать до 8 режимов
• Используется традиционная on-time память, можно использовать светящиеся кнопки без потери функциональности
• При разряде аккумулятора ниже 3В фонарь начинает сбрасывать яркость, но полностью не отключается - используйте аккумуляторы с защитой, если боитесь их убить.
• Удобная фича для проверки текущего уровня аккумулятора: в любом режиме делаем 10-20 быстрых полу-нажатий кнопкой до тех пор, пока фонарь не перестанет включаться. После этого фонарь сделает от 1 до 4 вспышек, каждая вспышка означает уровень заряда соответственно < 25%, < 50%, < 75% и < 100%.

Исходники, скомпилированный бинарник с двумя группами режимов и проект для Atmel Studio вы можете найти на моем гитхабе . Помните, что исходники распространяются под лицензией CC-BY-NC-SA, и прошивку вы используете на свой страх и риск без каких-либо гарантий.

Принадлежности

Для заливки кастомной прошивки нам понадобятся:

• SOIC клипса Купить
• Любой клон Arduino Nano 3.0 для использования в качестве программатора Купить
• Arduino у меня уже была, поэтому я решил завести отдельный самостоятельный девайс для прошивки фонарей и купил USBISP программатор Купить
• Dupont провода для подключения клипсы к программатору Купить

Подготовка программатора

Для прошивки драйвера подойдет обычная Arduino Nano 3.0 с залитым скетчем ArduinoISP, но я решил завести отдельный программатор, поэтому купил USBISP. Он имеет форм-фактор флешки в алюминиевом корпусе:

Из коробки этот программатор определяется на компе как HID устройство и работает только с китайским кривым софтом, чтобы использовать его с avrdude можно перепрошить его в USBASP. Для этого нам, как ни странно, понадобится другой рабочий программатор. Здесь нам поможет Arduino Nano, подключаем её к компьютеру, открываем Arduino IDE и открываем стандартный скетч ArduinoISP:

Раскомменчиваем строку #define USE_OLD_STYLE_WIRING:

И заливаем скетч в Nano. Теперь у нас есть AVRISP программатор, которым можно перепрошить наш USBISP в USBASP. Для этого нам в первую очередь понадобится avrdude, он лежит в папке установки Arduino IDE по пути \hardware\tools\avr\bin. Для удобства советую добавить полный путь к avrdude.exe в переменную окружения PATH.

Теперь нам необходимо открыть USBISP и перевести его в режим программирования, установив перемычку UP:

Заодно убеждаемся, что на плате распаян Atmega88 или 88p, как в моем случае:

Другие перемычки, несмотря на советы в инете, трогать не нужно, все прекрасно прошивается и с ними.

Теперь внимательно смотрим на распиновку USBISP программатора, нанесенную на его алюминиевом корпусе, и подключаем его к Arduino Nano:

• VCC и GND к VCC и GND сответственно
• MOSI к D11
• MISO к D12
• SCK к D13
• RESET к D10

У меня не оказалось Female-Female проводов, поэтому я заюзал мини-макетку:

Следующий шаг - скачиваем прошивку usbasp.atmega88-modify.hex , подключаем Arduino к компу, запускаем консоль и переходим в папку с сохраненной прошивкой. Для начала выставим фьюзы командой:

Avrdude -p -m88 -c avrisp -b 19200 -U lfuse:w:0xff:m -U hfuse:w:0xdd:m

Затем заливаем прошивку командой:

Avrdude -p m88p -c avrisp -b 19200 -U flash:w:usbasp.atmega88-modify.hex

После этого убираем перемычку на USBISP, подключаем его к компьютеру, и если все сделано правильно, - на нем загорится синий светодиод:

Теперь у нас есть полноценный компактный USBASP программатор в удобном металлическом корпусе.

SOIC клипса

Программировать микроконтроллеры можно и без клипсы, подпаивая каждый раз проводки к соответствующим контактам, но это настолько рутинный процесс, что лучше все же не пожалеть денег на клипсу. Первое, что нужно сделать после получения клипсы, - это «распушить» контакты, поскольку из коробки они расположены слишком близко друг к другу, и к ним невозможно нормально подпаять провода:

Подключаем контакты клипсы к программатору в соответствии с распиновкой микроконтроллера:

Для большей надежности я припаял провода к клипсе и затянул все это термоусадкой:

Заливаем прошивку в фонарь

Теперь, когда программатор с клипсой готовы, дело остается за малым - нужно свернуть башку фонарю, открутить прижимное кольцо драйвера и извлечь его. В большинстве случаев провода от драйвера отпаивать не нужно, их длины достаточно для доступа к микроконтроллеру:

Крепим клипсу, соблюдая ориентацию. Ориентир в данном случае - кругляш на корпусе микросхемы, он обозначает первый её пин (RESET в нашем случае):

Смотрим, чтобы все пины клипсы утопились в корпус. Подключаем программатор к компу, теперь дело осталось за малым - нужно залить прошивку) Для этого идем на гитхаб, качаем бинарник quasar.hex , запускаем консоль, переходим в папку с бинарником и выполняем команду:

Avrdude -p t13 -c usbasp -u -Uflash:w:quasar.hex:a -Ulfuse:w:0x75:m -Uhfuse:w:0xFF:m

Если все нормально, то пойдет процесс загрузки прошивки, в этот момент ни в коем случае нельзя трогать клипсу, лучше вообще не дышать) При успешной прошивке в конце вывода будет примерно следующее:

Просто, да? А вот нифига, с вероятностью 90% вместо загрузки прошивки вы увидите это:

Причина чаще всего кроется в том, что у новых моделей драйверов замкнуты пины 5 и 6 (MISO и MOSI), что делает невозможным программирование. Поэтому если avrdude жалуется на target doesn"t answer, то первым делом вооружаемся скальпелем и внимательно смотрим на плату. Нужно перерезать дорожку, как показано на картинке:

После этого прошивка обычно заливается без проблем. Если нет - внимательно посмотрите на микроконтроллер, возможно у вас вовсе не Attiny13a, по крайней мере мне попадались драйвера с Fasttech с PIC контроллерами.

Модификация прошивки

Скомпилированная прошивка на гитхабе посути является чуть более продвинутым аналогом оригинальной прошивки, поэтому куда интереснее собрать собственную версию прошивки со своими группами и режимами. Сейчас я расскажу, как это сделать. Первым делом качаем и устанавливаем Atmel Studio с официального сайта. Потом скачиваем все файлы проекта (кто умеет в git - могут просто клонировать всю репу) и открываем Quasar.atsln через установленную студию:

Перечислю наиболее интересные места в коде:

#define LOCKTIME 50

Задает время, через которое текущий режим будет сохранен. Значение 50 соответствует 1 секунде, соответственно поставив 100 можно получить интервал ожидания в 2 секунды

#define BATTMON 125

Задает критический уровень напряжения на аккумуляторе, при достижении которого фонарь начнет сбрасывать яркость. У стандартного Nanjg 105D величина 125 соответствует примерно 2.9 вольтам, но все зависит от величин резисторов делителя напряжения на плате. Если удалить эту строку целиком - фонарь не будет следить за напряжением аккумулятора.

#define STROBE 254 #define PSTROBE 253 #define SOS 252

Определения режимов-мигалок, цифровые значения трогать не следует, если не нужен какой-либо режим - соответствующую строку можно удалить, не забыв после этого поправить объявления групп режимов в массиве groups.

#define BATTCHECK

Включает режим индикации уровня аккумулятора после 16 быстрых кликов. Можно удалить, если эта функция не нужна.

#define MEM_LAST

Задает запоминание последнего режима. Возможны следующие значения: MEM_LAST - фонарь включается в последнем включенном режиме, MEM_FIRST - фонарь всегда включается в первом режиме, MEM_NEXT - фонарь всегда включается в следующем режиме.

#define MODES_COUNT 7 #define GROUPS_COUNT 2

Задают количество режимов в группе и количество групп соответственно. Тесно связаны со следующим массивом groups:

PROGMEM const byte groups = {{ 6, 32, 128, 255, 0, 0, 0 }, { 6, 32, 128, 255, STROBE, PSTROBE, SOS }};

Здесь перечислены сами группы режимов работы. Числа 6, 32, 128, 255 - значения яркости, STROBE, PSTROBE, SOS - обозначения специальных режимов. Нулевые значения яркости игнорируются, поэтому в разных группах можно задавать разные количества режимов (в данном случае в первой группе 4 режима, во второй - 7).

Например, если вы хотите оставить один единственный режим работы со 100% яркостью, то сделать это можно так:

#define MODES_COUNT 1 #define GROUPS_COUNT 1 PROGMEM const byte groups = {{ 255 }};

Если вам нужны 3 группы режимов без мигалок и с обратным следованием (от максимального к минимальному), то можно сделать так:

#define MODES_COUNT 4 #define GROUPS_COUNT 3 PROGMEM const byte groups = {{ 255, 0, 0, 0 }, { 255, 64, 6, 0 }, { 255, 128, 32, 6 }};

При таком раскладе в первой группе всего один режим со 100% яркостью, во второй - 3 режима, в третьей - 4 режима с более плавным уменьшением яркости. Легко и просто, правда? Остается лишь скомпилировать исходник в hex файл с помощью студии, для этого выбираем «Release» в диспетчере конфигураций и жмем «Запуск без отладки»:

Если нигде в коде не накосячили, то в папке проекта появится директория Release, а в ней - hex файл, который остается залить в драйвер описанным в предыдущем разделе способом.

На этом все, надеюсь сей мануал будет кому-нибудь полезен. Если у кого возникнут вопросы - милости прошу в комменты)

Во времена увлечения туризмом был приобретен фонарь Duracell c мощной криптоновой лампой на двух больших батарейках типоразмера D (в советском варианте тип 373). Светил отлично, но высаживал батарейки часа за 3-4.

Кроме того, дважды случилась неприятность - батарейки потекли и электролитом залило все внутри фонаря. Контакты окислились, покрылись ржавчиной и даже после чистки и установки новых элементов питания, фонарь уже не внушал доверия, а уж батарейки тем более. Выбросить было жалко, а не имение возможности использовать, натолкнуло на мысль переделать фонарь на модные сейчас литиевый аккумулятор и светодиод. С полгода в закромах лежал литиевый аккумулятор Sanyo 18650 емкостью 2600 мА/ч, у китайских товарищей выписал вот такой светодиод (якобы Cree XML T6 U2) с рабочим напряжением 3-3,6 В, током 0,3-3 А (опять же, якобы - мощностью 10 Вт), световым потоком 1000-1155 люмен, цветовой температурой 5500-6500 К и углом рассеивания 170 градусов.

Поскольку опыт переделки фонарей на питание от литиевых аккумуляторов уже имелся ( и ), то решил пойти тем же путем: применить хорошо зарекомендовавшую себя связку: АКБ 18650 и контроллер заряда TP4056. Оставалось решить одну проблему - какой драйвер использовать для светодиода? Простым токоограничивающим резистором тут не отделаешься - мощность светодиода пусть и не 10 Ватт, как утверждают китайские товарищи, но все же. Изучая материал по «драйверостроению для мощных светодиодов» набрел на очень интересную, и как оказалось, часто применяемую микросхему АМС7135. На основе данной микросхемы китайцы давно и удачно завалили планету своими фонарями). Принципиальная схема питания мощного светодиода на основе АМС7135.

Как видим, допускается питание в диапазоне 2,7...6 В, а это довольно широкий спектр источников питания, в том числе и литиевые аккумуляторы. Задача чипа - ограничить ток, протекающий через светодиод на уровне 350 мА.
Согласно информации производителя чипа, конденсатор Со нужно использовать, если:

• длина проводника между АМС7135 и светодиодом больше 3 см;
• длина проводника между светодиодом и источником питания больше 10 см;
• светодиод и микросхема не установлены на одной плате.

В реальности производители фонарей зачастую пренебрегаю этими условиями, и исключают конденсаторы из схемы. Но как показал эксперимент - напрасно, о чем несколько позже. К дополнительным преимуществам ИС типа АМС7135 можно отнести наличие встроенной защиты при обрыве, КЗ светодиода и диапазон рабочих температур -4О...85°С. Подробно документацию на чип АМС7135 можно .

Схема электрическая фонаря

Еще одной важной и крайне полезной особенностью данной микросхемы является то, что их можно устанавливать параллельно для увеличения тока, протекающего через светодиод. В результате родилась такая схема:

Исходя из нее, ток протекающий через светодиод, составит 1050 мА, что на мой взгляд, более чем достаточно для совсем не тактического, а хозяйственного фонаря. Далее приступил к монтажу все в единую систему. При помощи дремеля в корпусе фонаря удалил направляющие для батареек и контактные шины:

Так же дремелем убрал посадочное гнездо для криптоновой лампы и сформировал площадку для светодиода

Поскольку мощный светодиод во время работы выделяет много тепла, то для его рассеивания решил применить теплоотвод, снятый с материнской платы.

По задумке, светодиод, теплоотвод и головная часть фонаря с отражателем будут создавать одно целое и накручиваясь на корпус фонаря не должны ни за что цепляться. Для этого обрезал грани теплоотвода, просверлил отверстия для проводов и приклеил светодиод к теплоотводу термоклеем.

Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись "Калькулятором светодиодов" .

Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств – драйверов. Правильные драйвера имеют очень высокий КПД - до 90-95%. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока - резисторы - обеспечить это не могут по своей природе.

Немного ознакомиться с теорией линейных и импульсных стабилизаторов тока можно в статье "Драйвера для светодиодов" .

Готовый драйвер, конечно, можно купить. Но гораздо интереснее сделать его своими руками. Для этого потребуются базовые навыки чтения электрических схем и владения паяльником. Рассмотрим несколько простых схем самодельных драйверов для мощных светодиодов.

Простой драйвер. Собран на макетке, питает могучий Cree MT-G2

Очень простая схема линейного драйвера для светодиода. Q1 – N-канальный полевой транзистор достаточной мощности. Подойдет, например, IRFZ48 или IRF530. Q2 – биполярный npn-транзистор. Я использовал 2N3004, можно взять любой похожий. Резистор R2 – резистор мощностью 0.5-2Вт, который будет определять силу тока драйвера. Сопротивление R2 2.2Ом обеспечивает ток в 200-300мА. Входное напряжение не должно быть очень большим – желательно не превышать 12-15В. Драйвер линейный, поэтому КПД драйвера будет определяться отношением V LED / V IN , где V LED – падение напряжения на светодиоде, а V IN – входное напряжение. Чем больше будет разница между входным напряжением и падением на светодиоде и чем больше будет ток драйвера, тем сильнее будет греться транзистор Q1 и резистор R2. Тем не менее, V IN должно быть больше V LED на, как минимум, 1-2В.

Для тестов я собрал схему на макетной плате и запитал мощный светодиод CREE MT-G2 . Напряжение источника питания - 9В, падение напряжения на светодиоде - 6В. Драйвер заработал сразу. И даже с таким небольшим током (240мА) мосфет рассеивает 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, что совсем не мало.

Схема очень проста и даже в готовом устройстве может быть собрана навесным монтажом.

Схема следующего самодельного драйвера также предельно проста. Она предполагает использование микросхемы понижающего преобразователя напряжения LM317. Данная микросхема может быть использована как стабилизатор тока.

Еще более простой драйвер на микросхеме LM317

Входное напряжение может быть до 37В, оно должно быть как минимум на 3В выше падения напряжения на светодиоде. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1 = 1.2 / I, где I – требуемая сила тока. Ток не должен превышать 1.5А. Но при таком токе резистор R1 должен быть способен рассеять 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Микросхема LM317 также будет сильно греться и без радиатора не обойтись. Драйвер также линейный, поэтому для того, чтобы КПД был максимальным, разница V IN и V LED должна быть как можно меньше. Поскольку схема очень простая, она также может быть собрана навесным монтажом.

На той же макетной плате была собрана схема с двумя одноваттными резисторами сопротивленим 2.2 Ом. Сила тока получилась меньше расчетной, поскольку контакты в макетке не идеальны и добавляют сопротивления.

Следующий драйвер является импульсным понижающим. Собран он на микросхеме QX5241 .

Схема также проста, но состоит из чуть большего количества деталей и здесь уже без изготовления печатной платы не обойтись. Кроме того сама микросхема QX5241 выполнена в достаточно мелком корпусе SOT23-6 и требует внимания при пайке.

Входное напряжение не должно превышать 36В, максимальный ток стабилизации – 3А. Входной конденсатор С1 может быть любым – электролитическим, керамическим или танталовым. Его емкость – до 100мкФ, максимальное рабочее напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Конденсатор С2 керамический. Конденсатор С3 – керамический, емкость 10мкФ, напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Резистор R1 должен иметь мощность не менее чем 1Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле R1 = 0.2 / I, где I – требуемый ток драйвера. Резистор R2 - любой сопротивлением 20-100кОм. Диод Шоттки D1 должен с запасом выдерживать обратное напряжение – не менее чем в 2 раза по значению больше входного. И рассчитан должен быть на ток не менее требуемого тока драйвера. Один из важнейших элементов схемы – полевой транзистор Q1. Это должен быть N-канальный полевик с минимально возможным сопротивлением в открытом состоянии, безусловно, он должен с запасом выдерживать входное напряжение и нужную силу тока. Хороший вариант – полевые транзисторы SI4178, IRF7201 и др. Дроссель L1 должен иметь индуктивность 20-40мкГн и максимальный рабочий ток не менее требуемого тока драйвера.

Количество деталей этого драйвера совсем небольшое, все они имеют компактный размер. В итоге может получиться достаточно миниатюрный и, вместе с тем, мощный драйвер. Это импульсный драйвер, его КПД существенно выше, чем у линейных драйверов. Тем не менее, рекомендуется подбирать входное напряжение всего на 2-3В больше, чем падение напряжения на светодиодах. Драйвер интересен еще и тем, что выход 2 (DIM) микросхемы QX5241 может быть использован для диммирования – регулирования силы тока драйвера и, соответственно, яркости свечения светодиода. Для этого на этот выход нужно подавать импульсы (ШИМ) с частотой до 20КГц. С этим сможет справиться любой подходящий микроконтроллер. В итоге может получиться драйвер с несколькими режимами работы.

(13 оценок, средняя 4.58 из 5) 

Купив множество китайских фонариков, мощностью от 100 до 16000 люмен, так и не остался доволен.

В большинстве случаев фонарик не отдаёт заявленный продавцом световой поток. Так получается из-за того, что продавцы в лучшем случае указывают максимальный световой поток, который может отдавать установленный светодиодный модуль, но в результате экономии на материалах светодиод работает, если повезёт, в половину от своего максимума. Для ограничения тока применяются тонкие провода, это позволяет отказаться от использования источника постоянного тока и ограничиться простым ШИМ контроллером с силовым ключём.

В качестве донора был выбран «2500Lm CREE XM-L T6 LED Headlamp» ценой в 12 долларов, у которого через год использования умер ШИМ контроллер CX2812. Данный контроллер имеет три выхода для нагрузки, два входа для настройки режимов работы и один вход для кнопки переключения режимов. Первым неприятным моментом практически любого китайского фонарика для меня оказалось наличие режимов Strobe и SOS. В случае с данным контроллером, достаточно подать на вход OPT1 логическую единицу и из пяти режимов останется только три (High, Low, Off). Если единицу подать на оба OPT входа, то режим Low тоже исчезнет.

Продавец заявляет, что в фонарике используется светодиод Cree XM-L T6 и он жарит аж 2500 люменов на максимальном режиме. На сайте Cree для данного светодиода заявлена светосила 100 люменов на ватт и максимальная мощность 10 ватт. На самом деле используется светодиод XM-L U2, его характеристики не сильно отличаются от T6, но из-за толщины проводов до светодиода доходит только 1.1А, что при напряжении аккумулятора 4.1В составляет 4.51Вт. Получается, что на максимальном режиме фонарик излучает примерно 451 люмен. Люксметр показывает 420 люменов, и это довольно далеко от цифры 2500.

Схема драйвера проще некуда и усложнять её не будем. В качестве нового каменного сердца был выбран микроконтроллер ATtiny85, хотя хватило бы и ATtiny13(a), но в нужном корпусе его под рукой не оказалось. Кнопка переключения режимов удачно попала на ножку PB2/INT0, а вот база транзистора оказалась подключенной к выходу RESET. Имея на борту аппаратный ШИМ, было решено использовать именно его, поэтому дорожка ведущая к RESET была перерезана, а база транзистора подключена перемычкой к выходу PB1/OC0B. Для удобства программирования необходимые пины были вынесены наружу. Провода зафиксированы соплями термоклея. Провода от аккумуляторов до платы заменены на чуть более толстые.

Прошивка собиралась в Arduino 1.0.6, в качестве программатора использовался Arduino Nano. Установлены фьюзы в соответствии со схемой «ATtiny85 @ 1 MHz (internal oscillator; BOD disabled)». Вес прошивки в бинарном виде на данный момент составляет 278 байт. В выключенном состоянии фонарик потребляет 0.3мкА, при кратковременном нажатии на кнопку включается минимальный режим, потребление увеличивается до 7.6мА. Для выключения необходимо кратковременно нажать и отпустить кнопку. Если продолжить удержание кнопку, то яркость плавно увеличится до максимальной. Частичная замена проводов не дала существенного прироста яркости, ибо провода от блока питания до головы остались узким местом. На данный момент на максимальном режиме потребление получилось 1.2А, напряжение АКБ 4.2, получается примерно 500 люменов.

Но даже несмотря на то, что китайские продавцы указывают в несколько раз завышенные показатели по светосиле, зачастую даже минимальный, из предложенных, режим был слишком ярким для меня. После переделки, минимального режима вполне достаточно для того, чтобы ночью не запнуться на лесной тропинке или использовать фонарик в качестве ночника при ночёвке в пещере. Итого буквально за пару часов из мёртвого фонарика удалось сделать фонарик моей мечты. Надеюсь мой опыт окажется для кого-нибудь полезным. Код доступен по ссылке HeadLamp.ino .

Обновление 04.02.2015: Подумав немного, добавил возможность моментального включения фонарика на максимальный режим (два быстрых клика), а так же режим стробоскопа (три быстрых клика). Для активации этих режимов необходимо раскомментировать соответствующие дефайны в начале кода.

Привет, Habr!

Хочу рассказать историю о том, как мне в руки попал китайский налобный фонарик на светодиоде Cree XM-L и что дальше с ним стало.

Предыстория

Когда-то давно я заказал с одного китайского сайта фонарик с ярким светодиодом. Фонарик оказался довольно эргономичным (хотя он мог быть и полегче), но вот его драйвер оставлял желать лучшего.

Светил он достаточно ярко, но у драйвера было только 3 режима - очень яркий, яркий и стробоскоп, переключение между которыми производилось нажатием кнопки. Для того, чтобы просто включить и выключить фонарь, требовалось каждый раз перебирать эти 3 режима. Вдобавок, этот фонарик, будучи включенным, разряжал батарею до последнего – так пара моих банок 18650 ушли в глубокий разряд.

Все это было неудобно и надоедало, поэтому в какой-то момент я решил сделать для него свой драйвер, о чем и будет дальнейшее повествование.

Фонарик со старым драйвером

Вот такой фонарик, наверняка многие имели дело с подобными

Так выглядит оригинальный драйвер

Техническое задание

Как известно, для достижения хорошего результата любая разработка должна иметь хорошее ТЗ, поэтому постараюсь сформулировать его для себя. Итак, драйвер должен:

• Уметь включаться/отключаться по короткому нажатию кнопки (кнопка без фиксации). Пожалуй, это основная причина, по которой все это затеялось.
• Иметь плавную (бесступенчатую) регулировку яркости, от самого яркого - "турбо", до "мунлайта", когда диод еле светится. Яркость должна изменяться равномерно.
• Запоминать установленную яркость на время выключения.
• Контролировать заряд батареи, предупреждая когда она почти разряжена (примерно 3.3В) и отключаясь, когда разряжена полностью (примерно 2.9В). Для разных АКБ эти параметры могут быть иными. Соответственно, рабочее напряжение должно быть в диапазоне 2.7~4.5В.
• Иметь 2 специальных режима - аварийный маячок и стробоскоп (ну а почему бы и нет?)
• Уметь включать/выключать задний светодиод (это актуально при езде на велосипеде ночью, получается что-то вроде габаритного огня).
• Иметь защиту от переполюсовки и статического электричества. Не обязательно, но будет приятным дополнением, поскольку в темноте можно по ошибке поставить АКБ неправильной стороной.
• Быть меньше изначального драйвера по размерам, но при этом иметь те же посадочные места. Китайский драйвер просто огромен, сделать крупнее будет непросто.

Ну и если фонарик подвергается моддингу, почему бы не встроить в него зарядное устройство с micro-USB разъемом? У меня под рукой всегда есть такой кабель и USB зарядка, а родной блок питания приходится искать.

Железо

У меня есть кое-какой опыт работы с Arduino, поэтому было решено делать драйвер на МК семейства AVR. Они широко доступны, легко программируются и имеют режимы пониженного энергопотребления (сна).

В качестве "мозга" драйвера был выбран микроконтроллер Attiny13a - это один из самых дешевых МК фирмы Atmel (ныне поглощенной компанией Microchip), он имеет на борту все необходимое - GPIO для подключения кнопки и светодиода, таймер для генерации ШИМ-сигнала, АЦП для измерения напряжения и EEPROM для сохранения параметров. Доступно всего 1 КБ флеш-памяти (но много ли надо для фонарика), а так же 64 Б RAM и столько же EEPROM.
Attiny13 выпускается в нескольких вариантах корпуса, в частности в DIP-8, который можно воткнуть прямо в обычную макетную плату с шагом 2.54мм.

Поскольку от задней части к голове фонаря идет всего 3 провода, кнопка вынуждена замыкаться на землю (о невозможности замыкать на плюс - позже), придется коммутировать светодиод по плюсу - а значит, нужен P-канальный полевик. В качестве такого транзистора я взял AO3401, но можно взять SI2323, он дороже, но имеет меньшее сопротивление открытого канала (40 мОм, тогда как у AO3401 60 мОм, при 4.5 В), следовательно драйвер будет меньше греться.

От слов к делу, собираю на макетке предварительную версию

Питается оно пока что напрямую от программатора, напряжением 5 В (на самом деле меньше из-за потерь в кабеле USB). Вместо светодиода XM-L пока воткнул обычный светодиод на ножках и поставил слабый транзистор с высоким пороговым напряжением.
Затем в программе Altium Designer была начерчена схема, которую я дополнил защитой от переполюсовки и ESD.

Подробное описание и предназначение всех компонентов

Обязательные компоненты:

С1 - развязывающий конденсатор по питанию микроконтроллера, должен быть в районе 0.1 мкф, корпус 1206 или 0805, температурный коэффициент X7R

R1-R2 - резисторный делитель для измерения напряжения батареи, номиналы можно ставить любые, тут главное соотношение (750К/220K, коэффициент деления 4.41) и ток утечки, который будет больше, если увеличить номиналы (при текущих он порядка 4 мкА). Поскольку используется внутренний ИОН (1.1 В, согласно даташиту он может быть в пределах 1.0 В - 1.2 В), максимальное напряжение на выходе делителя не должно быть более 1 В. При делителе 750/220 максимально допустимое напряжение на входе делителя будет 4.41 В, что более чем достаточно для всех типов литиевых аккумуляторов.
Делитель я рассчитывал при помощи вот этого калькулятора .

R3 - защита вывода порта микроконтроллера от замыкания (если вдруг PB1 окажется притянуто к VCC, через пин потечет большой ток и МК может сгореть)

R4 - подтяжка RESET МК к питанию, без него возможны перезагрузки от наводок.

Q1 - P-канальный полевой транзистор в корпусе SOT-23, я поставил AO3401, но можно и любой другой с подходящей распиновкой (например SI2323)

R7 - токоограничительный резистор затвора. Поскольку затвор транзистора имеет некоторую емкость, при зарядке этой емкости через пин может проходить большой ток и пин может выйти из строя. Можно ставить в районе 100-220 Ом (больше не следует, транзистор начнет долго находиться в полузакрытом состоянии, и, как следствие, будет сильнее греться).

R6 - резистор подтяжки затвора к питанию. На случай, если PB0 перейдет в высокоимпедансное состояние, через этот резистор на затворе Q1 установится логическая 1 и транзистор будет закрыт. Такое может произойти из-за ошибки в коде или в режиме программирования.

D2 - "запирающий" диод - позволяет при "проседании" напряжения (когда светодиод включается на короткий период на полную яркость) питаться МК от конденсатора какое-то время, так же защищает от переполюсовки.
Можно ставить любой диод шоттки в корпусе SOD323 с минимальным падением напряжения, я поставил BAT60.

Изначально, защита от неправильной полярности питания была сделана на полевом транзисторе (это можно увидеть на платах, изготовленных лутом). После распайки вылезла неприятная особенность - при включении нагрузки возникала просадка напряжения и МК перезагружался, поскольку полевик не ограничивает ток в обратном направлении. Сначала я припаял между VCC и GND электролитический конденсатор на 200 мкФ, но мне не понравилось такое решение из-за его размеров. Пришлось отпаивать транзистор и на его место ставить диод, благо SOT-23 и SOD-323 имеют похожие размеры.

Итого, в схеме всего 10 компонентов, обязательных для установки.

Необязательные компоненты:

R5 и D1 отвечают за заднюю подсветку (LED2). Минимальный номинал R5 - 100 Ом. Чем больше номинал, тем слабее светится задний светодиод (он включается в постоянном режиме, без ШИМ). D1 - любой светодиод в корпусе 1206, я поставил зеленый, т.к. визуально они ярче при тех же токах, чем прочие.

D3 и D4 - защитные диоды (TVS), я использовал PESD5V0 (5.0В) в корпусе SOD323. D3 защищает от перенапряжения по питанию, D4 - по кнопке. Если кнопка закрыта мембраной, то в нем нету особого смысла. Защитные диоды наверное имеет смысл использовать двунаправленные, иначе при переполюсовке через них пойдет ток и они выгорят (см. ВАХ двунаправленного защитного диода).

C2 - танталовый конденсатор в корпусе А (похож на 1206), имеет смысл ставить при нестабильной работе драйвера (напряжение питания мк может просаживаться при больших токах коммутации светодиода)

Все резисторы типоразмера 0603 (для меня это адекватный предел для пайки вручную)

С компонентами все ясно, можно делать печатную плату по вышеприведенной схеме.
Первым делом для этого нужно построить 3D модель будущей платы, вместе с отверстиями - имхо, в Altium Designer это самый удобный способ определить геометрию ПП.
Измерил размеры старого драйвера и его посадочных отверстий - плата должна крепиться к ним же, но иметь меньшие габариты (для универсальности, вдруг куда-то еще придется встроить).
Разумный минимум здесь получился где-то 25х12.5мм (соотношение сторон 2:1) с двумя отверстиями диаметром 2мм для крепления к корпусу фонаря родными винтами.

3D-модель я сделал в SolidWorks, затем экспортировал в Altium Designer как STEP.
Затем я разместил компоненты по плате, контакты сделал по углам (так паять удобнее и проще разводить землю), Attiny13 поставил по центру, транзистор поближе к контактам LED.
Развел силовые дорожки, разместил остальные компоненты как получится и развел сигнальные дорожки. Для удобства подключения ЗУ я вывел под него отдельные контакты, которые дублируют контакты батареи.
Всю разводку (за исключением одной перемычки) я сделал на верхнем слое - для того, чтобы была возможность изготовить плату в домашних условиях ЛУТом.
Минимальная ширина сигнальных дорожек - 0.254 мм / 10 mil, силовые имеют максимальную ширину там, где это возможно.

Так выглядит разведенная плата в Altium Designer

В Altium Designer есть возможность посмотреть, как будет выглядеть плата в 3D (для этого необходимо наличие моделей для всех компонентов, некоторые пришлось строить самому).
Возможно, кто-то тут скажет, что 3D режим для трассировщика не нужен, но лично для меня это удобная функция, которая облегчает размещение компонентов для удобства пайки.

На момент написания статьи было сделано 3 версии платы - первая под ЛУТ, вторая для промышленного изготовления и 3-я, финальная с некоторыми исправлениями.

Изготовление плат

Самодельный способ

ЛУТ - лазерно-утюжная технология, способ производства плат при помощи травления по маске, полученной переводом тонера с бумаги на медь. Этот способ отлично подходит для несложных односторонних плат - таких как этот драйвер.
В сети достаточно много статей по этой технологии, поэтому я не буду углубляться в подробности, а лишь расскажу вкратце про то, как это делаю я.

Для начала нужно подготовить шаблон, который будет распечатан на термобумаге. Экспортирую в PDF слой top_layer, получаю векторное изображение.

Поскольку плата маленькая, есть смысл брать кусок текстолита с габаритами в несколько раз больше и делать то, что в промышленности называют панелизацией.
Для этих целей весьма удобен CorelDraw, но можно пользоваться и любым другим векторным редактором.
Размещаю копии шаблонов на документе, между платами делаю промежутки в 0.5-1мм (зависит от способа разделения, об этом позже), платы должны быть расположены симметрично - иначе будет сложно их разделить.

Подбираю кусок одностороннего текстолита размерами чуть больше, чем скомпонованная панель, зачищаю и обезжириваю (предпочитаю тереть ластиком и потом спиртом). Печатаю на термобумаге шаблон для травления (тут важно не забыть отзеркалить шаблон).
При помощи утюга и терпения, аккуратно поглаживая по бумаге, перевожу на текстолит. Жду пока остынет и осторожно отдираю бумагу.
Свободные участки меди (не покрытые тонером) можно покрыть лаком или заклеить скотчем (чем меньше площадь меди, тем быстрее идет реакция травления).

Такая вот домашняя панелизация - большое количество плат позволяет компенсировать брак производства

Я травлю платы лимонной кислотой в растворе перекиси водорода, это самый доступный способ, хотя и довольно медленный.
Пропорции такие: на 100мл перекиси 3% идет 30г лимонной кислоты и примерно 5г соли, это все перемешивается и выливается в емкость с текстолитом.
Подогревание раствора ускорит реакцию, но может привести к отслаиванию тонера.

Начинается неведомая химическая магия: медь покрывается пузырями, а раствор приобретает синий оттенок

Через какое-то время достаю протравленую плату, очищаю от тонера. У меня его не получается смывать какими-либо растворителями, поэтому я удаляю его механически - мелкозернистой наждачной бумагой.

Теперь остается залудить плату - это поможет при пайке и защитит медь от окисления и облегчит пайку. Лудить я предпочитаю сплавом Розе - этот сплав плавится при температуре около 95 градусов, что позволяет лудить им в кипящей воде (да, возможно не самый надежный состав для лужения, но для самодельных плат годится).

После лужения я сверлю плату (для контактов использую твердосплавные сверла ф1.0, для перемычек - ф0.7), сверлю дремелем за неимением другого инструмента. Пилить текстолит я не люблю из-за пыли, поэтому после сверления разрезаю платы канцелярским ножом - с двух сторон делаю несколько надрезов по одной линии, затем разламываю по надрезу. Это напоминает метод V-cut, используемый в промышленности, только там надрез делается фрезой.

Так выглядит плата, готовая к пайке

Когда плата готова, можно приступать к распайке компонентов. Сначала я запаиваю мелочь (резисторы 0603), затем все остальное. Резисторы примыкают вплотную к МК, поэтому в обратной последовательности запаять может быть проблематично. После пайки я проверяю, нет ли КЗ по питанию драйвера, после чего уже можно приступать к прошивке МК.

Драйверы, готовые к загрузке прошивки

Промышленный способ

ЛУТ - это быстро и доступно, но технология имеет свои недостатки (как и почти все "домашние" методы изготовления ПП). Проблематично сделать двухсторонную плату, дорожки могут быть перетравлены, а о металлизации отверстий остается только мечтать.

Благо, предприимчивые китайцы давно предлагают услуги изготовления печатных плат промышленным способом.
Как ни странно, однослойная плата у китайцев будет стоить дороже, чем двухслойная, поэтому я решил добавить второй (нижний) слой к печатной плате. На этом слое продублированы силовые дорожки и земля. Так же, появилась возможность сделать теплоотвод от транзистора (медные полигоны на нижнем слое), что позволит драйверу работать на более высоких токах.

Нижний слой платы в Altium Designer

Для этого проекта я решил заказать печатную плату на сайте PcbWay. На сайте есть удобный калькулятор расчета стоимости плат в зависимости от их параметров, размеров и количества. После расчета стоимости я загрузил gerber-файл, созданный ранее в Altium Designer, китайцы его проверили и плата отправилась на производство.

Изготовление комплект из 10 плат TinyFL обошлось мне в $5. При регистрации нового пользователя дается скидка $5 на первый заказ, поэтому я оплачивал только доставку, которая тоже стоит где-то в районе $5.
На этом сайте есть возможность выложить проект в общий доступ, поэтому если кто-то захочет заказать эти платы, можно просто добавить в корзину этот проект .

Спустя пару-тройку недель мне пришли те же самые платы, только красивенькие изготовленные промышленным способом. Их остается только распаять и залить в них прошивку.

Программа (прошивка)

Основная трудность, которая возникла при написании прошивки драйвера, связана она с крайне малым размером flash-памяти - у Attiny13 ее всего-навсего 1024 байта.
Так же, поскольку изменение яркости плавное, нетривиальной задачей оказалось равномерное ее изменение - для этого пришлось делать гамма-коррекцию.

Алгоритм управления драйвером

Драйвер включается по короткому нажатию на кнопку, выключается по нему же.
Выбранный режим яркости сохраняется на время выключения.

Если во время работы сделать двойное короткое нажатие кнопки (двойной клик), будет включен/выключен дополнительный светодиод.
При длинном нажатии во время работы начнет плавно изменяться яркость фонаря. Повторное длинное нажатие изменяет направление (сильнее/слабее).

Драйвер периодически проверяет напряжение батареи, и если оно ниже установленных значений, предупреждает пользователя о разряде, а затем отключается во избежание глубокого разряда.

Более подробное описание алгоритма работы драйвера

1. При подаче питания на МК производится настройка периферии и МК погружается в сон (если STARTSLEEP определено). При подаче питания на драйвер оба светодиода мигают некоторое количество раз, если STARTBLINKS определено.
2. Сон. Attiny13 засыпает в режиме power-down (это самый экономичный режим, по даташиту потребление МК составит ~ 1 мкА), выйти из которого оно может только по какому-либо прерыванию. В данном случае это прерывание INT0 - нажатие кнопки (установка PC1 в логическое 0).
   На PC1 при этом должна быть включена внутренняя слабая подтяжка к питанию. АЦП и компаратор являются основным потребителями тока из всей периферии, поэтому их тоже нужно отключить. На время сна содержимое регистров и оперативной памяти сохраняется, поэтому EEPROM не нужен для запоминания яркости.
3. После сна периферия и ШИМ включается и драйвер входит в бесконечный цикл, в котором отслеживается нажатие кнопки и периодически проверяется напряжение батареи.
4. Если кнопка нажата - засекается время нажатия.
   4.1. Если нажатие короткое - ожидается двойной клик (если BTN_DBCLICK определено).
   Если он был, переключается дополнительный светодиод LED2
   Если нет, то переход к п.2 (сон)
   4.2. Если нажатие долгое (дольше, чем BTN_ONOFF_DELAY) - включается режим управления яркостью. В этом режиме:
   • Инвертируется направление изменения (больше/меньше) и изменяется % заполнения ШИМ, пока нажата кнопка.
   • Если достигнуто максимальное/минимальное значение (RATE_MAX / RATE_MIN), светодиод начинает мигать;
   • Если прошло n-миганий (AUXMODES_DELAY) и кнопка все еще нажата, включается дополнительный режим. Таких режимов два - стробоскоп (включается на 25 мс, частота 8 Гц) и аварийный маячок (включается на полную яркость на 50мс, частота 1 Гц). В этих режимах не происходит проверки заряда батареи, а для выхода нужно какое-то время держать нажатой кнопку.
5. Если пришло время проверять напряжение батареи - считываются показания с ADC2, результат сравнивается с предустановленными значениями.
   • Если значение АЦП больше значения BAT_WARNING – все нормально
   • Если меньше BAT_WARNING – пользователь предупреждается о разряде, драйвер мигает основным светодиодом. Кол-во вспышек будет пропорционально степени разряда. Например, с дефолтными значениями при полном разряде фонарь мигнет 5 раз.
   • Если меньше BAT_SHUTDOWN - МК переходит в п.2 (сон).

Управление яркостью светодиода

Как известно, самый простой способ управлять яркостью - изменять скважность ШИМ, при этом светодиод на какое-то время включается на полную яркость, затем выключается. Из-за особенностей человеческого глаза кажется, что светодиод светит менее ярко, чем если бы он был включен постоянно. Поскольку светодиод подключен через P-канальный полевой транзистор, для его открытия необходимо притянуть затвор к земле, а для закрытия - наоборот, к питанию. Время открытия транзистора по отношению ко времени его закрытого состояния будет коррелировать с заполнением ШИМ.
За скважность шим отвечает переменная rate, 255 rate = 100% ШИМ.
При частоте тактирования 1.2 МГц и предделителе таймера в 1, частота ШИМ будет равна 1200000/256 = 4.7 КГц. Поскольку это частота звуковая (воспринимаемая человеческим ухом), на некоторой скважности ШИМ драйвер может начать пищать (точнее, пищит не драйвер, а провода, либо элементы питания). Если мешает, можно увеличить рабочую частоту до 9.6 (CKSEL=10, CKDIV8=1) или 4.8 МГц (CKSEL=01, CKDIV8=1), тогда частота ШИМ будет в 8 или в 4 раза больше, но энергопотребление МК так же вырастет пропорционально.

Считается, что диод нужно питать путем стабилизации тока через него, а в таком режиме он быстро выйдет из строя. Тут я соглашусь и скажу, что у меня в фонаре (да и во многих налобниках аналогичной конструкции) светодиод не подключается напрямую к драйверу, а до него идут достаточно длинные и тонкие провода, сопротивление которых, а так же внутреннее сопротивление батареи и сопротивление драйвера ограничивают максимальный ток в районе 1.5 А, что в 2 раза меньше максимального тока для данного светодиода (максимальный ток для Cree XM-L согласно документации - 3 А).
Если у Вас драйвер подключен к светодиоду короткими проводами и у держателя батареи хорошие контакты, ток при максимальной яркости (rate=255) может превышать значение в 3А. В этом случае данный драйвер Вам скорее всего не подойдет, так как есть риск выхода светодиода из строя. Тем не менее, можно скорректировать параметр RATE_MAX до получения приемлемых значений тока. К тому же, хоть по спецификации транзистора SI2323DS его максимальный ток и превышает 4 А, лучше выставить порог в 2 А, иначе драйверу может потребоваться охлаждение.

Гамма-коррекция

Человеческий глаз воспринимает яркость объектов нелинейно. В случае с этим драйвером, разница между 5-10% ШИМ будет восприниматься как многократное увеличение яркости, тогда как разница между 75-100% будет практически не будет заметна глазу. Если увеличивать яркость светодиода равномерно, со скоростью n процентов в секунду, будет казаться, что в начале яркость очень быстро растет от нуля до среднего значения, затем очень медленно увеличивается от середины до максимума.

Это весьма неудобно, и для компенсации этого эффекта пришлось сделать упрощенный алгоритм гамма-коррекции. Его суть в том, что шаг изменения яркости увеличивается от 1 при минимальных значениях ШИМ до 12 при максимальных значениях. В графическом представлении это выглядит как кривая, точки которой сохранены в массиве rate_step_array. Таким образом, кажется, что яркость изменяется равномерно на всем диапазоне.

Контроль напряжения батареи

Каждые n-секунд (за интервал в миллисекундах отвечает параметр BAT_PERIOD) происходит замер напряжения батареи. Положительный контакт батареи, который подключается к VIN и попадает на резисторный делитель R1-R2, к средней точке которого подключен пин PB4 (он же ADC2 у мультиплексора АЦП).

Поскольку напряжение питания изменяется вместе с измеряемым напряжением, не получится измерить его, использовав в качестве опорного напряжения Vref, поэтому в качестве ИОН я применил внутренний источник на 1.1 В. Как раз для этого и нужен делитель - МК не может измерить напряжение, большее чем напряжение опорного источника (так, напряжению 1.1 В будет соответствовать значение АЦП в 1023 или 255, если использовать 8-битное разрешение). Проходя через делитель, напряжение в средней его точке будет в 6 раз меньше входного, значению 255 будет соответствовать уже не 1.1 В, а целых 4.33 В (делитель на 4.03), что с запасом покрывает диапазон измерений.

В итоге получается некоторое значение, которое дальше сравнивается с предустановленными значениями минимальных напряжений. При достижении значения BAT_WARNING светодиод начинает мигать некоторое количество раз (чем сильнее разряжено, тем больше мигает - за это отвечает BAT_INFO_STEP, подробнее в коде), а при достижении BAT_SHUTDOWN драйвер отключается.
Значение АЦП переводить в милливольты я не вижу смысла, т.к. это тратит лишную память, которой в тиньке и так мало.

Кстати, делитель является основным потребителем питания, когда МК находится в режиме сна. Так, делитель на 4.03 с R1 = 1M и R2 = 330К, будет иметь общее R = 1330K и ток утечки при 4 В = 3 мкА.
На время измерения напряжения нагрузка (светодиод) отключается примерно на 1 мс. Это почти не заметно для глаз, но помогает стабилизировать напряжение, иначе измерения будут некорректные (а делать какие-либо поправки на скважности шим и прочее - слишком сложно).

Внесение изменений в прошивку

Это нетрудно сделать, особенно если был опыт работы с Arduino или просто с C/C++.
Даже если такого опыта не было, можно настроить почти все рабочие параметры путем редактирования определений (defines) заголовочного файла flashlight.h.
Для редактирования исходного кода нужно будет поставить Arduino IDE с поддержкой Attiny13(a) или Atmel Studio – оно не сложнее, чем Arduino IDE, но гораздо удобнее.

Arduino IDE

Сперва необходимо будет установить поддержку Attiny13 в IDE. Достаточно подробная инструкция имеется в статье.
Далее нужно выбрать в меню Tools>Board Attiny13(a) и в меню Tools>Frequency 1.2MHz.
"Скетч" содержится в файле с расширением.ino, он содержит всего одну строчку кода - это включение в проект заголовочного файла. По сути дела, данный скетч - просто способ скомпилировать прошивку через Arduino IDE. Если Вы захотите внести в проект какие-либо изменения, работайте с файлом.cpp.
После открытия проекта нужно нажать на галочку, пойдет компиляция, в случае успеха в логе будет ссылка на файл *.hex. Его нужно залить в микроконтроллер по инструкции ниже.

Atmel Studio

Проект для этого IDE содержится в файле flashlight.atsln, а исходники - в файлах flashlight.h содержит определения (настройки) и flashlight.cpp содержит собственно код.
Расписывать более подробно содержимое исходников не вижу смысла - в коде полно комментариев.
После внесения изменений в код надо нажать F7, прошивка скомпилируется (или нет, тогда компилятор укажет, где ошибка). В папке debug появляется flashlight.hex, который можно загрузить в микроконтроллер по инструкции ниже.

Для загрузки прошивки и настройки фьюзов я использую программатор USBASP в сочетании с программой AVRDUDEPROG. Программа представляет из себя подобие GUI для программы avrdude, есть удобный встроенный калькулятор фьюзов - достаточно поставить галочки возле нужных битов. В списке контроллеров нужно выбрать подходящий (в данном случае Attiny13(a), зайти на вкладку Fuses и нажать кнопку read. Только после того, как значения фьюзов считаны из МК, можно их изменять. После изменения нужно нажать programm, новые фьюзы будут записаны в МК. Подходящие значения фьюзов записаны в файле flashlight.h

Программатор USBASP, подключенный к драйверу через клипсу со шлейфом

Для подключения USBASP к тиньке я использую клипсу под 8-контактный SOIC. Не очень удобное приспособление, приходится помучаться минут 10, прежде чем поймаешь контакт (возможно, мне просто попалась бракованная клипса). Бывают так же адаптеры SOIC-DIP, куда вставляется микросхема до пайки и в нее заливается прошивка - этот вариант удобнее, но теряется возможность программировать драйвер внутрисхемно (то есть обновлять прошивку после пайки МК на плату).
Если всего этого нет, то можно просто припаять проводки к выводам МК, которые затем прикрепить к Arduino.

Калибровка

Токи, проходящие через драйвер и светодиод, не должны превышать максимальных значений. Для светодиода XM-L это 3 А, для драйвера оно зависит от используемого транзистора, например для SI2323 максимальный ток около 4 А, но лучше гонять на меньших токах из-за чрезмерного нагрева. Для уменьшения тока на максимальной яркости используется параметр RATE_MAX (#define RATE_MAX xx, где xx - максимальная яркость от 0 до 255).
Калибровка АЦП не является обязательной процедурой, но если хочется, чтобы драйвер точно отслеживал пороговое напряжение, то придется с этим повозиться.

Расчеты не дадут высокой точности измерений, т. к. во-первых, номиналы резисторов могут варьироваться в пределах допуска (обычно 1-5%), а во-вторых, внутренний ИОН может иметь разброс от 1.0 до 1.2 В.
Поэтому, единственный приемлемый способ - выставить значение в единицах АЦП (BAT_WARNING и BAT_SHUTDOWN), экспериментально подбирая его под нужное. Для этого понадобится терпение, программатор и регулируемый источник питания.
Я выставлял в прошивке значение BAT_PERIOD в 1000 (проверка напряжения раз в секунду) и постепенно снижал напряжение питания. Когда драйвер начинал предупреждать о разряде, я оставлял текущее значение BAT_WARNING как нужное.
Это не самый удобный способ, возможно в будущем надо сделать процедуру автоматической калибровки с сохранением значений в EEPROM.

Сборка фонарика

Когда плата была готова и прошивка была залита, можно было наконец ставить ее на место старого драйвера. Я выпаял старый драйвер и припаял на его место новый.

Новый драйвер подключается вместо старого по этой схеме

Проверив, нет ли короткого замыкания по питанию, подключил питание и проверил работоспособность. Затем смонтировал плату зарядки (TP4056), для этого пришлось немного дремелем рассверлить отверстие разъема зарядки, и зафиксировал ее термоклеем (тут важно было, чтобы клей не затек в разъем, достать его оттуда будет сложно).

Я не стал прикручивать плату винтами, т. к. резьба в корпусе сорвалась от многократных закручиваний, а просто залил ее клеем, провода тоже заклеил в местах пайки, дабы они не перетирались. Драйвер и ЗУ я решил покрыть акриловым бесцветным лаком, это должно помочь от коррозии.

Тестирование и расчет стоимости изготовления

После всех операций можно было приступать к тестированию драйверов. Ток измерял обычным мультиметром, подключив его в разрыв цепи питания.

Энергопотребление старого драйвера (измерялось при 4.04 В):

1. Во время сна - не измерялось
2. Максимальный режим: 0.60 А
3. Средний режим: 0.30 А
4. Стробоскоп: 0.28 А

Энергопотребление нового драйвера (измерялось при 4.0 В):

1. В режиме сна потребляет в районе 4 мкА, это намного меньше тока саморазряда литий-ионной батареи. Основной ток в этом режиме протекает через резисторный делитель.
2. На минимальном режиме, "мунлайт" - около 5-7 мА, если считать, что емкость одной ячейки 18650 около 2500 мА*ч, то получается около 20 дней непрерывной работы . Сам МК потребляет где-то 1.2-1.5 мА (при рабочей частоте 1.2 МГц).
3. На максимальном режиме, "турбо" - потребляет около 1.5 А, в таком режиме проработает около полутора часов. Светодиод на таких токах начинает сильно нагреваться, поэтому данный режим не предназначен для длительной работы.
4. Аварийный маячок - потребляет в среднем около 80 мА, в таком режиме фонарь проработает до 30 часов.
5. Стробоскоп - потребляет около 0.35 А, проработает до 6 часов.

Цена вопроса

Если покупать компоненты в Чип и Дипе, выйдет около 100р (60р Attiny13, ~40р остальная рассыпуха). С китая заказывать имеет смысл, если делается несколько штук - тогда в пересчете на штуку выйдет дешевле, китайцы продают как правило партиями от 10 штук.
Платы выйдут по цене в районе 300р за 10 штук (без доставки), если заказывать их в Китае.
Распайка и прошивка одного драйвера у меня занимает где-то час.

Заключение

Китайский фонарик стал гораздо удобнее, хотя теперь у меня появились претензии к его механике - передняя часть слишком тяжелая, да и фокусировка не особо нужна.
В будущем планирую сделать версию этого драйвера для фонарей с кнопкой по питанию (с фиксацией). Правда, меня смущает обилие подобных проектов. Как вы считаете, стоит ли делать еще один такой?

Драйвер крупным планом (версия 2_t)

UPD : Добавлена поддержка Arduino IDE.