Dioda, którą możesz zdmuchnąć jak świeczkę!: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Diody LED są zaprojektowane do emitowania światła, ale są również zaskakująco sprawnymi czujnikami. Używając tylko Arduino UNO, diody LED i rezystora, zbudujemy gorący anemometr LED, który mierzy prędkość wiatru i wyłącza diodę na 2 sekundy, gdy wykryje, że na nią dmuchasz. Możesz użyć tego do stworzenia interfejsów kontrolowanych oddechem, a nawet elektronicznej świecy, którą możesz zdmuchnąć!

Materiały:

Arduino UNO (z kablem USB do podłączenia do komputera)

Rezystor 1/4W 220 omów (https://www.amazon.com/Projects-25EP514220R-220-Re…)

Okablowana, żółta dioda LED 0402 (https://www.amazon.com/Lighthouse-LEDs-Angle-Pre-W…)

Odrywany nagłówek (https://www.amazon.com/SamIdea-15-Pack-Straight-Co…)

Będziesz także potrzebował:

Komputer do obsługi środowiska Arduino

Podstawowy sprzęt/umiejętności lutownicze

Krok 1: Jak to działa?

Kiedy przepuszczasz prąd przez diodę LED, jej temperatura wzrasta. Wysokość wzrostu zależy od tego, jak skutecznie go chłodzisz. Kiedy dmuchasz na gorącą diodę LED, dodatkowe chłodzenie obniża temperaturę pracy. Możemy to wykryć, ponieważ spadek napięcia diody LED wzrasta wraz ze spadkiem temperatury.

Obwód jest bardzo prosty i przypomina sterowanie diodą LED. Jedyna różnica polega na tym, że dodamy dodatkowy przewód do pomiaru spadku napięcia diody LED, gdy jest ona włączona. Aby dobrze działać, chcesz użyć bardzo małej diody LED (sugeruję użycie diody LED do montażu powierzchniowego 0402) połączonej jak najcieńszymi przewodami. Umożliwi to bardzo szybkie nagrzewanie się i ochłodzenie diody LED oraz zminimalizowanie utraty ciepła przez przewody. Zmiany napięcia, których szukamy, to tylko miliwolty - na samym skraju tego, co można niezawodnie wykryć za pomocą analogowych pinów UNO. Jeśli dioda LED spoczywa na czymś, co przewodzi ciepło, może nie być w stanie wystarczająco się nagrzać, więc działa najlepiej, gdy jest w powietrzu.

Krok 2: Przygotuj diodę LED i rezystor do połączenia z Arduino UNO

Lutowanie bardzo cienkich przewodów do bardzo małych diod LED do montażu powierzchniowego wymaga sporych umiejętności. Na szczęście można po prostu kupić okablowane diody LED 0402. Często są one dostarczane z rezystorem (pokrytym termokurczliwą na zdjęciu), który jest dostosowany do pracy 12V. Jeśli to masz, będziesz musiał odciąć rezystor. Jeśli przetniesz rurkę termokurczliwą obok wybrzuszenia rezystora, prawdopodobnie będziesz w stanie ściągnąć pozostałą rurkę, pozostawiając odsłonięty przewód do lutowania. Jeśli po prostu przetniesz drut, będziesz musiał zdjąć niewielką ilość izolacji, aby można było lutować, a biorąc pod uwagę grubość drutu, może to być trudne.

Przewody są zbyt cienkie, aby można je było dobrze połączyć w nagłówku Arduino, więc będziemy musieli je przylutować do czegoś grubszego. Do wykonania połączeń użyłem pinów z rozdzielacza, ale możesz użyć praktycznie każdego kawałka drutu o odpowiedniej grubości. Tylny przewód (katoda) diody LED jest przylutowany do pojedynczego wyłamywanego kołka rozgałęźnego. Czerwony przewód (anodowy) należy przylutować do wygiętego rezystora, jak pokazano. Przytnij przewody rezystora do równej długości i przylutuj je do dwóch sąsiednich kołków rozgałęźnych, jak pokazano na rysunku.

Krok 3: Połączenia

Podłącz diodę/rezystor, jak pokazano na rysunkach. Strona rezystora podłączona do czerwonego przewodu LED przechodzi do A0. W tym miejscu mierzymy napięcie na diodzie LED za pomocą wejścia analogowego. Druga strona rezystora idzie do A1, które wykorzystamy jako wyjście cyfrowe, ustawiając je wysoko, aby włączyć diodę LED. Czarny przewód musi być podłączony do GND. Można użyć dowolnego z pinów Arduino GND.

Krok 4: Kod

Pobierz kod i otwórz go w Arduino IDE. Następnie możesz przesłać go do swojego Arduino.

Program najpierw ustawia kierunki pinów i zapala diodę LED. Następnie mierzy spadek napięcia diody LED w kierunku przewodzenia za pomocą analogowego odczytu na pinie A0. Aby poprawić dokładność pomiaru, odczytujemy napięcie 256 razy w krótkich odstępach czasu i sumujemy wynik. (Takie nadpróbkowanie może zwiększyć efektywną rozdzielczość konwersji, abyśmy mogli zobaczyć zmiany, które są mniejsze niż najmniejszy krok konwertera.) Jeśli bufor danych sensedata jest pełny, porównujemy ostatnią sumę z najstarszą, jaką mamy przechowywane w buforze, aby sprawdzić, czy ostatnie chłodzenie podniosło napięcie LED o co najmniej MINJUMP. Jeśli nie, przechowujemy sumę w buforze, aktualizujemy wskaźnik bufora i rozpoczynamy kolejny pomiar. Jeśli tak, wyłączamy diodę na 2 sekundy, resetujemy bufor, a następnie rozpoczynamy proces od nowa.

Aby lepiej zrozumieć, co się dzieje, zapisujemy każdą sumę jako dane szeregowe i używamy plotera szeregowego Arduino IDE (w menu Narzędzia) do wykresu napięcia diody LED w miarę jego zmiany w czasie. Pamiętaj, aby ustawić prędkość transmisji na 250000, aby dopasować program. Będziesz wtedy mógł zobaczyć, jak spada napięcie, gdy dioda LED nagrzewa się po włączeniu. Pokaże to również, jak wrażliwy jest system. Po zgaśnięciu diody LED nieco ostygnie przed ponownym włączeniem, co będzie widoczne jako skok na wykresie.

Krok 5: Ciesz się

Kiedy kod jest uruchomiony, powinieneś być w stanie zdmuchnąć diodę LED szybkim podmuchem powietrza. Odkryłem, że mogę zdmuchnąć moją diodę LED z odległości ponad 1 metra! W niektórych pomieszczeniach prądy powietrza mogą powodować fałszywe wyzwalacze. Jeśli stanowi to problem, możesz obniżyć czułość systemu, zwiększając MINJUMP. Ploter szeregowy może pomóc w wizualizacji, jaka może być właściwa wartość dla Twojej aplikacji.

Możesz wymienić diodę LED na inną w innym kolorze. Szczególnie dobrze sprawdzają się białe diody LED. Ponieważ mają wyższy spadek napięcia, będziesz musiał zmienić wartość rezystancji, aby uzyskać odpowiedni prąd. Biorąc pod uwagę zdolność napędu UNO, strzelaj do prądu w zakresie 10-15 mA. Dla białej diody LED 100 omów to dobry punkt wyjścia.

Ponieważ UNO ma 6 analogowych pinów wejściowych, możesz łatwo zmodyfikować ten kod, aby obsługiwać 6 niezależnych, gorących anemometrów LED! Umożliwia to budowanie prostych interfejsów, które rozpoznają, kiedy wiejesz w różnych kierunkach. Może to być niezwykle przydatne podczas budowania interfejsów dla osób niepełnosprawnych, ekspresyjnych kontrolerów dla muzyków, a nawet tortu urodzinowego z wieloma elektronicznymi świeczkami!

Na koniec, jeśli wykorzystałeś tę technikę do zrobienia czegoś fajnego, zostaw komentarz poniżej!