Budzik LED Sunrise z konfigurowalnym alarmem utworu: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Moja motywacja Tej zimy moja dziewczyna miała kłopoty z budzeniem się rano i wydawała się cierpieć na SAD (sezonowe zaburzenie afektywne). Zauważam nawet, o ile trudniej jest obudzić się zimą, skoro słońce jeszcze nie wzeszło. Objawy ciężkiego SAD mogą obejmować drażliwość, zasypianie, ale nadal zmęczenie, niemożność wstania z łóżka, depresję, a nawet niektóre problemy fizyczne, takie jak ból stawów i obniżona odporność na infekcje. Słyszałem o alarmach o wschodzie słońca, które symulowały wschód słońca i pomyślałem, że może to być możliwe rozwiązanie jej problemu. Plan, który pamiętałem, widziałem instruktażowy (https://www.instructables.com/id/Blue-LED-dawn-simulator- for-Soleil-Sun-Alarm/) o zmodyfikowaniu alarmu wschodu słońca, aby zapewniał niebieskie światło za pomocą diod LED, ponieważ niebieski ma być dobrym światłem, aby pomóc. Podobał mi się ten pomysł, ale sposób, w jaki mikrokontroler jest używany w tym instruktażowym, onieśmielał mnie, ponieważ miałem ograniczone doświadczenie w programowaniu jednego po opracowaniu kodu. Nie rozwiązało to również mojego drugiego problemu: wydawania 80 dolarów na budzik i modyfikowania go, nie dlatego, że moja dziewczyna nie jest tego warta:D Najpierw pomyślałem o stworzeniu zegara od podstaw przy użyciu mikrokontrolera. Na jednej z moich klas w college'u zbudowaliśmy binarny zegar liczący, więc znałem logikę. Później zrezygnowałem z tego pomysłu, ponieważ nie używałbym tego samego języka programowania, a napisanie kodu zajęłoby mi dużo czasu. Wpadłem wtedy na pomysł użycia taniego cyfrowego budzika, który, miejmy nadzieję, zapewni napięcie, gdy alarm się włączy. Mógłbym wziąć to napięcie i wykorzystać je jako włącznik z mikrokontrolerem. Kiedy włączy się alarm i napięcie wzrośnie, rozpocznie się proces ściemniania. Jeśli przycisk drzemki zostanie naciśnięty lub alarm zostanie wyłączony, napięcie spadnie, a proces ściemniania zostanie zatrzymany, wyłączając światła. Zbadałem ten pomysł i dowiedziałem się, że można użyć napięcia z zegara i użyć go z mikrokontrolerem! Facet ukończył podobny projekt, który rano automatycznie otwierał rolety (https://hackaday.com/2008/11/18/alarm-clock-automated-blinds/). Mikrokontroler Pomysły zaczęły płynąć i wszystko, co miałem do zrobienia był wybór mikrokontrolera do użycia. Widziałem artykuł na sparkfun.com, który przeszedł przez proces budowania obwodu do obsługi ATMega168. Przeczytałem uważnie i stwierdziłem, że wydaje się to dość proste i że to mikrokontroler, którego chciałem użyć. Po dalszych badaniach znalazłem tę Arduino, której wszyscy używali do swoich projektów DIY. Używał ATMega168, był open source i miał liczne fora pomocy i przykłady startowe; idealny dla początkujących. Zdecydowałem się użyć go do zaprogramowania mojego ATMega168 i przeszczepić go do tablicy zaciskowej, która zawierała podstawowe elementy niezbędne do działania ATMega168. Mając ostatni kawałek układanki w ręku, mogłem zacząć. Szybka uwaga z boku: Zanim zacznę, chcę tylko podziękować wszystkim źródłom, z których korzystałem. Starałem się upewnić, że połączyłem wszelkie odniesienia, których użyłem w instrukcji. Kod to tylko manipulacje przykładami zawartymi w środowisku Arduino i trochę mojego własnego, więc dziękuję ludziom, którzy je kodowali! Poza tym jest to mój pierwszy projekt dotyczący mikrokontrolera. Jestem pewien, że nie wszystko zrobiłem całkowicie poprawnie, na przykład dodając zatyczki filtrów do miejsc i inne różne części do moich obwodów. Jeśli widzisz coś, co można poprawić, daj mi znać! Na pewno zaktualizuję lub zrobię notatki. Cieszyć się!

Krok 1: Sprawdzenie obwodu wyjścia zegara i alarmu

Sondowanie zegara Oto zegar, który wybrałem. Kupiłem go w Walmart i był tani, więc gdybym nie był w stanie go użyć, nie byłbym zbyt zdenerwowany. Posiada również podtrzymanie bateryjne 9V na wypadek zaniku zasilania. Później dowiedziałem się, że sekwencja alarmowa z ATMega168 nadal działa! Więc nadal cię obudzi, jeśli nie będzie mocy! Gdy bateria się wyczerpie, przedni wyświetlacz wyłącza się i przełącza się na inny zegar wewnętrzny, który jest mniej dokładny, ale nadal działa poprawnie. Po ponownym podłączeniu zasilania zegar może wymagać regulacji, ale ustawienia alarmu pozostaną. Zegar rozkłada się dość łatwo. Na spodzie znajdują się cztery śruby i trzy śruby, które utrzymują płytkę PCB przycisku przymocowaną do górnej części obudowy zegara. Aby zdjąć górną część i uzyskać lepszy dostęp do wyświetlacza LCD, należy przewlec zacisk 9v przez otwór w dolnej połowie. Przedni wyświetlacz LCD wyskakuje i po sprawdzeniu było kilka części. Znalazłem transformator, głośnik piezoelektryczny do alarmu, kilka diod do obwodu prostownika, kilka przycisków do wejść i wyświetlacz zegara, który wydawał się mieć wszystkie obwody zegara pod spodem. Znalazłem ziemię i zacząłem sondować. ZACHOWAJ OSTROŻNOŚĆ ROBIĄC TO NA ZEGARZE, ZNAJDUJE SIĘ ODŚWIETNIONY TRANSFORMATOR, KTÓRY DOKONA DUŻYCH WSTRZĄSÓW. Zanotowałem napięcia na każdym pinie, kiedy alarm był wyłączony i kiedy był włączony. Miałem nadzieję na pin, który zapewni ładne napięcie logiczne 5 V, gdy alarm jest włączony i 0 V, gdy alarm jest wyłączony. Nie miałem tyle szczęścia, ale napięcie, które docierało do głośnika, zapewniało napięcie wahające się od 9,5 V do 12,5 V. Pomyślałem, że przyda mi się to. Znalazłem również pin oznaczony jako VCC, który zapewniał napięcie zmieniające się od 10V do 12V. Wchodzi to w grę później, podczas budowania zasilacza dla mikrokontrolera. Obwód wyjścia alarmowego Przylutowałem przewód do masy, a jeden do styku alarmowego i zacząłem pracować nad obwodem, aby ustabilizować napięcie. Pomyślałem, że mógłbym użyć regulatora 5V, ale miałem tylko regulowany regulator. Zrobiłem trochę matematyki i moje wartości podawały napięcie nieco poniżej 5v. Pomajstrowałem trochę i zamieniłem rezystory, dopóki nie dostarczyłem 5v, którego potrzebowałem. Użyłem kondensatora 470uF na wejściu, aby wygładzić napięcie. W przypadku kondensatora napięcie zmieniało się tylko od 10,5 V do 10 V. Poniżej znajduje się schemat obwodu, którego użyłem do kondycjonowania mojego wyjścia alarmowego i zdjęcie części razem na płytce prototypowej.

Krok 2: Obwód zasilania, obwód sterownika LED i okablowanie

Obwód zasilania Gdybym miał podłączyć mikrokontroler bezpośrednio do Vcc zegara, wysadziłbym go w powietrze (no cóż, nie do końca, ale uczyniłby go bezużytecznym). Musiałem kondycjonować napięcie i obniżyć je do 5V. Użyłem prostego obwodu regulatora, który wykorzystuje tylko dwa kondensatory i regulator 5V. Poszedłem do szkolnego laboratorium i znalazłem regulator 5V na stercie śmieci. Podłączyłem obwód i przetestowałem go. Zapewnia ładny i stabilny obwód sterownika LED 4.99v Ponieważ ATMega168 może dostarczyć tylko około 16mA prądu do każdego z wyjść cyfrowych, do zasilania diod LED potrzebny jest regulator prądu. Znalazłem ten obwód na forach pomocy Arduino i wydaje się, że jest to dość powszechny i prosty obwód. Aby skierować światło diod LED, postanowiłem użyć odbłyśnika z latarki. Latarka, którą kupiłem miała trzy otwory na trzy diody. Postanowiłem je zmielić na większe i umieścić po cztery w każdym otworze, wyjaśniając w ten sposób sposób rysowania obwodu. Okablowanie Gdy zorientowałem się, że mogę z powodzeniem korzystać z Vcc zegara i wyjścia alarmowego, postanowiłem przylutować kilka cienkich przewodów i gwintów je przez otwór z boku. Wpadłem również na pomysł, aby dodać pętlę w moim programie mikrokontrolera, aby odtwarzać piosenkę zamiast oryginalnego alarmu. Przylutowałem dwa dłuższe przewody do głośnika piezoelektrycznego i wyciągnąłem je również z boku. Użyłem szczypiec do strzyżenia drutu, aby wyciąć małe nacięcie w górnej połowie zegara i skręcić wszystko z powrotem.

Krok 3: Podłączanie ATMega168 i budowa prototypu

Podłączanie ATMega168 Do działania ATMega168 wystarczy podłączyć tylko kilka styków. Znalazłem ten pinout ATMega168 na https://www.moderndevice.com/Docs/RBBB_Instructions_05.pdf połączenia są następujące: Do Vcc-Pin 1 do Vcc z rezystorem 10k. -Pin 7 i Pin 20 do VccTo Uziemienie-Pin 8 i Pin 22 do uziemienia-Pin 21 do uziemienia z kondensatorem elektrolitycznym.1uF Wejście-Pin 4 (cyfrowy pin 2) jest podłączony do mojego przewodu alarmowego Wyjście-Pin 15 do UJEMNEGO Przewód piezoelektryczny głośnik-Pin 16 do wejścia obwodu sterownika LEDClock-16Mhz Crystal-Jedna noga do Pinu 9 druga noga do Pinu 10-11 Połączenia w sumie--Uwaga: Uważam, że mogłem podłączyć kilka czapek do nóg kryształ, ale ponieważ mój program nie potrzebuje bardzo dokładnego zegara, zostawiłem go tak, jak jest. Użyłem losowego pinu cyfrowego wejścia alarmu, każdy inny pin cyfrowy powinien działać. Głośnik piezoelektryczny i diody LED muszą być podłączone do cyfrowego pinu PWM, w przeciwnym razie nie będą działać. Poza tym nie mogłem znaleźć dobrego modelu w Eagle dla modelu 28-pinowego, więc po prostu pomalowałem to wszystko razem:D Przepraszam, jeśli wygląda to mylące. Zadawaj pytania, jeśli potrzebujesz! Zrobiłem również schemat blokowy, aby pomóc w zrozumieniu, skąd wszystko idzie lub pochodzi. Budowanie prototypu --- Lista części --- Obwód wyjścia alarmu - Regulowany regulator napięcia dodatniego LM317T (można użyć regulatora 5 V, właśnie to miałem jeden) -1k Ohm Rezystor -3.8k Ohm Rezystor -470uF Kondensator elektrolityczny Zasilanie -UA7805C Regulator 5v -100uF Kondensator elektrolityczny -10uF Kondensator elektrolityczny Obwód sterownika LED -2N3904 -150 Ohm (Możesz eksperymentować z niższymi lub wyższymi wartościami rezystora w zależności od posiadanych diod LED) -1k Ohm RezystorMikrokontroler -28-pinowe gniazdo (opcjonalnie, ale wielokrotnie przeprogramowałem ATMega168 za pomocą mojego Arduino) -ATMega168 -.1uF Kondensator elektrolityczny -16 MHz Kryształ -10k Ohm Rezystor Różne. Materiały eksploatacyjne -Prototypowanie płytki perforowanej -Prototypowanie nóg i śrub płytki -Drut Kiedy tworzyłem prototyp mojego obwodu, zbudowałem każdą sekcję na płytce prototypowej, przetestowałem ją i przeniosłem na płytkę perforowaną. Zacząłem od obwodu wyjściowego alarmu i upewniłem się, że działa poprawnie. Następnie przeszedłem do części zasilacza, następnie sterownika LED i zakończyłem układ mikrokontrolera. Ale biorąc pod uwagę, że nie musisz testować obwodu i upewnić się, że koncepcje działają, ponieważ już to zrobiłem, możesz po prostu zbudować cały obwód. Upewnij się, że masz właściwe napięcia we właściwych miejscach. 0 V na wyjściu obwodu wyjścia alarmu, gdy alarm jest wyłączony i 5 V, gdy jest włączony. 5v na wyjściu obwodu zasilania. Nie wkładaj jeszcze ATMega168 do gniazda, trzeba go zaprogramować. Mogłem użyć mniejszej deski perforowanej lub wyciąć moją, ale postanowiłem ją zostawić w spokoju. Nie jest bardzo duży. Po sprototypowaniu obwodu można przystąpić do budowy żarówki LED.

Krok 4: Budowa „żarówki” LED

Potrójna żarówka LED Quad !!!!" "Jeśli chcesz, możesz pominąć ten krok i użyć pojedynczej diody LED do przetestowania obwodu. Możesz wrócić do tego, gdy obwód zostanie potwierdzony i działa. Ponadto użyłem białego Diody, ponieważ nie zostało mi już więcej bluesów o wysokiej jasności. Słyszałem, że niebieski pomaga lepiej z SAD. Poszedłem do sklepu dolarowego po tanią latarkę, ponieważ potrzebowałem reflektora, aby skierować światło diod LED. Latarka ja zakupiony zawierał trzy diody LED. Zdecydowałem się włożyć cztery diody LED do każdego otworu i potrzebowałem sposobu na ich okablowanie. Wymyśliłem ten proces, który lutuje cztery diody LED razem, a następnie łączy ze sobą trzy z tych „poczwórnych diod LED”. Wszystkie diody LED są równoległe, utrzymując napięcie takie samo jak jedna dioda LED i zwiększa prąd. To właśnie zapewnia obwód sterownika LED. Wskazówka: Pomagają małe szczypce. Krok 1: Trzymaj dwie diody LED razem z przewodami uziemiającymi. powinny siedzieć obok siebie. Załaduj końcówkę lutownicy n z odrobiną lutu, aby na końcówce pojawiła się kropla ciekłego lutowia. Szybko dotknij dwóch przewodów uziemiających lutownicą tak blisko diody, jak to tylko możliwe. Jeśli pozostawisz końcówkę tam długo, smyczki będą się nagrzewać i nie będzie to zbyt dobre. Krok 2: Używając narzędzia dremel, pilnika lub grubego papieru ściernego, zeszlifuj krawędzie jednej strony pary na płasko, aby usiądź obok innej pary w kolorze. Wyszlifowałem diody LED, aby trochę rozproszyć światło. Teraz zagnij przewody, jak pokazano. Trochę trudno sfotografować proces, ale w zasadzie naginać pozytywne tropy na zewnątrz. Zegnij ujemne odprowadzenia w kierunku spłaszczonych boków, a prosto do góry, tak aby po połączeniu dwóch par cztery ujemne odprowadzenia połączyły się w jedną dużą. Biorąc dwie pary, trzymaj je razem. Wszystkie ujemne piny będą na środku. Dotknij ich lutownicą, aby je wszystkie połączyć. Krok 3: Teraz, gdy cztery ujemne przewody są ze sobą zlutowane, przytnij trzy z nich, pozostawiając tylko jeden. Teraz zagnij jeden z dodatnich przewodów wokół zewnętrznej części diody LED, lutując przy każdym połączeniu. Wytnij wszystkie pozytywne leady oprócz jednego, pozostawiając jeden pozytywny i jeden negatywny lead. Gotowe! Teraz zrób jeszcze dwie:] Gdy masz już trzy poczwórne diody, czas na umieszczenie ich w reflektorze latarki. Kupiłem tę latarkę za 3 dolary w sklepie z dolarami. To dorcey i wszystkie części skręcają się, więc łatwo jest uzyskać dostęp do wszystkich części. Używam srebrnego reflektora i czarnego stożka z tyłu. Czarny stożek można oderwać od metalowych części, pozostawiając tylko plastikowy element. Służy później do przymocowania żarówki do regulowanej szyjki. W zależności od latarki, którą znajdziesz, może być konieczne inne dopasowanie diod LED do regulowanej szyjki. Próbowałem znaleźć zwykłą latarkę, która byłaby dostępna w wielu miejscach. Krok 4: Użyłem dremela, aby poszerzyć trzy otwory w reflektorze. Następnie wepchnąłem każdą z czterech poczwórnych diod LED do ich otworów z ujemnymi przewodami do środka. Zagnij i przylutuj razem ujemne i dodatnie przewody, tworząc POTRÓJNĄ POCZWÓRNĄ ŻARÓWKĘ LED! Następnie przylutowałem dwa długie, cienkie przewody, które później poprowadzę po regulowanej szyjce i przylutuję do głównej płytki drukowanej. Nałożyłem też trochę kleju na każdy pakiet czterech diod LED, aby upewnić się, że pozostaną na swoim miejscu.

Krok 5: Regulowana szyjka i podstawa

Regulowana szyjka Aby skierować „światło słoneczne” generowane przez budzik, zdecydowałem się dodać regulowaną szyjkę. Na początku myślałem, że mógłbym użyć przepustu do szyi, ale ponieważ mam ograniczone narzędzia i sprzęt na studiach, nie mogłem zbyt dobrze zamocować go do podstawy. Poza tym trudno było się zgiąć i nie pasowało zbyt dobrze. Skończyło się na użyciu tylko jednego z przewodów wewnątrz kanału. Wyszło całkiem nieźle. Udało mi się go zamocować bez sprzętu, tylko dziura w podstawie. Zacząłem od wyjęcia jednego przewodu z przewodu i owinięcia go na zewnątrz, tworząc ładną spiralę. Potem skręciłem tylko przewód z przewodu. Następnie rozciągnąłem go i połączyłem z czarnym stożkiem, o którym wspomniałem wcześniej. Czarny stożek ma dołączone obwody z latarki, ale można go łatwo usunąć. Teraz, gdy masz już tylko plastikowy stożek, wykonaj dwa otwory na krawędziach, każdy wystarczająco duży, aby zmieścił się drut. Karmiłem go w górę, potem w dół i na drugą stronę, zwijając go pod spodem. Następnie użyłem cienkiego, elastycznego drutu z przewodu, aby go dodatkowo zabezpieczyć. Dwa długie przewody, które zostały przylutowane wcześniej, można przeprowadzić przez czarny stożek z tyłu, a żarówkę można skręcić na miejscu. Dodałem trochę kleju, aby go przykleić. Podstawa Aby przymocować regulowaną szyjkę, wywierciłem otwór 7/64 cala w drewnianej podstawie i włożyłem drut. Pasuje dość ciasno, więc nie jest potrzebny klej, ale jest wystarczająco luźny, aby szyja była obracana i skręcana. Dwa przewody LED można owinąć wokół szyi i przylutować do płytki prototypowej. Do zamocowania płytki użyłem czterech mocowań PCB. Miałem dostępne wiertło do gwintowania, ale nie było to konieczne. Jeśli nie masz wiertła do gwintowania, po prostu wywierć otwór mniejszy niż śruba i wkręć go za pomocą szczypiec. Zegar przymocowałem do podstawy za pomocą rzepa. Nie przykręcałem go, ponieważ mój zegar ma podtrzymanie bateryjne, a kiedy bateria wyczerpie się, będzie musiała zostać wymieniona. Na koniec dodałem gumowe nóżki w rogach.

Krok 6: Program

Program Aby zaprogramować ATMega168 za pomocą złącza USB i płytki Arduino, potrzebujesz układu ATMega168, który ma już zainstalowany bootloader Arduino. Był to najprostszy sposób, jaki udało mi się znaleźć, aby zaprogramować mikrokontroler. Kiedy kupiłem swoją płytę, kupiłem dodatkowy ATMega168 z bootloaderem od tego samego dostawcy. Być może będziesz musiał zapłacić trochę więcej za zaprogramowany układ, ale było warto, ponieważ nie chciałem zadzierać z przejściówkami kabla szeregowego itp. Załączyłem kod jako plik.txt i.pde plik. Nie chciałem, aby było to zbyt długie, publikując cały kod. Wykorzystałem najnowsze środowisko programistyczne Arduino: arduino-0015. To, co kocham w płytach Arduino, to to, że jest mnóstwo przykładów dołączonych do środowiska, środowisko programu jest bezpłatne i istnieje wiele stron projektów i pomocy. Bardzo łatwo jest też zbudować tablicę do blokowania, aby samodzielnie uruchamiać program. Próbowałem skomentować kod najlepiej, jak potrafię, więc ograniczę opisy do minimum. Użyłem przykładu „Fading LED” firmy BARRAGAN, aby zapoznać się z modulacją szerokości impulsu (PWM), do której jest zdolny ATMega168. Mam trzy stwierdzenia „jeśli”. Pierwszy zanikał na niższych poziomach przyciemnienia (0-75 z 255) wolniej, ponieważ wyższe poziomy wyglądają tak samo. Drugi zanika szybciej w wyższych poziomach przyciemnienia. Cały proces zanikania trwa 15 minut. Gdy diody LED osiągną pełną jasność, pętla utworu będzie odtwarzana do momentu wyłączenia alarmu. Oryginalny alarm był dość denerwujący. To był typowy dźwięk budzika, którego wszyscy nienawidzą. Pomyślałem, dlaczego nie wykorzystać głośnika, aby stworzyć przyjemną piosenkę, przy której się obudzisz? Ponieważ moja dziewczyna kocha The Beatles i wiedziałem, że Hey Jude ma dość prostą melodię, postanawiam jej użyć. Generowana jest fala prostokątna, a następnie PWM jest używany do odtwarzania nut Hey Jude na głośniku piezoelektrycznym. Aby zaprogramować piosenkę, zmanipulowałem przykład "Melodii" z przykładów środowiska Arduino. Znalazłem proste nuty i przetłumaczyłem je na notatki w kodzie. Musiałem zwiększyć liczbę granych nut do 41 i wykonać obliczenia matematyczne, aby znaleźć niższą nutę niż podane „c”. Następnie wszczepiłem ten kod do mojego głównego kodu. Aby zaprogramować układ, najpierw musisz zainstalować sterowniki USB dostarczone ze środowiskiem Arduino. Następnie wybierz swoją płytę z rozwijanego menu i wybierz odpowiedni port COM. Cały ten proces jest szczegółowo opisany tutaj: https://arduino.cc/en/Guide/Windows I to wszystko! Po zaprogramowaniu ATMega168 można go wyjąć z Arduino i włożyć do prototypowego układu!

Krok 7: Wniosek

Możliwe ulepszenia Po zakończeniu alarmu o wschodzie słońca pomyślałem o kilku ulepszeniach lub dodatkowych funkcjach, które mógłbym dodać. Jednym z pomysłów, który wpadłem, był przełącznik, który włącza żarówkę na pełną jasność, dzięki czemu może służyć jako lampka do czytania. Inny przełącznik może służyć do włączania lub wyłączania dźwięku alarmu. Płytka drukowana mogła być również znacznie mniejsza. Właśnie miałem ten leżący i postanowiłem zostawić go w jednym kawałku. Ostateczny produktOto jest! Dodałem kilka zdjęć tego, jak to wygląda, gdy światła gasną. Nakręciłem też filmik z alarmem grającym Hey Jude. Ponownie, jeśli masz jakieś pytania dotyczące tego projektu, po prostu zapytaj, uwielbiam pomagać!