Lampa wschodu i zachodu słońca z diodami LED: 7 kroków (ze zdjęciami)

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

Wiesz, zimą ciężko wstać, bo na dworze jest ciemno i twoje ciało po prostu nie obudzi się w środku nocy. Możesz więc kupić budzik, który budzi Cię światłem. Urządzenia te nie są tak drogie jak kilka lat temu, ale większość z nich wygląda naprawdę brzydko. Z drugiej strony, gdy wracasz do domu z pracy, przez większość czasu jest też ciemno. Tak więc wielki zachód słońca również zniknął. Zima wydaje się smutna, prawda? Ale nie dla czytelników tej instrukcji. Wyjaśnia, jak zbudować połączoną lampę wschodu i zachodu słońca z mikrokontrolera Picaxe, niektórych diod LED i kilku innych części. Diody LED mogą kosztować 5-10 euro w zależności od jakości, a pozostałe części nie powinny kosztować więcej niż 20 euro. Tak więc za mniej niż 30 euro możesz zbudować coś naprawdę przydatnego i ładnego. Ta instrukcja nie tylko wyjaśni, jak to odbudować, ale także pokaże, jak zmodyfikować to zgodnie z indywidualnymi preferencjami.

Krok 1: Rzeczy, których potrzebujemy

Potrzebujesz następujących rzeczy: o12V lub 24V zasilacz o1 Picaxe 18M (lub dowolny inny mikrokontroler) ze strony https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oGniazdo do wtyku telefonicznego 3,5mm lub inny połączenie z portu szeregowego do mikrokontrolera w celu zaprogramowania przycisku picaxe o1 i 1 przełącznika dwustabilnego lub 2 przycisków o1 IC7805 z kondensatorami, to zamienia nas z 12V lub 24V na 5V potrzebne do obsługi mikrokontrolera o1 IC ULN2803A, to to macierz tranzystorów Darlingtona do bezpośredniego użycia na wyjściach TTL-Level. Alternatywnie użyj 8 pojedynczych tranzystorów Darlingtona z odpowiednimi rezystorami, ale działa również ze standardowymi tranzystorami BC547. o1 High Power FET, jak IRF520, lub inny tranzystor Power-Darlington, jak BD649 o Cała masa diod LED w różnych kolorach, takich jak czerwony, żółty, biały, ciepły biały, niebieski i ultrafioletowy. Przeczytaj krok 4, aby uzyskać dalsze informacje. o1 Potencjometr 10k&, najlepiej z długim pokrętłem o1 Potencjometr 300&- do celów testowych oNiektóre rezystory, kable, płytka do zbudowania obwodu i oczywiście lutownica oPrzydałoby się też narzędzie do pomiaru prądów, ale nie jest to absolutnie konieczne W zależności od używanego źródła zasilania mogą być potrzebne dodatkowe złącza i obudowa dla diod LED. Użyłem płyty akrylowej, którą przymocowałem do obudowy zasilacza. W starszych myszach komputerowych ze złączami D-Sub można znaleźć dobry zamiennik kabla z wtykiem telefonicznym używanego do programowania pikaxa. Pikaksy i wiele innych przydatnych rzeczy można kupić tutaj: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/Resztę można znaleźć u lokalnego sprzedawcy.

Krok 2: Układ obwodu

ULN2803A to macierz darlington, składająca się z 8 pojedynczych sterowników darlington z odpowiednimi rezystorami po stronie wejściowej, dzięki czemu można bezpośrednio podłączyć wyjście z mikrokontrolera do wejścia UNL2803A. Jeśli wejście otrzyma wysoki poziom (5V) z mikrokontrolera, to wyjście zostanie podłączone do GND. Oznacza to, że stan wysoki na wejściu zaświeci odpowiednią taśmę LED. Każdy kanał może być używany z prądem do 500mA. Standardowe ultrajasne diody LED 5mm zwykle zużywają 25-30mA na pasek, a nawet osiem z nich obciąża FET tylko 200-250mA, więc jesteś daleko od wszelkich krytycznych punktów. Możesz nawet pomyśleć o zastosowaniu diod LED o dużej mocy 5W do światła budzenia. Zwykle używają 350mA przy 12V i mogą być również zasilane przez ten układ. Przycisk „S1” jest przyciskiem resetowania mikrokontrolera. Przełącznik „S2” służy do wyboru zachodu lub świtu. Można go również zastąpić przyciskiem i aktywować zachód słońca przerwaniem w oprogramowaniu. Potencjometr R11 działa jako selektor prędkości. Wykorzystujemy zdolność ADC pikaksów do odczytywania pozycji potencjometru i używamy tej wartości jako skali czasu. Zdjęcie przedstawia pierwszą płytkę, którą zbudowałem z 7 pojedynczymi tranzystorami (BC547C) i rezystorami do ich sterowania. Nie miałem ULN2803 w czasie, kiedy budowałem obwód, a teraz brakuje mi innych części. Postanowiłem więc pokazać oryginalny układ, ale także dostarczyć układ z nową tablicą sterowników.

Krok 3: Jak wygląda zachód słońca?

Kiedy obserwujesz prawdziwy zachód słońca, możesz zauważyć, że kolor światła zmienia się w czasie. Z jasnej bieli, gdy słońce wciąż jest nad horyzontem, zmienia się w jasnożółty, następnie w średnio pomarańczowy, potem w ciemnoczerwony, a potem w bladoniebieskawo białą poświatę, a potem jest ciemność. Zachód słońca będzie najtrudniejszą częścią urządzenia, ponieważ oglądasz go z pełną świadomością i małe błędy są dość irytujące. Wschód słońca to zasadniczo ten sam program odwrócony, ale ponieważ nadal śpisz, gdy zaczyna się wschód słońca, nie musimy się zbytnio martwić o kolory. Rozpoczynając zachód słońca, gdy leżysz, możesz nie chcieć zaczynać od jasnego słońca, ale rano ważne jest, aby jak najlepiej wykorzystać diody LED. Tak więc wygodnie jest mieć różne sekwencje dla wschodu i zachodu słońca, ale możesz oczywiście przetestować wszystko, co chcesz! Ale te różnice w programach mogą doprowadzić nas do innego wyboru diod LED dla obu programów.

Krok 4: Wybór diod LED i obliczanie rezystorów

Wybór diod LED jest kreatywną częścią tej instrukcji. Więc poniższy tekst to tylko sugestia ode mnie dla Ciebie. Zapraszam do ich modyfikowania i zmieniania, powiem Ci jak to zrobić. Kolory: Trudno jest płynnie włączyć lub wyłączyć pasek z diodami LED o zupełnie nowym kolorze. Dlatego zalecam, aby każdy pasek zawierał diody LED wszystkich kolorów, ale w zmieniających się ilościach. Jeśli wyobrazimy sobie odwrócony zachód słońca, pierwszy pasek będzie zawierał dużo czerwonych diod LED i może jedną białą, niebieską i UV. Powiedzmy, że 5 czerwonych, 2 żółte, 1 ciepły biały i 1 UV. Jeśli chcesz, możesz zastąpić jedną z czerwonych lub żółtych diod LED pomarańczową (pasek 2 na schemacie). Następny jaśniejszy pasek będzie miał kilka czerwonych zastąpionych żółtymi. Powiedzmy, że 2 czerwone, 5 żółtych i 2 ciepłe białe (pasek 3 na schemacie) W kolejnych paskach kilka czerwonych zostanie zastąpionych żółtymi lub nawet białymi. Powiedzmy, że 1 czerwony, 1 żółty, 4 ciepłe białe i 1 niebieski. (pasek 4 na schemacie)Następny pasek może składać się z 3 zimnych białych, 2 ciepłych białych i 1 niebieskiej diody LED. (pasek 5) Do tej pory byłyby to cztery paski na zachód słońca. W przypadku Sunrise mogliśmy wykorzystać pozostałe trzy paski z głównie zimnymi białymi i niebieskimi diodami LED. Jeśli połączysz ze sobą 7 i 8 wejście, możesz również użyć 4 pasków do wschodu słońca lub nadać zachodowi słońca piąty pasek, tak jak chcesz. Być może zauważyłeś, że paski zawierające czerwone diody LED mają więcej diod LED na pasek niż czysto białe. Jest to spowodowane różnicą minimalnego napięcia dla czerwonych i białych diod LED. Ponieważ diody są naprawdę jasne i nawet ściemnianie ich do 1% to całkiem sporo, obliczyłem, że pasek 1 z 3 czerwonymi, 2 żółtymi i ciepłym białym LED ma mieć tylko 5mA prądu. To sprawia, że ten pasek nie jest tak jasny jak inne i dlatego nadaje się na ostatnią nutę zachodu słońca. Ale powinienem był dać tej taśmie również UV-LED, na ostatni rzut oka. Jak obliczyć diody LED i rezystory: Diody LED potrzebują określonego napięcia do działania, a nawet tablica darlington używa 0,7 V na kanał do własnych celów, więc obliczenie rezystora jest bardzo proste. FET praktycznie nie powoduje żadnych strat napięcia dla naszych celów. Powiedzmy, że pracujemy przy napięciu 24V z zasilacza. Od tego napięcia odejmujemy wszystkie napięcia nominalne dla diod LED i 0,7V dla tablicy. To, co pozostało, musi zostać wykorzystane przez rezystor przy podanym prądzie. Spójrzmy na przykład: pierwszy pasek: 5 czerwonych, 2 żółte, 1 ciepły biały i 1 dioda uv. Jedna czerwona dioda pobiera 2,1 V, więc pięć z nich pobiera 10,5 V. Jedna żółta dioda LED również pobiera 2,1 V, więc dwie z nich pobierają 4,2 V. Biała dioda LED pobiera 3,6 V, dioda UV LED 3,3 V, a tablica 0,7 V. To sprawia, że 24 V -10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3,3 V - 0,7 V = 1,7 V, które musi być używane przez jakiś rezystor. Na pewno znasz prawo Ohma: R = U/I. Tak więc rezystor, który używa 1,7V przy 25mA ma wartość 1,7V/0,025A = 68 Ohm, która jest dostępna w sklepach elektronicznych. Aby obliczyć moc zużywaną przez rezystor, wystarczy obliczyć P = U*I, co oznacza, że P = 1,7 V * 0,025 A = 0,0425 W. Do tego celu wystarczy mały rezystor 0,25 W. Jeśli używasz wyższych prądów lub chcesz spalić więcej woltów w rezystorze, być może będziesz musiał użyć większego! To jest powód, dla którego można obsługiwać tylko 6 wysokonapięciowych białych diod LED na 24 V. Ale nie wszystkie diody LED są naprawdę takie same, mogą występować duże różnice w utracie napięcia z diody LED na diodę LED. Używamy więc drugiego potencjometru (300 ?) i prądomierza, aby dostosować prąd każdej listwy do pożądanego poziomu (25mA) w końcowym obwodzie. Następnie mierzymy wartość rezystora i to powinno dać nam coś w okolicach obliczonej wartości. Jeśli wynik jest pomiędzy dwoma typami, wybierz następną wyższą wartość, jeśli chcesz, aby pasek był nieco ciemniejszy, lub następną niższą wartość, aby pasek był nieco jaśniejszy. Zainstalowałem diody LED w płycie ze szkła akrylowego, którą przymocowałem do obudowy źródła zasilania. Szkło akrylowe można łatwo wiercić i wyginać po podgrzaniu w piekarniku do około 100°C. Jak widać na zdjęciach dodałem również przełącznik wyboru wschodu – zachodu słońca do tego wyświetlacza. Potencjometr i przycisk resetowania znajdują się na płytce drukowanej.

Krok 5: Dostosowywanie oprogramowania

Pikaksy są bardzo łatwe do zaprogramowania przez podstawowy dialekt dostawcy. Edytor i oprogramowanie są bezpłatne. Oczywiście można to również zaprogramować w asemblerze dla czystych PIC lub dla AVR Atmela, ale był to jeden z moich pierwszych projektów po przetestowaniu pikaxów. W międzyczasie pracuję nad lepszą wersją z kilkoma PWM na AVR. Pikaksy są bardzo dobre dla początkujących, ponieważ wymagania sprzętowe są bardzo proste, a podstawowy język jest łatwy do nauczenia. Za mniej niż 30 euro możesz zacząć odkrywać wspaniały świat mikrokontrolerów. Wadą tego taniego układu (18M) jest ograniczona pamięć RAM. Jeśli wybierzesz inne funkcje lub podłączysz pikaxe inaczej, być może będziesz musiał dostosować program. Ale na pewno będziesz musiał dokonać korekty przejść między poszczególnymi paskami. Jak widać na listingu, zmienna w6 (zmienna słowna) pełni rolę licznika – zmiennej oraz parametru dla PWM. Przy wybranej częstotliwości PWM 4kHz wartości dla 1% do 99% czasu pracy wynoszą odpowiednio od 10 do 990. Dzięki obliczeniom w pętli uzyskujemy niemal wykładniczy spadek lub wzrost jasności LED. Jest to optymalne, gdy sterujesz diodami LED za pomocą PWM. Przy włączaniu lub wyłączaniu jednej listwy jest to kompensowane przez oprogramowanie poprzez zmianę wartości PWM. Spójrzmy na przykład na zachód słońca. Początkowo wyjścia 0, 4 i 5 są w stanie wysokim, co oznacza, że odpowiednie paski są załączane przez ULN2803A. Następnie pętla zmniejszała jasność, aż zmienna w w6 jest mniejsza niż 700. W tym momencie pin0 jest przełączany na stan niski, a pin2 jest przełączany na stan wysoki. Nowa wartość w6 jest ustawiona na 900. Oznacza to, że lampa z paskami 0, 4 i 5 na poziomie PWM 700 jest prawie tak jasna jak lampa z paskami 2, 4 i 5 na poziomie PWM 800. Aby się dowiedzieć te wartości musisz przetestować i wypróbować różne wartości. Staraj się pozostać gdzieś pośrodku, bo gdy za bardzo przyciemnisz lampę w pierwszej pętli, w drugiej pętli niewiele da się zrobić. Zmniejszy to efekt zmiany koloru. Aby dostosować ustawienia PWM, użyłem podprogramu, który również używa wartości w5 do wstrzymania programu. W tym momencie w grze pojawia się prędkość. Dopiero podczas rozruchu następuje sprawdzenie potencjometru i zapisanie wartości w w5. Liczba kroków w każdej pętli programu jest stała, ale zmieniając wartość w5 z 750 na około 5100, pauza w każdym kroku zmienia się z 0,75s na 5s. Liczbę kroków w każdej pętli można również dostosować, zmieniając ułamek dla wykładniczego de- lub wzrostu. Ale upewnij się, że nie używasz do małych ułamków, ponieważ zmienna w6 jest zawsze liczbą całkowitą! Jeśli użyjesz 99/100 jako ułamek i zastosujesz to do wartości 10, da to 9,99 w liczbach dziesiętnych, ale znowu 10 w liczbach całkowitych. Pamiętaj też, że w6 może nie przekroczyć 65325! Aby przyspieszyć testowanie, spróbuj zakomentować linię z w5 = 5*w5, to przyspieszy program o współczynnik 5!:-)

Krok 6: Instalacja w sypialni

Postawiłem lampę zachodu słońca na małej szafce po jednej stronie pokoju, tak aby światło padało na sufit. Zegarem czasowym włączam lampę 20 minut przed dzwonkiem budzika. Lampa wtedy automatycznie uruchamia program wschodu słońca i powoli mnie budzi. Wieczorem włączam funkcję wyłącznika czasowego zegara timera i włączam lampę przy włączonym włączniku zachodu słońca. Po uruchomieniu programu natychmiast wracam do wschodu słońca na następny poranek. Potem cieszę się moim osobistym zachodem słońca i wkrótce zasypiam.

Krok 7: Modyfikacje

Zastępując przełącznik dwustabilny przyciskiem, musisz przełączyć się na część o zachodzie słońca, aktywując jakieś przerwanie w programie. Aby zmienić napięcie zasilania trzeba przeliczyć poszczególne taśmy LED i rezystory, bo przy 12V można by zasilać tylko 3 białe diody i potrzebny jest też inny rezystor. Obejściem byłoby użycie źródeł prądu stałego, ale mogą one kosztować trochę dolców i użyć kolejnych kilkudziesięciu woltów do regulacji. Przy 24V można by zasilać wiele diod w jednym pasku, aby sterować taką samą ilością diod przy zasilaniu 12V, diody muszą być rozdzielone na dwa paski, które są używane równolegle. Każdy z tych dwóch pasków potrzebuje własnego rezystora, a skumulowany prąd przez ten kanał wzrósł ponad dwukrotnie. Widzisz więc, że nie ma sensu zasilać wszystkich diod 5V, co byłoby wygodne, ale prąd wzrósłby do niezdrowego poziomu, a ilość potrzebnych rezystorów również by poszybowała w górę. Aby użyć diod LED o dużej mocy ze sterownikiem ULN2803, można połączyć dwa kanały w celu lepszego zarządzania temperaturą. Wystarczy połączyć ze sobą dwa wejścia na jednym styku mikrokontrolera i dwa wyjścia na jednej taśmie LED dużej mocy. I pamiętaj, że niektóre spoty LED o dużej mocy mają własny obwód prądu stałego i mogą nie być ściemniane przez PWM w linii energetycznej! W tej konfiguracji wszystkie części są daleko od wszelkich ograniczeń. Jeśli popchniesz rzeczy do krawędzi, możesz mieć problemy termiczne z FET lub macierzą darlington. I oczywiście nigdy nie używaj 230 V AC lub 110 V AC do sterowania tym obwodem!!! Moim kolejnym krokiem poza tym instruktażem jest podłączenie mikrokontrolera z trzema sprzętowymi PWM do sterowania punktem RGB o dużej mocy.

Baw się więc i ciesz się przywilejem indywidualnego zachodu i wschodu słońca.