En soloppgangs- og solnedgangslampe med lysdioder: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:26

Du vet det, om vinteren er det vanskelig å stå opp, fordi det er mørkt ute og kroppen din bare ikke våkner midt på natten. Så du kan kjøpe en vekkerklokke som vekker deg med lys. Disse enhetene er ikke så dyre som for få år siden, men de fleste av dem ser veldig stygge ut. På den annen side er det som oftest også mørkt når du kommer hjem fra jobb. Så den flotte solnedgangen er også borte. Vintertid virker trist, ikke sant? Men ikke for leserne av dette instruerbare. Den forklarer deg hvordan du bygger en kombinert soloppgangs- og solnedgangslampe fra en picaxe-mikrokontroller, noen lysdioder og noen få andre deler. Lysdiodene kan koste deg 5-10 euro avhengig av kvaliteten, og de andre delene bør ikke tjene mer enn 20 euro. Så med mindre enn 30 euro kan du bygge noe veldig nyttig og hyggelig. Og denne instruktive vil ikke bare forklare deg hvordan du bygger dette opp igjen, men også vise deg hvordan du kan endre det til dine individuelle preferanser.

Trinn 1: Ting vi trenger

Du trenger disse tingene: o12V eller 24V strømforsyning o1 Picaxe 18M (eller hvilken som helst annen mikrokontroller) fra https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA-kontakt for en 3,5 mm telefonkontakt, eller hvilken som helst annen tilkobling fra serieporten til mikrokontrolleren for å programmere picaxe o1-trykknappen og 1 vippebryter, eller 2 trykknapper o1 IC7805 med kondensatorer, dette konverterer oss 12V eller 24V til 5V vi trenger for å betjene mikrokontrolleren o1 IC ULN2803A, Dette er en Darlington Transistor Array for direkte bruk på TTL-nivå utganger. Alternativt kan du bruke 8 enkle Darlington-transistorer med passende motstander, men det fungerer også med standard BC547-transistorer. o1 High-Power FET som IRF520, eller en annen Power-Darlington-transistor som BD649 oEn hel haug med lysdioder, forskjellige farger som rød, gul, hvit, varmhvit, blå og ultrafiolett. Les trinn 4 for ytterligere informasjon. o1 10k & -potensiometer, å foretrekke med en lang knapp o1 300 &-potensiometer for testformål o Noen motstander, noen kabler, et brett for å bygge kretsen og selvfølgelig et loddejern oA måleverktøy for strøm vil også være nyttig, men er ikke absolutt nødvendig Avhengig av strømkilden du bruker kan du trenge flere kontakter og et hus for lysdiodene. Jeg brukte et akrylbord som jeg festet til huset til strømforsyningen. På eldre datamus med D-sub-kontakter kan du finne en god erstatning for telefon-jack-kabelen som ble brukt til å programmere picaxen. Picaxer og mange andre nyttige ting kan kjøpes her: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ For resten, ta en titt på din lokale forhandler.

Trinn 2: Kretsoppsettet

ULN2803A er et darlington-array, bestående av 8 individuelle darlington-drivere med passende motstander på inngangssiden, slik at du direkte kan koble utgangen fra mikrokontrolleren til inngangen til UNL2803A. Hvis inngangen får et høyt nivå (5V) fra mikrokontrolleren, kobles utgangen til GND. Dette betyr at en høy på inngangen vil lyse opp den respektive LED-stripen. Hver kanal kan brukes med en strøm på opptil 500mA. Standard ultrabright 5mm lysdioder bruker vanligvis 25-30mA per stripe, og til og med åtte av dem vil stresse FET bare med 200-250mA, så du er langt unna noen kritiske punkter. Du kan til og med tenke på å bruke 5 W LED -lamper for vekking. De bruker vanligvis 350mA ved 12V og kan også drives av denne matrisen. Trykknappen "S1" er tilbakestillingsknappen for mikrokontrolleren. Bryteren "S2" er velgeren for solnedgang eller daggry. Du kan også erstatte den med en trykknapp og aktivere solnedgang ved et avbrudd i programvaren. Potensiometeret R11 fungerer som en velger for hastighet. Vi bruker picaxes ADC -evnen til å lese posisjonen til potensiometeret og bruke denne verdien som tidsskalaen. Bildet viser det første brettet som jeg bygde med 7 individuelle transistorer (BC547C) og motstandene for å drive dem. Jeg hadde ikke ULN2803 da jeg bygde kretsen, og nå mangler jeg noen andre deler. Så jeg bestemte meg for å vise deg det opprinnelige oppsettet, men også gi oppsettet det nye driverprogrammet.

Trinn 3: Hvordan ser solnedgangen ut?

Når du ser en ekte solnedgang, kan du gjenkjenne at lysets farge endrer seg over tid. Fra en lys hvit når solen fremdeles er over horisonten, endres den til en lys gul så til en middels oransje og deretter til en mørk rød og etter det en lav blåaktig hvit glød, så er det mørke. Solnedgangen vil være den vanskeligste delen av enheten fordi du ser den med full bevissthet og små feil er ganske irriterende. Soloppgang er hovedsakelig det samme programmet omvendt, men ettersom du fortsatt sover når soloppgangen starter, trenger vi ikke bekymre deg for mye om farger. Og når du starter solnedgangen når du legger deg, vil du kanskje ikke starte med sterkt solskinn, men om morgenen er det viktig å få mest mulig ut av lysdiodene. Så det er praktisk å ha forskjellige sekvenser for soloppgang og solnedgang, men du kan selvfølgelig teste alt du liker! Men disse forskjellene i programmene kan føre oss til et annet utvalg av lysdioder for begge programmene.

Trinn 4: Velge lysdiodene og beregne motstandene

Å velge lysdioder er den kreative delen av dette instruerbare. Så den følgende teksten er bare et forslag fra meg til deg. Variere og endre dem, jeg vil fortelle deg hvordan du gjør dette. Farger: Det er vanskelig å slå en stripe av eller på med lysdioder i en helt ny farge. Så min anbefaling er at hver stripe inneholder lysdioder i alle farger, men i skiftende mengder. Hvis vi forestiller oss at solnedgangen snudde, ville den første stripen inneholde mange røde lysdioder og kanskje en hvit, en blå og en UV -lampe. Så la oss si 5 røde, 2 gule, 1 varme hvite og 1 UV. Hvis du liker det, kan du erstatte en av de røde eller gule lysdiodene med en oransje (stripe 2 i skjematikken) Den neste lysere stripen vil da få noen røde som erstattes av gule. La oss si 2 røde, 5 gule og 2 varme hvite (stripe 3 i skjematisk) I de neste stripene vil noen flere røde bli erstattet av gule eller til og med hvite. La oss si 1 rød, 1 gul, 4 varm hvit og 1 blå. (stripe 4 skjematisk) Den neste stripen kan bestå av 3 kaldhvite, 2 varme hvite og 1 blå LED. (stripe 5) Dette vil være fire strimler for solnedgang så langt. Til Sunrise kunne vi bruke de resterende tre strimlene med hovedsakelig kalde hvite og blå lysdioder. Hvis du kobler den 7. og den 8. inngangen sammen, kan du også bruke 4 strimler for soloppgang, eller gi solnedgang en femte stripe, akkurat som du vil. Du har kanskje lagt merke til at stripene som inneholder røde lysdioder har flere lysdioder per stripe enn de rent hvite. Dette er forårsaket av forskjellen i minimumsspenning for røde og hvite lysdioder. Siden lysdiodene er veldig lyse og selv å dempe dem til 1% er ganske mye, beregnet jeg stripe 1 med 3 røde, 2 gule og en varmhvite LED å ha bare 5mA strøm. Dette gjør denne stripen ikke så lys som de andre og derfor egnet for det siste hintet av solnedgang. Men jeg burde ha gitt denne stripen en UV-LED også, for siste øyekast. Hvordan beregne lysdiodene og motstandene: Lysdiodene trenger en viss spenning for å fungere, og til og med darlington-matrisen bruker 0,7V per kanal for sitt eget formål, så det er veldig enkelt å beregne motstanden. FET forårsaker praktisk talt ingen spenningstap for våre formål. La oss si at vi driver med 24V fra strømforsyningen. Fra denne spenningen trekker vi alle nominelle spenninger for lysdiodene og 0,7V for matrisen. Det som er igjen må brukes av motstanden ved den aktuelle strømmen. La oss se på et eksempel: første stripe: 5 røde, 2 gule, 1 varme hvite og 1 uv LED. En rød LED tar 2,1V, så fem av dem tar 10,5 V. En gul LED tar også 2,1V, så to av dem tar 4,2V. Den hvite LEDen tar 3,6V, UV -LEDen tar 3,3V og arrayet 0,7V. Dette gjør 24V -10,5V - 4,2V - 3,6V - 3.3V - 0.7V = 1.7V som må brukes av noen motstand. Du kjenner sikkert Ohms lov: R = U/I. Så en motstand som bruker 1.7V ved 25mA har en verdi på 1.7V/0.025A = 68 Ohm som er tilgjengelig i elektroniske butikker. For å beregne effekten som brukes av motstanden bare beregne P = U * I, betyr dette P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Så en liten 0,25W motstand er nok for dette formålet. Hvis du bruker høyere strøm eller vil brenne mer volt i motstanden, må du kanskje bruke en større! Det er grunnen til at du bare kan bruke 6 høyspenningsforbrukende hvite lysdioder på 24 V. Men ikke alle lysdioder er egentlig de samme, det kan være store forskjeller i spenningstapet fra LED til LED. Så vi bruker det andre potensiometeret (300?) Og en strømmåler til å justere strømmen til hver stripe til ønsket nivå (25mA) i den siste kretsen. Deretter måler vi verdien av motstanden, og dette skal gi oss noe rundt den beregnede verdien. Hvis resultatet er noe mellom to typer, velger du neste høyere verdi hvis du vil at stripen skal være litt mørkere eller den neste lavere verdien for at stripen skal være litt lysere. Jeg installerte lysdiodene i et akrylglassplate som jeg festet til strømkildehuset. Akrylglass kan enkelt bores og bøyes hvis det varmes opp til rundt 100 ° C i ovnen. Som du kan se på bildene, la jeg også til bryteren for valg av soloppgang - solnedgang til denne skjermen. Potensiometeret og tilbakestillingsknappen er på kretskortet.

Trinn 5: Justering av programvaren

Picaxene er veldig enkle å programmere med en grunnleggende dialekt fra leverandøren. Editoren og programvaren er gratis. Selvfølgelig kan man også programmere dette i assembler for blanke PIC -er eller for Atmel AVR -er, men dette var et av mine første prosjekter etter at jeg testet picaxene. I mellomtiden jobber jeg med en bedre versjon med flere PWM -er på en AVR. Pikaksene er veldig gode for nybegynnere fordi kravene til maskinvaren er veldig enkle og det grunnleggende språket er lett å lære. Med mindre enn 30 € kan du begynne å utforske den fantastiske verden av mikrokontrollere. Ulempen med denne billige brikken (18M) er begrenset RAM. Hvis du valgte andre funksjoner eller kobler til picaxen annerledes, må du kanskje justere programmet. Men du må definitivt gjøre justeringer i overgangene mellom individene. Som du kan se i oppføringen fungerer variabelen w6 (en ordvariabel) som en motvariabel og som parameter for PWM. Med den valgte PWM-frekvensen på 4 kHz er verdiene for 1% til 99% driftstid henholdsvis 10 til 990. Med beregningene i sløyfen får vi en nesten eksponentiell reduksjon eller økning av LED-lysstyrke. Dette er det optimale når du styrer lysdioder med PWM. Når du slår på eller av én stripe, kompenseres dette av programvaren ved å endre verdien på PWM. La oss for eksempel se på solnedgangen. I utgangspunktet er utgangene 0, 4 og 5 høye, det vil si at de respektive stripene slås på via ULN2803A. Deretter reduserte sløyfen lysstyrken til variabelen i w6 er mindre enn 700. På dette tidspunktet blir pin0 slått lavt og pin2 er slått høyt. Den nye verdien på w6 er satt til 900. Dette betyr at lampen med stripene 0, 4 og 5 på PWM-nivå 700 er nesten like lys som lampen med stripene 2, 4 og 5 på PWM-nivå 800. For å finne ut disse verdiene må du teste rundt og prøve noen forskjellige verdier. Prøv å bli et sted i midten, for når du demper ned lampen i den første sløyfen for mye, kan du ikke gjøre mye i den andre sløyfen. Dette vil redusere fargeendringseffekten. For å justere PWM-innstillingene brukte jeg en subrutine som også bruker verdien av w5 for å sette programmet på pause. På dette tidspunktet kommer hastigheten i spillet. Bare under oppstart kontrolleres potensiometeret og verdien lagres i w5. Antall trinn i hver sløyfe i programmet er fast, men ved å endre verdien av w5 fra 750 til rundt 5100, endres pausen i hvert trinn fra 0,75 til 5 sekunder. Antall trinn i hver sløyfe kan også justeres ved å endre brøkdelen for den eksponensielle de- eller økningen. Men pass på at du ikke bruker for små brøk, for variabelen w6 er alltid et helt tall! Hvis du bruker 99/100 som en brøk og bruker det på en verdi på 10, vil det gi deg 9,99 i desimaler, men igjen 10 i heltall. Husk også at w6 ikke kan overstige 65325! For å øke hastigheten på testing, prøv å kommentere linjen med w5 = 5*w5, dette vil øke hastigheten på programmet med en faktor 5!:-)

Trinn 6: Installasjon på soverommet

Jeg plasserte solnedgangslampen min på et lite skap på den ene siden av rommet, slik at lyset skinner til taket. Etter en tidsklokke slår jeg på lampen 20 minutter før alarmen ringer. Lampen starter deretter soloppgangsprogrammet automatisk og vekker meg sakte. På kvelden aktiverer jeg sleep-timer-funksjonen til timer-klokken og slår på lampen med solnedgangsbryteren på. Etter at programmet har startet, bytter jeg umiddelbart tilbake til soloppgang, neste morgen. Så nyter jeg min personlige solnedgang og sovner snart.

Trinn 7: Modifikasjoner

Når du bytter vippebryter med en trykknapp, må du bytte til solnedgangsdelen ved å aktivere en avbrudd i programmet. For å endre forsyningsspenningen må du beregne de enkelte LED-stripene og motstandene på nytt, for med 12V kan du bare drive 3 hvite lysdioder, og du trenger også en annen motstand. En løsning ville være å bruke konstant strømkilder, men disse kan koste deg noen dollar og bruke ytterligere noen titalls volt for regulering. Med 24V kan du kjøre mange lysdioder i en stripe, for å kontrollere samme mengde lysdioder med 12V forsyning, må lysdiodene skilles i to strimler som brukes parallelt. Hver av disse to strimlene trenger sin egen motstand, og den akkumulerte strømmen gjennom denne kanalen har mer enn doblet seg. Så du ser at det ikke gir mening å drive alle lysdioder med 5V, noe som ville være praktisk, men strømmen ville stige til et usunt nivå og mengden motstander som trengs ville også skyte i været. For å bruke lysdioder med høy effekt med ULN2803 -driveren kan du kombinere to kanaler for bedre termisk styring. Bare koble to innganger sammen på en mikrokontroller-pin og to utganger på en LED-stripe med høy effekt. Og husk at noen LED-spotter med høy effekt kommer med sin egen konstantstrømskrets og kanskje ikke dimmes av PWM i kraftledningen! I dette oppsettet er alle deler langt unna alle grenser. Hvis du skyver tingene til kanten, kan du få termiske problemer med FET eller darlington -matrisen. Og selvfølgelig aldri bruk 230V AC eller 110V AC for å drive denne kretsen !!! Mitt neste skritt utover dette instruerbare er å koble til en mikrokontroller med tre maskinvare-PWM-er for å kontrollere et RGB-spot med høy effekt.

Så ha det gøy og nyt privilegiet med din individuelle solnedgang og soloppgang.