En solopgangs- og solnedgangslampe med lysdioder: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Du ved det, om vinteren er det svært at stå op, fordi det er mørkt udenfor, og din krop vågner bare ikke midt om natten. Så du kan købe et vækkeur, der vækker dig med lys. Disse enheder er ikke så dyre som for få år siden, men de fleste af dem ser virkelig grimme ud. På den anden side er det oftest også mørkt, når du kommer hjem fra arbejde. Så den store solnedgang er også væk. Vintertid virker trist, ikke sandt? Men ikke for læserne af dette instruerbare. Det forklarer dig, hvordan du bygger en kombineret solopgangs- og solnedgangslampe fra en picaxe-mikrokontroller, nogle lysdioder og et par andre dele. Lysdioderne kan koste dig 5-10 euro afhængigt af kvaliteten, og de andre dele bør ikke tjene mere end 20 euro. Så med mindre end 30 euro kan du bygge noget virkelig nyttigt og rart. Og denne instruktive vil ikke kun forklare dig, hvordan du genopbygger dette, men også vise dig, hvordan du ændrer det til dine individuelle præferencer.

Trin 1: Ting vi har brug for

Du har brug for disse ting: o12V eller 24V strømforsyning o1 Picaxe 18M (eller enhver anden mikrokontroller) fra https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA-stik til et 3,5 mm telefonstik eller andet forbindelse fra serieporten til mikrokontrolleren for at programmere picaxe o1-knappen og 1 vippekontakt eller 2 trykknapper o1 IC7805 med kondensatorer, dette konverterer os til 12V eller 24V til de 5V, vi har brug for for at betjene mikrokontrolleren o1 IC ULN2803A, Dette er en Darlington Transistor Array til direkte brug på TTL-niveau-udgange. Alternativt kan du bruge 8 enkelte Darlington-transistorer med passende modstande, men det fungerer også med standard BC547-transistorer. o1 High-Power FET som IRF520 eller en anden Power-Darlington-transistor som BD649 oEn hel masse LED'er, forskellige farver som rød, gul, hvid, varmhvid, blå og ultraviolet. Læs trin 4 for yderligere information. o1 10k & -potentiometer, at foretrække med en lang knop o1 300 &-potentiometer til testformål o Nogle modstande, nogle kabler, et bræt til at bygge kredsløbet og selvfølgelig et loddejern oA måleværktøj til strømme ville også være praktisk, men er ikke absolut nødvendigt Afhængigt af den strømkilde, du bruger, har du muligvis brug for yderligere stik og et hus til lysdioderne. Jeg brugte et akrylplade, som jeg fikserede til strømforsyningens hus. I ældre computermus med D-sub-stik kan du måske finde en god erstatning for telefonstikket, der bruges til at programmere picaxen. Picaxes og en masse andre nyttige ting kan købes her: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ For resten skal du bare kontakte din lokale forhandler.

Trin 2: Circuit-layout

ULN2803A er et darlington-array, der består af 8 individuelle darlington-drivere med passende modstande på indgangssiden, så du direkte kan forbinde outputtet fra mikrokontrolleren til indgangen på UNL2803A. Hvis indgangen får et højt niveau (5V) fra mikrokontrolleren, vil udgangen blive forbundet til GND. Det betyder, at en høj på input vil lyse den respektive LED-strip. Hver kanal kan bruges med en strøm op til 500mA. Standard ultrabright 5mm LED'er bruger normalt 25-30mA pr. Strimmel, og selv otte af dem vil kun understrege FET med 200-250mA, så du er langt væk fra kritiske punkter. Du kan endda overveje at bruge 5W LED'er med høj effekt til vækkelseslyset. De bruger normalt 350mA ved 12V og kan også blive drevet af denne matrix. Trykknappen "S1" er reset-knappen til mikrokontrolleren. Omskifteren "S2" er vælgeren for solnedgang eller daggry. Du kan også erstatte den med en trykknap og aktivere solnedgang ved en afbrydelse i softwaren. Potentiometeret R11 fungerer som en vælger for hastighed. Vi bruger picaxes ADC -evnen til at aflæse potentiometerets position og bruge denne værdi som tidsskalaen. Billedet viser det første bord, jeg byggede med 7 individuelle transistorer (BC547C) og modstandene til at drive dem. Jeg havde ikke ULN2803 på det tidspunkt, jeg byggede kredsløbet, og nu mangler jeg nogle andre dele. Så jeg besluttede at vise dig det originale layout, men også give layoutet det nye driver-array.

Trin 3: Hvordan ser solnedgangen ud?

Når du ser en rigtig solnedgang, genkender du måske, at lysets farve ændrer sig over tid. Fra en lys hvid, når solen stadig er over horisonten, skifter den til en lysegul derefter til en medium orange derefter til en mørk rød og derefter en lav blålig hvid glød, så er der mørke. Solnedgangen vil være den sværeste del af enheden, fordi du ser den med fuld bevidsthed og små fejl er ret irriterende. Solopgang er hovedsageligt det samme program omvendt, men da du stadig sover, når solopgangen starter, behøver vi ikke bekymre os for meget om farver. Og når du starter solnedgangen, når du lægger dig ned, vil du måske ikke starte med stærkt solskin, men om morgenen er det vigtigt at få mest muligt ud af lysdioderne. Så det er praktisk at have forskellige sekvenser for solopgang og solnedgang, men du er selvfølgelig fri til at teste alt, hvad du kan lide! Men disse forskelle i programmerne kan føre os til et andet udvalg af lysdioder til begge programmer.

Trin 4: Valg af lysdioder og beregning af modstande

Valg af lysdioder er den kreative del af dette instruerbare. Så den følgende tekst er bare et forslag fra mig til dig. Du er velkommen til at variere og ændre dem, jeg vil fortælle dig, hvordan du gør dette. Farver: Det er svært at gnidningsløst tænde eller slukke en strimmel med lysdioder i en helt ny farve. Så min anbefaling er, at hver strimmel indeholder lysdioder i alle farver, men i skiftende mængder. Hvis vi forestiller os solnedgangen vendt, ville den første strimmel indeholde en masse røde lysdioder og måske en hvid, en blå og en UV -en. Så lad os sige 5 røde, 2 gule, 1 varme hvide og 1 UV. Hvis du kan lide det, kan du erstatte en af de røde eller gule lysdioder med en orange (strimmel 2 i skematisk) Den næste lysere strimmel vil så få et par røde erstattet af gule. Lad os sige 2 røde, 5 gule og 2 varme hvide (strimmel 3 i skematisk) I de næste strimler vil nogle flere røde blive erstattet af gule eller endda hvide. Lad os sige 1 rød, 1 gul, 4 varm hvid og 1 blå. (strimmel 4 i skematisk) Den næste strimmel kan bestå af 3 koldhvide, 2 varme hvide og 1 blå LED. (strimmel 5) Dette ville være fire strimler til solnedgang indtil videre. Til Sunrise kunne vi bruge de resterende tre strimler med hovedsageligt koldhvide og blå lysdioder. Hvis du forbinder den 7. og den 8. input sammen, kan du også bruge 4 strimler til solopgang, eller give solnedgang en femte strimmel, lige som du vil. Du har måske bemærket, at de strimler, der indeholder røde lysdioder, har flere lysdioder pr. Strimmel end de rent hvide. Dette skyldes forskellen i minimumsspænding for røde og hvide lysdioder. Da lysdioderne er virkelig lyse, og selv at dæmpe dem ned til 1% er ret meget, beregnede jeg strimmel 1 med 3 røde, 2 gule og en varmhvid LED til at have kun 5mA strøm. Dette gør denne strimmel ikke så lys som de andre og derfor velegnet til den sidste antydning af solnedgang. Men jeg skulle også have givet denne strimmel en UV-LED for det sidste blik. Sådan beregnes lysdioderne og modstandene: Lysdioderne har brug for en vis spænding for at fungere, og endda darlington-array bruger 0,7V pr. Kanal til sit eget formål, så det er meget enkelt at beregne modstanden. FET forårsager praktisk talt ingen spændingstab til vores formål. Lad os sige, at vi arbejder ved 24V fra strømforsyningen. Fra denne spænding trækker vi alle de nominelle spændinger for LED'erne og 0,7V for arrayet. Det, der er tilbage, skal bruges af modstanden ved den givne strøm. Lad os se på et eksempel: første strimmel: 5 rød, 2 gul, 1 varm hvid og 1 uv LED. En rød LED tager 2,1V, så fem af dem tager 10,5 V. En gul LED tager også 2,1V, så to af dem tager 4,2V. Den hvide LED tager 3,6V, UV LED tager 3,3V og arrayet 0,7V. Dette gør 24V -10,5V - 4,2V - 3,6V - 3.3V - 0.7V = 1.7V, som skal bruges af en eller anden modstand. Du kender sikkert Ohms lov: R = U/I. Så en modstand, der bruger 1,7V ved 25mA, har en værdi på 1,7V/0,025A = 68 Ohm, som fås i elektroniske butikker. For at beregne den effekt, som modstanden bruger, skal du bare beregne P = U * I, det betyder P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Så en lille 0,25W modstand er nok til dette formål. Hvis du bruger højere strømme eller vil forbrænde mere volt i modstanden, skal du muligvis bruge en større! Det er grunden til, at du kun kunne betjene 6 højspændingsforbrugende hvide lysdioder på 24V. Men ikke alle lysdioder er virkelig de samme, der kan være store forskelle i spændingstabet fra LED til LED. Så vi bruger det andet potentiometer (300?) Og en strømmåler til at justere strømmen for hver strimmel til det ønskede niveau (25mA) i det sidste kredsløb. Derefter måler vi modstandens værdi, og dette skal give os noget omkring den beregnede værdi. Hvis resultatet er noget mellem to typer, skal du vælge den næste højere værdi, hvis du vil have strimlen til at være lidt mørkere eller den næste lavere værdi for at strimlen skal være lidt lysere. Jeg installerede lysdioderne i et akrylglasplade, som jeg fikserede til strømkildehuset. Akrylglas kan let bores og bøjes, hvis det opvarmes til omkring 100 ° C i ovnen. Som du kan se på billederne, tilføjede jeg også kontakten til valg af solopgang - solnedgang til dette display. Potentiometeret og reset-knappen er på printkortet.

Trin 5: Justering af softwaren

Picaxerne er meget lette at programmere med en grundlæggende dialekt fra sælgeren. Editoren og softwaren er gratis. Selvfølgelig kan man også programmere dette i assembler til tomme PIC'er eller til Atmel AVR'er, men dette var et af mine første projekter, efter at jeg testede picaxerne. I mellemtiden arbejder jeg på en bedre version med flere PWM'er på en AVR. Picaxerne er meget gode for begyndere, fordi kravene til hardwaren er meget enkle, og det grundlæggende sprog er let at lære. Med mindre end 30 € kan du begynde at udforske den vidunderlige verden af mikrokontrollere. Ulempen ved denne billige chip (18M) er den begrænsede RAM. Hvis du vælger andre funktioner eller forbinder picaxen anderledes, skal du muligvis justere programmet. Men du bliver helt sikkert nødt til at foretage justeringer af overgangene mellem individstrimlerne. Som du kan se i listen fungerer variablen w6 (en ordvariabel) som en kontravariabel og som parameter for PWM. Med den valgte PWM-frekvens på 4 kHz er værdierne for 1% til 99% driftstid henholdsvis 10 til 990. Med beregningerne i sløjfen får vi et næsten eksponentielt fald eller forøgelse af LED-lysstyrke. Dette er det optimale, når du styrer lysdioder med PWM. Når en strimmel tændes eller slukkes, kompenseres dette af softwaren ved at ændre værdien af PWM. Lad os f.eks. Se på solnedgangen. I første omgang er udgangene 0, 4 og 5 skiftet højt, hvilket betyder, at de respektive strimler tændes via ULN2803A. Derefter reducerede sløjfen lysstyrken, indtil variablen i w6 er mindre end 700. På dette tidspunkt skiftes pin0 lavt og pin2 skiftes højt. Den nye værdi på w6 er sat til 900. Det betyder, at lampen med strimler 0, 4 og 5 på PWM-niveau 700 er næsten lige så lys som lampen med strimler 2, 4 og 5 på PWM-niveau 800. For at finde ud af det disse værdier skal du teste rundt og prøve nogle forskellige værdier. Prøv at blive et sted i midten, for når du dæmper lampen i den første sløjfe for meget, kan du ikke lave meget i den anden sløjfe. Dette reducerer farveændringseffekten. For at justere PWM-indstillingerne brugte jeg en underprogram, der også bruger værdien af w5 til at sætte programmet på pause. På dette tidspunkt kommer hastigheden i spillet. Kun under opstart kontrolleres potentiometeret, og værdien gemmes i w5. Antallet af trin i hver loop af programmet er fast, men ved at ændre værdien af w5 fra 750 til omkring 5100 ændres pausen i hvert trin fra 0,75s til 5s. Antallet af trin i hver sløjfe kan også justeres ved at ændre brøkdelen for den eksponentielle de- eller stigning. Men sørg for ikke at bruge til små brøker, for variablen w6 er altid et helt tal! Hvis du ville bruge 99/100 som en brøkdel og anvende det til en værdi på 10, ville det give dig 9,99 i decimaler men igen 10 i heltal. Husk også, at w6 muligvis ikke overstiger 65325! For at fremskynde testen, prøv at kommentere linjen med w5 = 5*w5, dette vil fremskynde programmet med en faktor 5!:-)

Trin 6: Installation i soveværelset

Jeg placerede min solnedgangslampe på et lille skab på den ene side af rummet, så lyset skinner til loftet. Ved et timerur tænder jeg lampen 20 minutter før alarmen ringer. Lampen starter derefter automatisk solopgangsprogrammet og vækker mig langsomt. Om aftenen aktiverer jeg timer-timer-funktionen på timeruret og tænder lampen med solnedgangskontakten tændt. Efter at programmet er startet, skifter jeg straks tilbage til solopgang, til den næste morgen. Så nyder jeg min personlige solnedgang og falder snart i søvn.

Trin 7: Ændringer

Når du udskifter vippekontakten med en trykknap, skal du skifte til solnedgangsdelen ved at aktivere en afbrydelse i programmet. For at ændre forsyningsspændingen skal du genberegne de enkelte LED-strimler og modstande, for med 12V kunne du kun køre 3 hvide lysdioder, og du har også brug for en anden modstand. En løsning ville være at bruge konstante strømkilder, men disse kan koste dig nogle kroner og bruge yderligere et par ti -volt til regulering. Med 24V kunne du køre mange lysdioder i en strimmel, for at styre den samme mængde lysdioder med 12V forsyning, skal lysdioderne adskilles i to strimler, der bruges parallelt. Hver af disse to strimler har brug for sin egen modstand, og den akkumulerede strøm gennem denne kanal er mere end fordoblet. Så du ser, at det ikke giver mening at køre alle lysdioder med 5V, hvilket ville være praktisk, men strømmen ville stige til et usundt niveau, og mængden af modstande, der var nødvendige, ville også skyrocket. For at bruge LED'er med høj effekt med ULN2803 -driveren kan du kombinere to kanaler for en bedre termisk styring. Tilslut bare to indgange sammen på en mikrokontroller-pin og to udgange på en højeffektiv LED-strip. Og husk på, at nogle LED-spots med høj effekt kommer med deres eget konstantstrømskredsløb og muligvis ikke dæmpes af PWM i strømledningen! I denne opsætning er alle dele langt væk fra alle grænser. Hvis du skubber tingene til kanten, kan du få termiske problemer med FET eller darlington -arrayet. Og brug selvfølgelig aldrig 230V AC eller 110V AC til at drive dette kredsløb !!! Mit næste skridt ud over dette instruerbare er at tilslutte en mikrokontroller med tre hardware PWM'er til at styre et RGB-spot med høj effekt.

Så hav det sjovt og nyd privilegiet ved din individuelle solnedgang og solopgang.