Светодиодный будильник с восходом солнца и настраиваемым звуковым сигналом: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Моя мотивация Этой зимой моей девушке было очень трудно просыпаться по утрам, и, похоже, она страдала от SAD (сезонного аффективного расстройства). Я даже замечаю, насколько тяжелее просыпаться зимой, ведь солнце еще не взошло. Симптомы тяжелого SAD могут включать раздражительность, чрезмерный сон, но все еще усталость, невозможность встать с постели, депрессию и даже некоторые физические проблемы, такие как боль в суставах и снижение сопротивляемости инфекциям. Я слышал о сигналах восхода солнца, которые имитируют восход солнца, и решил, что это может быть возможным решением ее проблемы. Я вспомнил, что видел инструктируемый (https://www.instructables.com/id/Blue-LED-dawn-simulator- for-Soleil-Sun-Alarm /) об изменении сигнала восхода солнца для обеспечения синего света с использованием светодиодов, поскольку синий должен быть хорошим светом, который может помочь. Идея мне понравилась, но способ использования микроконтроллера в этой инструкции напугал меня, так как у меня был ограниченный опыт программирования после разработки кода. Это также не решило другой моей проблемы: потратить 80 долларов на будильник и его модификацию, хотя моя девушка того не стоит: D Сначала я подумал о разработке часов с нуля с использованием микроконтроллера. Мы построили бинарные счетные часы в одном из моих классов в колледже, так что я был знаком с логикой. Позже я отказался от этой идеи, так как я не использовал бы тот же язык программирования, и мне потребовалось бы много времени на разработку кода. Затем у меня возникла идея использовать дешевый цифровой будильник, который, надеюсь, обеспечит напряжение при срабатывании будильника. Я мог взять это напряжение и использовать его как переключатель с микроконтроллером. Когда срабатывает сигнализация и напряжение повышается, начинается процесс уменьшения яркости. Если нажать кнопку повтора сигнала или выключить будильник, напряжение упадет, и процесс затемнения остановится, и свет погаснет. Я исследовал эту идею и обнаружил, что можно использовать напряжение от часов и использовать его с микроконтроллером! Парень завершил аналогичный проект, который автоматически открывал жалюзи утром (https://hackaday.com/2008/11/18/alarm-clock-automated-blinds/). Микроконтроллер Идеи начали течь, и все, что у меня было нужно было выбрать микроконтроллер для использования. Я видел статью на сайте sparkfun.com, в которой описывался процесс построения схемы для работы ATMega168. Я внимательно прочитал и решил, что это кажется достаточно простым и что я хочу использовать именно тот микроконтроллер. При дальнейших исследованиях я обнаружил эту штуку Arduino, которую все использовали в своих проектах DIY. Он использовал ATMega168, был открытым исходным кодом, имел множество справочных форумов и начальных примеров; идеально подходит для новичка. Я решил использовать его для программирования своего ATMega168 и пересадить его в коммутационную плату, содержащую самое необходимое для работы ATMega168. Имея в руках последний кусок головоломки, я мог начать. Краткое примечание: прежде чем я начну, я просто хочу сказать спасибо всем источникам, которые я использовал. Я пытался убедиться, что связал все ссылки, которые использовал в инструкциях. Код - это просто манипуляции с примерами, включенными в среду Arduino, и немного мои собственные, поэтому спасибо людям, которые их кодировали! Также это мой первый проект микроконтроллера. Я уверен, что не все сделал полностью правильно, например, добавил крышки фильтров в места и другие различные части в свои схемы. Если вы видите что-то, что можно улучшить, дайте мне знать! Я обязательно буду обновлять или делать записи об этом. Наслаждаться!

Шаг 1: Проверка выходной цепи часов и сигналов тревоги

Проверка часов Это часы, которые я выбрал. Я купил его в Walmart, и это было дешево, поэтому, если бы я не смог им воспользоваться, я бы не сильно расстроился. Он также имеет резервную батарею 9 В на случай отключения электроэнергии. Позже я узнал, что сигнал тревоги от ATMega168 все еще срабатывает! Так что он вас все равно разбудит, если нет электричества! Когда он разряжается от батареи, передний дисплей отключается и переключается на другие внутренние часы, которые менее точны, но все равно работают нормально. При повторном включении питания часы, возможно, придется отрегулировать, но настройки будильника останутся. Часы разбираются довольно легко. Есть четыре винта внизу и три винта, которые удерживают плату PCB кнопки на верхней части корпуса часов. Чтобы снять верхнюю часть и получить лучший доступ к ЖК-дисплею, вам нужно продеть зажим 9 В через отверстие в нижней половине. Передний ЖК-дисплей выдвигается, и при осмотре было обнаружено несколько разных частей. Я нашел трансформатор, пьезоэлектрический динамик для будильника, несколько диодов для схемы выпрямителя, несколько кнопок для входов и дисплей часов, под которым, казалось, была вся схема часов. Я нашел землю и начал зондировать. БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ ПРИ ЭТОМ НА ЧАСАХ, ТАКОЕ ОБОЗРЕВАЮЩИЙСЯ ТРАНСФОРМАТОР, КОТОРЫЙ ПРОИЗВОДИТ СЕРЬЕЗНЫЙ ШОК. Я записал напряжения на каждом контакте, когда сигнализация была выключена и когда сигнализация была включена. Я надеялся на вывод, который обеспечивал хорошее логическое напряжение 5 В при включенной тревоге и 0 В при выключенной. Мне не повезло, но напряжение, подаваемое на динамик, давало напряжение от 9,5 до 12,5 В. Я подумал, что смогу это использовать. Я также нашел контакт с надписью VCC, который обеспечивает напряжение от 10 до 12 В. Это вступает в игру позже при создании источника питания для микроконтроллера. Схема выхода сигнала тревоги Я припаял провод к земле, а другой - к выводу сигнала тревоги, и начал работать над схемой, чтобы стабилизировать напряжение. Я подумал, что могу использовать регулятор 5 В, но у меня был только регулируемый регулятор. Я посчитал, и мои значения дали напряжение чуть ниже 5 В. Я немного повозился и поменял местами резисторы, пока он не обеспечил нужное мне напряжение 5 В. Я использовал на входе конденсатор емкостью 470 мкФ, чтобы сгладить напряжение. С конденсатором напряжение изменялось только от 10,5 до 10 В. Ниже приведена схема схемы, которую я использовал для кондиционирования выхода сигнала тревоги, и изображение частей вместе на макетной плате.

Шаг 2: Схема источника питания, схема драйвера светодиода и проводка

Схема источника питания Если бы я подключил микроконтроллер прямо к Vcc часов, я бы взорвал его (ну, не совсем, но сделал бы бесполезным). Мне нужно было согласовать напряжение и снизить его до 5 В. Я использовал простую схему регулятора, в которой используются всего два конденсатора и стабилизатор на 5 В. Я пошел в школьную лабораторию и обнаружил в кучке мусора регулятор напряжения 5В. Я подключил схему и проверил ее. Он обеспечивал красивую и устойчивую схему драйвера светодиода 4,99 В. Поскольку ATMega168 может подавать только около 16 мА тока на каждый из своих цифровых выходов, для питания светодиодов необходим регулятор тока. Я нашел эту схему на справочных форумах Arduino, и она кажется довольно распространенной и простой схемой. Чтобы направить свет светодиодов, я решил использовать отражатель от фонарика. В купленном мною фонарике было три отверстия для трех светодиодов. Я решил размолоть их и вставил по четыре в каждое отверстие, объяснив, как нарисована схема. Электромонтаж Как только я понял, что могу успешно использовать Vcc часов и выход сигнала тревоги, я решил припаять несколько тонких проводов и ниток. их через отверстие в боковой стенке. У меня также была идея добавить в мою программу микроконтроллера цикл для воспроизведения песни вместо исходного будильника. Я припаял два более длинных провода к пьезоэлектрическому динамику и вытащил их сбоку. Я использовал кусачки для проволоки, чтобы вырезать небольшую выемку в верхней половине часов, и снова скрутил все вместе.

Шаг 3. Подключение ATMega168 и создание прототипа

Подключение ATMega168 Для работы ATMega168 необходимо подключить всего несколько контактов. Я нашел эту распиновку ATMega168 на https://www.moderndevice.com/Docs/RBBB_Instructions_05.pdf. Подключения следующие: К Vcc-Pin 1 к Vcc с резистором 10 кОм. -Контакт 7 и контакт 20 к Vcc к заземлению, контакт 8 и контакт 22 к заземлению, контакт 21 к заземлению с электролитическим конденсатором емкостью 1 мкФ, входной контакт 4 (цифровой контакт 2) подключен к моему сигнальному проводу Выходной контакт 15 к ОТРИЦАТЕЛЬНОМу выводу пьезоэлектрика динамик - контакт 16 ко входу схемы драйвера светодиода Clock-16Mhz Crystal - одна нога к контакту 9, другая нога к контакту 10-11. кристалл, но поскольку моей программе не нужны высокоточные часы, я оставил все как есть. Я произвольно использовал входной цифровой контакт сигнализации, любой другой цифровой контакт должен работать. Пьезоэлектрический динамик и светодиоды должны быть подключены к выводу цифрового ШИМ, иначе они не будут работать. Кроме того, я не смог найти в Eagle подходящей модели для 28-контактной модели, поэтому я просто MS нарисовал все вместе: D Извините, если это выглядит сбивающим с толку. Если нужно, задавайте вопросы! Я также сделал блок-схему, чтобы помочь понять, откуда все идет или откуда берется. Создание прототипа --- Список деталей --- Схема вывода сигнала тревоги-Регулируемый положительный стабилизатор напряжения LM317T (вы можете использовать регулятор 5 В, у меня только что был этот one) -1 кОм резистор -3,8 кОм резистор -470 мкФ электролитический конденсатор источник питания -UA7805C 5-вольтный регулятор -100 мкФ электролитический конденсатор -10 мкФ электролитический конденсатор схема светодиодного драйвера -2N3904 -150 ом (вы можете поэкспериментировать с более низкими или высокими значениями резистора в зависимости от ваших светодиодов) Резистор -1 кОм Микроконтроллер -28-контактный разъем (Необязательно, но я перепрограммировал свой ATMega168 несколько раз с помощью Arduino) -ATMega168 -1 мкФ Электролитический конденсатор -16 МГц Кристалл -10 кОм Резистор Разное. Расходные материалы - Прототип платы Perf - Ножки и винты платы прототипирования - Проволока Когда я создавал прототип своей схемы, я построил каждую секцию на макетной плате, протестировал ее и перенес на плату. Я начал со схемы вывода сигнала тревоги и убедился, что она работает правильно. Затем я перешел к блоку питания, затем к драйверу светодиода и закончил со схемой микроконтроллера. Но, поскольку вам не нужно тестировать схему и убедиться, что концепции работают, поскольку я уже сделал это, вы можете просто построить всю схему. Убедитесь, что вы получаете нужное напряжение в нужных местах. 0 В на выходе цепи выхода сигнала тревоги, когда тревога выключена, и 5 В, когда она включена. 5в на выходе цепи питания. Пока не вставляйте ATMega168 в розетку, его нужно запрограммировать. Я мог бы использовать перфорированную доску меньшего размера или сократить свою, но я решил оставить ее в покое. Он не очень большой. После создания прототипа схемы можно приступать к созданию светодиодной лампы.

Шаг 4: Сборка светодиодной «лампочки»

Светодиодная лампа Triple Quad !!!! "'Если хотите, можете пропустить этот шаг и использовать один светодиод для проверки схемы. Вы можете вернуться к этому, когда схема будет подтверждена и работает. Кроме того, я использовал белый цвет. Светодиоды, потому что у меня больше не осталось синего цвета с высокой яркостью. Я слышал, что синий помогает лучше с SAD. Я пошел в долларовый магазин, чтобы купить дешевый фонарик, потому что мне нужен был отражатель, чтобы направить свет светодиодов. Фонарик I Я купил три светодиода. Я решил вставить четыре светодиода в каждое отверстие, и мне нужен был способ их всех соединить. Я придумал процесс, при котором четыре светодиода спаяются вместе, а затем соединяются три из этих «четырех светодиодов» вместе. Все светодиоды параллельны, поддерживая напряжение, такое же, как у одного светодиода, и увеличивая ток. Это то, что обеспечивает схема драйвера светодиода. Подсказка: помогают маленькие плоскогубцы с острыми концами Шаг 1: Удерживайте два светодиода вместе с заземляющими выводами. Плоские края светодиодов должны сидеть рядом друг с другом. Загрузите наконечник вашего паяльного устройства. n с небольшим количеством припоя, чтобы на наконечнике была капля жидкого припоя. Быстро прикоснитесь к двум заземляющим выводам паяльником как можно ближе к светодиоду. Если вы оставите кончик на нем надолго, провода нагреются, и вы почувствуете себя неважно. Шаг 2: Используя инструмент dremel, напильник или наждачную бумагу, отшлифуйте края одной стороны пары, чтобы они стали плоскими. сядьте рядом с другой парой флеш. Я отшлифовал светодиоды, чтобы немного рассеять свет. Теперь согните провода, как показано. Сложно сфотографировать процесс, но в основном положительные выводы изгибаются наружу. Согните отрицательные выводы к плоским сторонам и к прямым вверх так, чтобы при соединении двух пар четыре отрицательных вывода собрались вместе как один большой вывод. Взяв две пары, держите их вместе. Все отрицательные контакты будут в центре. Прикоснитесь к ним паяльником, чтобы соединить их вместе. Шаг 3: Теперь, когда четыре отрицательных вывода спаяны вместе, закрепите три из них, оставив только один. Теперь согните один из положительных выводов вокруг четырехугольного светодиода, припаивая его к каждому соединению. Обрежьте все положительные выводы, кроме одного, оставив один положительный и один отрицательный. Готово! Теперь сделайте еще два:] Как только у вас будет три четырехквадратных светодиода, самое время вставить их в отражатель фонарика. Я купил этот фонарик за 3 доллара в долларовом магазине. Это круто, и все части скручиваются, поэтому ко всем частям легко получить доступ. Я использую серебряный отражатель и черный конус. С черного конуса можно удалить металлические части, оставив только пластиковый кусок. Позже он используется для крепления лампочки к регулируемой шейке. В зависимости от того, какой фонарик вы найдете, вам, возможно, придется по-разному устанавливать светодиоды на регулируемой шее. Я попытался найти обычный фонарик, который можно было бы найти во многих местах. Шаг 4: Я использовал дремель, чтобы расширить три отверстия в отражателе. Затем я вставил каждый из четырех четырехъядерных светодиодов в их отверстия отрицательными выводами внутрь. Согните и припаяйте отрицательный и положительный выводы вместе, чтобы получить ТРОЙНУЮ КВАДРАТНУЮ ЛАМПОЧКУ! Затем я припаял два длинных тонких провода, которые позже будут подведены к регулируемой шейке и припаяны к основной плате. Я также нанес немного клея на каждую упаковку с четырьмя светодиодами, чтобы убедиться, что они останутся на месте.

Шаг 5: регулируемая шея и основание

Регулируемая шея Чтобы направлять «солнечный свет», который генерирует будильник, я решил добавить регулируемую шею. Сначала я подумал, что могу использовать кабелепровод для шеи, но, поскольку у меня ограниченные инструменты и оборудование в колледже, я не мог надежно прикрепить его к базе. Кроме того, его было довольно сложно сгибать, и он не слишком хорошо регулировался. В итоге я использовал только один из проводов внутри трубы. Получилось неплохо. Мне удалось закрепить его без каких-либо деталей, только через отверстие в основании. Я начал с того, что вынул один провод из кабелепровода и обернул его снаружи, создав красивую спираль. Затем я открутил только провод от кабелепровода. Затем я растянул его и соединил с черным конусом, о котором упоминал ранее. К черному конусу прилагается некоторая электрическая схема от фонарика, но она легко снимается. Теперь, когда у вас есть только пластиковый конус, проделайте два отверстия по краям, каждое достаточно большого размера, чтобы через него могла пройти проволока. Я накормил его, а затем опустил и вытащил с другой стороны, свернув под ним. Затем я использовал тонкий гибкий провод от кабелепровода, чтобы закрепить его. Два длинных провода, которые были припаяны ранее, можно пропустить через черный конус обратно, и лампу можно скрутить на месте. Я добавил немного клея, чтобы он держался. Основание Чтобы прикрепить регулируемую шейку, я просверлил отверстие 7/64 дюйма в деревянной основе и воткнул в нее проволоку. Она прилегает довольно плотно, поэтому клей не требуется, но она достаточно свободна, чтобы шею можно было поворачивать и скручивать. Два светодиода можно обернуть вокруг шеи и припаять к макетной плате. Для крепления платы я использовал четыре крепления для печатной платы. У меня было в наличии сверло для нарезания резьбы, но в этом не было необходимости. Если у вас нет насадки для нарезания резьбы, просто просверлите отверстие меньше винта и закрутите его плоскогубцами. Я прикрепил часы к основанию на липучке. Я не прикручивал его, так как у моих часов есть резервная батарея, и когда батарея разрядится, ее нужно будет заменить. Наконец, я добавил резиновые ножки по углам.

Шаг 6: Программа

Программа Чтобы запрограммировать ATMega168 с USB-соединением и платой Arduino, вам понадобится чип ATMega168, на котором уже установлен загрузчик Arduino. Это был самый простой способ запрограммировать микроконтроллер. Когда я купил свою плату, я купил дополнительный ATMega168 с загрузчиком от того же поставщика. Возможно, вам придется заплатить немного больше за предварительно запрограммированный чип, но для меня это того стоило, поскольку я не хотел возиться с последовательными кабельными адаптерами и т. Д. Я прикрепил код в виде файла.txt и.pde файл. Я не хотел делать это поучительно длинным, публикуя весь код. Я использовал последнюю версию среды программирования Arduino: arduino-0015. Что мне нравится в платах Arduino, так это то, что они содержат множество примеров, включенных в среду, программная среда бесплатна, и есть несколько страниц проектов и справки. Также очень легко создать коммутационную доску для самостоятельного запуска вашей программы. Я попытался прокомментировать код, насколько мне известно, поэтому я сведу описания к минимуму. Я использовал пример «Fading LED» от BARRAGAN, чтобы познакомиться с широтно-импульсной модуляцией (PWM), на которую способна ATMega168. У меня есть три утверждения «если». Первый угасал на более низких уровнях затемнения (0-75 из 255) медленнее, поскольку более высокие уровни выглядели одинаково. Второй быстрее затухает на верхних уровнях затемнения. Весь процесс перехода занимает 15 минут. Как только светодиоды достигнут полной яркости, песня будет воспроизводиться до тех пор, пока будильник не отключится. Первоначальный будильник был довольно раздражающим. Это был обычный звук будильника, который все ненавидят. Я подумал, а почему бы не использовать динамик, чтобы сочинить приятную песню, под которую можно просыпаться? Поскольку моя девушка любит The Beatles, и я знал, что у Hey Jude довольно простая мелодия, я решил использовать ее. Генерируется прямоугольная волна, а затем ШИМ используется для воспроизведения нот Hey Jude на пьезоэлектрическом динамике. Чтобы запрограммировать песню, я манипулировал примером «Мелодия» из примеров среды Arduino. Я нашел несколько простых нот и перевел их в примечания в коде. Мне пришлось увеличить количество проигрываемых нот до 41 и провести математические вычисления, чтобы вычислить ноту ниже, чем предусмотренная «до». Затем я имплантировал этот код в свой основной код. Чтобы запрограммировать чип, вам сначала нужно установить драйверы USB, поставляемые со средой Arduino. Затем выберите свою плату в раскрывающемся меню и выберите соответствующий COM-порт. Весь этот процесс подробно описан здесь: https://arduino.cc/en/Guide/Windows И на этом все! После программирования ATMega168 его можно вынуть из Arduino и вставить в прототипную схему!

Шаг 7: Заключение

Возможные улучшения После того, как я закончил работу с сигналом восхода солнца, я подумал о некоторых улучшениях или дополнительных функциях, которые я мог бы добавить. Одна из идей, которую я придумал, заключалась в том, чтобы включить лампу на полную яркость, чтобы ее можно было использовать в качестве лампы для чтения. Другой переключатель можно использовать для включения или выключения звука будильника. Печатная плата также могла быть намного меньше. У меня только что лежал этот, и я решил оставить его в целости и сохранности. Конечный продукт Вот он! Я добавил несколько фотографий того, как это выглядит, когда свет тускнеет. Я также снял видео, на котором звучит сигнал будильника «Эй, Джуд». Опять же, если у вас есть какие-либо вопросы по этому проекту, просто спросите, я люблю помогать!