Лампа восхода и захода солнца со светодиодами: 7 шагов (с изображениями)

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

Знаете, зимой тяжело вставать, потому что на улице темно и ваше тело просто не просыпается посреди ночи. Так что вы можете купить будильник, который будит вас светом. Эти устройства не такие дорогие, как несколько лет назад, но большинство из них выглядят действительно некрасиво. С другой стороны, когда вы приходите с работы домой, большую часть времени также темно. Так что великий закат тоже ушел. Зима кажется грустной, не правда ли? Но не для читателей это поучительное. В нем объясняется, как создать комбинированную лампу восхода и захода солнца из микроконтроллера Picaxe, некоторых светодиодов и некоторых других деталей. Светодиоды могут стоить вам 5-10 евро в зависимости от качества, а стоимость других деталей не должна превышать 20 евро. Таким образом, менее чем за 30 евро вы можете построить что-то действительно полезное и красивое, и эта инструкция не только объяснит вам, как это перестроить, но также покажет, как изменить это в соответствии с вашими индивидуальными предпочтениями.

Шаг 1. Вещи, которые нам нужны

Вам понадобятся: o12В или 24В источник питания o1 Picaxe 18M (или любой другой микроконтроллер) из https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA разъем для 3,5-мм телефонного разъема или любой другой подключение последовательного порта к микроконтроллеру для программирования кнопки picaxe o1 и 1 тумблера или 2 кнопок o1 IC7805 с конденсаторами, это преобразует нас 12 В или 24 В в 5 В, необходимые для работы микроконтроллера o1 IC ULN2803A, Это представляет собой массив транзисторов Дарлингтона для непосредственного использования на выходах уровня TTL. В качестве альтернативы используйте 8 одиночных транзисторов Дарлингтона с подходящими резисторами, но он также работает со стандартными транзисторами BC547. o1 полевой транзистор высокой мощности, такой как IRF520, или какой-либо другой транзистор Power-Darlington, например, BD649 o целый набор светодиодов разных цветов, таких как красный, желтый, белый, теплый белый, синий и ультрафиолетовый. Прочтите шаг 4 для получения дополнительной информации. o1 10k & -потенциометр, предпочтительно с длинной ручкой o1 300 & - потенциометр для целей тестирования o Некоторые резисторы, некоторые кабели, плата для построения схемы и, конечно, паяльник o Инструмент для измерения токов также был бы удобен, но не совсем необходимо В зависимости от используемого источника питания вам могут потребоваться дополнительные разъемы и корпус для светодиодов. Я использовал акриловую плату, которую я прикрепил к корпусу источника питания. В старых компьютерных мышках с разъемами D-Sub вы можете найти хорошую замену кабелю телефонного разъема, используемому для программирования пикаксиального кабеля. Picaxes и многие другие полезные вещи можно купить здесь: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Для остального просто обратитесь к своему местному дилеру.

Шаг 2: Схема-макет

ULN2803A - это массив Дарлингтона, состоящий из 8 отдельных драйверов Дарлингтона с подходящими резисторами на стороне входа, чтобы вы могли напрямую подключить выход микроконтроллера к входу UNL2803A. Если на вход поступит высокий уровень (5 В) от микроконтроллера, то выход будет подключен к GND. Это означает, что при высоком входном сигнале загорится соответствующая светодиодная лента. Каждый канал может использоваться с током до 500 мА. Стандартные сверхяркие 5-миллиметровые светодиоды обычно используют 25-30 мА на полоску, и даже восемь из них нагружают полевой транзистор только 200-250 мА, поэтому вы находитесь далеко от любых критических точек. Вы даже можете подумать об использовании светодиодов высокой мощности 5 Вт для пробуждения. Обычно они используют 350 мА при 12 В и могут также управляться этим массивом. Кнопка «S1» - это кнопка сброса микроконтроллера. Переключатель «S2» - это переключатель заката или рассвета. Вы также можете заменить его кнопкой и активировать закат с помощью прерывания в программном обеспечении. Потенциометр R11 действует как переключатель скорости. Мы используем способность АЦП Picaxes считывать положение потенциометра и использовать это значение в качестве шкалы времени. На рисунке показана первая плата, которую я построил с 7 отдельными транзисторами (BC547C) и резисторами для их управления. На момент сборки схемы у меня не было ULN2803, а теперь мне не хватает некоторых других частей. Поэтому я решил показать вам исходный макет, но также предоставить макет с новым массивом драйверов.

Шаг 3. Как выглядит закат?

Когда вы наблюдаете настоящий закат, вы можете заметить, что цвет света со временем меняется. Ярко-белый цвет, когда солнце все еще находится над горизонтом, меняется на ярко-желтый, затем на средний оранжевый, затем на темно-красный и после этого слабое голубовато-белое свечение, затем наступает темнота. Закат будет самой сложной частью устройства, потому что вы смотрите на него с полным сознанием, а мелкие ошибки довольно раздражают. Восход солнца - это, по сути, та же программа с перевернутым режимом, но поскольку вы все еще спите, когда начинается восход солнца, нам не нужно слишком беспокоиться о цветах. И, начиная свой закат, лежа, вы, возможно, не захотите начинать с яркого солнечного света, но утром важно получить максимальную отдачу от светодиодов. Так что удобно иметь разные последовательности для восхода и заката, но вы, конечно, можете свободно тестировать все, что захотите! Но эти различия в программах могут привести нас к разному выбору светодиодов для обеих программ.

Шаг 4: выбор светодиодов и расчет резисторов

Выбор светодиодов - творческая часть этого руководства. Итак, следующий текст - это просто мои предложения для вас. Не стесняйтесь варьировать и менять их, я расскажу, как это сделать. Цвета: Трудно плавно включить или выключить полосу со светодиодами совершенно нового цвета. Поэтому я рекомендую, чтобы каждая полоска содержала светодиоды всех цветов, но в изменяющемся количестве. Если мы представим, что закат перевернут, первая полоса будет содержать много красных светодиодов и, возможно, один белый, синий и ультрафиолетовый. Допустим, 5 красных, 2 желтых, 1 теплый белый и 1 УФ. Если хотите, можете заменить один из красных или желтых светодиодов оранжевым (полоса 2 на схеме). Затем на следующей более яркой полосе несколько красных будут заменены желтыми. Допустим, 2 красных, 5 желтых и 2 теплых белых (полоса 3 на схеме). В следующих полосках еще несколько красных будут заменены желтыми или даже белыми. Допустим, 1 красный, 1 желтый, 4 теплых белых и 1 синий. (полоса 4 на схеме) Следующая полоса может состоять из 3 светодиода холодного белого, 2 теплого белого и 1 синего светодиода. (полоса 5) Пока это четыре полосы для заката. Для Sunrise мы могли бы использовать оставшиеся три полосы с в основном холодными белыми и синими светодиодами. Если вы соедините 7-й и 8-й входы вместе, вы также можете использовать 4 полосы для восхода солнца или дать закату пятую полосу, как вам нравится. Вы могли заметить, что полосы, содержащие красные светодиоды, содержат больше светодиодов на полосу, чем чисто белые. Это вызвано разницей в минимальном напряжении для красных и белых светодиодов. Поскольку светодиоды действительно яркие, и даже уменьшение их яркости до 1% довольно много, я рассчитал, что полоса 1 с 3 красными, 2 желтыми и теплым белым светодиодами должна иметь всего 5 мА тока. Это делает эту полоску не такой яркой, как другие, и, следовательно, подходящей для последнего намёка на закат. Но я должен был снабдить эту полосу еще и УФ-светодиодом, на последний взгляд. Как рассчитать светодиоды и резисторы: светодиоды нуждаются в определенном напряжении для работы, и даже массив Дарлингтона использует 0,7 В на канал для своих собственных целей., поэтому рассчитать резистор очень просто. Для наших целей полевой транзистор практически не вызывает потери напряжения. Допустим, мы работаем от источника питания 24 В. Из этого напряжения мы вычитаем все номинальные напряжения для светодиодов и 0,7В для массива. То, что осталось, должно использоваться резистором при заданном токе. Давайте посмотрим на пример: первая полоса: 5 красных, 2 желтых, 1 теплый белый и 1 ультрафиолетовый светодиод. Один красный светодиод потребляет 2,1 В, поэтому для пяти из них требуется 10,5 В. V. Один желтый светодиод также потребляет 2,1 В, поэтому два из них - 4,2 В. Белый светодиод - 3,6 В, УФ-светодиод - 3,3 В, а массив 0,7 В. Это составляет 24 В -10,5 В - 4,2 В - 3,6 В - 3,3 В - 0,7 В = 1,7 В, который должен использоваться каким-либо резистором. Вы наверняка знаете закон Ома: R = U / I. Таким образом, резистор, который использует 1,7 В при 25 мА, имеет значение 1,7 В / 0,025 А = 68 Ом, которое можно купить в магазинах электроники. Чтобы рассчитать мощность, используемую резистором, просто рассчитайте P = U * I, это означает, что P = 1,7 В * 0,025 А = 0,0425 Вт. Таким образом, для этой цели достаточно небольшого резистора 0,25 Вт. Если вы используете более высокие токи или хотите сжечь больше вольт на резисторе, вам, возможно, придется использовать больший ток! По этой причине вы могли использовать только 6 высоковольтных белых светодиодов на 24 В. Но не все светодиоды действительно одинаковы, могут быть большие различия в потерях напряжения от светодиода к светодиоду. Поэтому мы используем второй потенциометр (300 Ом) и измеритель тока, чтобы отрегулировать ток каждой полосы до желаемого уровня (25 мА) в конечной цепи. Затем мы измеряем значение резистора, и это должно дать нам примерно расчетное значение. Если результат находится между двумя типами, выберите следующее более высокое значение, если вы хотите, чтобы полоса была немного темнее, или следующее меньшее значение, чтобы полоса была немного ярче. Я установил светодиоды на пластине из акрилового стекла, которую прикрепил к корпусу источника питания. Акриловое стекло можно легко просверлить и согнуть, если его нагреть примерно до 100 ° C в духовке. Как вы можете видеть на фотографиях, я также добавил к этому дисплею переключатель выбора восхода и заката. Потенциометр и кнопка сброса находятся на печатной плате.

Шаг 5: настройка программного обеспечения

Пикаксы очень легко программируются на базовом диалекте от производителя. Редактор и программное обеспечение предоставляются бесплатно. Конечно, можно также запрограммировать это на ассемблере для пустых PIC или для AVR Atmel, но это был один из моих первых проектов после того, как я протестировал picax. А пока я работаю над лучшей версией с несколькими ШИМ на AVR. Picax очень хороши для новичков, потому что требования к оборудованию очень просты, а базовый язык легко выучить. Менее чем за 30 евро вы можете начать исследовать удивительный мир микроконтроллеров. Недостатком дешевой микросхемы (18 Мбайт) является ограниченная оперативная память. Если вы выбрали другие функции или подключили picaxe по-другому, вам, возможно, придется настроить программу. Но, конечно, вам придется внести коррективы в переходы между отдельными полосами. Как вы можете видеть в листинге, переменная w6 (слово-переменная) действует как переменная счетчика и как параметр для ШИМ. При выбранной частоте ШИМ 4 кГц значения для продолжительности включения от 1% до 99% составляют от 10 до 990 соответственно. Выполняя вычисления в цикле, мы получаем почти экспоненциальное уменьшение или увеличение яркости светодиода. Это оптимально при управлении светодиодами с помощью ШИМ. При включении или выключении одной полоски это компенсируется программным обеспечением изменением значения ШИМ. Например, давайте посмотрим на закат. Первоначально выходы 0, 4 и 5 переключаются на высокий уровень, это означает, что соответствующие полоски включаются через ULN2803A. Затем контур уменьшал яркость до тех пор, пока переменная в w6 не стала меньше 700. В этот момент pin0 переключается на низкий уровень, а pin2 переключается на высокий. Новое значение w6 установлено на 900. Это означает, что лампа с полосками 0, 4 и 5 на уровне ШИМ 700 почти такая же яркая, как лампа с полосками 2, 4 и 5 на уровне ШИМ 800. Узнать больше эти значения вы должны проверить и попробовать другие значения. Старайтесь оставаться где-то посередине, потому что, когда вы слишком сильно приглушите лампу в первой петле, вы не сможете сделать много во второй петле. Это уменьшит эффект изменения цвета. Для настройки параметров ШИМ я использовал подпрограмму, которая также использует значение w5 для приостановки программы. На этом этапе в игру вступает скорость. Только во время запуска проверяется потенциометр, и значение сохраняется в w5. Количество шагов в каждом цикле программы фиксировано, но при изменении значения w5 с 750 примерно до 5100 пауза на каждом шаге изменяется с 0,75 с до 5 с. Число шагов в каждом цикле также можно отрегулировать, изменив долю экспоненциального де- или увеличения. Но следите за тем, чтобы не использовать дроби, потому что переменная w6 всегда целое число! Если вы использовали бы 99/100 как дробь и применили это к значению 10, это дало бы вам 9,99 в десятичных дробях, но снова 10 в целых числах. Также имейте в виду, что w6 не может превышать 65325! Чтобы ускорить тестирование, попробуйте закомментировать строку w5 = 5 * w5, это ускорит программу в 5 раз!:-)

Шаг 6: Установка в спальне

Я поставил свою лампу для заката на небольшой буфет с одной стороны комнаты, чтобы свет падал на потолок. По таймеру я включаю лампу за 20 минут до звонка будильника. Затем лампа автоматически запускает программу восхода солнца и медленно будит меня. Вечером я активирую функцию таймера сна на часах с таймером и включаю лампу с включенным переключателем заката. После запуска программы я немедленно переключаюсь на восход солнца на следующее утро. Затем я наслаждаюсь своим личным закатом и вскоре засыпаю.

Шаг 7: Модификации

При замене тумблера на кнопку необходимо переключиться на часть заката, активировав какое-либо прерывание в программе. Чтобы изменить напряжение питания, вы должны пересчитать отдельные светодиодные ленты и резисторы, потому что с 12 В вы можете управлять только 3 белыми светодиодами, и вам также понадобится другой резистор. Обходной путь - использовать источники постоянного тока, но это может стоить вам нескольких долларов и использовать еще несколько десятков вольт для регулирования. С 24 В вы можете управлять большим количеством светодиодов в одной полосе, чтобы контролировать такое же количество светодиодов с питанием 12 В, светодиоды должны быть разделены на две полосы, которые используются параллельно. Каждой из этих двух полосок нужен собственный резистор, и ток, накопленный через этот канал, увеличился более чем вдвое. Итак, вы видите, что нет смысла управлять всеми светодиодами на 5 В, что было бы удобно, но ток вырастет до нездорового уровня, а количество необходимых резисторов также резко возрастет. Чтобы использовать светодиоды высокой мощности с драйвером ULN2803, вы можете объединить два канала для лучшего управления температурой. Просто соедините два входа вместе на одном выводе микроконтроллера и два выхода на одной светодиодной ленте высокой мощности. И имейте в виду, что некоторые мощные светодиодные прожекторы имеют свою собственную цепь постоянного тока и не могут быть затемнены ШИМ в линии питания! В этой установке все части далеки от каких-либо ограничений. Если вы нажмете на край, у вас могут возникнуть тепловые проблемы с полевым транзистором или массивом Дарлингтона. И, конечно же, никогда не используйте 230 В переменного тока или 110 В переменного тока для управления этой схемой !!! Мой следующий шаг за пределы этой инструкции - подключить микроконтроллер к трем аппаратным ШИМ для управления мощным RGB-Spot.

Так что получайте удовольствие и наслаждайтесь привилегией вашего индивидуального заката и восхода солнца.