Лампа за изгрев и залез със светодиоди: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:56

Знаеш, че през зимата е трудно да станеш, защото навън е тъмно и тялото ти просто няма да се събуди посред нощ. Така че можете да си купите будилник, който да ви събуди със светлина. Тези устройства не са толкова скъпи, както преди няколко години, но повечето от тях изглеждат наистина грозни. От друга страна, през повечето време също е тъмно, когато се приберете от работа. Така че големият залез също си отиде. Зимата изглежда тъжна, нали? Но не и за читателите на тази инструкция. Обяснява ви как да изградите комбинирана лампа за изгрев и залез слънце от микроконтролер picaxe, някои светодиоди и няколко други части. Светодиодите може да ви струват 5-10 евро в зависимост от качеството, а другите части не трябва да струват повече от 20 евро. Така че с по -малко от 30 евро можете да изградите нещо наистина полезно и хубаво. И тази инструкция не само ще ви обясни как да го възстановите, но и ще ви покаже как да го промените според вашите индивидуални предпочитания.

Стъпка 1: Неща, от които се нуждаем

Нуждаете се от следните неща: o12V или 24V захранване o1 Picaxe 18M (или всеки друг микроконтролер) от https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA гнездо за 3.5 мм телефонна жака или всяка друга връзка от серийния порт към микроконтролера за програмиране на бутон picaxe o1 и 1 превключвател, или 2 бутона o1 IC7805 с кондензатори, това ни преобразува 12V или 24V в 5V, от които се нуждаем за работа на микроконтролера o1 IC ULN2803A, Това е транзисторен масив от Дарлингтън за директна употреба на изходи на ниво TTL. Като алтернатива използвайте 8 единични Darlington-транзистора с подходящи резистори, но той работи и със стандартните BC547-транзистори. o1 Мощен FET като IRF520 или друг Power-Darlington транзистор като BD649 o Цял куп светодиоди, различни цветове като червено, жълто, бяло, топлобяло, синьо и ултравиолетово. Прочетете стъпка 4 за допълнителна информация. o1 10k & -потенциометър, за предпочитане с дълго копче o1 300 &-потенциометър за изпитване необходимо В зависимост от източника на захранване, който използвате, може да се нуждаете от допълнителни конектори и корпус за светодиодите. Използвах акрилна дъска, която фиксирах към корпуса на захранването. Picaxes и много други полезни неща могат да бъдат закупени тук: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ За останалите просто проверете местния дилър.

Стъпка 2: Оформление на веригата

ULN2803A е масив от Дарлингтън, състоящ се от 8 отделни драйвера на Дарлингтън с подходящи резистори от входната страна, така че да можете директно да свържете изхода от микроконтролера към входа на UNL2803A. Ако входът получи високо ниво (5V) от микроконтролера, тогава изходът ще бъде свързан към GND. Това означава, че високо на входа ще светне съответната LED лента. Всеки канал може да се използва с ток до 500 mA. Стандартните ултра ярки 5 mm светодиоди обикновено използват 25-30 mA на лента и дори осем от тях ще натоварват FET само с 200-250 mA, така че сте далеч от всякакви критични точки. Може дори да помислите за използването на 5W светодиоди с висока мощност за светлината за събуждане. Те обикновено използват 350mA при 12V и също могат да бъдат задвижвани от този масив. Бутонът "S1" е бутонът за нулиране на микроконтролера. Превключвателят "S2" е селекторът на залез или зора. Можете също така да го замените с бутон и да активирате залеза чрез прекъсване в софтуера. Потенциометърът R11 действа като селектор за скоростта. Използваме Picaxes ADC способността да отчита позицията на потенциометъра и да използваме тази стойност като времева скала. Снимката показва първата платка, която изградих със 7 отделни транзистора (BC547C) и резисторите за тяхното задвижване. Нямах ULN2803 по време на изграждането на веригата и сега ми липсват някои други части. Затова реших да ви покажа оригиналното оформление, но също така да осигуря оформлението с новия драйвер-масив.

Стъпка 3: Как изглежда залезът?

Когато наблюдавате истински залез, може да разпознаете, че цветът на светлината се променя с течение на времето. От ярко бяло, когато слънцето все още е над хоризонта, то се променя в ярко жълто, след това в средно оранжево, след това в тъмночервено и след това в ниско синкаво бяло сияние, след което има тъмнина. Залезът ще бъде най -трудната част от устройството, защото го гледате с пълно съзнание и малките грешки са доста досадни. Изгревът е основно същата програма, която е обърната, но тъй като все още спите, когато изгревът започне, не е нужно да се притесняваме твърде много за цветовете. И започвайки залеза си, когато легнете, може да не искате да започнете с ярко слънце, но сутрин е важно да извлечете максимума от светодиодите. Така че е удобно да има различни последователности за изгрев и залез, но вие сте свободни да тествате всичко, което харесвате, разбира се! Но тези разлики в програмите, може да ни доведат до различен избор на светодиоди и за двете програми.

Стъпка 4: Избор на светодиоди и изчисляване на резисторите

Изборът на светодиоди е творческата част на тази инструкция. Така че следният текст е само предложения от мен към вас. Чувствайте се свободни да ги променяте и променяте, аз ще ви кажа как да направите това. Цветове: Трудно е плавно да включвате или изключвате лента със светодиоди с изцяло нов цвят. Така че моята препоръка е всяка лента да съдържа светодиоди от всички цветове, но в променящи се количества. Ако си представим обратния залез, първата лента ще съдържа много червени светодиоди и може би един бял, син и UV. Нека кажем 5 червени, 2 жълти, 1 топло бяло и 1 UV. Ако искате, можете да замените един от червените или жълтите светодиоди с оранжев (лента 2 в схемата) Следващата по -ярка лента ще има няколко червени, заменени с жълти. Да кажем 2 червени, 5 жълти и 2 топли бели (лента 3 в схематично изображение) В следващите ленти ще бъдат заменени още няколко червени с жълти или дори бели. Да кажем 1 червено, 1 жълто, 4 топло бяло и 1 синьо. (лента 4 на схемата) Следващата лента може да се състои от 3 студено бели, 2 топло бели и 1 син светодиод. (лента 5) Това би било четири ленти за залез досега. За Sunrise бихме могли да използваме останалите три ленти с главно студени бели и сини светодиоди. Ако свържете 7 -ми и 8 -ми вход заедно, можете също да използвате 4 ленти за изгрев или да дадете на залез пета лента, както искате. Може би сте забелязали, че лентите, съдържащи червени светодиоди, имат повече светодиоди на лента, отколкото чисто белите. Това се дължи на разликата в минималното напрежение за червените и белите светодиоди. Тъй като светодиодите са наистина ярки и дори затъмняването им до 1% е доста, изчислих лента 1 с 3 червени, 2 жълти и топло бял светодиод, за да има само 5mA ток. Това прави тази лента не толкова ярка като останалите и затова е подходяща за последния намек за залез. Но трябваше да дам на тази лента и UV-LED, за последен поглед. Как да се изчислят светодиодите и резисторите: Светодиодите се нуждаят от определено напрежение, за да работят и дори масивът Darlington използва 0.7V на канал за собствени цели, така че изчисляването на резистора е много просто. FET практически не причинява загуба на напрежение за нашите цели. Да предположим, че работим при 24V от захранването. От това напрежение изваждаме всички номинални напрежения за светодиодите и 0.7V за масива. Това, което е останало, трябва да се използва от резистора при дадения ток. Нека разгледаме пример: първа лента: 5 червени, 2 жълти, 1 топлобял и 1 uv LED. Един червен светодиод отнема 2,1 V, така че пет от тях отнемат 10,5 V. Един жълт светодиод също приема 2,1 V, така че два от тях приемат 4,2 V. Белият светодиод приема 3,6 V, UV светодиодът приема 3,3 V, а решетката 0,7 V. Това прави 24 V -10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3.3V - 0.7V = 1.7V, които трябва да се използват от някой резистор. Със сигурност знаете закона на Ом: R = U/I. Така че резистор, който използва 1.7V при 25mA, има стойност 1.7V/0.025A = 68 Ohm, която се предлага в електронните магазини. За да изчислите мощността, използвана от резистора, просто изчислете P = U * I, това означава P = 1.7V * 0.025A = 0.0425 W. Така че малък 0.25W резистор е достатъчен за тази цел. Ако използвате по -високи токове или искате да изгорите повече волта в резистора, може да се наложи да използвате по -голям! Това е причината, поради която можете да работите само с 6 бели светодиода, консумиращи високо напрежение, на 24 V. Но не всички светодиоди са наистина еднакви, може да има големи разлики в загубата на напрежение от LED към LED. Затова използваме втория потенциометър (300?) И токомер, за да регулираме тока на всяка лента до желаното ниво (25mA) в крайната верига. След това измерваме стойността на резистора и това трябва да ни даде нещо около изчислената стойност. Ако резултатът е нещо между два типа, изберете следващата по -висока стойност, ако искате лентата да е малко по -тъмна или следващата по -ниска стойност, за да бъде малко по -ярка. Инсталирах светодиодите в акрилна стъклена дъска, която фиксирах към корпуса на източника на захранване. Акрилното стъкло може лесно да се пробива и огъва, ако се нагрее до около 100 ° C във фурната. Както можете да видите на снимките, към този дисплей добавих и превключвател за избор на изгрев - залез. Потенциометърът и бутонът за нулиране са на платката.

Стъпка 5: Регулиране на софтуера

Пикаксите са много лесно програмируеми от някакъв основен диалект от доставчика. Редакторът и софтуерът са безплатни. Разбира се, това може да се програмира и в асемблер за празни PIC или за Atmel AVR, но това беше един от първите ми проекти, след като тествах пикаксите. Междувременно работя върху по -добра версия с няколко ШИМ на AVR. Пикаксите са много добри за начинаещи, тъй като изискванията към хардуера са много прости и основният език е лесен за научаване. С по -малко от 30 € можете да започнете да изследвате прекрасния свят на микроконтролерите. Недостатъкът на този евтин чип (18M) е ограничената RAM. Ако сте избрали други функции или сте свързали picaxe различно, може да се наложи да коригирате програмата. Но със сигурност ще трябва да направите корекции в преходите между отделните ленти. Както можете да видите в списъка, променливата w6 (дума-променлива) действа като контра-променлива и като параметър за PWM. При избраната ШИМ честота от 4kHz стойностите за 1% до 99% време на работа са съответно 10 до 990. С изчисленията в цикъла получаваме почти експоненциално намаляване или увеличаване на яркостта на LED. Това е оптималното, когато управлявате светодиоди с ШИМ. При включване или изключване на една лента, това се компенсира от софтуера чрез промяна на стойността на ШИМ. Нека например погледнем залеза. Първоначално изходите 0, 4 и 5 са включени високо, което означава, че съответните ленти се включват чрез ULN2803A. След това контурът намалява яркостта, докато променливата в w6 е по -малка от 700. В този момент pin0 се превключва ниско, а pin2 се превключва високо. Новата стойност на w6 е зададена на 900. Това означава, че лампата с ленти 0, 4 и 5 на ШИМ ниво 700 е почти толкова ярка, колкото лампата с ленти 2, 4 и 5 на ниво ШИМ 800. За да разберете тези стойности трябва да изпробвате и да опитате някои различни стойности. Опитайте се да останете някъде по средата, защото когато затъмните лампата в първия контур твърде много, не можете да направите много във втория цикъл. Това ще намали ефекта на промяна на цвета. За да коригирам PWM-настройките, използвах подпрограма, която също използва стойността на w5 за пауза на програмата. В този момент скоростта идва в играта. Само при стартиране потенциометърът се проверява и стойността се съхранява в w5. Броят на стъпките във всеки цикъл на програмата е фиксиран, но чрез промяна на стойността на w5 от 750 на около 5100, паузата във всяка стъпка се променя от 0,75s на 5s. Броят на стъпките във всеки цикъл може също да се регулира чрез промяна на фракцията за експоненциалното намаляване или увеличаване. Но не използвайте малки дроби, защото променливата w6 винаги е цяло число! Ако използвате 99/100 като дроб и приложите това към стойност 10, това ще ви даде 9,99 в десетични знаци, но отново 10 в цели числа. Имайте предвид също, че w6 може да не надвишава 65325! За да ускорите тестването, опитайте да коментирате реда с w5 = 5*w5, това ще ускори програмата с фактор 5!:-)

Стъпка 6: Инсталиране в спалнята

Поставих лампата за залез слънце върху малък шкаф от едната страна на стаята, така че светлината да свети до тавана. Чрез часовник на таймера включвам лампата 20 минути преди алармата да звъни. След това лампата автоматично стартира програмата за изгрев и бавно ме събужда. Вечерта активирам функцията таймер за заспиване на часовника на таймера и включвам лампата с включен залез. След като програмата стартира, веднага се връщам към изгрев слънце за следващата сутрин. Тогава се наслаждавам на личния си залез и скоро заспивам.

Стъпка 7: Промени

Когато подменяте превключвателя с бутон, трябва да превключите към част от залеза, като активирате известно прекъсване в програмата. За да промените захранващото напрежение, трябва да преизчислите отделните LED ленти и резисторите, защото с 12V можете да управлявате само 3 бели светодиода и имате нужда и от различен резистор. Решение би било да се използват източници на постоянен ток, но това може да ви струва няколко долара и да използвате още няколко десетки волта за регулиране. С 24V можете да управлявате много светодиоди в една лента, за да контролирате същото количество светодиоди с 12V захранване, светодиодите трябва да бъдат разделени на две ленти, които се използват паралелно. Всяка от тези две ленти се нуждае от собствен резистор и натрупаният ток през този канал се е увеличил повече от два пъти. Виждате, че няма смисъл да задвижвате всички светодиоди с 5V, което би било удобно, но токът ще се повиши до нездравословно ниво и необходимото количество резистори също ще скочи. За да използвате светодиоди с висока мощност с драйвера ULN2803, можете да комбинирате два канала за по -добро управление на топлината. Просто свържете два входа заедно на един щифт на микроконтролер и два изхода на една LED лента с висока мощност. И имайте предвид, че някои светодиодни точки с висока мощност идват със собствена верига с постоянен ток и може да не бъдат затъмнени от ШИМ в електропровода! В тази настройка всички части са далеч от всякакви граници. Ако избутате нещата до ръба, може да получите термични проблеми с FET или масива на Дарлингтън. И разбира се никога не използвайте 230V AC или 110V AC, за да управлявате тази верига !!! Следващата ми стъпка извън тази инструкция е да свържа микроконтролер с три хардуерни ШИМ за управление на RGB-Spot с висока мощност.

Затова се забавлявайте и се насладете на привилегията на вашия индивидуален залез и изгрев.