En soluppgångs- och solnedgångslampa med lysdioder: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:48

Du vet det, på vintern är det svårt att gå upp, för det är mörkt ute och din kropp kommer bara inte att vakna mitt i natten. Så du kan köpa en väckarklocka som väcker dig med ljus. Dessa enheter är inte så dyra som för några år sedan, men de flesta ser riktigt fula ut. Å andra sidan är det oftast också mörkt när du kommer hem från jobbet. Så den stora solnedgången är också borta. Vintertid verkar trist, eller hur? Men inte för läsarna av detta instruerbara. Den förklarar hur du bygger en kombinerad soluppgångs- och solnedgångslampa från en picaxe-mikrokontroller, några lysdioder och några andra delar. Lysdioderna kan kosta dig 5-10 euro beroende på kvaliteten och de andra delarna bör inte tjäna mer än 20 euro. Så med mindre än 30 euro kan du bygga något riktigt hjälpsamt och trevligt. Och denna instruerbara kommer inte bara att förklara hur du bygger om detta, utan också visa dig hur du ändrar det till dina individuella preferenser.

Steg 1: Saker vi behöver

Du behöver dessa saker: o12V eller 24V strömförsörjning o1 Picaxe 18M (eller någon annan mikrokontroller) från https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA-uttag för ett 3,5 mm telefonuttag eller någon annan anslutning från serieporten till mikrokontrollern för att programmera picaxe o1 tryckknapp och 1 vippströmbrytare, eller 2 tryckknappar o1 IC7805 med kondensatorer, detta omvandlar oss till 12V eller 24V till 5V vi behöver för att styra mikrokontrollern o1 IC ULN2803A, Detta är en Darlington Transistor Array för direkt användning på TTL-nivåutgångar. Alternativt kan du använda 8 enkla Darlington-transistorer med lämpliga motstånd men det fungerar också med vanliga BC547-transistorer. o1 High-Power FET som IRF520, eller någon annan Power-Darlington-transistor som BD649 oEtt gäng lysdioder, olika färger som rött, gult, vitt, varmvitt, blått och ultraviolett. Läs steg 4 för ytterligare information. o1 10k & -potentiometer, att föredra med en lång vred o1 300 &-potentiometer för teständamål o Några motstånd, några kablar, ett kort för att bygga kretsen och naturligtvis ett lödkolv oA mätverktyg för strömmar skulle också vara praktiskt, men är inte absolut nödvändig Beroende på vilken strömkälla du använder kan du behöva ytterligare kontakter och ett hölje för lysdioderna. Jag använde en akrylskiva som jag fixade till strömförsörjningens hölje. I äldre datormöss med D-sub-kontakter kan du hitta ett bra substitut för telefonjacket som används för att programmera picaxen. Picaxer och många andra användbara saker kan köpas här: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ För resten, kolla in din lokala återförsäljare.

Steg 2: Circuit-layout

ULN2803A är en darlington-array, som består av 8 individuella darlington-drivrutiner med lämpliga motstånd på ingångssidan så att du direkt kan ansluta utsignalen från mikrokontrollen till ingången till UNL2803A. Om ingången får en hög nivå (5V) från mikrokontrollern, kommer utgången att anslutas till GND. Detta innebär att en hög på ingången tänder respektive LED-remsa. Varje kanal kan användas med en ström upp till 500mA. Standard ultrabright 5mm lysdioder använder normalt 25-30mA per remsa och till och med åtta av dem kommer att stressa FET bara med 200-250mA, så du är långt ifrån kritiska punkter. Du kanske till och med funderar på att använda högeffekts 5W lysdioder för väckningsljuset. De använder vanligtvis 350mA vid 12V och kan också drivas av denna array. Tryckknappen "S1" är återställningsknappen för mikrokontrollern. Brytaren "S2" är väljaren för solnedgång eller gryning. Du kan också ersätta den med en tryckknapp och aktivera solnedgången genom ett avbrott i programvaran. Potentiometern R11 fungerar som en väljare för hastighet. Vi använder picaxes ADC -förmåga att läsa ut potentiometrarnas position och använda detta värde som tidsskala. Bilden visar det första kortet som jag byggde med 7 individuella transistorer (BC547C) och motstånden för att driva dem. Jag hade inte ULN2803 när jag byggde kretsen, och nu saknar jag några andra delar. Så jag bestämde mig för att visa dig den ursprungliga layouten, men också ge layouten den nya drivrutinsmatrisen.

Steg 3: Hur ser solnedgången ut?

När du observerar en riktig solnedgång kanske du inser att ljusets färg förändras med tiden. Från en ljus vit när solen fortfarande är över horisonten ändras den till en ljusgul sedan till en medelorange sedan till en mörk röd och efter det en låg blåaktig vit glöd, då finns det mörker. Solnedgången kommer att vara den svåraste delen av enheten eftersom du tittar på den med fullt medvetande och små misstag är ganska irriterande. Soluppgången är i princip samma program omvänt men eftersom du fortfarande sover när soluppgången börjar behöver vi inte oroa oss för mycket för färger. Och när du börjar solnedgången när du lägger dig kanske du inte vill börja med starkt solsken men på morgonen är det viktigt att få ut det mesta av lysdioderna. Så det är bekvämt att ha olika sekvenser för soluppgång och solnedgång, men du kan naturligtvis testa vad du vill! Men dessa skillnader i programmen kan leda till ett annat urval av lysdioder för båda programmen.

Steg 4: Välj lysdioder och beräkna resistorerna

Att välja lysdioder är den kreativa delen av detta instruerbara. Så följande text är bara ett förslag från mig till dig. Variera gärna och ändra dem, jag kommer att berätta hur du gör detta. Färger: Det är svårt att smidigt slå på eller av en remsa med lysdioder i en helt ny färg. Så min rekommendation är att varje remsa innehåller lysdioder i alla färger men i ändrade mängder. Om vi föreställer oss att solnedgången vänds skulle den första remsan innehålla många röda lysdioder och kanske en vit, en blå och en UV -lampa. Så låt oss säga 5 röda, 2 gula, 1 varmvita och 1 UV. Om du vill kan du ersätta en av de röda eller gula lysdioderna med en orange (remsa 2 i schemat) Nästa ljusare remsa skulle då ha några röda som ersätts med gula. Låt oss säga 2 röda, 5 gula och 2 varmvita (remsa 3 i schematisk bild) I de nästa remsorna kommer några fler röda att ersättas med gula eller till och med vita. Låt oss säga 1 röd, 1 gul, 4 varmvit och 1 blå. (remsa 4 i schemat) Nästa remsa kan bestå av 3 kallvita, 2 varmvita och 1 blå lysdioder. (remsa 5) Detta skulle vara fyra remsor för solnedgång hittills. För Sunrise kunde vi använda de resterande tre remsorna med främst kallvita och blå lysdioder. Om du ansluter den sjunde och den åttonde ingången tillsammans kan du också använda 4 remsor för soluppgång, eller ge solnedgång en femte remsa, precis som du vill. Du kanske har märkt att remsorna som innehåller röda lysdioder har fler lysdioder per remsa än de rent vita. Detta orsakas av skillnaden i minsta spänning för röda och vita lysdioder. Eftersom lysdioderna är riktigt ljusa och att även dimma ner till 1% är ganska mycket, beräknade jag remsa 1 med 3 röda, 2 gula och en varmvit LED att ha endast 5mA ström. Detta gör den här remsan inte lika ljus som de andra och därför lämplig för den sista antydan till solnedgång. Men jag borde ha gett denna remsa en UV-LED också, för sista ögonkastet. Hur man beräknar lysdioderna och motstånden: Lysdioderna behöver en viss spänning för att fungera och även darlington-arrayen använder 0,7V per kanal för sitt eget ändamål, så att beräkna motståndet är mycket enkelt. FET orsakar praktiskt taget ingen spänningsförlust för våra ändamål. Låt oss säga att vi arbetar med 24V från strömförsörjningen. Från denna spänning drar vi alla nominella spänningar för lysdioderna och 0,7V för matrisen. Det som är kvar måste användas av motståndet vid den angivna strömmen. Låt oss titta på ett exempel: första remsan: 5 röda, 2 gula, 1 varmvita och 1 uv -LED. En röd lysdiod tar 2,1V, så fem av dem tar 10,5 V. En gul lysdiod tar också 2,1V, så två av dem tar 4,2V. Den vita lysdioden tar 3,6V, UV -lysdioden tar 3,3V och matrisen 0,7V. Detta gör 24V -10,5V - 4,2V - 3,6V - 3.3V - 0.7V = 1.7V som måste användas av något motstånd. Du känner säkert till Ohms lag: R = U/I. Så ett motstånd som använder 1,7V vid 25mA har ett värde på 1,7V/0,025A = 68 Ohm som är tillgängligt i elektroniska butiker. För att beräkna effekten som används av motståndet beräknar du bara P = U * I, detta betyder P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Så ett litet 0,25W motstånd räcker för detta ändamål. Om du använder högre strömmar eller vill bränna mer volt i motståndet kan du behöva använda en större! Det är anledningen till att du bara kan använda 6 högspänningskrävande vita lysdioder på 24 V. Men inte alla lysdioder är riktigt desamma, det kan finnas stora skillnader i spänningsförlusten från LED till LED. Så vi använder den andra potentiometern (300?) Och en strömmätare för att justera strömmen för varje remsa till önskad nivå (25mA) i den slutliga kretsen. Sedan mäter vi motståndets värde och detta borde ge oss något kring det beräknade värdet. Om resultatet är något mellan två typer väljer du nästa högre värde om du vill att remsan ska vara lite mörkare eller nästa lägre värde för att remsan ska bli lite ljusare. Jag installerade lysdioderna i en akrylglasskiva som jag fixade till strömkällan. Akrylglas kan enkelt borras och böjas om det värms till cirka 100 ° C i ugnen. Som du kan se på bilderna har jag också lagt till reglaget för soluppgång - solnedgång till denna display. Potentiometern och återställningsknappen finns på kretskortet.

Steg 5: Justera programvaran

Picaxerna är mycket enkla att programmera med någon grundläggande dialekt från leverantören. Editoren och programvaran är gratis. Naturligtvis kan man också programmera detta i assembler för tomma PIC eller Atmel AVR, men det här var ett av mina första projekt efter att jag testat picaxerna. Under tiden arbetar jag på en bättre version med flera PWM på en AVR. Picaxerna är mycket bra för nybörjare eftersom kraven på hårdvaran är mycket enkla och grundspråket är lätt att lära sig. Med mindre än 30 € kan du börja utforska den underbara världen av mikrokontroller. Nackdelen med detta billiga chip (18M) är det begränsade RAM -minnet. Om du väljer andra funktioner eller ansluter picaxen annorlunda kan du behöva justera programmet. Men visst måste du göra justeringar av övergångarna mellan individremsorna. Som du kan se i listan fungerar variabeln w6 (en ordvariabel) som en motvariabel och som parameter för PWM. Med den valda PWM-frekvensen på 4 kHz är värdena för 1% till 99% drifttid 10 till 990 respektive. Med beräkningarna i slingan får vi en nästan exponentiell minskning eller ökning av LED-ljusstyrka. Detta är det optimala när du styr lysdioder med PWM. När man sätter på eller stänger av en remsa kompenseras detta av programvaran genom att ändra värdet på PWM. Låt oss till exempel titta på solnedgången. Ursprungligen växlas utgångarna 0, 4 och 5 högt, det betyder att respektive remsor slås på via ULN2803A. Sedan minskade slingan ljusstyrkan tills variabeln i w6 är mindre än 700. Vid denna tidpunkt stiftas pin0 lågt och pin2 växlas högt. Det nya värdet för w6 är satt till 900. Det betyder att lampan med remsor 0, 4 och 5 på PWM-nivå 700 är nästan lika ljus som lampan med remsor 2, 4 och 5 på PWM-nivå 800. För att ta reda på det dessa värden måste du testa runt och prova några olika värden. Försök att stanna någonstans i mitten, för när du dämpar ner lampan i den första slingan för mycket kan du inte göra mycket i den andra slingan. Detta minskar färgförändringseffekten. För att justera PWM-inställningarna använde jag en subrutin som också använder värdet av w5 för att pausa programmet. Vid denna tidpunkt kommer hastigheten i spelet. Endast vid uppstart kontrolleras potentiometern och värdet lagras i w5. Antalet steg i varje loop av programmet är fast, men genom att ändra värdet på w5 från 750 till runt 5100 ändras pausen i varje steg från 0,75s till 5s. Antalet steg i varje slinga kan också justeras genom att ändra fraktionen för den exponentiella de- eller ökningen. Men se till att inte använda för små bråk, eftersom variabeln w6 alltid är ett helt tal! Om du skulle använda 99/100 som en bråkdel och tillämpa det på ett värde på 10, skulle det ge dig 9,99 i decimaler men igen 10 i heltal. Tänk också på att w6 kanske inte överstiger 65325! För att påskynda testningen, försök att kommentera raden med w5 = 5*w5, detta kommer att påskynda programmet med en faktor 5!:-)

Steg 6: Installation i sovrummet

Jag placerade min solnedgångslampa på ett litet skåp på ena sidan av rummet så att ljuset lyser till taket. Med en timerklocka slår jag på lampan 20 minuter innan larmet ringer. Lampan startar sedan automatiskt soluppgångsprogrammet och väcker mig långsamt. På kvällen aktiverar jag timer-timer-funktionen för timerklockan och slår på lampan med solnedgångsknappen på. Efter att programmet har startat går jag omedelbart tillbaka till soluppgången, för nästa morgon. Sedan njuter jag av min personliga solnedgång och somnar snart.

Steg 7: Ändringar

När du byter omkopplaren med en tryckknapp måste du växla till solnedgången genom att aktivera ett avbrott i programmet. För att ändra matningsspänningen måste du räkna om de enskilda LED-remsorna och motstånden, för med 12V kan du bara driva 3 vita lysdioder och du behöver också ett annat motstånd. En lösning skulle vara att använda konstanta strömkällor, men dessa kan kosta dig en del pengar och använda ytterligare några tiotals volt för reglering. Med 24V kan du köra många lysdioder i en remsa, för att styra samma mängd lysdioder med 12V matning måste lysdioderna separeras i två remsor som används parallellt. Var och en av dessa två remsor behöver sitt eget motstånd och den ackumulerade strömmen genom denna kanal har mer än fördubblats. Så du ser att det inte är meningsfullt att köra alla lysdioder med 5V, vilket skulle vara bekvämt, men strömmen skulle stiga till en ohälsosam nivå och mängden motstånd som behövs skulle också skjuta i höjden. För att använda högeffekts -lysdioder med ULN2803 -drivrutinen kan du kombinera två kanaler för en bättre termisk hantering. Anslut bara två ingångar tillsammans på en mikrokontroller-stift och två utgångar på en högeffektiv LED-remsa. Och kom ihåg att vissa LED-fläckar med hög effekt har sin egen konstanta strömkrets och kanske inte dämpas av PWM i kraftledningen! I denna inställning är alla delar långt borta från alla gränser. Om du trycker sakerna till kanten kan du få termiska problem med FET eller darlington -arrayen. Och använd naturligtvis aldrig 230V AC eller 110V AC för att driva denna krets !!! Mitt nästa steg bortom detta instruerbara är att koppla ihop en mikrokontroller med tre hårdvaru-PWM för att styra en högeffekts RGB-spot.

Så ha kul och njut av förmånen för din individuella solnedgång och soluppgång.