Východ a západ slnka s LED diódami: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Viete to, v zime je ťažké vstať, pretože vonku je tma a vaše telo sa len tak neprebudí uprostred noci. Môžete si teda kúpiť budík, ktorý vás zobudí svetlom. Tieto zariadenia nie sú také drahé ako pred niekoľkými rokmi, ale väčšina z nich vyzerá naozaj škaredo. Na druhej strane, väčšinu času je aj tma, keď prídete domov z práce. Odišiel teda aj veľký západ slnka. Zdá sa, že zima je smutná, však? Ale nie pre čitateľov tohto návodu. Vysvetľuje vám, ako zostaviť kombinovanú lampu východu a západu slnka z mikrokontroléra picaxe, niektorých diód LED a niekoľkých ďalších častí. LED diódy vás môžu stáť 5-10 EUR v závislosti od kvality a ostatné diely by nemali zarobiť viac ako 20 EUR. Takže s menej ako 30 eurami môžete postaviť niečo skutočne nápomocné a pekné. A tento návod vám nielen vysvetlí, ako to obnoviť, ale tiež vám ukáže, ako to upraviť podľa svojich individuálnych preferencií.

Krok 1: Veci, ktoré potrebujeme

Potrebujete tieto veci: o12V alebo 24V napájací zdroj o1 Picaxe 18M (alebo akýkoľvek iný mikrokontrolér) z https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA zásuvka pre 3,5 mm telefónny konektor alebo akýkoľvek iný prepojenie zo sériového portu na mikrokontrolér na programovanie tlačidla picaxe o1 a 1 prepínača alebo 2 tlačidiel o1 IC7805 s kondenzátormi, ktoré nás prevedie 12 V alebo 24 V na 5 V, ktoré potrebujeme na ovládanie mikrokontroléra o 1 IC ULN2803A, tento je Darlingtonovo tranzistorové pole na priame použitie na výstupoch na úrovni TTL. Alternatívne môžete použiť 8 jednoduchých Darlingtonových tranzistorov s vhodnými odpormi, ale funguje to aj so štandardnými tranzistormi BC547. o1 Vysokovýkonný FET ako IRF520 alebo iný výkonovo-Darlingtonský tranzistor ako BD649 o Celá rada LED diód, rôznych farieb ako červená, žltá, biela, teplá biela, modrá a ultrafialová. Ďalšie informácie si prečítajte v kroku 4. o1 10k & -potenciometer, vhodnejší s dlhým gombíkom o1 300 &-potenciometer na testovacie účely oNiektoré odpory, niektoré káble, doska na stavbu obvodu a samozrejme spájkovačka oA merací prístroj na prúdy by boli tiež praktické, ale nie sú absolútne nevyhnutné V závislosti od zdroja energie, ktorý používate, budete potrebovať ďalšie konektory a kryt pre LED diódy. Použil som akrylovú dosku, ktorú som pripevnil k puzdru napájacieho zdroja. U starších počítačových myší s konektormi D-Sub môžete nájsť dobrú náhradu za telefónny konektor, ktorý sa používa na programovanie picaxu. Picaxe a mnoho ďalších užitočných vecí je možné kúpiť tu: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Vo zvyšku sa obráťte na miestneho predajcu.

Krok 2: Rozloženie obvodu

ULN2803A je darlingtonové pole, ktoré sa skladá z 8 individuálnych darlingtonových meničov s vhodnými odpormi na vstupnej strane, takže môžete priamo pripojiť výstup z mikrokontroléra na vstup UNL2803A. Ak vstup dostane z mikrokontroléra vysokú úroveň (5V), výstup bude pripojený k GND. To znamená, že vysoký vstup rozsvieti príslušný pás LED. Každý kanál je možné použiť s prúdom až 500mA. Štandardné ultraľahké 5mm LED diódy bežne používajú 25-30mA na pásik a dokonca osem z nich bude namáhať FET iba s 200-250mA, takže budete ďaleko od kritických bodov. Môžete dokonca uvažovať o použití vysoko výkonných 5W LED diód na prebudenie. Obvykle používajú 350mA pri 12V a môžu byť tiež poháňané týmto poľom. Tlačidlo "S1" je resetovacie tlačidlo pre mikrokontrolér. Prepínač "S2" je voličom západu alebo svitania. Môžete ho tiež nahradiť tlačidlom a aktivovať západ slnka prerušením softvéru. Potenciometer R11 funguje ako volič rýchlosti. Používame schopnosť ADC picaxov na čítanie polohy potenciometra a túto hodnotu používame ako časový rámec. Obrázok ukazuje prvú dosku, ktorú som postavil so 7 jednotlivými tranzistormi (BC547C) a odpory na ich pohon. V čase, keď som staval obvod, som nemal ULN2803, a teraz mi chýbajú niektoré ďalšie diely. Preto som sa rozhodol ukázať vám pôvodné rozloženie, ale tiež poskytnúť rozloženie s novým poľom ovládačov.

Krok 3: Ako vyzerá západ slnka?

Keď pozorujete skutočný západ slnka, môžete rozpoznať, že farba svetla sa v priebehu času mení. Z jasne bielej, keď je slnko stále nad obzorom, sa zmení na jasne žltú, potom na stredne oranžovú, potom na tmavočervenú a potom na slabú modrastú bielu žiaru, potom nastane tma. Západ slnka bude najťažšou súčasťou zariadenia, pretože ho sledujete s plným vedomím a malé chyby sú dosť nepríjemné. Východ slnka je v zásade ten istý program, ktorý je obrátený, ale pretože stále spíte, keď začína východ slnka, s farbami sa nemusíme príliš zaoberať. A keď začínate pri západe slnka, možno nebudete chcieť začať s jasným slnečným žiarením, ale ráno je dôležité vyťažiť maximum z diód LED. Je teda vhodné mať rôzne sekvencie východu a západu slnka, ale môžete samozrejme testovať čokoľvek, čo sa vám páči! Ale tieto rozdiely v programoch nás môžu viesť k inému výberu diód LED pre oba programy.

Krok 4: Výber LED diód a výpočet rezistorov

Výber diód LED je kreatívnou súčasťou tohto návodu. Nasledujúci text je teda len mojimi návrhmi odo mňa pre vás. Nebojte sa ich meniť a meniť, poviem vám, ako to urobiť. Farby: Je ťažké plynule zapnúť alebo vypnúť pás pomocou diód LED úplne novej farby. Odporúčam teda, aby každý pásik obsahoval LED diódy všetkých farieb, ale v meniacom sa množstve. Ak si predstavíme, že západ slnka je obrátený, prvý pás bude obsahovať veľa červených LED diód a možno jednu bielu, modrú a UV. Povedzme teda 5 červených, 2 žlté, 1 teplá biela a 1 UV. Ak chcete, môžete vymeniť jednu z červených alebo žltých diód LED za oranžovú (v schéme prúžok 2). Nasledujúci jasnejší pásik bude mať potom niekoľko červených za žlté. Povedzme 2 červené, 5 žltých a 2 teplé biele (pruh 3 schematicky) V ďalších prúžkoch bude niekoľko ďalších červených nahradených žltými alebo dokonca bielymi. Povedzme 1 červená, 1 žltá, 4 teplá biela a 1 modrá. (prúžok 4 v schéme) Ďalší prúžok môže pozostávať z 3 studených bielych, 2 teplých bielych a 1 modrej LED diódy. (pás 5) Zatiaľ by to boli štyri pásy na západ slnka. Pre Sunrise by sme mohli použiť zvyšné tri pásy s prevažne studenými bielymi a modrými LED diódami. Ak spojíte 7. a 8. vstup dohromady, môžete tiež použiť 4 prúžky na východ slnka alebo dať západu slnka piaty prúžok, ako sa vám páči. Možno ste si všimli, že pásy obsahujúce červené diódy LED majú na jeden pás viac diód LED ako čisto biele. Je to spôsobené rozdielom v minimálnom napätí pre červené a biele LED diódy. Keďže LED diódy sú skutočne jasné a dokonca aj ich stlmenie na 1% je dosť veľa, vypočítal som pás 1 s 3 červenými, 2 žltými a teplými bielymi LED diódami. iba 5mA prúdu. Vďaka tomu nie je tento pás taký jasný ako ostatné, a preto je vhodný na posledný náznak západu slnka. Ale na posledný pohľad som mal tomuto prúžku dať aj UV-LED. Ako vypočítať LED a odpory: LED diódy potrebujú na svoju činnosť určité napätie a dokonca aj pole darlington používa na svoj vlastný účel 0,7 V na kanál., takže výpočet odporu je veľmi jednoduchý. FET pre naše účely prakticky nespôsobuje žiadne straty napätia. Povedzme, že pracujeme pri 24 V z napájacieho zdroja. Od tohto napätia odpočítame všetky menovité napätia pre LED diódy a 0,7 V pre pole. To, čo zostane, musí odpor použiť pri danom prúde. Pozrime sa na príklad: prvý pás: 5 červených, 2 žlté, 1 teplá biela a 1 uv LED. Jedna červená LED trvá 2,1 V, takže päť z nich trvá 10,5 V. Jedna žltá dióda LED tiež odoberá 2,1 V, takže dve z nich odoberajú 4,2 V. Biela dióda LED 3,6 V, ultrafialová LED 3,3 V a pole 0,7 V. To robí 24 V -10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3,3 V - 0,7 V = 1,7 V, ktoré musí použiť nejaký odpor. Určite poznáte Ohmov zákon: R = U/I. Rezistor, ktorý používa 1,7 V pri 25 mA, má hodnotu 1,7 V/0,025 A = 68 ohmov a je dostupný v elektronických obchodoch. Na výpočet výkonu použitého odporom stačí vypočítať P = U * I, to znamená P = 1,7 V * 0,025A = 0,0425 W. Na tento účel teda stačí malý odpor 0,25 W. Ak používate vyššie prúdy alebo chcete v rezistore spáliť viac voltov, možno budete musieť použiť väčší! To je dôvod, prečo ste mohli prevádzkovať iba 6 vysokonapäťových bielych LED diód napájaných 24 V. Ale nie všetky LED diódy sú skutočne rovnaké, v strate napätia z LED na LED môžu byť veľké rozdiely. Druhým potenciometrom (300?) A prúdomerom teda upravíme prúd každého pásu na požadovanú úroveň (25 mA) v koncovom obvode. Potom zmeriame hodnotu odporu a to by nám malo poskytnúť niečo okolo vypočítanej hodnoty. Ak je výsledkom niečo medzi dvoma typmi, zvoľte nasledujúcu vyššiu hodnotu, ak chcete, aby bol prúžok o niečo tmavší alebo aby nasledujúca nižšia hodnota bola pre pásik o niečo jasnejší. LED diódy som nainštaloval do dosky z akrylového skla, ktorú som pripevnil k puzdru zdroja energie. Akrylové sklo sa dá ľahko vŕtať a ohýbať, ak je v rúre zahriate na približne 100 ° C. Ako vidíte na obrázkoch, na tento displej som pridal aj prepínač východu a západu slnka. Potenciometer a resetovacie tlačidlo sú na doske s plošnými spojmi.

Krok 5: Úprava softvéru

Picaxy sú veľmi ľahko programovateľné niektorým základným dialektom od predajcu. Editor a softvér sú zadarmo. Samozrejme to možno naprogramovať aj v assembleri pre prázdne PIC alebo pre Atmel AVR, ale toto bol jeden z mojich prvých projektov po testovaní picaxov. Medzitým pracujem na lepšej verzii s niekoľkými PWM na AVR. Picaxy sú veľmi dobré pre začiatočníkov, pretože požiadavky na hardvér sú veľmi jednoduché a základný jazyk sa dá ľahko naučiť. Za menej ako 30 € môžete začať objavovať nádherný svet mikrokontrolérov. Nevýhodou tohto lacného čipu (18M) je obmedzená pamäť RAM. Ak ste vybrali iné funkcie alebo pripojili picaxe rôzne, možno budete musieť program prispôsobiť. Ale určite budete musieť upraviť prechody medzi jednotlivými prúžkami. Ako môžete vidieť v zozname, premenná w6 (slovná premenná) funguje ako počítadlo-premenná a ako parameter pre PWM. Pri zvolenej frekvencii PWM 4 kHz sú hodnoty 1 až 99% pracovného času 10 až 990. Výpočtami v slučke dostaneme takmer exponenciálne zníženie alebo zvýšenie jasu LED. To je optimálne, keď ovládate LED diódy pomocou PWM. Pri zapnutí alebo vypnutí jedného pásu to softvér kompenzuje zmenou hodnoty PWM. Pozrime sa napríklad na západ slnka. Na začiatku sú výstupy 0, 4 a 5 prepnuté vysoko, to znamená, že príslušné pásy sú zapnuté prostredníctvom ULN2803A. Potom slučka znížila jas, kým premenná vo w6 nie je menšia ako 700. V tomto mieste je pin0 vypnutý a pin2 je prepnutý vysoko. Nová hodnota w6 je nastavená na 900. To znamená, že lampa s prúžkami 0, 4 a 5 na úrovni PWM 700 je takmer taká jasná ako žiarovka s prúžkami 2, 4 a 5 na úrovni PWM 800. Ak chcete zistiť tieto hodnoty musíte vyskúšať a vyskúšať rôzne hodnoty. Skúste zostať niekde uprostred, pretože keď príliš stlmíte lampu v prvej slučke, v druhej slučke nemôžete veľa zarobiť. Tým sa zníži efekt zmeny farby. Na úpravu nastavení PWM som použil podprogram, ktorý na pozastavenie programu používa aj hodnotu w5. V tomto mieste prichádza v hre rýchlosť. Potenciometer sa kontroluje iba pri spustení a hodnota sa ukladá do w5. Počet krokov v každej slučke programu je pevný, ale zmenou hodnoty w5 z 750 na približne 5100 sa prestávka v každom kroku zmení z 0,75 s na 5 s. Počet krokov v každej slučke je možné tiež upraviť zmenou zlomku na exponenciálne zníženie alebo zvýšenie. Uistite sa však, že nepoužijete na malé zlomky, pretože premenná w6 je vždy celé číslo! Ak by ste použili zlomok 99/100 a použili by ste ho na hodnotu 10, dalo by vám to 9,99 na desatinné miesta, ale opäť 10 na celé čísla. Majte tiež na pamäti, že w6 nesmie prekročiť 65325! Ak chcete testovanie urýchliť, skúste okomentovať riadok s w5 = 5*w5, čím sa program urýchli 5 -krát!:-)

Krok 6: Inštalácia v spálni

Svietidlo na západ slnka som umiestnil na malú skrinku na jednej strane miestnosti, aby svetlo svietilo k stropu. Časovačom zapnem lampu 20 minút pred zazvonením budíka. Lampa potom automaticky spustí program východu slnka a pomaly ma prebúdza. Večer aktivujem funkciu časovača vypnutia hodín časovača a zapnem lampu, keď je západ slnka zapnutý. Po spustení programu sa okamžite prepnem späť na východ slnka nasledujúceho rána. Potom si užívam svoj osobný západ slnka a čoskoro zaspávam.

Krok 7: Úpravy

Pri výmene prepínača za tlačidlo musíte prepnúť na západnú časť aktivovaním nejakého prerušenia programu. Ak chcete zmeniť napájacie napätie, musíte prepočítať jednotlivé pásy LED a odpory, pretože pri napätí 12V ste mohli napájať iba 3 biele diódy LED a potrebujete aj iný odpor. Riešením by bolo použiť zdroje konštantného prúdu, ktoré vás však môžu stáť veľa peňazí a na reguláciu použiť ďalších niekoľko desiatok voltov. S 24 V môžete poháňať veľa LED v jednom páse, na ovládanie rovnakého počtu LED s napájaním 12 V musia byť LED diódy oddelené v dvoch pásoch, ktoré sa používajú paralelne. Každý z týchto dvoch pásikov potrebuje svoj vlastný odpor a akumulovaný prúd týmto kanálom sa viac ako zdvojnásobil. Vidíte, že nemá zmysel napájať všetky LED diódy 5V, čo by bolo výhodné, ale prúd by stúpol na nezdravú úroveň a množstvo potrebných odporov by tiež prudko vzrástlo. Ak chcete použiť vysokovýkonné diódy LED s ovládačom ULN2803, môžete skombinovať dva kanály pre lepšiu tepelnú správu. Stačí prepojiť dva vstupy dohromady na jednom pine mikrokontroléra a dva výstupy na jednom pásiku LED s vysokým výkonom. A majte na pamäti, že niektoré vysokovýkonné LED diódy majú vlastný obvod s konštantným prúdom a nemusia byť stlmené PWM v elektrickom vedení! V tomto nastavení sú všetky diely ďaleko od akýchkoľvek limitov. Ak posuniete veci na hranu, môžu sa vyskytnúť tepelné problémy s FET alebo darlingtonovým poľom. A samozrejme na pohon tohto obvodu nikdy nepoužívajte 230V AC alebo 110V AC !!! Mojím ďalším krokom nad rámec tohto pokynu je zapojenie mikrokontroléra s tromi hardvérovými PWM na ovládanie vysoko výkonného bodu RGB.

Bavte sa a užívajte si výsadu individuálneho západu a východu slnka.