Una làmpada de sortida i posta de sol amb LED: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:18

Ja ho sabeu, a l’hivern és difícil aixecar-vos, perquè fora és fosc i el vostre cos no es despertarà a mitja nit. Així, podeu comprar un despertador que us desperti amb llum. Aquests dispositius no són tan cars com fa uns anys, però la majoria semblen molt lletjos. D’altra banda, la majoria de les vegades també es fa fosc quan tornes de casa de la feina. Així que la gran posta de sol també ha desaparegut. L’hivern sembla trist, oi? Però no per als lectors d’aquest instructiu. T’explica com construir una llum combinada de sortida i posta de sol a partir d’un microcontrolador picaxe, alguns LEDs i algunes altres parts. Els LED poden costar-vos entre 5 i 10 euros segons la qualitat i la resta de peces no podrien guanyar més de 20 euros. Així, amb menys de 30 euros podeu crear quelcom realment útil i agradable, i aquest instructiu no només us explicarà com reconstruir-lo, sinó que també us mostrarà com modificar-lo segons les vostres preferències individuals.

Pas 1: coses que necessitem

Necessiteu aquestes coses: font d'alimentació o12V o 24V o1 Picaxe 18M (o qualsevol altre microcontrolador) de https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ o Socket per a un connector de telèfon de 3,5 mm o qualsevol altre connexió des del port sèrie al microcontrolador per programar el polsador picaxe o1 i 1 commutador alternatiu, o 2 polsadors o1 IC7805 amb condensadors, això ens converteix el 12V o el 24V en el 5V que necessitem per fer funcionar el microcontrolador o1 IC ULN2803A, és una matriu de transistors de Darlington per a l'ús directe en sortides de nivell TTL. També podeu utilitzar 8 transistors Darlington individuals amb resistències adequades, però també funciona amb els transistors estàndard BC547. o FET d’alta potència com l’IRF520 o algun altre transistor Power-Darlington com el BD649 o Un munt de LEDs, de diferents colors com el vermell, el groc, el blanc, el blanc càlid, el blau i l’ultraviolat. Llegiu el pas 4 per obtenir més informació. o1 10k & -potentiòmetre, preferible amb un botó llarg o1 300 & - potenciòmetre per a proves o Alguns resistors, alguns cables, una placa per construir el circuit i, per descomptat, un ferro de soldar o Una eina de mesura de corrents també seria útil, però no és absolutament necessari Segons la font d'alimentació que utilitzeu, és possible que necessiteu connectors addicionals i una carcassa per als LED. Vaig utilitzar una placa acrílica que vaig fixar a la carcassa del subministrament de potència. Als ratolins d’ordinador més antics amb connectors D-Sub és possible que trobeu un bon substitut del cable de la presa de telèfon que s’utilitza per programar el picaxe. Podeu comprar Picaxes i moltes altres coses útils aquí: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Per a la resta, consulteu el vostre distribuïdor local.

Pas 2: el disseny del circuit

La ULN2803A és una matriu de Darlington, formada per 8 controladors de Darlington individuals amb resistències adequades a la part d’entrada perquè pugueu connectar directament la sortida del microcontrolador a l’entrada de l’UNL2803A. Si l’entrada obté un nivell alt (5V) del microcontrolador, la sortida es connectarà a GND. Això significa que una entrada alta il·luminarà la tira LED corresponent. Cada canal es pot utilitzar amb un corrent de fins a 500 mA. Els LED ultrabrillants estàndards de 5 mm normalment utilitzen 25-30 mA per tira i fins i tot vuit d’ells estressaran el FET només amb 200-250 mA, de manera que estigueu lluny de qualsevol punt crític. Fins i tot podeu pensar en utilitzar LEDs de 5W d’alta potència per a la llum de despertador. Normalment fan servir 350 mA a 12 V i també poden ser accionats per aquesta matriu. El botó "S1" és el botó de reinici del microcontrolador. El commutador "S2" és el selector de la posta de sol o de l'alba. També podeu substituir-lo per un polsador i activar la posta de sol per una interrupció del programari. El potenciòmetre R11 actua com a selector de velocitat. Utilitzem la capacitat de picaxes ADC per llegir la posició del potenciòmetre i utilitzar aquest valor com a escala de temps. La imatge mostra la primera placa que vaig construir amb 7 transistors individuals (BC547C) i les resistències per accionar-los. No tenia l’ULN2803 en el moment de construir el circuit i ara em falten algunes altres parts. Així que vaig decidir mostrar-vos el disseny original, però també proporcionar-lo amb el nou array de controladors.

Pas 3: com és Sunset?

Quan observeu una posta de sol real, és possible que reconegueu que el color de la llum canvia amb el pas del temps. D'un blanc brillant quan el sol encara està sobre l'horitzó, canvia a un groc brillant, després a un taronja mitjà, després a un vermell fosc i, després, a una brillantor blava blava baixa, hi ha foscor. La posta de sol serà la part més difícil del dispositiu perquè la mireu amb plena consciència i els petits errors són força molestos. La sortida del sol és principalment el mateix programa invertit, però com que encara dormiu quan comença la sortida del sol, no ens hem de preocupar massa pels colors. I començant la posta de sol quan es posa, potser no voldreu començar amb un sol brillant, però al matí és important treure el màxim partit als LED. Per tant, és convenient tenir seqüències diferents per a la sortida i la posta de sol, però, per descomptat, podeu provar tot allò que us agradi, però aquestes diferències en els programes ens poden portar a una selecció diferent de LEDs per a ambdós programes.

Pas 4: Selecció dels LEDs i càlcul de les resistències

La selecció dels LED és la part creativa d’aquest instructiu. Per tant, el següent text és només un suggeriment meu per a vostè. No dubteu a variar-los i canviar-los, us explicaré com fer-ho. Colors: és difícil encendre o apagar una tira sense problemes amb LEDs d’un color completament nou. Per tant, la meva recomanació és que cada tira contingui LEDs de tots els colors, però en quantitats variables. Si imaginem que es va invertir la posta de sol, la primera franja contindria molts LED vermells i potser un blanc, un blau i un UV. Suposem, doncs, 5 de vermell, 2 de groc, 1 de blanc càlid i 1 d’UV. Si voleu, podeu substituir un dels LED vermells o grocs per un de color taronja (Franja 2 a l’esquema) La següent franja més brillant tindria uns quants de color vermell substituïts per uns de color groc. Suposem que 2 vermelles, 5 grogues i 2 blanques càlides (franja 3 en esquema). A les següents franges, unes altres vermelles seran substituïdes per grogues o fins i tot blanques. Diguem 1 vermell, 1 groc, 4 blanc càlid i 1 blau. (tira 4 en esquema) La següent tira pot consistir en 3 LEDs blancs freds, 2 blancs càlids i 1 LED blau. (franja 5) Serien quatre franges per a la posta de sol fins ara. Per a Sunrise podríem utilitzar les tres tires sobrants amb LEDs blancs i blaus principalment freds. Si connecteu la 7a i la 8a entrada juntes, també podríeu utilitzar 4 tires per a la sortida del sol, o donar-li al capvespre una cinquena tira, tal com vulgueu. És possible que hagueu notat que les tires que contenen LED vermells tenen més LED per tira que les de color blanc pur. Això és causat per la diferència de tensió mínima dels LED vermells i blancs. Com que els LED són realment brillants i fins i tot es pot reduir fins a l’1%, he calculat la tira 1 amb 3 vermells, 2 grocs i un LED blanc calent. només 5mA de corrent. Això fa que aquesta franja no sigui tan brillant com les altres i, per tant, sigui adequada per a l’últim toc de posta de sol. Però també hauria d’haver donat a aquesta tira un LED UV, per última vegada. Com es calculen els LED i les resistències: els LED necessiten una tensió determinada per funcionar i fins i tot la matriu Darlington utilitza 0,7 V per canal per al seu propi propòsit, per tant, calcular la resistència és molt senzill. El FET pràcticament no causa cap pèrdua de tensió per als nostres propòsits. Suposem que funcionem a 24 V des de la font d'alimentació. D'aquesta tensió restem totes les tensions nominals per als LED i 0,7 V per a la matriu. El que queda ha de ser utilitzat per la resistència al corrent donat. Vegem un exemple: primera tira: 5 vermelles, 2 grogues, 1 blanca càlida i 1 LED UV. Un LED groc també pren 2,1 V, de manera que dos d’ells prenen 4,2 V. El LED blanc pren 3,6 V, el LED UV pren 3,3 V i la matriu 0,7 V. Això fa que 24 V-10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3,3V - 0,7V = 1,7V que ha d’utilitzar alguna resistència. Segur que coneixeu la llei d’Ohm: R = U / I. Així doncs, una resistència que utilitza 1,7 V a 25 mA té un valor d’1,7 V / 0,025 A = 68 Ohm que està disponible a les botigues d’electrònica. Per calcular la potència utilitzada per la resistència només cal calcular P = U * I, això significa P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Així doncs, és suficient una resistència petita de 0,25W per a aquest propòsit. Si utilitzeu corrents més elevats o voleu cremar més volt a la resistència, potser haureu d’utilitzar-ne un de més gran. Aquesta és la raó per la qual només podríeu operar 6 LEDs blancs que consumeixen alta tensió a 24 V. Però no tots els LED són realment iguals, és possible que hi hagi grans diferències en la pèrdua de tensió de LED a LED. Per tant, fem servir el segon potenciòmetre (300?) I un mesurador de corrent per ajustar el corrent de cada tira al nivell desitjat (25 mA) al circuit final. A continuació, mesurem el valor de la resistència i això ens hauria de donar una mica al voltant del valor calculat. Si el resultat és entre dos tipus, trieu el següent valor superior si voleu que la tira sigui una mica més fosca o el següent valor inferior perquè la tira sigui una mica més brillant. Vaig instal·lar els LED en una placa de vidre acrílic que vaig fixar a la font d'alimentació. El vidre acrílic es pot perforar i doblar fàcilment si s’escalfa a uns 100 ° C al forn. Com podeu veure a les imatges, també he afegit el commutador de selecció de sortida de sol i posta de sol a aquesta pantalla. El potenciòmetre i el botó de reinici es troben a la placa de circuit.

Pas 5: ajust del programari

Els picaxes són molt fàcils de programar per alguns dialectes bàsics del venedor. L'editor i el programari són gratuïts. Per descomptat, també es podria programar en assemblador per a PIC en blanc o per als AVR d'Atmel, però aquest va ser un dels meus primers projectes després de provar els picaxes. Mentrestant, treballo en una versió millor amb diversos PWM en un AVR. Els picaxes són molt bons per a principiants perquè els requisits del maquinari són molt senzills i l’idioma bàsic és fàcil d’aprendre. Amb menys de 30 € podeu començar a explorar el meravellós món dels microcontroladors. L’inconvenient d’aquest xip barat (18M) és la memòria RAM limitada. Si escolliu altres funcions o connecteu el picaxe de manera diferent, potser haureu d'ajustar el programa. Però segurament haurà de fer ajustos a les transicions entre les tires individuals. Com es pot veure al llistat, la variable w6 (una variable de paraula) actua com a variable variable i com a paràmetre del PWM. Amb la freqüència PWM triada de 4 kHz, els valors de l'1% al 99% del temps de treball són de 10 a 990 respectivament. Amb els càlculs del bucle obtenim una disminució o augment gairebé exponencial de la brillantor del LED. Aquest és l’òptim quan es controlen els LED amb PWM. En activar o desactivar una tira, això es compensa amb el programari canviant el valor del PWM. Per exemple, mirem la posta de sol. Inicialment, les sortides 0, 4 i 5 es canvien de manera elevada, cosa que significa que les tires respectives s’encenen mitjançant l’ULN2803A. A continuació, el bucle va reduir la brillantor fins que la variable de w6 sigui inferior a 700. En aquest punt, el pin0 es commuta baix i el pin2 es commuta amb alta. El nou valor de w6 s’estableix en 900. Això significa que la làmpada amb tires 0, 4 i 5 al nivell PWM 700 és gairebé tan brillant com la làmpada amb tires 2, 4 i 5 al nivell 800 PWM. Aquests valors els heu de provar i provar uns quants valors diferents. Intenteu quedar-vos en algun lloc del centre, perquè quan disminuïu massa la llum del primer bucle, no en podreu fer gaire al segon bucle. Això reduirà l’efecte de canvi de color. Per ajustar la configuració de PWM, he utilitzat una subrutina que també utilitza el valor de w5 per aturar el programa. En aquest moment la velocitat arriba al joc. Només durant l’arrencada es comprova el potenciòmetre i el valor s’emmagatzema en w5. El nombre de passos de cada bucle del programa es fixa, però en canviar el valor de w5 de 750 a aproximadament 5100, la pausa en cada pas canvia de 0,75 a 5 s. El nombre de passos de cada bucle també es pot ajustar canviant la fracció per al de- o augment exponencial. Però assegureu-vos de no fer servir fraccions petites, perquè la variable w6 sempre és un nombre enter. Si feu servir 99/100 com a fracció i l’apliqueu a un valor de 10, us donaria 9,99 en decimals, però de nou 10 en enters. Tingueu també en compte que pot ser que w6 no superi els 65325. Per accelerar les proves, intenteu comentar la línia amb w5 = 5 * w5, això accelerarà el programa en un factor de 5.:-)

Pas 6: Instal·lació al dormitori

Vaig col·locar la llum del capvespre en un petit armari d’un costat de l’habitació de manera que la llum brillés al sostre. Amb un rellotge temporitzador encenc el llum 20 minuts abans que soni l'alarma. La làmpada inicia automàticament el programa de sortida del sol i em desperta lentament. Al vespre, activo la funció de temporitzador de son del rellotge del temporitzador i encenc el llum amb l’interruptor del capvespre activat. Un cop començat el programa, torno immediatament a la sortida del sol, al matí següent. Després gaudeixo de la posta de sol personal i aviat m’adormo.

Pas 7: modificacions

En substituir el commutador alternatiu per un polsador, heu de canviar a la part del capvespre activant alguna interrupció al programa. Per canviar la tensió d’alimentació, heu de tornar a calcular les tires LED i les resistències, ja que amb 12V només es podrien accionar 3 LED blancs i també necessiteu una resistència diferent. Una solució seria utilitzar fonts de corrent constants, però això us pot costar uns quants dòlars i utilitzar altres desenes de volts per a la regulació. Amb 24V es poden conduir molts LEDs en una sola tira, per controlar la mateixa quantitat de LEDs amb alimentació de 12V, els LED s’han de separar en dues tires que s’utilitzen en paral·lel. Cadascuna d’aquestes dues tires necessita la seva pròpia resistència i el corrent acumulat a través d’aquest canal s’ha duplicat més. Veureu, doncs, que no té sentit conduir tots els LED per 5 V, cosa que seria convenient, però el corrent augmentaria fins a un nivell poc saludable i la quantitat de resistències necessàries també es dispararia. Per utilitzar LED d'alta potència amb el controlador ULN2803, podeu combinar dos canals per a una millor gestió tèrmica. Simplement connecteu dues entrades juntes en un pin de microcontrolador i dues sortides en una tira LED d'alta potència. I tingueu en compte que alguns punts LED d’alta potència inclouen el seu propi circuit de corrent constant i que PWM no els pot atenuar a la línia elèctrica. En aquesta configuració, totes les parts estan lluny de qualsevol límit. Si empenyeu les coses al límit, podríeu tenir problemes tèrmics amb el FET o la matriu Darlington. I, per descomptat, mai utilitzeu 230V CA o 110V CA per conduir aquest circuit !!! El següent pas més enllà d’aquest instructiu és connectar un microcontrolador amb tres PWM de maquinari per controlar un punt RGB d’alta potència.

Així que divertiu-vos i gaudiu del privilegi de la vostra posta de sol i sortida del sol.