Východ a západ slunce s LED diodami: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Znáte to, v zimě je těžké vstát, protože venku je tma a vaše tělo se uprostřed noci neprobudí. Můžete si tedy koupit budík, který vás probudí světlem. Tato zařízení nejsou tak drahá jako před několika lety, ale většina z nich vypadá opravdu ošklivě. Na druhou stranu je většinou také tma, když přijdete z práce. Velký západ slunce je tedy také pryč. Zima vypadá smutně, že? Ale ne pro čtenáře tohoto pokynu. Vysvětluje vám, jak sestavit kombinovanou lampu východu a západu slunce z mikrokontroléru picaxe, některých LED diod a několika dalších částí. LED diody vás mohou stát 5-10 EUR v závislosti na kvalitě a ostatní části by neměly vydělat více než 20 EUR. Takže s méně než 30 EUR můžete postavit něco opravdu užitečného a pěkného. Tento návod vám nejen vysvětlí, jak to znovu postavit, ale také vám ukáže, jak to upravit podle svých individuálních preferencí.

Krok 1: Věci, které potřebujeme

Potřebujete tyto věci: o12V nebo 24V napájecí zdroj o1 Picaxe 18M (nebo jakýkoli jiný mikrokontrolér) z https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA zásuvka pro 3,5mm telefonní konektor nebo jakýkoli jiný připojení ze sériového portu na mikrokontrolér pro programování tlačítka picaxe o1 a 1 přepínacího přepínače nebo 2 tlačítek o1 IC7805 s kondenzátory, to nás převede na 12 V nebo 24 V na 5 V, které potřebujeme k ovládání mikrokontroléru o 1 IC ULN2803A, tento je Darlingtonovo tranzistorové pole pro přímé použití na výstupech na úrovni TTL. Alternativně můžete použít 8 jednoduchých Darlingtonových tranzistorů s vhodnými odpory, ale funguje také se standardními tranzistory BC547. o1 Vysoce výkonný FET jako IRF520 nebo jiný Power-Darlingtonův tranzistor jako BD649 o Celá řada LED diod, různé barvy jako červená, žlutá, bílá, teplá bílá, modrá a ultrafialová. Další informace najdete v kroku 4. o1 10k & -potenciometr, vhodnější s dlouhým knoflíkem o1 300 &-potenciometr pro účely testování oNěkteré odpory, některé kabely, deska pro stavbu obvodu a samozřejmě páječka oA měřicí nástroj pro proudy by byl také užitečný, ale není absolutně nezbytné V závislosti na použitém napájecím zdroji budete možná potřebovat další konektory a kryt pro LED diody. Použil jsem akrylovou desku, kterou jsem připevnil k pouzdru napájecího zdroje. U starších počítačových myší s konektory D-Sub můžete najít dobrou náhradu kabelu telefonního konektoru používaného k programování picaxe. Picaxe a spoustu dalších užitečných věcí lze zakoupit zde: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Pro zbytek se podívejte na svého místního prodejce.

Krok 2: Rozložení obvodu

ULN2803A je darlingtonové pole, které se skládá z 8 jednotlivých darlingtonových ovladačů s vhodnými odpory na vstupní straně, takže můžete přímo připojit výstup z mikrokontroléru na vstup UNL2803A. Pokud vstup získá z mikrokontroléru vysokou úroveň (5V), pak bude výstup připojen ke GND. To znamená, že vysoký vstup rozsvítí příslušný LED pás. Každý kanál může být použit s proudem až 500 mA. Standardní ultra jasné 5mm LED diody obvykle používají 25-30mA na pás a dokonce osm z nich bude stresovat FET pouze s 200-250mA, takže budete daleko od kritických bodů. Můžete dokonce přemýšlet o použití vysoce výkonných 5W LED diod pro probuzení. Obvykle používají 350 mA při 12V a mohou být také poháněny tímto polem. Tlačítko „S1“je resetovací tlačítko pro mikrokontrolér. Přepínač „S2“je volič západu nebo úsvitu. Můžete jej také nahradit tlačítkem a aktivovat západ slunce přerušením softwaru. Potenciometr R11 funguje jako volič rychlosti. Pomocí schopnosti Picaxes ADC odečteme polohu potenciometru a tuto hodnotu použijeme jako časový rámec. Obrázek ukazuje první desku, kterou jsem postavil se 7 jednotlivými tranzistory (BC547C) a odpory k jejich pohonu. V době, kdy jsem stavěl obvod, jsem neměl ULN2803 a nyní mi chybí některé další části. Rozhodl jsem se tedy ukázat vám původní rozložení, ale také poskytnout rozložení s novým polem ovladačů.

Krok 3: Jak vypadá západ slunce?

Když pozorujete skutečný západ slunce, můžete poznat, že se barva světla v průběhu času mění. Z jasně bílé, když je slunce stále nad obzorem, se změní na jasně žlutou, pak na středně oranžovou, pak na tmavě červenou a poté na nízkou modrobílou záři, pak je tma. Západ slunce bude nejtěžší částí zařízení, protože jej budete sledovat s plným vědomím a malé chyby jsou docela nepříjemné. Východ slunce je v zásadě stejný obrácený program, ale protože stále spíte, když začíná východ slunce, nemusíme si s barvami příliš dělat starosti. A když začínáte při západu slunce, možná nebudete chtít začít s jasným slunečním zářením, ale ráno je důležité vytěžit maximum z LED diod. Je tedy vhodné mít různé sekvence pro východ a západ slunce, ale můžete samozřejmě testovat cokoli, co se vám líbí! Ale tyto rozdíly v programech nás mohou vést k jinému výběru LED pro oba programy.

Krok 4: Výběr LED diod a výpočet odporů

Výběr LED je kreativní součástí tohoto pokynu. Následující text je tedy pouze návrhy ode mě pro vás. Nebojte se je měnit a měnit, řeknu vám, jak to udělat. Barvy: Je obtížné plynule zapnout nebo vypnout proužek pomocí LED diod úplně nové barvy. Doporučuji tedy, aby každý proužek obsahoval LED diody všech barev, ale v měnících se množstvích. Pokud si představíme obrácený západ slunce, první pás bude obsahovat spoustu červených LED a možná jednu bílou, modrou a UV. Řekněme tedy 5 červených, 2 žluté, 1 teplá bílá a 1 UV. Pokud chcete, můžete vyměnit jednu z červených nebo žlutých LED za oranžovou (ve schématu pruh 2). Následující jasnější pruh by pak měl několik červených nahrazených žlutými. Řekněme 2 červené, 5 žlutých a 2 teplé bílé (pruh 3 ve schématu) V dalších pásech bude několik dalších červených nahrazeno žlutými nebo dokonce bílými. Řekněme 1 červená, 1 žlutá, 4 teplá bílá a 1 modrá. (proužek 4 ve schématu) Další proužek se může skládat ze 3 studených bílých, 2 teplých bílých a 1 modré LED. (pruh 5) To by zatím byly čtyři pásy pro západ slunce. Pro Sunrise jsme mohli použít zbylé tři pásy s převážně studenými bílými a modrými LED diodami. Pokud spojíte 7. a 8. vstup dohromady, můžete také použít 4 pásy pro východ slunce nebo dát západu pátý pás, jak se vám líbí. Možná jste si všimli, že proužky obsahující červené LED diody mají na jeden pás více LED než čistě bílé. To je způsobeno rozdílem v minimálním napětí pro červené a bílé LED. Protože LED diody jsou opravdu jasné a dokonce i jejich ztlumení na 1% je docela dost, vypočítal jsem proužek 1 se 3 červenými, 2 žlutými a teplými bílými LED. pouze 5mA proudu. Díky tomu není tento pruh tak jasný jako ostatní a proto je vhodný pro poslední náznak západu slunce. Ale na poslední pohled jsem měl dát tomuto pásku také UV-LED. Jak vypočítat LED a odpory: LED diody potřebují ke svému provozu určité napětí a dokonce i darlingtonské pole používá 0,7 V na kanál pro svůj vlastní účel, takže výpočet odporu je velmi jednoduchý. FET pro naše účely prakticky nezpůsobuje žádnou ztrátu napětí. Řekněme, že pracujeme na 24 V z napájecího zdroje. Od tohoto napětí odečteme všechna jmenovitá napětí pro LED a 0,7 V pro pole. To, co zbylo, musí použít rezistor při daném proudu. Podívejme se na příklad: první pás: 5 červených, 2 žluté, 1 teplá bílá a 1 uv LED. Jedna červená LED bere 2,1 V, takže pět z nich má 10,5 V. Jedna žlutá LED také bere 2,1 V, takže dvě z nich odebírají 4,2 V. Bílá LED bere 3,6 V, UV LED 3,3 V a pole 0,7 V. To činí 24 V -10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3,3 V - 0,7 V = 1,7 V, které musí použít nějaký odpor. Určitě znáte Ohmův zákon: R = U/I. Takže odpor, který používá 1,7 V při 25 mA, má hodnotu 1,7 V/0,025 A = 68 Ohm, který je k dispozici v elektronických obchodech. Pro výpočet výkonu použitého odporem stačí vypočítat P = U * I, to znamená P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. K tomuto účelu tedy stačí malý odpor 0,25W. Pokud používáte vyšší proudy nebo chcete v rezistoru spálit více voltů, možná budete muset použít větší! To je důvod, proč jste mohli provozovat pouze 6 vysokonapěťových bílých LED diod na 24 V. Ale ne všechny LED diody jsou opravdu stejné, ve ztrátě napětí z LED na LED mohou být velké rozdíly. Druhým potenciometrem (300?) A měřičem proudu tedy upravíme proud každého pásu na požadovanou úroveň (25 mA) v koncovém obvodu. Poté změříme hodnotu odporu a to by nám mělo dát něco kolem vypočítané hodnoty. Pokud je výsledkem něco mezi dvěma typy, vyberte další vyšší hodnotu, pokud chcete, aby byl proužek o něco tmavší nebo aby další nižší hodnota byla o něco jasnější. Nainstaloval jsem LED diody do desky z akrylového skla, kterou jsem připevnil k pouzdru zdroje energie. Akrylové sklo lze snadno vrtat a ohýbat, pokud je v troubě ohřáto přibližně na 100 ° C. Jak můžete vidět na obrázcích, přidal jsem na tento displej také přepínač východu a západu slunce. Potenciometr a resetovací tlačítko jsou na desce plošných spojů.

Krok 5: Úprava softwaru

Picaxe jsou velmi snadno programovatelné nějakým základním dialektem od prodejce. Editor a software jsou zdarma. Samozřejmě to lze také naprogramovat v assembleru pro prázdné PIC nebo pro Atmel AVR, ale toto byl jeden z mých prvních projektů poté, co jsem testoval picaxy. Mezitím pracuji na lepší verzi s několika PWM na AVR. Picaxy jsou velmi dobré pro začátečníky, protože požadavky na hardware jsou velmi jednoduché a základní jazyk se snadno naučí. Za méně než 30 EUR můžete začít objevovat nádherný svět mikrokontrolérů. Nevýhodou tohoto levného čipu (18M) je omezená paměť RAM. Pokud jste vybrali jiné funkce nebo připojili picaxe odlišně, možná budete muset program upravit. Určitě však budete muset provést úpravy přechodů mezi jednotlivými pruhy. Jak vidíte v seznamu, proměnná w6 (slovní proměnná) funguje jako čítač-proměnná a jako parametr pro PWM. Při zvolené frekvenci PWM 4 kHz jsou hodnoty pro pracovní dobu 1% až 99% 10 až 990. S výpočty ve smyčce získáme téměř exponenciální snížení nebo zvýšení jasu LED. To je optimální, když ovládáte LED pomocí PWM. Při zapnutí nebo vypnutí jednoho proužku je to softwarově kompenzováno změnou hodnoty PWM. Podívejme se například na západ slunce. Zpočátku jsou výstupy 0, 4 a 5 přepnuty vysoko, to znamená, že příslušné pásy jsou sepnuty přes ULN2803A. Poté smyčka snižovala jas, dokud proměnná ve w6 nebyla menší než 700. V tomto bodě je pin0 přepnut nízko a pin2 přepnut vysoko. Nová hodnota w6 je nastavena na 900. To znamená, že lampa s proužky 0, 4 a 5 na úrovni PWM 700 je téměř stejně jasná jako lampa s proužky 2, 4 a 5 na úrovni PWM 800. Chcete-li zjistit tyto hodnoty musíte vyzkoušet a vyzkoušet různé hodnoty. Zkuste zůstat někde uprostřed, protože když příliš ztlumíte lampu v první smyčce, ve druhé smyčce toho moc nevyděláte. Tím se sníží efekt změny barvy. K úpravě nastavení PWM jsem použil podprogram, který také používá k pozastavení programu hodnotu w5. V tomto okamžiku přichází ve hře rychlost. Pouze při spuštění je potenciometr zkontrolován a hodnota je uložena ve w5. Počet kroků v každé smyčce programu je pevný, ale změnou hodnoty w5 z 750 na přibližně 5100 se pauza v každém kroku změní z 0,75 s na 5 s. Počet kroků v každé smyčce lze také upravit změnou zlomku pro exponenciální snížení nebo zvýšení. Dávejte však pozor, abyste nepoužívali malé zlomky, protože proměnná w6 je vždy celé číslo! Pokud byste použili zlomek 99/100 a použili byste ho na hodnotu 10, dalo by vám to 9,99 v desetinách, ale opět 10 v celých číslech. Mějte také na paměti, že w6 nesmí překročit 65325! Chcete -li testování urychlit, zkuste okomentovat řádek s w5 = 5*w5, což urychlí program o faktor 5!:-)

Krok 6: Instalace v ložnici

Svítilnu na západ slunce jsem umístil na malou skříňku na jedné straně místnosti, aby světlo svítilo ke stropu. Časovačem zapnu lampu 20 minut před zazvoněním budíku. Lampa pak automaticky spustí program východu slunce a pomalu mě probouzí. Večer aktivuji funkci časovače uspání hodin časovače a rozsvítím lampu, když je zapnutý západ slunce. Po spuštění programu jsem se okamžitě přepnul zpět na východ slunce na další ráno. Poté si užívám svůj osobní západ slunce a brzy usínám.

Krok 7: Úpravy

Při výměně páčkového přepínače za tlačítko musíte přepnout na západní část aktivací nějakého přerušení programu. Chcete-li změnit napájecí napětí, musíte přepočítat jednotlivé LED pásky a odpory, protože s 12V můžete řídit pouze 3 bílé LED a potřebujete také jiný odpor. Řešením by bylo použití zdrojů konstantního proudu, ale ty by vás mohly stát nějaké peníze a použít dalších pár desítek voltů k regulaci. S 24V můžete řídit mnoho LED v jednom pásu, pro ovládání stejného počtu LED s napájením 12V musí být LED diody odděleny ve dvou pásech, které se používají paralelně. Každý z těchto dvou pásů potřebuje svůj vlastní rezistor a akumulovaný proud tímto kanálem se více než zdvojnásobil. Takže vidíte, že nemá smysl řídit všechny LED diody 5V, což by bylo výhodné, ale proud by se zvýšil na nezdravou úroveň a množství potřebných odporů by také raketově vzrostlo. Chcete -li použít vysoce výkonné LED diody s ovladačem ULN2803, můžete zkombinovat dva kanály pro lepší řízení teploty. Stačí připojit dva vstupy dohromady na jeden pin mikrokontroléru a dva výstupy na jeden vysoce výkonný LED pásek. A mějte na paměti, že některé vysoce výkonné LED diody přicházejí s vlastním obvodem s konstantním proudem a nemusí být ztlumeny PWM v napájecím vedení! V tomto nastavení jsou všechny části daleko od jakýchkoli limitů. Pokud zatlačíte věci na hranu, můžete mít tepelné problémy s FET nebo darlingtonovým polem. A samozřejmě k řízení tohoto obvodu nikdy nepoužívejte 230 V AC nebo 110 V AC !!! Mým dalším krokem nad rámec tohoto pokynu je zapojení mikrokontroléru se třemi hardwarovými PWM pro ovládání vysoce výkonného RGB-Spot.

Bavte se a užívejte si výsady individuálního západu a východu slunce.