Una lampada per l'alba e il tramonto con LED: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Lo sai, in inverno è difficile alzarsi, perché fuori è buio e il tuo corpo non si sveglia nel cuore della notte. Così puoi comprare una sveglia che ti svegli con la luce. Questi dispositivi non sono costosi come pochi anni fa, ma la maggior parte di essi sembra davvero brutta. D'altra parte, la maggior parte delle volte è anche buio quando torni a casa dal lavoro. Quindi anche il grande tramonto è andato. L'inverno sembra triste, non è vero? Ma non per i lettori di questo istruibile. Ti spiega come costruire una lampada combinata per l'alba e il tramonto da un microcontrollore Picaxe, alcuni LED e poche altre parti. I LED potrebbero costare 5-10 euro a seconda della qualità e le altre parti non dovrebbero costare più di 20 euro. Quindi con meno di 30 euro puoi costruire qualcosa di veramente utile e carino. E questo istruibile non solo ti spiegherà come ricostruirlo, ma ti mostrerà anche come modificarlo secondo le tue preferenze individuali.

Passaggio 1: cose di cui abbiamo bisogno

Hai bisogno di queste cose: oAlimentazione da 12V o 24V o1 Picaxe 18M (o qualsiasi altro microcontrollore) da https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA presa per un jack telefonico da 3,5 mm o qualsiasi altro collegamento dalla porta seriale al microcontrollore per programmare il pulsante picaxe o1 e 1 interruttore a levetta, oppure 2 pulsanti o1 IC7805 con condensatori, questo ci converte i 12V o 24V ai 5V che ci servono per azionare il microcontrollore o1 IC ULN2803A, Questo è un Darlington Transistor Array per l'uso diretto su uscite TTL-Level. In alternativa, utilizzare 8 singoli transistor Darlington con resistori adatti, ma funziona anche con i transistor standard BC547. o1 FET ad alta potenza come l'IRF520, o qualche altro transistor Power-Darlington come il BD649 oUn intero gruppo di LED, colori diversi come rosso, giallo, bianco, bianco caldo, blu e ultravioletto. Leggi il passaggio 4 per ulteriori informazioni. o1 Potenziometro da 10k&, preferibile con una manopola lunga o1 Potenziometro da 300&- a scopo di test oAlcune resistenze, alcuni cavi, una scheda per realizzare il circuito e ovviamente un saldatore oA strumento di misurazione delle correnti sarebbe anche utile, ma non è assolutamente necessario A seconda della fonte di alimentazione utilizzata, potrebbero essere necessari connettori aggiuntivi e un alloggiamento per i LED. Ho usato una scheda acrilica che ho fissato all'alloggiamento dell'alimentatore. Nei vecchi mouse per computer con connettori D-Sub potresti trovare un buon sostituto del cavo telefonico utilizzato per programmare il picaxe. Picax e molte altre cose utili possono essere acquistate qui: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Per il resto, controlla il tuo rivenditore locale.

Passaggio 2: il layout del circuito

L'ULN2803A è un darlington-array, composto da 8 driver darlington individuali con resistori adatti sul lato di ingresso in modo da poter collegare direttamente l'uscita dal microcontrollore all'ingresso dell'UNL2803A. Se l'ingresso riceve un livello alto (5V) dal microcontrollore, l'uscita sarà collegata a GND. Ciò significa che un alto sull'ingresso illuminerà la rispettiva striscia di LED. Ogni canale può essere utilizzato con una corrente fino a 500 mA. I LED ultraluminosi standard da 5 mm normalmente utilizzano 25-30 mA per striscia e anche otto di essi stresseranno il FET solo con 200-250 mA, quindi sei lontano da qualsiasi punto critico. Potresti anche pensare di utilizzare LED da 5 W ad alta potenza per la luce del risveglio. Di solito usano 350 mA a 12 V e potrebbero anche essere pilotati da questo array. Il pulsante "S1" è il pulsante di ripristino per il microcontrollore. L'interruttore "S2" è il selettore del tramonto o dell'alba. Puoi anche sostituirlo con un pulsante e attivare il tramonto con un interrupt nel software. Il potenziometro R11 funge da selettore per la velocità. Usiamo la capacità di picaxes ADC per leggere la posizione del potenziometro e utilizzare questo valore come scala temporale. L'immagine mostra la prima scheda che ho costruito con 7 singoli transistor (BC547C) e le resistenze per pilotarli. Non avevo l'ULN2803 nel momento in cui costruisco il circuito, e ora mi mancano alcune altre parti. Così ho deciso di mostrarvi il layout originale, ma anche di fornire il layout con il nuovo driver-array.

Passaggio 3: com'è il tramonto?

Quando osservi un vero tramonto potresti riconoscere che il colore della luce sta cambiando nel tempo. Da un bianco brillante quando il sole è ancora sopra l'orizzonte cambia in un giallo brillante, poi in un arancione medio, poi in un rosso scuro e poi in un bagliore bianco bluastro basso, poi c'è l'oscurità. Il tramonto sarà la parte più difficile del dispositivo perché lo guardi con piena consapevolezza e i piccoli errori sono piuttosto fastidiosi. L'alba è principalmente lo stesso programma invertito, ma poiché sei ancora addormentato quando inizia l'alba, non dobbiamo preoccuparci troppo dei colori. E iniziando il tramonto quando sei sdraiato, potresti non voler iniziare con un sole splendente, ma al mattino è importante ottenere il massimo dai LED. Quindi è conveniente avere sequenze diverse per l'alba e il tramonto, ma sei libero di testare quello che ti piace ovviamente! Ma queste differenze nei programmi potrebbero portarci a una diversa selezione di LED per entrambi i programmi.

Passaggio 4: selezione dei LED e calcolo dei resistori

La selezione dei LED è la parte creativa di questa istruzione. Quindi il testo seguente è solo un suggerimento da parte mia a te. Sentiti libero di variarli e cambiarli, ti dirò come farlo. Colori: è difficile accendere o spegnere facilmente una striscia con LED di un colore completamente nuovo. Quindi la mia raccomandazione è che ogni striscia contenga LED di tutti i colori ma in quantità variabili. Se immaginiamo il tramonto invertito, la prima striscia conterrebbe molti LED rossi e forse uno bianco, uno blu e uno UV. Quindi diciamo 5 rossi, 2 gialli, 1 bianco caldo e 1 UV. Se lo desideri, puoi sostituire uno dei LED rossi o gialli con uno arancione (Strip 2 nello schema) La successiva striscia più luminosa avrebbe quindi alcuni rossi sostituiti da quelli gialli. Diciamo 2 rosse, 5 gialle e 2 bianche calde (striscia 3 nello schema) Nelle prossime strisce alcune altre rosse verranno sostituite da gialle o addirittura bianche. Diciamo 1 rosso, 1 giallo, 4 bianco caldo e 1 blu. (striscia 4 nello schema) La striscia successiva potrebbe essere composta da 3 LED bianco freddo, 2 bianco caldo e 1 LED blu. (striscia 5) Finora sarebbero quattro strisce per il tramonto. Per Sunrise potremmo usare le tre strisce rimanenti con LED principalmente bianchi e blu freddi. Se colleghi insieme il 7° e l'8° ingresso potresti utilizzare anche 4 strisce per l'alba, oppure dare una quinta striscia al tramonto, proprio come preferisci. Potresti aver notato che le strisce contenenti LED rossi hanno più LED per striscia rispetto a quelle bianche. Ciò è causato dalla differenza di tensione minima per i LED rossi e bianchi. Poiché i LED sono molto luminosi e persino abbassarli all'1% è parecchio, ho calcolato la striscia 1 con 3 rossi, 2 gialli e un LED bianco caldo per avere solo 5mA di corrente. Questo rende questa striscia meno luminosa delle altre e quindi adatta all'ultimo accenno di tramonto. Ma avrei dovuto dare anche a questa striscia un LED UV, per l'ultima occhiata. Come calcolare i LED e le resistenze: i LED hanno bisogno di una certa tensione per funzionare e anche il darlington-array utilizza 0,7 V per canale per il proprio scopo, quindi calcolare la resistenza è molto semplice. Il FET praticamente non causa alcuna perdita di tensione per i nostri scopi. Diciamo che operiamo a 24V dall'alimentatore. Da questa tensione sottraiamo tutte le tensioni nominali per i LED e 0,7V per l'array. Ciò che resta deve essere utilizzato dal resistore alla data corrente. Vediamo un esempio: prima striscia: 5 LED rossi, 2 gialli, 1 bianco caldo e 1 LED uv. Un LED rosso richiede 2,1 V, quindi cinque di loro richiedono 10,5 V. Un LED giallo richiede anche 2,1 V, quindi due di essi prendono 4,2 V. Il LED bianco richiede 3,6 V, il LED UV richiede 3,3 V e l'array 0,7 V. Questo rende 24 V -10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3.3V - 0.7V = 1.7V che deve essere utilizzato da qualche resistore. Sicuramente conosci la legge di Ohm: R = U/I. Quindi un resistore che utilizza 1,7 V a 25 mA ha un valore di 1,7 V/0,025 A = 68 Ohm che è disponibile nei negozi di elettronica. Per calcolare la potenza utilizzata dal resistore basta calcolare P = U*I, questo significa P = 1,7 V * 0,025 A = 0,0425 W. Quindi a questo scopo è sufficiente un piccolo resistore da 0,25 W. Se usi correnti più elevate o vuoi bruciare più volt nel resistore, potresti doverne usare uno più grande! Questo è il motivo per cui puoi far funzionare solo 6 LED bianchi che consumano alta tensione su 24 V. Ma non tutti i LED sono davvero uguali, potrebbero esserci grandi differenze nella perdita di tensione da LED a LED. Quindi usiamo il secondo potenziometro (300 ?) e un amperometro per regolare la corrente di ogni striscia al livello desiderato (25 mA) nel circuito finale. Quindi misuriamo il valore del resistore e questo dovrebbe darci qualcosa intorno al valore calcolato. Se il risultato è tra due tipi, scegli il valore successivo più alto se vuoi che la striscia sia un po' più scura o il valore successivo più basso perché la striscia sia un po' più luminosa. Ho installato i LED in una lastra di vetro acrilico che ho fissato all'alloggiamento della fonte di alimentazione. Il vetro acrilico può essere facilmente forato e piegato se riscaldato a circa 100°C in forno. Come puoi vedere dalle immagini ho anche aggiunto l'interruttore di selezione alba - tramonto a questo display. Il potenziometro e il pulsante di reset sono sulla scheda.

Passaggio 5: regolazione del software

I picax sono programmabili molto facilmente da alcuni dialetti di base dal venditore. L'editor e il software sono gratuiti. Ovviamente si potrebbe anche programmare questo in assembler per i PIC vuoti o per gli AVR Atmel, ma questo è stato uno dei miei primi progetti dopo aver testato i picax. Nel frattempo lavoro su una versione migliore con diversi PWM su un AVR. I picax sono molto buoni per i principianti perché i requisiti per l'hardware sono molto semplici e il linguaggio di base è facile da imparare. Con meno di 30€ puoi iniziare ad esplorare il meraviglioso mondo dei microcontrollori. Lo svantaggio di questo chip economico (18M) è la RAM limitata. Se hai scelto altre funzionalità o hai collegato il picaxe in modo diverso, potresti dover modificare il programma. Ma sicuramente dovrai apportare modifiche alle transizioni tra le singole strisce. Come puoi vedere nell'elenco, la variabile w6 (una variabile di parola) funge da contatore – variabile e da parametro per il PWM. Con la frequenza PWM scelta di 4kHz, i valori per il tempo di servizio dall'1% al 99% sono rispettivamente da 10 a 990. Con i calcoli nel ciclo otteniamo una diminuzione o un aumento quasi esponenziale della luminosità del LED. Questo è l'ottimale quando controlli i LED con PWM. Quando si accende o si spegne una striscia, questo viene compensato dal software modificando il valore del PWM. Per esempio guardiamo il tramonto. Inizialmente le uscite 0, 4 e 5 sono commutate in alto, il che significa che le rispettive strisce sono accese tramite l'ULN2803A. Quindi il loop riduce la luminosità fino a quando la variabile in w6 è inferiore a 700. A questo punto il pin0 viene impostato su basso e il pin2 viene impostato su alto. Il nuovo valore di w6 è impostato su 900. Ciò significa che la lampada con le strisce 0, 4 e 5 a livello PWM 700 è luminosa quasi quanto la lampada con strisce 2, 4 e 5 a livello PWM 800. Per scoprirlo questi valori devi testare e provare alcuni valori diversi. Cerca di stare da qualche parte nel mezzo, perché quando abbassi troppo la lampada nel primo ciclo, non puoi fare molto nel secondo ciclo. Ciò ridurrà l'effetto di cambio colore. Per regolare le impostazioni PWM ho usato una subroutine che usa anche il valore di w5 per mettere in pausa il programma. A questo punto entra in gioco la velocità. Solo durante l'avviamento viene controllato il potenziometro e il valore viene memorizzato in w5. Il numero di passi in ogni ciclo del programma è fisso, ma cambiando il valore di w5 da 750 a circa 5100, la pausa in ogni passo cambia da 0.75s a 5s. Il numero di passaggi in ciascun ciclo può essere regolato anche modificando la frazione per l'aumento esponenziale decrescente. Ma assicurati di non usare frazioni piccole, perché la variabile w6 è sempre un numero intero! Se usi 99/100 come frazione e lo applichi a un valore di 10, ti darebbe 9,99 in decimali ma di nuovo 10 in numeri interi. Tieni inoltre presente che w6 potrebbe non superare 65325! Per velocizzare il test, prova a commentare la riga con w5 = 5*w5, questo accelererà il programma di un fattore 5!:-)

Passaggio 6: installazione in camera da letto

Ho posizionato la mia lampada del tramonto su un piccolo armadio su un lato della stanza in modo che la luce raggiunga il soffitto. Con un timer accendo la lampada 20 minuti prima che suoni la sveglia. La lampada avvia quindi automaticamente il programma alba e mi sveglia lentamente. La sera attivo la funzione di spegnimento automatico del timer e accendo la lampada con l'interruttore del tramonto acceso. Dopo che il programma è iniziato torno subito all'alba, per la mattina successiva. Poi mi godo il mio tramonto personale e presto mi addormento.

Passaggio 7: modifiche

Quando si sostituisce l'interruttore a levetta con un pulsante è necessario passare alla parte tramonto attivando qualche interruzione nel programma. Per cambiare la tensione di alimentazione devi ricalcolare le singole strisce LED e le resistenze, perché con 12V potresti pilotare solo 3 LED bianchi e hai bisogno anche di una resistenza diversa. Una soluzione alternativa sarebbe quella di utilizzare fonti di corrente costante, ma queste potrebbero costare qualche dollaro e utilizzare altre poche decine di volt per la regolazione. Con 24V puoi pilotare molti LED in una striscia, per controllare la stessa quantità di LED con alimentazione a 12V, i LED devono essere separati in due strisce che vengono utilizzate in parallelo. Ognuna di queste due strisce necessita di un proprio resistore e la corrente accumulata attraverso questo canale è più che raddoppiata. Quindi vedi, che non ha senso pilotare tutti i LED di 5 V, il che sarebbe conveniente, ma la corrente salirebbe a un livello malsano e anche la quantità di resistori necessari salirebbe alle stelle. Per utilizzare LED ad alta potenza con il driver ULN2803 è possibile combinare due canali per una migliore gestione termica. Basta collegare due ingressi insieme su un pin del microcontrollore e due uscite su una striscia LED ad alta potenza. E tieni presente che alcuni spot LED ad alta potenza sono dotati di un proprio circuito a corrente costante e potrebbero non essere oscurati dal PWM nella linea di alimentazione! In questa configurazione tutte le parti sono lontane da ogni limite. Se spingi le cose al limite potresti avere problemi termici con il FET o l'array darlington. E ovviamente non usare mai 230V AC o 110V AC per pilotare questo circuito!!! Il mio prossimo passo oltre questo istruibile è quello di collegare un microcontrollore con tre PWM hardware per controllare uno spot RGB ad alta potenza.

Quindi divertiti e goditi il privilegio del tuo tramonto e della tua alba individuali.