Despertador LED do nascer do sol com alarme de música personalizável: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Minha motivação Neste inverno, minha namorada teve muitos problemas para acordar de manhã e parecia estar sofrendo de SAD (transtorno afetivo sazonal). Eu até noto como é muito mais difícil acordar no inverno, já que o sol ainda não nasceu. Os sintomas de SAD grave podem incluir irritabilidade, dormir demais, mas ainda estar cansado, não conseguir sair da cama, depressão e até mesmo alguns problemas físicos, como dores nas articulações e diminuição da resistência a infecções. Eu tinha ouvido falar sobre alarmes do nascer do sol que simulavam o nascer do sol e percebi que poderia ser uma solução possível para o problema dela. O plano Lembro-me de ter visto um instrutível (https://www.instructables.com/id/Blue-LED-dawn-simulator- for-Soleil-Sun-Alarm /) sobre como modificar um alarme do nascer do sol para fornecer luz azul usando LEDs, já que o azul é suposto ser uma boa luz para ajudar. Gostei da ideia, mas a maneira como o microcontrolador é usado neste instrutível me intimidou, pois tive pouca experiência com programação depois que o código foi desenvolvido. Também não resolveu a outra preocupação minha: gastar US $ 80 em um despertador e modificá-lo, não que minha namorada não valha a pena: D Primeiro pensei em desenvolver um relógio do zero usando um microcontrolador. Construímos um relógio de contagem binário em uma de minhas aulas na faculdade, então eu estava familiarizado com a lógica. Mais tarde, desisti dessa ideia, pois não usaria a mesma linguagem de programação e demoraria muito para desenvolver o código. Tive então a ideia de usar um despertador digital barato que pudesse, com sorte, fornecer uma voltagem quando o alarme disparasse. Eu poderia pegar essa tensão e usá-la como uma chave em um microcontrolador. Quando o alarme disparasse e a voltagem aumentasse, o processo de escurecimento começaria. Se o botão de soneca for pressionado ou se o alarme for desligado, a tensão baixa e o processo de escurecimento para, desligando as luzes. Pesquisei essa ideia e descobri que era possível usar uma tensão de um relógio e usá-la com um microcontrolador! Um cara havia concluído um projeto semelhante que abriu suas cortinas automaticamente pela manhã (https://hackaday.com/2008/11/18/alarm-clock-automated-blinds/). O microcontrolador As ideias começaram a fluir e tudo o que eu tinha a fazer era escolher um microcontrolador para usar. Eu vi um artigo no sparkfun.com que passou pelo processo de construção de um circuito para executar um ATMega168. Li com atenção e decidi que parecia bastante simples e que era o microcontrolador que eu queria usar. Após pesquisas adicionais, descobri que esse Arduino que todo mundo tem usado em seus projetos DIY. Ele usava o ATMega168, era de código aberto e tinha vários fóruns de ajuda e exemplos iniciais; perfeito para o iniciante. Decidi usá-lo para programar meu ATMega168 e transplantá-lo para uma placa de apoio que continha o essencial para o ATMega168 funcionar. Com a última peça do quebra-cabeça em mãos, eu poderia começar. Nota lateral rápida: Antes de começar, quero apenas agradecer a todas as fontes que usei. Tentei ter certeza de vincular qualquer referência que usei dentro do instrutível. O código é apenas manipulação dos exemplos incluídos no ambiente Arduino e um pouco meu, então, obrigado às pessoas que os codificaram! Além disso, este é meu primeiro projeto de microcontrolador. Tenho certeza de que não fiz tudo completamente correto, como adicionar tampas de filtro a lugares e outras várias partes de meus circuitos. Se você vir algo que pode ser melhorado, me avise! Eu vou ter certeza de atualizar ou fazer anotações sobre isso. Aproveitar!

Etapa 1: Sondagem do Circuito de Saída de Alarme e Relógio

Sondando o relógio Este é o relógio que escolhi. Comprei no Walmart e era barato, então, se eu não pudesse usar, não ficaria muito chateado. Ele também tem uma bateria de reserva de 9v para o caso de falta de energia. Mais tarde, descobri que a sequência de alarme do ATMega168 ainda dispara! Portanto, ele ainda vai acordá-lo se não houver energia! Quando está sem bateria, a tela frontal é desligada e muda para um relógio interno diferente que é menos preciso, mas ainda funciona bem. Quando a energia é reconectada, o relógio pode ter que ser ajustado, mas as configurações do alarme permanecerão. O relógio desmonta com bastante facilidade. Existem quatro parafusos na parte inferior e três parafusos que mantêm a placa do botão PCB presa na parte superior da caixa do relógio. Para retirar a parte superior e obter melhor acesso ao LCD, você precisa passar o clipe de 9v pelo orifício na metade inferior. O LCD frontal salta para fora e após inspeção, havia várias peças. Encontrei um transformador, um alto-falante piezoelétrico para o alarme, alguns diodos para o circuito retificador, alguns botões para as entradas e um mostrador de relógio que parecia ter todos os circuitos do relógio embaixo dele. Encontrei o terreno e comecei a vasculhar. TENHA CUIDADO AO FAZER ISSO NO SEU RELÓGIO, HÁ UM TRANSFORMADOR EXPOSTO QUE VAI ENTREGAR UM GRANDE CHOQUE. Anotei as tensões em cada pino quando o alarme estava desligado e quando o alarme estava ligado. Eu esperava por um pino que fornecesse uma boa voltagem lógica de 5 V quando o alarme estava ligado e 0 V quando o alarme estava desligado. Eu não tive essa sorte, mas a voltagem que ia para o alto-falante fornecia uma voltagem que variava de 9,5v-12,5v. Achei que poderia usar isso. Eu também encontrei um pino rotulado como VCC que fornecia uma voltagem que variava de 10v-12v. Isso entra em ação mais tarde, ao construir a fonte de alimentação para o microcontrolador. Circuito de saída do alarme Eu soldei um fio ao terra e outro ao pino do alarme e comecei a trabalhar em um circuito para estabilizar a tensão. Achei que poderia usar um regulador de 5 V, mas só tinha um regulador ajustável por perto. Fiz algumas contas e meus valores forneceram uma voltagem ligeiramente abaixo de 5v. Eu mexi um pouco e troquei os resistentes até que fornecessem os 5v que eu precisava. Usei um capacitor de 470uF na entrada para suavizar a tensão. Com o capacitor, a tensão variou apenas de 10,5v-10v. Abaixo está o esquema do circuito que usei para condicionar minha saída de alarme e uma imagem das peças juntas em uma placa de ensaio.

Etapa 2: circuito de fonte de alimentação, circuito de driver de LED e fiação

Circuito da fonte de alimentação Se eu conectasse o microcontrolador diretamente ao Vcc do relógio, eu o explodiria (bem, não realmente, mas o tornaria inútil). Eu precisava condicionar a voltagem e baixá-la para 5v. Usei um circuito regulador simples que usa apenas dois capacitores e um regulador de 5v. Fui ao laboratório da escola e localizei um regulador de 5v na pilha de lixo. Eu conectei o circuito e testei. Ele forneceu um bom e estável driver de circuito de LED de 4,99v Como o ATMega168 pode fornecer apenas cerca de 16 mA de corrente para cada uma de suas saídas digitais, um regulador de corrente é necessário para alimentar os LEDs. Encontrei esse circuito nos fóruns de ajuda do Arduino e parece um circuito bastante comum e simples. Para direcionar a luz dos LEDs, resolvi usar um refletor de lanterna. A lanterna que comprei tinha três orifícios para três LEDs. Decidi triturá-los maiores e colocar quatro em cada orifício, explicando assim como o circuito é desenhado. Fiação Assim que descobri que poderia usar o Vcc do relógio e a saída do alarme, decidi soldar alguns fios finos e linha -los para fora por um orifício na lateral. Também tive a ideia de adicionar um loop em meu programa de microcontrolador para tocar uma música em vez do alarme original. Eu soldei dois fios mais longos no alto-falante piezoelétrico e os passei pela lateral também. Usei um cortador de fio para cortar um pequeno entalhe na metade superior do relógio e aparafusar tudo de volta.

Etapa 3: conectando o ATMega168 e construindo o protótipo

Conectando o ATMega168 Existem apenas alguns pinos que precisam ser conectados para que o ATMega168 funcione. Eu encontrei esta pinagem do ATMega168 em https://www.moderndevice.com/Docs/RBBB_Instructions_05.pdf as conexões são as seguintes: Para Vcc-Pin 1 para Vcc com um resistor de 10k. - Pino 7 e pino 20 para Vcc para aterramento - pino 8 e pino 22 para aterramento - pino 21 para aterramento com um capacitor eletrolítico.1uF - entrada - pino 4 (pino digital 2) está conectado ao meu fio de alarme Saída - pino 15 para fio NEGATIVO do piezoelétrico alto-falante-Pin 16 para a entrada do circuito do driver de LEDClock-16Mhz Crystal - Uma perna para o pino 9 a outra perna para o pino 10--11 Conexões ao todo - Nota: Eu acredito que poderia ter ligado algumas tampas nas pernas do o cristal, mas como meu programa não precisa de um relógio de alta precisão, deixei-o como está. Usei o pino digital de entrada do alarme aleatoriamente, qualquer outro pino digital deve funcionar. O alto-falante piezoelétrico e os LEDs devem ser conectados a um pino PWM digital ou não funcionarão. Além disso, não consegui encontrar um bom modelo na Eagle para o modelo de 28 pinos, então apenas MS pintei tudo junto: D Desculpe se parece confuso. Faça perguntas se precisar! Eu fiz um diagrama de blocos também para ajudar a entender de onde tudo vai ou vem. Construindo o Protótipo --- Lista de Peças --- Circuito de Saída de Alarme -LM317T Regulador de Tensão Positiva Ajustável (Você poderia usar um regulador de 5 V, eu acabei de fazer isso um) Resistor de -1k Ohm Resistor de -3,8k Ohm -470uF Capacitor eletrolítico Fonte de alimentação -UA7805C Regulador de 5v -100uF Capacitor eletrolítico -10uF Capacitor eletrolítico Circuito de driver LED -2N3904 -150 Ohm (você pode experimentar com valores de resistor menores ou maiores dependendo de seus LEDs) Resistor de -1k OhmMicrocontrolador Soquete de 28 pinos (opcional, mas reprogramei meu ATMega168 várias vezes com meu Arduino) -ATMega168 -.1uF Capacitor eletrolítico -16 MHz Cristal -10k Ohm ResistorMisc. Suprimentos -Prototyping Perf Board -Prototyping Board Legs and Screws -Wire Quando fiz o protótipo do meu circuito, construí cada seção em uma breadboard, testei e transferi para a perf board. Comecei com o circuito de saída de alarme e verifiquei se funcionava corretamente. Passei então para a parte da fonte de alimentação, depois para o driver de LED e terminei com o circuito do microcontrolador. Mas, visto que você não tem que testar o circuito e ter certeza de que os conceitos funcionam, como eu já fiz isso, você pode simplesmente construir o circuito inteiro. Certifique-se de obter as tensões corretas nos lugares certos. 0v na saída do circuito de saída de alarme quando o alarme está desligado e 5v quando está ligado. 5v na saída do circuito de alimentação. Não coloque o ATMega168 no soquete ainda, ele precisa ser programado. Eu poderia ter usado uma placa de desempenho menor ou cortado a minha, mas decidi deixar como está. Não é extremamente grande. Depois que o circuito foi prototipado, a construção da lâmpada LED pode começar.

Etapa 4: Construindo a "lâmpada" de LED

A lâmpada LED Triplo Quad !!!! "'Se quiser, você pode pular esta etapa e usar um único LED para testar seu circuito. Você pode voltar a isso quando tiver o circuito confirmado e funcionando. Além disso, usei o branco LEDs porque eu não tinha mais blues de alto brilho sobrando. Ouvi dizer que o azul ajuda melhor com o SAD. Fui à loja do dólar comprar uma lanterna barata porque precisava de um refletor para direcionar a luz dos LEDs. A lanterna I comprado continha três LEDs. Decidi colocar quatro LEDs em cada orifício e precisava de uma maneira de conectá-los todos. Eu vim com este processo que solda quatro LEDs juntos e, em seguida, conecta três desses "LEDs quádruplos". Todos os LEDs estão em paralelo, mantendo a tensão igual a de um LED e elevando a corrente. Isso é o que o circuito do driver de LED fornece. Protip: Alicate de ponta fina helpStep1: Segure dois LEDs juntos com os cabos de aterramento se tocando. As bordas planas dos LEDs devem sentar-se um ao lado do outro. Carregue a ponta do seu iro de solda n com um pouco de solda para que haja uma gota de solda líquida na ponta. Toque rapidamente os dois cabos de aterramento com o ferro de solda o mais próximo possível do LED. Se você deixar a ponta lá por muito tempo, os condutores vão aquecer e não terá uma sensação ótima. Etapa 2: Usando uma ferramenta dremel, lima ou lixa plana, lixe as bordas de um dos lados de um par para que fiquem achatadas sente-se próximo a outro par de flush. Lixei os LEDs para ajudar a difundir um pouco a luz. Agora, dobre as pontas conforme mostrado. É meio difícil tirar fotos do processo, mas basicamente desviar as ligações positivas para fora. Dobre as pontas negativas em direção aos lados achatados e em linha reta para cima, de modo que, quando você colocar dois pares juntos, as quatro pontas negativas se juntem como uma única pista grande. Pegando dois pares, mantenha-os juntos. Os pinos negativos ficarão todos no centro. Toque-os com o ferro de solda para fundi-los todos. PASSO 3: Agora que os quatro fios negativos estão soldados juntos, prenda três deles, deixando apenas um. Agora, dobre um dos fios positivos ao redor do lado externo do LED quad, soldando em cada conexão. Corte todas as ligações positivas, exceto uma, deixando uma pista positiva e outra negativa. Pronto! Agora faça mais dois:] Assim que você tiver três LEDs quad, é hora de encaixá-los no refletor da lanterna. Comprei esta lanterna por $ 3 na loja do dólar. É um dorcey e todas as partes se retorcem, então é fácil acessar todas as partes. Eu uso o refletor prateado e o cone preto de volta. O cone preto pode ser retirado de suas peças de metal, deixando apenas a peça de plástico. É usado posteriormente para prender a lâmpada no pescoço ajustável. Dependendo da lanterna que você encontrar, pode ser necessário encaixar os LEDs no pescoço ajustável de maneira diferente. Tentei encontrar uma lanterna genérica que estivesse disponível em muitos lugares. Etapa 4: Usei uma dremel levada para alargar os três orifícios do refletor. Em seguida, empurrei cada um dos quatro LEDs quádruplos em seus orifícios com os terminais negativos voltados para dentro. Dobre e solde os terminais negativo e positivo, completando o TRIPLE QUAD LED BULB! Em seguida, soldei dois fios longos e finos que mais tarde serão alimentados pelo pescoço ajustável e soldados à placa de circuito principal. Também coloquei um pouco de cola em cada pacote de LED quádruplo para garantir que ficariam no lugar.

Etapa 5: pescoço ajustável e base

O pescoço ajustável A fim de direcionar a "luz solar" que o despertador gera, optei por adicionar um pescoço ajustável. No início, pensei que poderia usar um conduíte para o pescoço, mas como tenho ferramentas e ferragens limitadas na faculdade, não pude prendê-lo muito bem na base. Além disso, era muito difícil de dobrar e não se ajustava muito bem. Acabei usando apenas um dos fios dentro do conduíte. Ficou muito bom. Consegui prendê-lo sem nenhuma ferragem, apenas um orifício na base. Comecei tirando um fio do conduíte e enrolando-o do lado de fora, criando uma bela espiral. Então torci apenas o fio do conduíte. Em seguida, estiquei-o e conectei-o ao cone preto que mencionei antes. O cone preto vem com alguns circuitos da lanterna presa a ele, mas é facilmente removido. Agora que você tem apenas o pedaço de cone de plástico, faça dois orifícios nas bordas, cada um grande o suficiente para o arame passar. Eu o alimentei e depois o abaixei e saí do outro lado, enrolando-o para baixo. Em seguida, usei o fio fino e flexível do conduíte para prendê-lo ainda mais. Os dois fios longos que foram soldados anteriormente podem ser alimentados através do cone preto de volta e a lâmpada pode ser torcida no lugar. Eu adicionei um pouco de cola para mantê-lo preso. A Base Para prender o pescoço ajustável, fiz um orifício de 7/64 polegadas na base de madeira e enfiei o fio. Ele se ajusta perfeitamente, então não é necessária cola, mas está solto o suficiente para que o pescoço seja girado e torcido. Os dois fios de LED podem ser enrolados no pescoço e soldados à placa de prototipagem. Para conectar a placa, usei quatro montagens de PCB. Eu tinha uma broca de rosqueamento disponível, mas não era necessária. Se você não tiver uma broca para rosquear, faça um orifício menor que o parafuso e torça-o com um alicate. Fixei o relógio na base usando um velcro. Não o apertei, pois meu relógio tem bateria de reserva e quando a bateria acabar, será necessário substituí-la. Por último, adicionei alguns pés de borracha aos cantos.

Etapa 6: o programa

O Programa Para programar seu ATMega168 com a conexão USB e placa Arduino, você precisará de um chip ATMega168 que já tenha o bootloader Arduino nele. Esta foi a forma mais simples que encontrei de programar o microcontrolador. Quando comprei minha placa, peguei um ATMega168 extra com o bootloader do mesmo fornecedor. Você pode ter que pagar um pouco mais pelo chip pré-programado, mas valeu a pena para mim, pois eu não queria mexer com adaptadores de cabo serial etc. Anexei o código como um arquivo.txt e um.pde Arquivo. Eu não queria tornar isso instrutível por muito tempo postando todo o código. Usei o ambiente de programação Arduino mais recente: arduino-0015. O que adoro nas placas Arduino é que há toneladas de exemplos incluídos com o ambiente, o ambiente do programa é gratuito e há muitos projetos e páginas de ajuda por aí. Também é muito fácil construir uma placa de breakout para executar seu programa por conta própria. Tentei comentar o código da melhor maneira possível, então vou manter as descrições no mínimo. Usei o exemplo "Fading LED" de BARRAGAN para me familiarizar com a modulação por largura de pulso (PWM) de que o ATMega168 é capaz. Eu tenho três declarações "if". O primeiro desapareceu nos níveis de dimness mais baixos (0-75 de 255) mais lentamente, pois os níveis mais altos parecem iguais. O segundo desaparece nos níveis de escurecimento superiores mais rapidamente. Todo o processo de fade leva 15 minutos. Assim que os LEDs atingirem o brilho total, o loop da música tocará até que o alarme seja desligado. O alarme original era bastante irritante. Era apenas o som típico do despertador que todo mundo odeia. Eu pensei, por que não usar o alto-falante para fazer uma música agradável para acordar? Como minha namorada adora os Beatles e eu sabia que Hey Jude tem uma melodia bastante simples, decidi usá-la. Uma onda quadrada é gerada e, em seguida, o PWM é usado para tocar as notas de Hey Jude no alto-falante piezoelétrico. Para programar a música, manipulei o exemplo "Melody" dos exemplos de ambiente do Arduino. Encontrei algumas partituras simples e as traduzi em notas no código. Tive de aumentar o número de notas tocadas para 41 e fazer as contas para descobrir uma nota mais baixa do que o 'c' fornecido. Em seguida, implantei esse código em meu código principal. Para programar o chip, primeiro você precisará instalar os drivers USB fornecidos com o ambiente Arduino. Em seguida, selecione sua placa no menu suspenso e selecione a porta COM apropriada. Todo esse processo é descrito em detalhes aqui: https://arduino.cc/en/Guide/WindowsE isso é tudo! Depois de programar o ATMega168, ele pode ser retirado do Arduino e colocado no circuito prototipado!

Etapa 7: Conclusão

Possíveis melhorias Depois de terminar o alarme do nascer do sol, pensei em algumas melhorias ou recursos extras que poderia ter adicionado. Uma das ideias que tive foi um interruptor para ligar a lâmpada com brilho total para que pudesse ser usada como lâmpada de leitura. Outra opção pode ser usada para ligar ou desligar o som do alarme. A placa de circuito também poderia ser bem menor. Acabei de ter este aqui e decidi deixá-lo inteiro. O Produto FinalAqui está! Adicionei algumas fotos de como fica quando as luzes estão diminuindo. Também fiz alguns vídeos do alarme tocando Hey Jude. Novamente, se você tiver alguma dúvida sobre este projeto, é só perguntar, eu adoro ajudar!