Uma lâmpada do nascer e do pôr do sol com LEDs: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:41

Você sabe, no inverno é difícil se levantar, porque está escuro lá fora e seu corpo simplesmente não acorda no meio da noite. Então você pode comprar um despertador que te acorde com luz. Esses dispositivos não são tão caros quanto alguns anos atrás, mas a maioria deles tem uma aparência realmente feia. Por outro lado, na maioria das vezes também está escuro quando você chega em casa do trabalho. Portanto, o grande pôr-do-sol também se foi. O inverno parece triste, não é? Mas não para os leitores deste instrutível. Ele explica como construir uma lâmpada combinada do nascer e do pôr-do-sol a partir de um microcontrolador picaxe, alguns LEDs e algumas outras peças. Os LEDs podem custar de 5 a 10 euros dependendo da qualidade e as outras peças não devem custar mais de 20 euros. Portanto, com menos de 30 euros você pode construir algo realmente útil e agradável. E este instrutível não só irá explicar como reconstruir isso, mas também mostrará como modificá-lo de acordo com suas preferências individuais.

Etapa 1: coisas que precisamos

Você precisa dessas coisas: o12V ou 24V fonte de alimentação o1 Picaxe 18M (ou qualquer outro microcontrolador) de https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ soquete oA para um conector de telefone de 3,5 mm ou qualquer outro conexão da porta serial ao microcontrolador para programar o botão picaxe o1 e 1 chave seletora, ou 2 botões o1 IC7805 com capacitores, isso nos converte de 12V ou 24V para os 5V que precisamos para operar o microcontrolador o1 IC ULN2803A, este é um Darlington Transistor Array para uso direto em saídas de nível TTL. Como alternativa, use 8 transistores Darlington simples com resistores adequados, mas também funciona com os transistores BC547 padrão. o1 FET de alta potência como o IRF520, ou algum outro transistor Power-Darlington como o BD649 o Um monte de LEDs, cores diferentes como vermelho, amarelo, branco, branco quente, azul e ultravioleta. Leia o passo 4 para mais informações. o1 10k & - potenciômetro, preferível com um botão longo o1 300 & - potenciômetro para fins de teste oAlguns resistores, alguns cabos, uma placa para construir o circuito e, claro, um ferro de solda OA ferramenta de medição para correntes também seria útil, mas não é absolutamente necessário Dependendo da fonte de alimentação usada, você pode precisar de conectores adicionais e um compartimento para os LEDs. Usei uma placa de acrílico que fixei na caixa do Power-supply. Em mouses de computador mais antigos com conectores D-Sub, você pode encontrar um bom substituto para o cabo de fone usado para programar o picaxe. Picaxes e muitas outras coisas úteis podem ser compradas aqui: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/Para o resto, consulte seu revendedor local.

Etapa 2: o layout do circuito

O ULN2803A é um darlington-array, consistindo em 8 darlington-drivers individuais com resistores adequados no lado da entrada para que você possa conectar diretamente a saída do microcontrolador à entrada do UNL2803A. Se a entrada obtiver um nível alto (5 V) do microcontrolador, a saída será conectada ao GND. Isso significa que um alto na entrada acenderá a respectiva faixa de LED. Cada canal pode ser usado com uma corrente de até 500mA. Os LEDs ultrabright padrão de 5 mm normalmente usam 25-30mA por faixa e até oito deles irão forçar o FET apenas com 200-250mA, então você está longe de quaisquer pontos críticos. Você pode até pensar em usar LEDs de 5 W de alta potência para a luz de ativação. Eles geralmente usam 350mA a 12V e também podem ser acionados por esta matriz. O botão "S1" é o botão de reinicialização do microcontrolador. O interruptor "S2" é o seletor de pôr do sol ou amanhecer. Você também pode substituí-lo por um botão e ativar o pôr do sol por uma interrupção no software. O potenciômetro R11 atua como um seletor de velocidade. Usamos a capacidade do ADC de picaxes para ler a posição do potenciômetro e usar esse valor como escala de tempo. A imagem mostra a primeira placa que construí com 7 transistores individuais (BC547C) e os resistores para acioná-los. Eu não tinha o ULN2803 na época que construí o circuito e agora estou faltando algumas outras peças. Portanto, decidi mostrar a vocês o layout original, mas também fornecer o layout com o novo driver-array.

Etapa 3: Qual é a aparência do pôr do sol?

Quando você observa um pôr do sol real, pode reconhecer que a cor da luz está mudando com o tempo. De um branco brilhante quando o sol ainda está no horizonte, ele muda para um amarelo brilhante, então para um laranja médio, então para um vermelho escuro e depois disso um brilho branco azulado baixo, então há escuridão. O pôr-do-sol será a parte mais difícil do aparelho porque você o observa com plena consciência e pequenos erros são muito chatos. O nascer do sol é principalmente o mesmo programa invertido, mas como você ainda está dormindo quando o nascer do sol começa, não precisamos nos preocupar muito com as cores. E começando seu pôr do sol ao deitar, você pode não querer começar com um sol forte, mas pela manhã é importante tirar o máximo proveito dos LEDs. Portanto, é conveniente ter sequências diferentes para o nascer e o pôr do sol, mas você está livre para testar o que quiser, é claro! Mas essas diferenças nos programas, podem nos levar a uma seleção diferente de LEDs para ambos os programas.

Etapa 4: Selecionando os LEDs e Calculando os Resistores

Selecionar os LEDs é a parte criativa deste instrutível. Portanto, o texto a seguir é apenas uma sugestão minha para você. Sinta-se à vontade para variar e alterá-los, vou lhe dizer como fazer isso. Cores: É difícil ligar ou desligar suavemente uma faixa com LEDs de uma cor totalmente nova. Portanto, minha recomendação é que cada faixa contenha LEDs de todas as cores, mas em quantidades variáveis. Se imaginarmos o pôr do sol invertido, a primeira faixa conteria muitos LEDs vermelhos e talvez um branco, um azul e um UV. Digamos 5 vermelhos, 2 amarelos, 1 branco quente e 1 UV. Se desejar, você pode substituir um dos LEDs vermelhos ou amarelos por um laranja (Faixa 2 no esquema). A próxima faixa mais brilhante teria alguns vermelhos substituídos por amarelos. Digamos 2 vermelhas, 5 amarelas e 2 brancas quentes (faixa 3 no esquema). Nas próximas faixas, mais algumas faixas vermelhas serão substituídas por amarelas ou mesmo brancas. Digamos 1 vermelho, 1 amarelo, 4 branco quente e 1 azul. (faixa 4 no esquema) A próxima faixa pode consistir em 3 LED brancos frios, 2 brancos quentes e 1 LED azul. (tira 5) Isso seria quatro tiras para o pôr do sol até agora. Para Sunrise, poderíamos usar as três faixas restantes com LEDs brancos e azuis, principalmente frios. Se você conectar a 7ª e a 8ª entrada juntas, você também pode usar 4 faixas para o nascer do sol ou dar uma quinta faixa para o pôr do sol, como desejar. Você deve ter notado que as tiras contendo LEDs vermelhos têm mais LEDs por tira do que os brancos puros. Isso é causado pela diferença na tensão mínima dos LEDs vermelhos e brancos. Como os LEDs são realmente brilhantes e mesmo diminuí-los para 1% é bastante, calculei a faixa 1 com 3 vermelhos, 2 amarelos e um LED branco quente para ter apenas 5mA de corrente. Isso faz com que esta faixa não seja tão brilhante quanto as outras e, portanto, adequada para a última sugestão do pôr-do-sol. Mas eu deveria ter dado a esta faixa um LED UV também, para uma última olhada. Como calcular os LEDs e os resistores: Os LEDs precisam de uma certa voltagem para operar e até mesmo o darlington-array usa 0,7 V por canal para seu próprio propósito, então calcular o resistor é muito simples. O FET praticamente não causa nenhuma perda de tensão para nossos propósitos. Digamos que operamos a 24 V da fonte de alimentação. Desta tensão, subtraímos todas as tensões nominais para os LEDs e 0,7 V para o array. O que resta deve ser usado pelo resistor na corrente fornecida. Vejamos um exemplo: primeira faixa: 5 vermelhos, 2 amarelos, 1 branco quente e 1 LED uv. Um LED vermelho leva 2,1 V, então cinco deles levam 10,5 V. Um LED amarelo também leva 2,1 V, então dois deles levam 4,2 V. O LED branco leva 3,6 V, o LED UV leva 3,3 V e a matriz 0,7 V. Isso faz 24 V -10,5 V - 4,2 V - 3,6 V - 3,3 V - 0,7 V = 1,7 V que deve ser usado por algum resistor. Você certamente conhece a lei de Ohm: R = U / I. Portanto, um resistor que usa 1,7 V a 25 mA tem um valor de 1,7 V / 0,025 A = 68 Ohm, que está disponível em lojas de eletrônicos. Para calcular a potência usada pelo resistor apenas calcule P = U * I, isso significa P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Portanto, um pequeno resistor de 0,25W é suficiente para este propósito. Se você usar correntes mais altas ou quiser queimar mais volt no resistor, pode ser necessário usar um maior! Essa é a razão pela qual você só pode operar 6 LEDs brancos que consomem alta tensão em 24 V. Mas nem todos os LEDs são realmente os mesmos, pode haver grandes diferenças na perda de tensão de LED para LED. Portanto, usamos o segundo potenciômetro (300?) E um medidor de corrente para ajustar a corrente de cada faixa ao nível desejado (25mA) no circuito final. Então medimos o valor do resistor e isso deve nos dar algo em torno do valor calculado. Se o resultado for algo entre dois tipos, escolha o próximo valor mais alto se quiser que a faixa seja um pouco mais escura ou o próximo valor mais baixo da faixa um pouco mais brilhante. Instalei os LEDs em uma placa de vidro acrílico que fixei na caixa da fonte de alimentação. O vidro acrílico pode ser facilmente furado e dobrado se aquecido a cerca de 100 ° C no forno. Como você pode ver nas fotos, também adicionei o botão de seleção do nascer do sol - pôr do sol a esta tela. O potenciômetro e o botão de reset estão na placa de circuito.

Etapa 5: Ajustando o software

Os picaxes são facilmente programáveis por algum dialeto básico do fornecedor. O Editor e o software são gratuitos. Claro que também se pode programar isso em assembler para PICs em branco ou para os AVRs Atmel, mas este foi um dos meus primeiros projetos depois de testar os picaxes. Enquanto isso, trabalho em uma versão melhor com vários PWMs em um AVR. Os picaxes são muito bons para iniciantes porque os requisitos para o hardware são muito simples e a linguagem básica é fácil de aprender. Com menos de 30 € pode começar a explorar o maravilhoso mundo dos microcontroladores. A desvantagem deste chip barato (18M) é a RAM limitada. Se você escolheu outros recursos ou conectar o arquivo diferente, pode ser necessário ajustar o programa. Mas certamente você terá que fazer ajustes nas transições entre as tiras individuais. Como você pode ver na listagem, a variável w6 (uma variável de palavra) atua como uma variável de contador e como o parâmetro para o PWM. Com a frequência PWM escolhida de 4kHz, os valores para 1% a 99% do tempo de serviço são de 10 a 990, respectivamente. Com os cálculos no loop, obtemos uma diminuição ou aumento quase exponencial do brilho do LED. Isso é ideal quando você controla LEDs com PWM. Ao ligar ou desligar uma faixa, isso é compensado pelo software alterando o valor do PWM. Por exemplo, vamos olhar para o pôr do sol. Inicialmente, as saídas 0, 4 e 5 são comutadas para alto, o que significa que as respectivas faixas são ativadas através do ULN2803A. Em seguida, o loop reduziu o brilho até que a variável em w6 fosse menor que 700. Nesse ponto, o pino0 é comutado para baixo e o pino2 é comutado para alto. O novo valor de w6 é definido como 900. Isso significa que a lâmpada com faixas 0, 4 e 5 no nível PWM 700 é quase tão brilhante quanto a lâmpada com faixas 2, 4 e 5 no nível PWM 800. Para descobrir esses valores você tem que testar e tentar alguns valores diferentes. Tente ficar em algum lugar no meio, porque quando você diminui muito a intensidade da lâmpada no primeiro loop, não pode fazer muito no segundo loop. Isso reduzirá o efeito de mudança de cor. Para ajustar as configurações de PWM, usei uma sub-rotina que também usa o valor de w5 para pausar o programa. Nesse ponto, a velocidade entra no jogo. Somente durante a inicialização o potenciômetro é verificado e o valor é armazenado em w5. O número de etapas em cada loop do programa é fixo, mas ao alterar o valor de w5 de 750 para cerca de 5100, a pausa em cada etapa muda de 0,75s para 5s. O número de etapas em cada loop também pode ser ajustado alterando a fração para o decréscimo ou aumento exponencial. Mas certifique-se de não usar para pequenas frações, pois a variável w6 é sempre um número inteiro! Se você usasse 99/100 como uma fração e aplicasse isso a um valor de 10, isso lhe daria 9,99 em decimais, mas novamente 10 em inteiros. Lembre-se também de que w6 não pode exceder 65325! Para acelerar o teste, tente comentar a linha com w5 = 5 * w5, isso irá acelerar o programa por um fator de 5!:-)

Etapa 6: instalação no quarto

Coloquei minha lâmpada do pôr-do-sol em um pequeno armário de um lado da sala para que a luz brilhe no teto. Por um cronômetro, eu ligo a lâmpada 20 minutos antes de o alarme tocar. A lâmpada então inicia automaticamente o programa do nascer do sol e me acorda lentamente. À noite, eu ativo a função sleep-timer do relógio temporizador e ligo a lâmpada com o interruptor do pôr do sol ligado. Após o início do programa, volto imediatamente para o nascer do sol, para a manhã seguinte. Então eu aprecio meu pôr do sol pessoal e logo adormeço.

Etapa 7: Modificações

Ao substituir a chave seletora por um botão, você deve alternar para a parte do sol ativando alguma interrupção no programa. Para alterar a tensão de alimentação, você deve recalcular as faixas de LED individuais e os resistores, porque com 12V você só poderia acionar 3 LEDs brancos e também precisa de um resistor diferente. Uma solução alternativa seria usar fontes de corrente constante, mas elas podem custar alguns dólares e usar outras dezenas de volt para regulagem. Com 24V você pode acionar muitos LEDs em uma tira, para controlar a mesma quantidade de LEDs com alimentação de 12V, os LEDs devem ser separados em duas tiras que são usadas paralelamente. Cada uma dessas duas faixas precisa de seu próprio resistor e a corrente acumulada por meio desse canal mais que dobrou. Como você pode ver, não faz sentido acionar todos os LEDs em 5 V, o que seria conveniente, mas a corrente aumentaria para um nível prejudicial e a quantidade de resistores necessários também dispararia. Para usar LEDs de alta potência com o driver ULN2803, você pode combinar dois canais para um melhor gerenciamento térmico. Basta conectar duas entradas em um pino do microcontrolador e duas saídas em uma faixa de LED de alta potência. E tenha em mente que alguns focos de LED de alta potência vêm com seu próprio circuito de corrente constante e podem não ser escurecidos pelo PWM na linha de força! Nesta configuração, todas as peças estão longe de quaisquer limites. Se você forçar as coisas até o limite, poderá ter problemas térmicos com o FET ou o darlington array. E, claro, nunca use 230 Vca ou 110 Vca para acionar este circuito !!! Meu próximo passo além deste instrutível é conectar um microcontrolador com três PWMs de hardware para controlar um RGB-Spot de alta potência.

Portanto, divirta-se e aproveite o privilégio de seu pôr do sol e nascer do sol individuais.