LED-zonsopgangwekker met aanpasbaar liedalarm - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Mijn motivatie Deze winter had mijn vriendin veel moeite om 's ochtends wakker te worden en leek ze te lijden aan SAD (Seasonal Affective Disorder). Ik merk zelfs hoe veel moeilijker het is om in de winter wakker te worden omdat de zon nog niet is opgekomen. Symptomen van ernstige SAD kunnen zijn: prikkelbaarheid, verslapen maar nog steeds moe zijn, niet uit bed kunnen komen, depressie en zelfs enkele fysieke problemen zoals gewrichtspijn en verminderde weerstand tegen infecties. Ik had gehoord over zonsopgangalarmen die de zonsopgang simuleerden en dacht dat dit een mogelijke oplossing voor haar probleem zou kunnen zijn. for-Soleil-Sun-Alarm/) over het aanpassen van een zonsopgangalarm om blauw licht te geven met behulp van LED's, aangezien blauw het goede licht zou moeten zijn om te helpen. Ik vond het idee leuk, maar de manier waarop de microcontroller in deze instructable wordt gebruikt, intimideerde me omdat ik beperkte ervaring heb met het programmeren van een nadat de code is ontwikkeld. Het loste ook niet de andere zorg van mij op: $ 80 uitgeven aan een wekker en deze aanpassen, niet dat mijn vriendin het niet waard is:D Ik dacht eerst aan het helemaal opnieuw ontwikkelen van een klok met een microcontroller. We hebben een binaire telklok gebouwd in een van mijn colleges, dus ik was bekend met de logica. Later gaf ik dat idee op omdat ik niet dezelfde programmeertaal zou gebruiken en ik veel tijd zou nemen om de code te ontwikkelen. Ik kwam toen op het idee om een goedkope digitale wekker te gebruiken die hopelijk spanning zou kunnen geven als het alarm afging. Ik zou deze spanning kunnen nemen en gebruiken als een schakelaar met een microcontroller. Toen het alarm afging en de spanning hoog werd, zou het dimproces beginnen. Als de snooze-knop werd ingedrukt of het alarm werd uitgeschakeld, zou de spanning laag worden en zou het dimproces stoppen, waardoor de lichten uit zouden gaan. Ik onderzocht dit idee en ontdekte dat het mogelijk was om een spanning van een klok te gebruiken en deze te gebruiken met een microcontroller! Een man had een soortgelijk project voltooid waarbij zijn jaloezieën 's ochtends automatisch werden geopend (https://hackaday.com/2008/11/18/alarm-clock-automated-blinds/). De microcontroller De ideeën begonnen te stromen en alles wat ik had te doen was een microcontroller kiezen om te gebruiken. Ik zag een artikel op sparkfun.com dat ging door het proces van het bouwen van een circuit om een ATMega168 te laten draaien. Ik las aandachtig en besloot dat het eenvoudig genoeg leek en dat het de microcontroller was die ik wilde gebruiken. Bij verder onderzoek vond ik dit Arduino-ding dat iedereen heeft gebruikt voor hun doe-het-zelf-projecten. Het gebruikte de ATMega168, was open source en had talloze helpforums en startvoorbeelden; ideaal voor de beginner. Ik besloot het te gebruiken om mijn ATMega168 te programmeren en het te transplanteren in een breakout-bord dat de essentiële benodigdheden bevatte om de ATMega168 te laten werken. Met het laatste stukje van de puzzel in de hand kon ik beginnen. Korte kanttekening: voordat ik begin, wil ik alle bronnen bedanken die ik heb gebruikt. Ik heb geprobeerd ervoor te zorgen dat ik elke referentie die ik in de instructable heb gebruikt, heb gekoppeld. De code is slechts manipulatie van de voorbeelden in de Arduino-omgeving en een beetje van mezelf, dus dank aan de mensen die deze hebben gecodeerd! Dit is ook mijn eerste microcontrollerproject. Ik weet zeker dat ik niet alles helemaal correct heb gedaan, zoals het toevoegen van filterdoppen aan plaatsen en andere verschillende onderdelen aan mijn circuits. Als je iets ziet dat verbeterd kan worden, laat het me weten! Ik zal het zeker updaten of aantekeningen maken. Genieten van!

Stap 1: Onderzoek naar het klok- en alarmuitgangscircuit

De klok aftasten Dit is de klok die ik heb gekozen. Ik kocht het bij Walmart en het was goedkoop, dus als ik het niet zou kunnen gebruiken, zou ik niet al te boos zijn. Het heeft ook een 9V-batterijback-up voor het geval de stroom uitvalt. Later kwam ik erachter dat de alarmsequentie van de ATMega168 nog steeds afgaat! Dus het zal je nog steeds wakker maken als er geen stroom is! Als de batterij leeg raakt, wordt het display aan de voorkant uitgeschakeld en schakelt het over naar een andere interne klok die minder nauwkeurig is maar nog steeds prima werkt. Wanneer de stroom weer wordt aangesloten, moet de klok mogelijk worden aangepast, maar de alarminstellingen blijven behouden. De klok valt vrij gemakkelijk uit elkaar. Er zijn vier schroeven aan de onderkant en drie schroeven waarmee de printplaat van de knop aan de bovenkant van de klokkast is bevestigd. Om de bovenkant eraf te halen en een betere toegang tot het LCD-scherm te krijgen, moet u de 9v-clip door het gat in de onderste helft steken. Het LCD-scherm aan de voorkant springt eruit en bij inspectie waren er weinig onderdelen. Ik vond een transformator, een piëzo-elektrische luidspreker voor het alarm, enkele diodes voor het gelijkrichtcircuit, enkele knoppen voor de ingangen en een klokdisplay dat alle klokcircuits eronder leek te hebben. Ik vond de grond en begon te zoeken. WEES VOORZICHTIG ALS U DIT OP UW KLOK DOET, IS ER EEN BLOOTGESTELDE TRANSFORMATOR DIE EEN KRACHTIGE SCHOK ZAL LEVEREN. Ik noteerde de spanningen op elke pin wanneer het alarm uit was en wanneer het alarm aan was. Ik hoopte op een pin die een mooie logische spanning van 5v leverde als het alarm aan was en 0v als het alarm uit was. Ik had niet zoveel geluk, maar de spanning die naar de luidspreker ging, zorgde voor een spanning die varieerde van 9.5v-12.5v. Ik dacht dat ik dit kon gebruiken. Ik vond ook een pin met het label VCC die een spanning leverde die varieerde van 10v-12v. Dit speelt later een rol bij het bouwen van de voeding voor de microcontroller. Alarmuitgangscircuit Ik soldeerde een draad aan aarde en een aan de alarmpin en begon aan een circuit te werken om de spanning stabiel te houden. Ik dacht dat ik een 5v-regelaar kon gebruiken, maar ik had alleen een verstelbare regelaar liggen. Ik deed wat wiskunde en mijn waarden leverden een spanning op die iets lager was dan 5v. Ik sleutelde een beetje en verwisselde weerstanden totdat het de 5v opleverde die ik nodig had. Ik gebruikte een 470uF condensator op de ingang om de spanning af te vlakken. Met de condensator varieerde de spanning slechts van 10,5v-10v. Hieronder staat het schema van het circuit dat ik heb gebruikt om mijn alarmuitgang te conditioneren en een foto van de onderdelen samen op een breadboard.

Stap 2: Voedingscircuit, LED-stuurprogrammacircuit en bedrading

Voedingscircuit Als ik de microcontroller rechtstreeks op de Vcc van de klok zou aansluiten, zou ik hem opblazen (nou ja, niet echt, maar hem onbruikbaar maken). Ik moest de spanning conditioneren en terugbrengen naar 5v. Ik gebruikte een eenvoudig regelcircuit dat slechts twee condensatoren en een 5v-regelaar gebruikt. Ik ging naar het schoollab en vond een 5v-regelaar in de vuilnisbelt. Ik heb het circuit aangesloten en uitgeprobeerd. Het leverde een mooi en stabiel 4.99v. LED-stuurprogrammacircuit. Aangezien de ATMega168 slechts ongeveer 16mA stroom kan leveren aan elk van zijn digitale uitgangen, is een stroomregelaar nodig om de LED's van stroom te voorzien. Ik vond dit circuit op de Arduino-helpforums en het lijkt een vrij algemeen en eenvoudig circuit. Om het licht van de LED's te richten, besloot ik een reflector van een zaklamp te gebruiken. De zaklamp die ik kocht had drie gaten voor drie LED's. Ik besloot ze groter te slijpen en er vier in elk gaatje te doen, waarmee ik uitlegde hoe het circuit is getekend. Bedrading Toen ik erachter kwam dat ik de Vcc van de klok en de alarmuitgang met succes kon gebruiken, besloot ik wat dunne draden en draad te solderen ze eruit door een gat in de zijkant. Ik had ook het idee om een lus toe te voegen aan mijn microcontrollerprogramma om een nummer af te spelen in plaats van het originele alarm. Ik heb twee langere draden aan de piëzo-elektrische luidspreker gesoldeerd en die ook aan de zijkant geregen. Ik gebruikte wat draadknippers om een kleine inkeping in de bovenste helft van de klok uit te knippen en alles weer aan elkaar te schroeven.

Stap 3: De ATMega168 aansluiten en het prototype bouwen

De ATMega168 aansluiten Er hoeven maar een paar pinnen te worden aangesloten om de ATMega168 te laten werken. Ik vond deze pinout van de ATMega168 op https://www.moderndevice.com/Docs/RBBB_Instructions_05.pdf verbindingen zijn als volgt: Naar Vcc-Pin 1 naar Vcc met een weerstand van 10k. -Pin 7 en Pin 20 naar VccTo Ground-Pin 8 en Pin 22 naar Ground-Pin 21 naar Ground met een.1uF elektrolytische condensator Input-Pin 4 (digitale pin 2) is verbonden met mijn alarmdraadOutput-Pin 15 naar NEGATIEF Lood van piëzo-elektrisch luidspreker-Pin 16 naar de ingang van het LED-drivercircuitClock-16Mhz Crystal - Een been naar Pin 9 het andere been naar Pin 10--11 Verbindingen in totaal--Opmerking: ik geloof dat ik wat doppen had kunnen aansluiten op de benen van het kristal, maar omdat mijn programma geen zeer nauwkeurige klok nodig heeft, heb ik het gelaten zoals het is. Ik heb de digitale ingangspin van het alarm willekeurig gebruikt, elke andere digitale pin zou moeten werken. De piëzo-elektrische luidspreker en LED's moeten worden aangesloten op een digitale PWM-pin, anders werken ze niet. Ik kon ook geen goed model vinden in Eagle voor het 28-pins model, dus ik heb het gewoon allemaal door MS geverfd: D Sorry als het er verwarrend uitziet. Stel vragen als dat nodig is! Ik heb ook een blokschema gemaakt om te helpen begrijpen waar alles heen gaat of vandaan komt. Het prototype bouwen --- Onderdelenlijst --- Alarmuitgangscircuit -LM317T Instelbare positieve spanningsregelaar (je zou een 5v-regelaar kunnen gebruiken, ik had net dit one) -1k Ohm Weerstand -3.8k Ohm Weerstand -470uF Elektrolytische condensatorVoeding -UA7805C 5v Regelaar -100uF Elektrolytische condensator -10uF Elektrolytische condensator LED Driver Circuit -2N3904 -150 Ohm (u kunt experimenteren met lagere of hogere weerstandswaarden, afhankelijk van uw LED's) -1k Ohm Weerstand Microcontroller -28 Pin Socket (Optioneel, maar ik heb mijn ATMega168 meerdere keren opnieuw geprogrammeerd met mijn Arduino) -ATMega168 -.1uF Elektrolytische Condensator -16 MHz Kristal -10k Ohm Weerstand Diversen. Benodigdheden -Prototyping Perf Board -Prototyping Board Benen en Schroeven -Draad Toen ik een prototype van mijn circuit maakte, bouwde ik elke sectie op een breadboard, testte het en bracht het over naar het perf board. Ik begon met het alarmuitgangscircuit en zorgde ervoor dat het correct werkte. Ik ging toen verder met het voedingsgedeelte, vervolgens de LED-driver en eindigde met het microcontrollercircuit. Maar aangezien je het circuit niet hoeft te testen en ervoor te zorgen dat de concepten werken, aangezien ik dat al heb gedaan, kun je gewoon het hele circuit bouwen. Zorg ervoor dat u de juiste spanningen op de juiste plaatsen krijgt. 0v aan de uitgang van het alarmuitgangscircuit als het alarm uit staat en 5v als het aan is. 5v aan de uitgang van het voedingscircuit. Steek de ATMega168 nog niet in de socket, deze moet nog worden geprogrammeerd. Ik had een kleiner perfboard kunnen gebruiken of de mijne kunnen inkorten, maar ik besloot het met rust te laten. Het is niet extreem groot. Nadat de schakeling is geprototypeerd, kan de bouw van de LED-lamp beginnen.

Stap 4: Het bouwen van de LED "Bulb"

De Triple Quad LED Bulb!!!!"' Als je wilt, kun je deze stap overslaan en een enkele LED gebruiken om je circuit te testen. Je kunt hierop terugkomen als je het circuit hebt bevestigd en werkt. Ook heb ik wit gebruikt LED's omdat ik geen blauwe meer met hoge helderheid meer over had. Ik heb gehoord dat blauw beter helpt bij de SAD. Ik ging naar de dollarwinkel om een goedkope zaklamp te kopen omdat ik een reflector nodig had om het licht van de LED's te richten. De zaklamp I gekocht, bevatte drie LED's. Ik besloot om vier LED's in elk gat te stoppen en ik had een manier nodig om ze allemaal aan te sluiten. Ik bedacht dit proces waarbij vier LED's aan elkaar worden gesoldeerd en vervolgens drie van deze "quad-LED's" met elkaar verbindt. Alle LED's zijn parallel geschakeld, waardoor de spanning gelijk blijft aan die van één LED en de stroom verhoogt. Dit is wat het LED-drivercircuit biedt. Protip: Kleine punttang helpStap1: Houd twee LED's samen met de aarddraden elkaar raken. De platte randen van de LED's moeten naast elkaar zitten Laad de punt van uw soldeerbout op n met wat soldeer zodat er een vloeibare soldeerdruppel op de punt zit. Raak met uw soldeerbout snel de twee massadraden aan, zo dicht mogelijk bij de LED. Als u de punt er lang op laat zitten, worden de draden warm en voelt het niet zo goed aan. Stap 2: Gebruik een dremel, vijl of grof schuurpapier om de randen van een kant van een paar plat te schuren zodat ze ga naast een ander paar flush zitten. Ik heb de LED's geschuurd om het licht een beetje te verspreiden. Buig nu de draden zoals afgebeeld. Een beetje moeilijk om foto's van het proces te maken, maar buig in feite de positieve leads naar buiten. Buig de negatieve draden naar de afgeplatte zijden en de rechte omhoog zodat wanneer u twee paren samenvoegt, de vier negatieve draden allemaal samenkomen als één grote draad. Neem twee paar en houd ze bij elkaar. De negatieve pinnen bevinden zich allemaal in het midden. Raak ze aan met je soldeerbout om ze allemaal samen te smelten. Stap 3: Nu de vier negatieve draden aan elkaar zijn gesoldeerd, knip je er drie vast, zodat er maar één overblijft. Buig nu een van de positieve draden rond de buitenkant van de quad LED en soldeer bij elke verbinding. Knip op één na alle positieve leads af en laat één positieve en één negatieve lead over. U bent klaar! Maak er nu nog twee:] Zodra je drie quad-LED's hebt, is het tijd om ze in de zaklampreflector te plaatsen. Ik kocht deze zaklamp voor $ 3 in de dollarwinkel. Het is een dorcey en alle onderdelen draaien uit elkaar, dus het is gemakkelijk om bij alle onderdelen te komen. Ik gebruik de zilveren reflector en de zwarte kegel terug. De zwarte kegel kan van zijn metalen delen worden ontdaan, zodat alleen het plastic stuk overblijft. Het wordt later gebruikt om de lamp aan de verstelbare nek te bevestigen. Afhankelijk van de zaklamp die u vindt, moet u mogelijk uw LED's anders op de verstelbare nek monteren. Ik probeerde een generieke zaklamp te vinden die op veel plaatsen beschikbaar zou zijn. Stap 4: Ik gebruikte een dremel om de drie gaten in de reflector te verbreden. Vervolgens duwde ik elk van de vier quad-LED's in hun gaten met de negatieve draden naar binnen. Buig en soldeer de negatieve en positieve draden samen en voltooi de TRIPLE QUAD LED BULB! Ik heb toen op twee lange, dunne draden gesoldeerd die later langs de verstelbare nek worden gevoerd en aan de hoofdprintplaat worden gesoldeerd. Ik heb ook wat lijm op elk quad LED-pakket gedaan om ervoor te zorgen dat ze op hun plaats zouden blijven.

Stap 5: Verstelbare nek en de basis

De verstelbare nek Om het "zonlicht" dat de wekker genereert te richten, heb ik ervoor gekozen om een verstelbare nek toe te voegen. In eerste instantie dacht ik dat ik een buis voor de nek kon gebruiken, maar omdat ik op de universiteit weinig gereedschap en hardware heb, kon ik het niet goed aan de basis bevestigen. Bovendien was het behoorlijk moeilijk te buigen en paste het niet zo goed aan. Uiteindelijk heb ik slechts een van de draden in de leiding gebruikt. Het bleek vrij goed. Ik was in staat om het vast te maken zonder hardware, alleen een gat in de basis. Ik begon door een draad uit de leiding te halen en deze om de buitenkant te wikkelen, waardoor een mooie spiraal ontstond. Toen heb ik alleen de draad van de leiding gedraaid. Ik strekte het toen uit en verbond het met de zwarte kegel die ik eerder noemde. De zwarte kegel wordt geleverd met wat circuits van de zaklamp die eraan is bevestigd, maar deze is gemakkelijk te verwijderen. Nu je alleen het plastic kegelstuk hebt, maak je twee gaten aan de randen, elk groot genoeg om de draad door te laten passen. Ik voedde het op en dan naar beneden en naar de andere kant, en krulde het eronder. Vervolgens heb ik de dunne, flexibele draad uit de leiding gebruikt om deze verder vast te zetten. De twee lange draden die eerder zijn gesoldeerd, kunnen door de zwarte kegelrug worden gevoerd en de lamp kan op zijn plaats worden gedraaid. Ik heb een beetje lijm toegevoegd om het vast te houden. De basis Om de verstelbare nek te bevestigen, boorde ik een gat van 7/64 inch in de houten basis en stak de draad erin. Het past vrij goed, dus er is geen lijm nodig, maar het is los genoeg zodat de nek kan worden gedraaid en gedraaid. De twee LED-draden kunnen om de nek worden gewikkeld en aan het prototypebord worden gesoldeerd. Om het bord te bevestigen, heb ik vier PCB-bevestigingen gebruikt. Ik had een draadsnijboor beschikbaar, maar dat was niet nodig. Als je geen schroefdraadbit hebt, boor dan een gat dat kleiner is dan de schroef en draai het erin met een tang. Ik bevestigde de klok aan de basis met behulp van wat klittenband. Ik heb het niet vastgeschroefd, omdat mijn klok een batterijback-up heeft en wanneer de batterij leeg is, moet deze worden vervangen. Als laatste heb ik wat rubberen voetjes aan de hoeken toegevoegd.

Stap 6: Het programma

Het programma Om je ATMega168 te programmeren met de USB-aansluiting en het Arduino-bord, heb je een ATMega168-chip nodig waarop de Arduino-bootloader al is geïnstalleerd. Dit was de eenvoudigste manier die ik kon vinden om de microcontroller te programmeren. Toen ik mijn board kocht, heb ik een extra ATMega168 opgehaald met de bootloader van dezelfde leverancier. Je moet misschien wat meer betalen voor de voorgeprogrammeerde chip, maar het was het me waard omdat ik niet wilde rotzooien met seriële kabeladapters enz. Ik heb de code bijgevoegd als een.txt-bestand en een.pde het dossier. Ik wilde dit niet lang instructable maken door alle code te posten. Ik gebruikte de nieuwste Arduino programmeeromgeving: arduino-0015. Wat ik zo leuk vind aan de Arduino-boards, is dat er talloze voorbeelden zijn bij de omgeving, de programmaomgeving gratis is en dat er een aantal project- en hulppagina's zijn. Het is ook super eenvoudig om een breakout-bord te bouwen om je programma zelfstandig uit te voeren. Ik heb geprobeerd de code zo goed mogelijk te becommentariëren, dus ik zal de beschrijvingen tot een minimum beperken. Ik heb het voorbeeld "Fading LED" van BARRAGAN gebruikt om vertrouwd te raken met de pulsbreedtemodulatie (PWM) waartoe de ATMega168 in staat is. Ik heb drie "als" verklaringen. De eerste vervaagde in de lagere dimniveaus (0-75 van de 255) langzamer omdat de hogere niveaus er hetzelfde uitzien. De tweede vervaagt sneller in de bovenste dimniveaus. Het hele fade-in proces duurt 15 minuten. Zodra de LED's de volledige helderheid hebben bereikt, wordt de songloop afgespeeld totdat het alarm wordt uitgeschakeld. Het oorspronkelijke alarm was behoorlijk vervelend. Het was gewoon het typische wekkergeluid waar iedereen een hekel aan heeft. Ik dacht, waarom zou je de luidspreker niet gebruiken om een aangenaam liedje te maken om mee wakker te worden? Omdat mijn vriendin dol is op The Beatles en ik wist dat Hey Jude een vrij eenvoudige melodie heeft, besluit ik die te gebruiken. Er wordt een blokgolf gegenereerd en vervolgens wordt PWM gebruikt om de noten van Hey Jude op de piëzo-elektrische luidspreker te spelen. Om het nummer te programmeren, heb ik het voorbeeld "Melody" uit de Arduino-omgevingsvoorbeelden gemanipuleerd. Ik vond wat eenvoudige bladmuziek en vertaalde dat in noten in de code. Ik moest het aantal gespeelde noten verhogen tot 41 en de wiskunde doen om een lagere noot te vinden dan de 'c' die wordt gegeven. Die code heb ik vervolgens in mijn hoofdcode geïmplanteerd. Om de chip te programmeren, moet je eerst de USB-stuurprogramma's installeren die bij de Arduino-omgeving zijn geleverd. Selecteer vervolgens uw bord in het vervolgkeuzemenu en selecteer de juiste COM-poort. Dit hele proces wordt hier in detail beschreven: https://arduino.cc/en/Guide/WindowsEn dat is het zowat! Na het programmeren van de ATMega168, kan deze uit de Arduino worden gehaald en in het prototypecircuit worden geplaatst!

Stap 7: Conclusie

Mogelijke verbeteringen Nadat ik het zonsopgangalarm had voltooid, bedacht ik enkele verbeteringen of extra functies die ik had kunnen toevoegen. Een van de ideeën die ik bedacht was een schakelaar om de lamp op volle sterkte te zetten, zodat hij als leeslamp kan worden gebruikt. Een andere schakelaar kan worden gebruikt om het alarmgeluid in of uit te schakelen. De printplaat had ook een stuk kleiner kunnen zijn. Ik had deze net liggen en besloot hem heel te laten. Het eindproduct Hier is het! Ik heb een paar foto's toegevoegd van hoe het eruit ziet als de lichten doven. Ik heb ook een video gemaakt van het alarm dat Hey Jude speelt. Nogmaals, als je vragen hebt over dit project, stel ze gerust, ik help je graag!