Een zonsopgang- en zonsonderganglamp met LED's - Ajarnpa

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

Je weet het, in de winter is het moeilijk om op te staan, omdat het buiten donker is en je lichaam midden in de nacht gewoon niet wakker wordt. Je kunt dus een wekker kopen die je wakker maakt met licht. Deze apparaten zijn niet zo duur als een paar jaar geleden, maar de meeste zien er echt lelijk uit. Aan de andere kant is het meestal ook donker als je thuiskomt van je werk. Dus de geweldige zonsondergang is ook weg. Wintertijd lijkt treurig, nietwaar? Maar niet voor de lezers van dit instructable. Het legt je uit hoe je een gecombineerde zonsopgang- en zonsonderganglamp bouwt uit een picaxe-microcontroller, enkele LED's en een paar andere onderdelen. Afhankelijk van de kwaliteit kunnen de LED's 5-10 euro kosten en de andere onderdelen mogen niet meer dan 20 euro opleveren. Dus met minder dan 30 euro kun je iets heel nuttigs en leuks bouwen. En deze instructable legt je niet alleen uit hoe je dit kunt herbouwen, maar laat je ook zien hoe je het kunt aanpassen aan je individuele voorkeuren.

Stap 1: Dingen die we nodig hebben

Je hebt deze dingen nodig: o12V of 24V voeding o1 Picaxe 18M (of een andere microcontroller) van https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA-aansluiting voor een 3,5 mm telefoonaansluiting, of een andere verbinding van de seriële poort naar de microcontroller om de picaxe o1 drukknop en 1 tuimelschakelaar te programmeren, of 2 drukknoppen o1 IC7805 met condensatoren, dit converteert ons de 12V of 24V naar de 5V die we nodig hebben om de microcontroller te bedienen o1 IC ULN2803A, Dit is een Darlington Transistor Array voor direct gebruik op TTL-niveau uitgangen. U kunt ook 8 enkele Darlington-transistors met geschikte weerstanden gebruiken, maar het werkt ook met de standaard BC547-transistoren. o1 High-Power FET zoals de IRF520, of een andere Power-Darlington-transistor zoals de BD649 o Een hele reeks LED's, verschillende kleuren zoals rood, geel, wit, warmwit, blauw en ultraviolet. Lees stap 4 voor meer informatie. o1 10k&-potentiometer, liefst met een lange knop o1 300&- potentiometer voor testdoeleinden oEnkele weerstanden, wat kabels, een bord om de schakeling op te bouwen en natuurlijk een soldeerbout oEen meetinstrument voor stromen zou ook handig zijn, maar is niet absoluut noodzakelijk Afhankelijk van de stroombron die u gebruikt, heeft u mogelijk extra connectoren en een behuizing voor de LED's nodig. Ik heb een acrylbord gebruikt dat ik op de behuizing van de voeding heb bevestigd. In oudere computermuizen met D-Sub-connectors vind je misschien een goed alternatief voor de telefoonjackkabel die wordt gebruikt om de picaxe te programmeren. Picaxes en een heleboel andere nuttige dingen kunnen hier worden gekocht: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/Voor de rest gaat u naar uw plaatselijke dealer.

Stap 2: De Circuit-layout

De ULN2803A is een darlington-array, bestaande uit 8 afzonderlijke darlington-drivers met geschikte weerstanden aan de ingangszijde, zodat je de uitgang van de microcontroller direct op de ingang van de UNL2803A kunt aansluiten. Als de ingang een hoog niveau (5V) van de microcontroller krijgt, wordt de uitgang verbonden met GND. Dit betekent dat een hoog op de ingang de betreffende LED-strip zal oplichten. Elk kanaal kan worden gebruikt met een stroomsterkte tot 500 mA. Standaard ultraheldere 5 mm LED's gebruiken normaal 25-30 mA per strip en zelfs acht daarvan belasten de FET alleen met 200-250 mA, dus u bent ver verwijderd van kritieke punten. Je zou zelfs kunnen denken aan het gebruik van krachtige 5W LED's voor de wake-up light. Ze gebruiken meestal 350mA bij 12V en kunnen ook door deze array worden aangedreven. De drukknop "S1" is de resetknop voor de microcontroller. De schakelaar "S2" is de keuzeschakelaar van zonsondergang of zonsopgang. Je zou het ook kunnen vervangen door een drukknop en zonsondergang activeren door een onderbreking in de software. De potentiometer R11 fungeert als een selector voor snelheid. We gebruiken de picaxes ADC-mogelijkheid om de positie van de potentiometer uit te lezen en gebruiken deze waarde als de tijdschaal. De afbeelding toont het eerste bord dat ik heb gebouwd met 7 individuele transistors (BC547C) en de weerstanden om ze aan te sturen. Ik had de ULN2803 niet toen ik het circuit bouwde, en nu mis ik wat andere onderdelen. Dus besloot ik om je de originele lay-out te laten zien, maar ook de lay-out te voorzien van de nieuwe driver-array.

Stap 3: Hoe ziet zonsondergang eruit?

Wanneer je een echte zonsondergang observeert, herken je misschien dat de kleur van het licht in de loop van de tijd verandert. Van helder wit als de zon nog steeds boven de horizon staat, verandert het in helder geel, dan in medium oranje, dan in donkerrood en daarna in een lage blauwachtig witte gloed, dan is er duisternis. De zonsondergang zal het moeilijkste deel van het apparaat zijn omdat je er met volledig bewustzijn naar kijkt en kleine foutjes behoorlijk vervelend zijn. Zonsopgang is in principe hetzelfde programma omgekeerd maar aangezien je nog slaapt als de zon opkomt, hoeven we ons niet al te veel zorgen te maken over de kleuren. En als je je zonsondergang al liggend begint, wil je misschien niet beginnen met felle zonneschijn, maar 's ochtends is het belangrijk om het meeste uit de LED's te halen. Het is dus handig om verschillende sequenties voor zonsopgang en zonsondergang te hebben, maar je bent natuurlijk vrij om te testen wat je wilt! Maar deze verschillen in de programma's kunnen ons ertoe brengen om voor beide programma's een andere selectie van LED's te maken.

Stap 4: De LED's selecteren en de weerstanden berekenen

Het selecteren van de LED's is het creatieve deel van dit instructable. Dus de volgende tekst is slechts een suggestie van mij aan jou. Varieer en verander ze gerust, ik leg je uit hoe je dit doet. Kleuren: Het is lastig om een strip soepel aan of uit te zetten met leds van een compleet nieuwe kleur. Dus mijn aanbeveling is dat elke strip LED's van alle kleuren bevat, maar in wisselende hoeveelheden. Als we ons voorstellen dat de zonsondergang omgekeerd is, zou de eerste strook veel rode LED's bevatten en misschien een witte, een blauwe en een UV. Dus laten we zeggen 5 rode, 2 gele, 1 warm witte en 1 UV. Als je wilt, kun je een van de rode of gele LED's vervangen door een oranje (strip 2 in het schema). De volgende helderdere strip zou dan een paar rode hebben vervangen door gele. Laten we zeggen 2 rode, 5 gele en 2 warm witte (strook 3 in schema) In de volgende stroken zullen nog een paar rode worden vervangen door gele of zelfs witte. Laten we zeggen 1 rood, 1 geel, 4 warm wit en 1 blauw. (strip 4 in schema) De volgende strip kan bestaan uit 3 koud witte, 2 warm witte en 1 blauwe LED. (strook 5) Dit zouden tot nu toe vier stroken zijn voor zonsondergang. Voor Sunrise konden we de overgebleven drie strips gebruiken met voornamelijk koudwitte en blauwe LED's. Als je de 7e en de 8e ingang met elkaar verbindt, kun je ook 4 strips gebruiken voor zonsopgang, of zonsondergang een vijfde strip geven, net zoals je wilt. Het is je misschien opgevallen dat de strips met rode LED's meer LED's per strip hebben dan de puur witte. Dit wordt veroorzaakt door het verschil in minimale spanning voor rode en witte LED's. Omdat de LED's erg fel zijn en zelfs dimmen tot 1% al behoorlijk veel is, heb ik strip 1 berekend met 3 rode, 2 gele en een warmwitte LED. slechts 5mA stroom. Hierdoor is deze strip niet zo fel als de andere en dus geschikt voor het laatste vleugje zonsondergang. Maar ik had deze strip voor de laatste keer ook een UV-LED moeten geven. Hoe de LED's en de weerstanden te berekenen: De LED's hebben een bepaalde spanning nodig om te werken en zelfs de darlington-array gebruikt 0,7 V per kanaal voor zijn eigen doel, dus het berekenen van de weerstand is heel eenvoudig. De FET veroorzaakt praktisch geen spanningsverlies voor onze doeleinden. Laten we zeggen dat we werken op 24V van de voeding. Van deze spanning trekken we alle nominale spanningen voor de LED's en 0,7V voor de array af. Wat overblijft, moet worden gebruikt door de weerstand bij de gegeven stroom. Laten we een voorbeeld bekijken: eerste strip: 5 rode, 2 gele, 1 warmwitte en 1 uv LED. Een rode LED kost 2,1 V, dus vijf van hen nemen 10,5 V. Een gele LED heeft ook 2,1V nodig, dus twee van hen hebben 4,2V nodig. De witte LED heeft 3,6V nodig, de UV-LED heeft 3,3V nodig en de array 0,7V. Dit maakt 24V -10,5V - 4,2V - 3,6V - 3.3V - 0.7V = 1.7V die door een weerstand moet worden gebruikt. U kent vast de wet van Ohm: R = U/I. Dus een weerstand die 1,7V gebruikt bij 25mA heeft een waarde van 1,7V/0,025A = 68 Ohm die verkrijgbaar is bij elektronicawinkels. Om het vermogen dat door de weerstand wordt gebruikt te berekenen, rekent u gewoon P = U*I uit, dit betekent P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Een kleine weerstand van 0,25W is dus voldoende voor dit doel. Als je hogere stromen gebruikt of meer volt in de weerstand wilt verbranden, moet je misschien een grotere gebruiken! Dat is de reden waarom je maar 6 hoogspanningsverbruikende witte LED's op 24V zou kunnen gebruiken. Maar niet alle LED's zijn echt hetzelfde, er kunnen grote verschillen zijn in het spanningsverlies van LED naar LED. Dus gebruiken we de tweede potentiometer (300 ?) en een stroommeter om de stroom van elke strip op het gewenste niveau (25mA) in het eindcircuit in te stellen. Vervolgens meten we de waarde van de weerstand en dit zou ons iets rond de berekende waarde moeten geven. Als het resultaat iets tussen twee typen in ligt, kies dan de eerstvolgende hogere waarde als u wilt dat de strook iets donkerder is of de eerstvolgende lagere waarde voor de strook wat helderder. Ik installeerde de LED's in een acrylglasplaat die ik op de stroombronbehuizing bevestigde. Acrylglas kan gemakkelijk worden geboord en gebogen als het in de oven tot ongeveer 100 ° C wordt verwarmd. Zoals je op de foto's kunt zien, heb ik ook de selectieschakelaar zonsopgang - zonsondergang aan dit scherm toegevoegd. De potmeter en de reset-knop bevinden zich op de printplaat.

Stap 5: De software aanpassen

De picaxes zijn heel gemakkelijk programmeerbaar door een basisdialect van de verkoper. De Editor en de software zijn gratis. Natuurlijk kan je dit ook in assembler programmeren voor lege PIC's of voor de Atmel AVR's, maar dit was een van mijn eerste projecten nadat ik de picaxen had getest. Ondertussen werk ik aan een betere versie met meerdere PWM's op een AVR. De picaxes zijn erg goed voor beginners omdat de eisen aan de hardware heel eenvoudig zijn en de basistaal gemakkelijk te leren is. Met minder dan € 30 kun je de wondere wereld van microcontrollers ontdekken. Het nadeel van deze goedkope chip (18M) is het beperkte RAM-geheugen. Als je andere functies hebt gekozen of de picaxe anders hebt aangesloten, moet je mogelijk het programma aanpassen. Maar je zult zeker aanpassingen moeten maken aan de overgangen tussen de individuele strips. Zoals je in de lijst kunt zien, fungeert de variabele w6 (een woordvariabele) als een tellervariabele en als de parameter voor de PWM. Met de gekozen PWM-frequentie van 4kHz zijn de waarden voor 1% tot 99% duty-time respectievelijk 10 tot 990. Met de berekeningen in de lus krijgen we een bijna exponentiële afname of toename van de LED-helderheid. Dit is optimaal wanneer je LED's aanstuurt met PWM. Bij het in- of uitschakelen van één strip wordt dit door de software gecompenseerd door de waarde van de PWM te wijzigen. Laten we bijvoorbeeld naar de zonsondergang kijken. In eerste instantie worden de uitgangen 0, 4 en 5 hoog geschakeld, d.w.z. de respectievelijke strips worden ingeschakeld via de ULN2803A. Vervolgens verminderde de lus de helderheid totdat de variabele in w6 kleiner is dan 700. Op dit punt wordt pin0 laag geschakeld en pin2 hoog. De nieuwe waarde van w6 is gesteld op 900. Dit betekent dat de lamp met strips 0, 4 en 5 op PWM-level 700 bijna net zo fel is als de lamp met strips 2, 4 en 5 op PWM-level 800. Om erachter te komen deze waarden moet je testen en een aantal verschillende waarden proberen. Probeer ergens in het midden te blijven, want als je de lamp in de eerste lus te veel dimt, kun je in de tweede lus niet veel maken. Dit zal het kleurveranderingseffect verminderen. Om de PWM-instellingen aan te passen heb ik een subroutine gebruikt die ook de waarde van w5 gebruikt om het programma te pauzeren. Op dit punt komt de snelheid in het spel. Alleen tijdens het opstarten wordt de potentiometer gecontroleerd en wordt de waarde opgeslagen in w5. Het aantal stappen in elke lus van het programma staat vast, maar door de waarde van w5 te wijzigen van 750 in ongeveer 5100, verandert de pauze in elke stap van 0,75s in 5s. Het aantal stappen in elke lus kan ook worden aangepast door de breuk voor de exponentiële de- of toename te wijzigen. Maar pas op dat je geen kleine breuken gebruikt, want de variabele w6 is altijd een geheel getal! Als je 99/100 als breuk zou gebruiken en dat toepast op een waarde van 10, dan zou je 9,99 in decimalen krijgen, maar weer 10 in gehele getallen. Houd er ook rekening mee dat w6 mogelijk niet hoger is dan 65325! Om het testen te versnellen, probeer de regel uit te commentaaren met w5 = 5*w5, dit zal het programma met een factor 5 versnellen!:-)

Stap 6: Installatie in de slaapkamer

Ik plaatste mijn zonsonderganglamp op een kleine kast aan een kant van de kamer zodat het licht naar het plafond schijnt. Door een timerklok zet ik de lamp 20 minuten voordat de wekker gaat aan. De lamp start dan automatisch het zonsopgangprogramma en maakt mij langzaam wakker. 's Avonds activeer ik de sleep-timer-functie van de timerklok en zet ik de lamp aan met de zonsondergangschakelaar aan. Nadat het programma is gestart schakel ik meteen weer over naar zonsopgang, voor de volgende ochtend. Dan geniet ik van mijn persoonlijke zonsondergang en val ik al snel in slaap.

Stap 7: Wijzigingen

Bij het vervangen van de tuimelschakelaar door een drukknop moet u overschakelen naar het zonsonderganggedeelte door een onderbreking in het programma te activeren. Om de voedingsspanning te wijzigen moet je de individuele LED-strips en de weerstanden opnieuw berekenen, want met 12V zou je maar 3 witte LED's kunnen aansturen en heb je ook een andere weerstand nodig. Een tijdelijke oplossing zou zijn om bronnen met constante stroom te gebruiken, maar deze kunnen u wat geld kosten en nog eens enkele tientallen volt gebruiken voor regulering. Met 24V zou je veel LED's in één strip kunnen aansturen, om hetzelfde aantal LED's aan te sturen met 12V voeding, moeten de LED's gescheiden worden in twee strips die parallel worden gebruikt. Elk van deze twee strips heeft zijn eigen weerstand nodig en de geaccumuleerde stroom door dit kanaal is meer dan verdubbeld. Je ziet dus dat het geen zin heeft om alle LED's met 5V aan te sturen, wat handig zou zijn, maar de stroom zou tot een ongezond niveau stijgen en het aantal benodigde weerstanden zou ook omhoogschieten. Om high power LED's te gebruiken met de ULN2803-driver zou je twee kanalen kunnen combineren voor een beter thermisch beheer. Sluit gewoon twee ingangen aan op één microcontroller-pin en twee uitgangen op één high power LED-strip. En houd er rekening mee dat sommige high-power LED-spots worden geleverd met hun eigen constante stroomcircuit en mogelijk niet worden gedimd door PWM in de power-line! In deze opstelling zijn alle onderdelen ver weg van alle limieten. Als je de dingen tot het uiterste drijft, kun je thermische problemen krijgen met de FET of de darlington-array. En gebruik natuurlijk nooit 230V AC of 110V AC om dit circuit aan te drijven!!! Mijn volgende stap na dit instructable is om een microcontroller met drie hardware PWM's aan te sluiten om een krachtige RGB-Spot te besturen.

Dus veel plezier en geniet van het voorrecht van uw individuele zonsondergang en zonsopgang.