Eine LED, die Sie wie eine Kerze ausblasen können! - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

LEDs sollen Licht emittieren, sind aber auch überraschend leistungsfähige Sensoren. Mit nur einem Arduino UNO, einer LED und einem Widerstand bauen wir ein heißes LED-Anemometer, das die Windgeschwindigkeit misst und die LED für 2 Sekunden ausschaltet, wenn es erkennt, dass Sie darauf blasen. Sie können dies verwenden, um atemgesteuerte Interfaces oder sogar eine elektronische Kerze zu erstellen, die Sie ausblasen können!

Materialien:

Ein Arduino UNO (mit USB-Kabel zum Anschluss an Ihren Computer)

Ein 1/4W 220 Ohm Widerstand (https://www.amazon.com/Projects-25EP514220R-220-Re…)

Eine vorverdrahtete, gelbe 0402 LED (https://www.amazon.com/Lighthouse-LEDs-Angle-Pre-W…)

Breakaway-Header (https://www.amazon.com/SamIdea-15-Pack-Straight-Co…)

Sie benötigen außerdem:

Ein Computer zum Ausführen der Arduino-Umgebung

Grundlegende Lötausrüstung / Fähigkeiten

Schritt 1: Wie funktioniert das?

Wenn Sie Strom durch eine LED fließen lassen, steigt ihre Temperatur. Die Höhe des Anstiegs hängt davon ab, wie effektiv Sie es kühlen. Wenn Sie auf eine heiße LED blasen, senkt die zusätzliche Kühlung die Betriebstemperatur. Wir können dies daran erkennen, dass der Durchlassspannungsabfall einer LED zunimmt, wenn sie kühler wird.

Die Schaltung ist sehr einfach und sieht aus wie das Ansteuern einer LED. Der einzige Unterschied besteht darin, dass wir einen zusätzlichen Draht hinzufügen, um den Spannungsabfall der LED zu messen, während sie eingeschaltet ist. Um gut zu funktionieren, möchten Sie eine sehr kleine LED verwenden (ich schlage vor, eine 0402 SMD-LED zu verwenden), die mit den dünnsten Drähten verbunden ist. Dadurch kann sich die LED sehr schnell erwärmen und abkühlen und der Wärmeverlust durch die Drähte wird minimiert. Die gesuchten Spannungsänderungen liegen im Millivolt-Bereich – ganz am Rande dessen, was über die analogen Pins der UNOs zuverlässig erfasst werden kann. Wenn die LED auf etwas ruht, das Wärme ableitet, kann sie möglicherweise nicht heiß genug werden, daher funktioniert sie am besten, wenn sie in der Luft ist.

Schritt 2: Bereiten Sie die LED und den Widerstand vor, um eine Verbindung zu Ihrem Arduino UNO herzustellen

Das Löten extrem dünner Drähte an sehr kleine SMD-LEDs erfordert einiges an Geschick. Glücklicherweise können Sie einfach vorverdrahtete 0402 LEDs kaufen. Diese werden oft mit einem Widerstand geliefert (im Bild mit Schrumpfschlauch bedeckt), der für den 12-V-Betrieb ausgelegt ist. Wenn das ist, was Sie bekommen, müssen Sie den Widerstand abschneiden. Wenn Sie den Schrumpfschlauch neben der Widerstandswölbung durchschneiden, können Sie wahrscheinlich den verbleibenden Schlauch abziehen, wobei einige freiliegende Drahtleitungen zum Löten übrig bleiben. Wenn Sie nur den Draht abschneiden, müssen Sie eine kleine Menge Isolierung abstreifen, damit Sie löten können, und angesichts der Dicke des Drahtes kann dies schwierig sein.

Die Drähte sind viel zu dünn, um eine gute Verbindung in einem Arduino-Header herzustellen, daher müssen wir sie an etwas Fetteres löten. Ich habe Stifte aus einem Breakaway-Header verwendet, um die Verbindungen herzustellen, aber Sie können fast jeden Schrott von geeignetem Draht verwenden. Der hintere (Kathoden-) Draht von der LED ist an einen einzelnen abbrechbaren Kopfstift gelötet. Der rote (Anoden-) Draht sollte wie gezeigt an den gebogenen Widerstand gelötet werden. Kürzen Sie die Leitungen am Widerstand auf die gleiche Länge und löten Sie sie an zwei benachbarte Stiftleisten an, wie in der Abbildung gezeigt.

Schritt 3: Verbindungen

Schließen Sie die LED/den Widerstand wie in den Abbildungen gezeigt an. Die mit dem roten LED-Kabel verbundene Seite des Widerstands geht auf A0. Hier messen wir die Spannung an der LED mit der analogen Eingangsfähigkeit. Die andere Seite des Widerstands geht zu A1, den wir als digitalen Ausgang verwenden und ihn hoch einstellen, um die LED einzuschalten. Das schwarze Kabel muss mit GND verbunden werden. Jeder der Arduino GND-Pins kann verwendet werden.

Schritt 4: Code

Laden Sie den Code herunter und öffnen Sie ihn in der Arduino IDE. Sie können es dann auf Ihr Arduino hochladen.

Das Programm richtet zuerst die Stiftrichtungen ein und beleuchtet die LED. Es misst dann den Durchlassspannungsabfall der LED über einen analogRead an Pin A0. Um die Genauigkeit der Messung zu verbessern, lesen wir die Spannung 256 Mal in schneller Folge ab und summieren das Ergebnis. (Ein solches Oversampling kann die effektive Auflösung der Konvertierung erhöhen, sodass wir Änderungen sehen können, die kleiner sind als der kleinste Schritt auf dem Konverter.) Wenn der Datenpuffer sensedata voll ist, vergleichen wir die neueste Summe mit der ältesten, die wir haben im Puffer gespeichert, um zu sehen, ob eine kürzliche Abkühlung die LED-Spannung um mindestens MINJUMP erhöht hat. Ist dies nicht der Fall, speichern wir die Summe im Puffer, aktualisieren den Pufferzeiger und starten die nächste Messung. Wenn ja, schalten wir die LED für 2 Sekunden aus, setzen den Puffer zurück und starten dann den Vorgang erneut.

Um besser zu verstehen, was vor sich geht, schreiben wir jede Summe als serielle Daten aus und verwenden den seriellen Plotter der Arduino IDE (im Menü Extras), um die LED-Spannung grafisch darzustellen, während sie sich im Laufe der Zeit ändert. Denken Sie daran, die Baudrate auf 250000 einzustellen, um dem Programm zu entsprechen. Sie können dann sehen, wie die Spannung abfällt, wenn sich die LED nach dem Einschalten erwärmt. Dies zeigt auch, wie empfindlich das System ist. Nach dem Auslösen der LED ist sie bis zum Wiedereinschalten etwas abgekühlt, was Sie als Sprung in der Grafik sehen.

Schritt 5: Viel Spaß

Wenn der Code ausgeführt wird, sollten Sie Ihre LED mit einem schnellen Luftstoß ausblasen können. Ich habe festgestellt, dass ich meine LED aus über 1 Meter Entfernung ausblasen kann! In einigen Räumen können Luftströmungen zu falschen Auslösern führen. Wenn dies ein Problem ist, können Sie die Empfindlichkeit Ihres Systems verringern, indem Sie MINJUMP erhöhen. Der serielle Plotter kann Ihnen dabei helfen, einen geeigneten Wert für Ihre Anwendung zu visualisieren.

Sie können die LED durch eine mit einer anderen Farbe ersetzen. Weiße LEDs funktionieren besonders gut. Da sie einen höheren Spannungsabfall haben, müssen Sie den Widerstandswert ändern, um den richtigen Strom zu erhalten. Angesichts der Antriebsfähigkeit des UNO sollten Sie auf einen Strom im Bereich von 10-15 mA schießen. Für eine weiße LED sind 100 Ohm ein guter Ausgangspunkt.

Da ein UNO über 6 analoge Eingangspins verfügt, können Sie diesen Code leicht ändern, um 6 unabhängige, heiße LED-Anemometer zu unterstützen! Dadurch ist es möglich, einfache Interfaces zu bauen, die erkennen können, wenn man in verschiedene Richtungen bläst. Dies kann unglaublich nützlich sein, wenn Sie Interfaces für Behinderte bauen, ausdrucksstarke Controller für Musiker oder sogar für Geburtstagstorten mit vielen elektronischen Kerzen!

Wenn Sie diese Technik schließlich verwendet haben, um etwas Cooles zu tun, hinterlassen Sie bitte unten einen Kommentar!