Eine Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangslampe mit LEDs - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Sie kennen es, im Winter fällt das Aufstehen schwer, weil es draußen dunkel ist und Ihr Körper mitten in der Nacht einfach nicht aufwacht. So können Sie einen Wecker kaufen, der Sie mit Licht weckt. Diese Geräte sind nicht mehr so teuer wie vor einigen Jahren, aber die meisten sehen wirklich hässlich aus. Andererseits ist es meistens auch dunkel, wenn man von der Arbeit nach Hause kommt. So ist auch der tolle Sonnenuntergang weg. Winterzeit scheint traurig, nicht wahr? Aber nicht für die Leser dieses instructable. Es erklärt Ihnen, wie Sie aus einem Picaxe-Mikrocontroller, einigen LEDs und einigen anderen Teilen eine kombinierte Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangslampe bauen. Die LEDs kosten je nach Qualität 5-10 Euro und die anderen Teile sollten nicht mehr als 20 Euro ausmachen. Mit weniger als 30 Euro können Sie also etwas wirklich Hilfreiches und Schönes bauen. Und diese Anleitung erklärt Ihnen nicht nur, wie Sie dies umbauen, sondern auch, wie Sie es an Ihre individuellen Vorlieben anpassen können.

Schritt 1: Dinge, die wir brauchen

Sie benötigen diese Dinge: o12V oder 24V Netzteil o1 Picaxe 18M (oder jeder andere Mikrocontroller) von https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ oA Buchse für eine 3,5-mm-Klinkenbuchse oder andere Verbindung vom seriellen Port zum Mikrocontroller um den Picaxe o1 Taster und 1 Kippschalter zu programmieren, oder 2 Taster o1 IC7805 mit Kondensatoren, dies wandelt uns die 12V oder 24V in die 5V um die wir brauchen um den Mikrocontroller zu betreiben o1 IC ULN2803A, This ist ein Darlington Transistor Array für den direkten Einsatz an TTL-Level-Ausgängen. Alternativ 8 einzelne Darlington-Transistoren mit geeigneten Widerständen verwenden, aber es funktioniert auch mit den Standard BC547-Transistoren. o1 High-Power FET wie der IRF520, oder ein anderer Power-Darlington-Transistor wie der BD649 oEine ganze Reihe von LEDs, verschiedene Farben wie rot, gelb, weiß, warmweiß, blau und ultraviolett. Lesen Sie Schritt 4 für weitere Informationen. 0 notwendig Je nach verwendeter Stromquelle benötigen Sie eventuell zusätzliche Anschlüsse und ein Gehäuse für die LEDs. Ich habe eine Acrylplatte verwendet, die ich am Gehäuse des Netzteils befestigt habe. Bei älteren Computermäusen mit D-Sub-Anschlüssen kann man das Klinkenkabel zum Programmieren der Picaxe gut ersetzen. Picaxes und viele andere nützliche Dinge können hier gekauft werden: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/Für den Rest wenden Sie sich einfach an Ihren Händler vor Ort.

Schritt 2: Das Schaltungslayout

Der ULN2803A ist ein Darlington-Array, bestehend aus 8 einzelnen Darlington-Treibern mit passenden Widerständen auf der Eingangsseite, um den Ausgang des Mikrocontrollers direkt mit dem Eingang des UNL2803A zu verbinden. Wenn der Eingang vom Mikrocontroller einen hohen Pegel (5V) erhält, wird der Ausgang mit GND verbunden. Dies bedeutet, dass ein High am Eingang den entsprechenden LED-Streifen zum Leuchten bringt. Jeder Kanal kann mit einem Strom von bis zu 500 mA verwendet werden. Ultrahelle 5-mm-Standard-LEDs verwenden normalerweise 25-30 mA pro Streifen und sogar acht von ihnen belasten den FET nur mit 200-250 mA, so dass Sie weit weg von kritischen Punkten sind. Sie könnten sogar darüber nachdenken, Hochleistungs-LEDs mit 5 W für das Wecklicht zu verwenden. Sie verwenden normalerweise 350mA bei 12V und können auch von diesem Array betrieben werden. Der Taster "S1" ist der Reset-Knopf für den Mikrocontroller. Der Schalter "S2" ist der Wahlschalter für Sonnenuntergang oder Morgendämmerung. Sie können es auch durch einen Taster ersetzen und den Sonnenuntergang durch einen Interrupt in der Software aktivieren. Das Potentiometer R11 dient als Wahlschalter für die Geschwindigkeit. Wir verwenden die Picaxes-ADC-Fähigkeit, um die Position des Potentiometers auszulesen und diesen Wert als Zeitskala zu verwenden. Das Bild zeigt die erste Platine, die ich mit 7 einzelnen Transistoren (BC547C) und den Widerständen zum Ansteuern gebaut habe. Ich hatte den ULN2803 zu der Zeit, als ich die Schaltung baute, nicht, und jetzt fehlen mir einige andere Teile. Also habe ich mich entschlossen, Ihnen das Original-Layout zu zeigen, aber auch das Layout mit dem neuen Treiber-Array zu versehen.

Schritt 3: Wie sieht der Sonnenuntergang aus?

Wenn Sie einen echten Sonnenuntergang beobachten, können Sie feststellen, dass sich die Farbe des Lichts im Laufe der Zeit ändert. Von einem hellen Weiß, wenn die Sonne noch über dem Horizont steht, wechselt es zu einem hellen Gelb, dann zu einem mittleren Orange, dann zu einem Dunkelrot und danach zu einem schwachen bläulich-weißen Leuchten, dann wird es dunkel. Der Sonnenuntergang wird der schwierigste Teil des Geräts sein, da Sie ihn mit vollem Bewusstsein beobachten und kleine Fehler ziemlich nervig sind. Sunrise ist im Prinzip das gleiche umgekehrte Programm, aber da Sie noch schlafen, wenn der Sonnenaufgang beginnt, müssen wir uns nicht allzu viele Gedanken über die Farben machen. Und wenn Sie Ihren Sonnenuntergang im Liegen beginnen, möchten Sie vielleicht nicht mit strahlendem Sonnenschein beginnen, aber am Morgen ist es wichtig, das Beste aus den LEDs herauszuholen. Daher ist es praktisch, verschiedene Sequenzen für Sonnenaufgang und Sonnenuntergang zu haben, aber Sie können natürlich alles ausprobieren, was Sie möchten! Aber diese Unterschiede in den Programmen können uns zu einer unterschiedlichen Auswahl von LEDs für beide Programme führen.

Schritt 4: Auswahl der LEDs und Berechnung der Widerstände

Die Auswahl der LEDs ist der kreative Teil dieses instructable. Der folgende Text ist also nur ein Vorschlag von mir an Sie. Fühlen Sie sich frei, sie zu variieren und zu ändern, ich erkläre Ihnen, wie das geht. Farben: Es ist schwierig, einen Streifen mit LEDs in einer völlig neuen Farbe reibungslos ein- oder auszuschalten. Daher ist meine Empfehlung, dass jeder Streifen LEDs aller Farben enthält, jedoch in wechselnden Mengen. Wenn wir uns den Sonnenuntergang umgekehrt vorstellen, würde der erste Streifen viele rote LEDs enthalten und vielleicht eine weiße, eine blaue und eine UV-LED. Sagen wir also 5 rote, 2 gelbe, 1 warmweiße und 1 UV. Wenn Sie möchten, können Sie eine der roten oder gelben LEDs durch eine orange ersetzen (Streifen 2 im Schaltplan). Der nächste hellere Streifen würde dann einige rote durch gelbe ersetzen. Sagen wir 2 rote, 5 gelbe und 2 warmweiße (Streifen 3 im Schema) In den nächsten Streifen werden einige weitere rote durch gelbe oder sogar weiße ersetzt. Sagen wir 1 Rot, 1 Gelb, 4 Warmweiß und 1 Blau. (Streifen 4 im Schema) Der nächste Streifen könnte aus 3 kaltweißen, 2 warmweißen und 1 blauen LEDs bestehen. (Streifen 5) Das wären bisher vier Streifen für den Sonnenuntergang. Für Sunrise konnten wir die übrig gebliebenen drei Streifen mit hauptsächlich kaltweißen und blauen LEDs verwenden. Wenn Sie den 7. und 8. Eingang miteinander verbinden, können Sie auch 4 Streifen für Sonnenaufgang verwenden oder Sonnenuntergang einen fünften Streifen geben, ganz wie Sie möchten. Sie haben vielleicht bemerkt, dass die Streifen mit roten LEDs mehr LEDs pro Streifen haben als die reinweißen. Dies wird durch den Unterschied in der Mindestspannung für rote und weiße LEDs verursacht. Da die LEDs sehr hell sind und sogar das Dimmen auf 1% ziemlich viel ist, habe ich Streifen 1 mit 3 roten, 2 gelben und einer warmweißen LED berechnet nur 5mA Strom. Dadurch ist dieser Streifen nicht so hell wie die anderen und daher für den letzten Hauch von Sonnenuntergang geeignet. Aber für den letzten Blick hätte ich diesem Streifen auch noch eine UV-LED geben sollen. So berechnen Sie die LEDs und die Widerstände: Die LEDs brauchen eine bestimmte Spannung zum Betrieb und selbst das Darlington-Array verbraucht 0,7V pro Kanal für seinen eigenen Zweck, also den Widerstand zu berechnen ist sehr einfach. Der FET verursacht für unsere Zwecke praktisch keinen Spannungsverlust. Nehmen wir an, wir arbeiten mit 24 V aus der Stromversorgung. Von dieser Spannung ziehen wir alle Nennspannungen für die LEDs und 0,7 V für das Array ab. Was übrig bleibt, muss vom Widerstand bei dem gegebenen Strom verwendet werden. Schauen wir uns ein Beispiel an: erster Streifen: 5 rote, 2 gelbe, 1 warmweiße und 1 UV-LED. Eine rote LED benötigt 2,1 V, also fünf davon 10,5 V. Eine gelbe LED benötigt auch 2,1V, also zwei davon 4,2V. Die weiße LED benötigt 3,6V, die UV-LED benötigt 3,3V und das Array 0,7V. Das ergibt 24V -10,5V - 4,2V - 3,6V - 3,3 V - 0,7 V = 1,7 V, die von einem Widerstand verwendet werden müssen. Sie kennen sicherlich das Ohmsche Gesetz: R = U/I. Ein Widerstand, der 1,7 V bei 25 mA verwendet, hat also einen Wert von 1,7 V / 0,025 A = 68 Ohm, der in Elektrogeschäften erhältlich ist. Um die vom Widerstand verbrauchte Leistung zu berechnen, berechnen Sie einfach P = U*I, das bedeutet P = 1,7 V * 0,025 A = 0,0425 W. Für diesen Zweck reicht also ein kleiner Widerstand von 0,25 W. Wenn Sie höhere Ströme verwenden oder mehr Volt im Widerstand brennen möchten, müssen Sie möglicherweise einen größeren verwenden! Das ist der Grund, warum Sie nur 6 hochspannungsverbrauchende weiße LEDs an 24V betreiben können. Aber nicht alle LEDs sind wirklich gleich, es kann große Unterschiede im Spannungsverlust von LED zu LED geben. Wir verwenden also das zweite Potentiometer (300 ?) und einen Strommesser, um den Strom jedes Streifens auf den gewünschten Wert (25mA) im Endstromkreis einzustellen. Dann messen wir den Wert des Widerstands und dies sollte uns etwas um den berechneten Wert herum geben. Wenn das Ergebnis zwischen zwei Typen liegt, wählen Sie den nächsthöheren Wert, wenn der Streifen etwas dunkler sein soll, oder den nächstniedrigeren Wert, damit der Streifen etwas heller wird. Die LEDs habe ich in eine Acrylglasplatte eingebaut, die ich am Stromquellengehäuse befestigt habe. Acrylglas lässt sich leicht bohren und biegen, wenn es im Backofen auf ca. 100°C erhitzt wird. Wie Sie auf den Bildern sehen können, habe ich dieser Anzeige auch den Wahlschalter Sonnenaufgang – Sonnenuntergang hinzugefügt. Das Potentiometer und der Reset-Knopf befinden sich auf der Platine.

Schritt 5: Anpassen der Software

Die Picaxes sind sehr einfach durch einige grundlegende Dialekte des Herstellers programmierbar. Der Editor und die Software sind kostenlos. Natürlich könnte man dies auch in Assembler für leere PICs oder für die Atmel AVRs programmieren, aber dies war eines meiner ersten Projekte, nachdem ich die Picaxes getestet habe. Inzwischen arbeite ich an einer besseren Version mit mehreren PWMs an einem AVR. Die Picaxes sind sehr gut für Anfänger geeignet, da die Anforderungen an die Hardware sehr einfach sind und die Grundsprache leicht zu erlernen ist. Mit weniger als 30€ können Sie die wunderbare Welt der Mikrocontroller erkunden. Der Nachteil dieses billigen Chips (18M) ist der begrenzte Arbeitsspeicher. Wenn Sie andere Funktionen gewählt oder die Picaxe anders angeschlossen haben, müssen Sie möglicherweise das Programm anpassen. Aber sicher müssen Sie die Übergänge zwischen den einzelnen Streifen anpassen. Wie Sie im Listing sehen können, fungiert die Variable w6 (eine Wortvariable) als Zähler – Variable und als Parameter für die PWM. Bei der gewählten PWM-Frequenz von 4kHz betragen die Werte für 1% bis 99% Einschaltdauer jeweils 10 bis 990. Mit den Berechnungen in der Schleife erhalten wir eine nahezu exponentielle Abnahme bzw. Zunahme der LED-Helligkeit. Dies ist optimal, wenn Sie LEDs mit PWM ansteuern. Beim Ein- oder Ausschalten einer Leiste wird dies von der Software durch Änderung des Wertes der PWM kompensiert. Betrachten wir zum Beispiel den Sonnenuntergang. Zunächst werden die Ausgänge 0, 4 und 5 High geschaltet, dh die jeweiligen Strips werden über den ULN2803A eingeschaltet. Dann reduziert die Schleife die Helligkeit, bis die Variable in w6 kleiner als 700 ist. An diesem Punkt wird Pin0 auf Low geschaltet und Pin2 auf High geschaltet. Der neue Wert von w6 wird auf 900 gesetzt. Dies bedeutet, dass die Lampe mit den Streifen 0, 4 und 5 bei PWM-Stufe 700 fast so hell ist wie die Lampe mit den Streifen 2, 4 und 5 bei PWM-Stufe 800. Um es herauszufinden diese Werte müssen Sie herum testen und verschiedene Werte ausprobieren. Versuchen Sie, irgendwo in der Mitte zu bleiben, denn wenn Sie die Lampe in der ersten Schleife zu stark herunterdimmen, können Sie in der zweiten Schleife nicht viel machen. Dadurch wird der Farbwechseleffekt reduziert. Um die PWM-Einstellungen anzupassen, habe ich ein Unterprogramm verwendet, das auch den Wert von w5 verwendet, um das Programm zu pausieren. An diesem Punkt kommt die Geschwindigkeit ins Spiel. Nur bei der Inbetriebnahme wird das Potentiometer überprüft und der Wert in w5 gespeichert. Die Anzahl der Schritte in jeder Schleife des Programms ist festgelegt, aber durch Ändern des Wertes von w5 von 750 auf etwa 5100 ändert sich die Pause in jedem Schritt von 0,75s auf 5s. Die Anzahl der Schritte in jeder Schleife kann auch durch Ändern des Bruchteils für die exponentielle De- oder Erhöhung angepasst werden. Achten Sie jedoch darauf, nicht zu kleine Brüche zu verwenden, denn die Variable w6 ist immer eine ganze Zahl! Wenn Sie 99/100 als Bruch verwenden und dies auf einen Wert von 10 anwenden, erhalten Sie 9,99 in Dezimalzahlen, aber wieder 10 in ganzen Zahlen. Denken Sie auch daran, dass w6 65325 nicht überschreiten darf! Um das Testen zu beschleunigen, versuchen Sie, die Zeile mit w5 = 5*w5 auszukommentieren, dies beschleunigt das Programm um den Faktor 5!:-)

Schritt 6: Installation im Schlafzimmer

Ich habe meine Sonnenuntergangslampe auf einen kleinen Schrank an einer Seite des Zimmers gestellt, damit das Licht bis zur Decke scheint. Durch eine Zeitschaltuhr schalte ich die Lampe 20 Minuten vor dem Wecker ein. Die Lampe startet dann automatisch das Sonnenaufgangsprogramm und weckt mich langsam auf. Abends aktiviere ich die Sleep-Timer-Funktion der Timer-Uhr und schalte die Lampe mit dem Sunset-Schalter ein. Nachdem das Programm gestartet ist, wechsle ich sofort wieder auf Sonnenaufgang, für den nächsten Morgen. Dann genieße ich meinen persönlichen Sonnenuntergang und schlafe bald ein.

Schritt 7: Änderungen

Wenn Sie den Kippschalter durch einen Taster ersetzen, müssen Sie in den Sonnenuntergangsteil schalten, indem Sie einen Interrupt im Programm aktivieren. Um die Versorgungsspannung zu ändern, müssen Sie die einzelnen LED-Streifen und die Widerstände neu berechnen, da Sie mit 12V nur 3 weiße LEDs ansteuern könnten und Sie auch einen anderen Widerstand benötigen. Eine Problemumgehung wäre die Verwendung von Konstantstromquellen, aber diese könnten Sie einige Dollar kosten und weitere einige Dutzend Volt für die Regulierung verwenden. Mit 24V können Sie viele LEDs in einem Streifen ansteuern, um die gleiche Anzahl von LEDs mit 12V-Versorgung zu steuern, müssen die LEDs in zwei Streifen getrennt werden, die parallel verwendet werden. Jeder dieser beiden Streifen benötigt einen eigenen Widerstand und der akkumulierte Strom durch diesen Kanal hat sich mehr als verdoppelt. Sie sehen also, dass es keinen Sinn macht, alle LEDs mit 5V zu betreiben, was praktisch wäre, aber der Strom würde auf ein ungesundes Niveau steigen und die Anzahl der benötigten Widerstände würde ebenfalls in die Höhe schnellen. Um Hochleistungs-LEDs mit dem ULN2803-Treiber zu verwenden, können Sie zwei Kanäle für ein besseres Wärmemanagement kombinieren. Verbinden Sie einfach zwei Eingänge an einem Mikrocontroller-Pin und zwei Ausgänge an einem Hochleistungs-LED-Streifen. Und denken Sie daran, dass einige Hochleistungs-LED-Spots über eine eigene Konstantstromschaltung verfügen und möglicherweise nicht durch PWM in der Stromleitung gedimmt werden! In diesem Setup sind alle Teile weit weg von jeglichen Limits. Wenn man die Dinger an den Rand drängt, kann es zu thermischen Problemen mit dem FET oder dem Darlington-Array kommen. Und natürlich niemals 230V AC oder 110V AC verwenden, um diese Schaltung zu betreiben!!! Mein nächster Schritt über dieses anweisbare hinaus besteht darin, einen Mikrocontroller mit drei Hardware-PWMs zu verdrahten, um einen Hochleistungs-RGB-Spot zu steuern.

Also viel Spaß und genieße das Privileg deines individuellen Sonnenuntergangs und Sonnenaufgangs.