Despertador LED Sunrise con alarma de canción personalizable: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Mi motivación Este invierno mi novia tuvo muchos problemas para despertarse por la mañana y parecía estar sufriendo de SAD (trastorno afectivo estacional). Incluso me doy cuenta de lo difícil que es despertarse en invierno, ya que aún no ha salido el sol. Los síntomas del TAE severo pueden incluir irritabilidad, quedarse dormido pero aún estar cansado, no poder levantarse de la cama, depresión e incluso algunos problemas físicos como dolor en las articulaciones y disminución de la resistencia a las infecciones. Había oído hablar de las alarmas del amanecer que simulaban el amanecer y pensé que podría ser una posible solución a su problema. Recuerdo haber visto un instructivo (https://www.instructables.com/id/Blue-LED-dawn-simulator- for-Soleil-Sun-Alarm /) sobre la modificación de una alarma de amanecer para proporcionar luz azul utilizando LED, ya que se supone que el azul es la buena luz para ayudar. Me gustó la idea, pero la forma en que se usa el microcontrolador en este instructable me intimidó, ya que tenía experiencia limitada con la programación de uno después de que se desarrolló el código. Tampoco resolvió la otra preocupación mía: gastar $ 80 en un despertador y modificarlo, no es que mi novia no valga la pena: D Primero pensé en desarrollar un reloj desde cero usando un microcontrolador. Construimos un reloj de conteo binario en una de mis clases de la universidad, así que estaba familiarizado con la lógica. Más tarde abandoné esa idea ya que no estaría usando el mismo lenguaje de programación y me tomaría mucho tiempo desarrollar el código. Entonces tuve la idea de usar un reloj despertador digital barato que, con suerte, podría proporcionar voltaje cuando sonara la alarma. Podría tomar este voltaje y usarlo como interruptor con un microcontrolador. Cuando sonó la alarma y el voltaje subió, comenzaría el proceso de atenuación. Si se presionaba el botón de repetición o se apagaba la alarma, el voltaje bajaría y el proceso de atenuación se detendría, apagando las luces. Investigué esta idea y descubrí que era posible usar un voltaje de un reloj y usarlo con un microcontrolador. Un tipo había completado un proyecto similar que abría sus persianas automáticamente por la mañana (https://hackaday.com/2008/11/18/alarm-clock-automated-blinds/). El microcontrolador Las ideas comenzaron a fluir y todo lo que tenía lo que tenía que hacer era elegir un microcontrolador para usar. Vi un artículo en sparkfun.com que pasó por el proceso de construcción de un circuito para ejecutar un ATMega168. Leí con atención y decidí que parecía bastante simple y que era el microcontrolador que quería usar. Tras investigar más, encontré este Arduino que todos han estado usando para sus proyectos de bricolaje. Utilizaba ATMega168, era de código abierto y tenía numerosos foros de ayuda y ejemplos iniciales; perfecto para principiantes. Decidí usarlo para programar mi ATMega168 y trasplantarlo a una placa de conexión que contenía lo esencial para que funcionara el ATMega168. Con la última pieza del rompecabezas en la mano, podría empezar. Nota rápida al margen: antes de comenzar, solo quiero agradecer a todas las fuentes que utilicé. Traté de asegurarme de vincular cualquier referencia que usé dentro del instructable. El código es solo manipulaciones de los ejemplos incluidos dentro del entorno Arduino y un poco del mío, ¡así que gracias a las personas que los codificaron! Además, este es mi primer proyecto de microcontrolador. Estoy seguro de que no hice todo completamente correcto, como agregar tapas de filtro a lugares y otras partes diversas de mis circuitos. Si ve algo que se puede mejorar, ¡hágamelo saber! Me aseguraré de actualizarlo o tomar notas al respecto. ¡Disfrutar!

Paso 1: Comprobación del circuito de salida de reloj y alarma

Probar el reloj Este es el reloj que elegí. Lo compré en Walmart y era barato, así que si no pudiera usarlo, no estaría demasiado molesto. También tiene una batería de respaldo de 9v en caso de que se corte la energía. Más tarde descubrí que la secuencia de alarma del ATMega168 todavía suena. ¡Así que todavía te despertará si no hay energía! Cuando se está agotando la energía de la batería, la pantalla frontal se apaga y cambia a un reloj interno diferente que es menos preciso pero que aún funciona bien. Cuando se vuelve a conectar la alimentación, es posible que deba ajustar el reloj, pero la configuración de la alarma permanecerá. El reloj se deshace con bastante facilidad. Hay cuatro tornillos en la parte inferior y tres tornillos que mantienen la placa PCB del botón sujeta a la parte superior de la caja del reloj. Para quitar la parte superior y tener un mejor acceso a la pantalla LCD, debe pasar el clip de 9v a través del orificio de la mitad inferior. La pantalla LCD frontal aparece y, tras la inspección, hay algunas piezas. Encontré un transformador, un altavoz piezoeléctrico para la alarma, algunos diodos para el circuito rectificador, algunos botones para las entradas y una pantalla de reloj que parecía tener todos los circuitos del reloj debajo. Encontré el suelo y comencé a sondear. TENGA CUIDADO AL HACER ESTO EN SU RELOJ, HAY UN TRANSFORMADOR EXPUESTO QUE PRODUCIRÁ UNA SACUDIDA FUERTE. Tomé nota de los voltajes en cada pin cuando la alarma estaba apagada y cuando la alarma estaba encendida. Esperaba un pin que proporcionara un buen voltaje lógico de 5v cuando la alarma estaba encendida y 0v cuando la alarma estaba apagada. No tuve tanta suerte, pero el voltaje que llegó al altavoz proporcionó un voltaje que variaba de 9.5v-12.5v. Pensé que podría usar esto. También encontré un pin etiquetado como VCC que proporcionaba un voltaje que variaba de 10v-12v. Esto entra en juego más tarde cuando se construye la fuente de alimentación para el microcontrolador. Circuito de salida de alarma Soldeé un cable a tierra y uno al pin de alarma y comencé a trabajar en un circuito para estabilizar el voltaje. Pensé que podría usar un regulador de 5v, pero solo tenía un regulador ajustable por ahí. Hice algunos cálculos y mis valores proporcionaron un voltaje ligeramente por debajo de 5v. Modifiqué un poco y cambié las resistencias hasta que me proporcionó el 5v que necesitaba. Usé un capacitor de 470uF en la entrada para suavizar el voltaje. Con el condensador, el voltaje solo varió de 10.5v-10v. A continuación se muestra el esquema del circuito que utilicé para acondicionar mi salida de alarma y una imagen de las partes juntas en una placa de pruebas.

Paso 2: circuito de la fuente de alimentación, circuito del controlador de LED y cableado

Circuito de suministro de energía Si tuviera que conectar el microcontrolador directamente al Vcc del reloj, lo explotaría (bueno, no realmente, pero lo inutilizaría). Necesitaba acondicionar el voltaje y bajarlo a 5v. Usé un circuito regulador simple que usa solo dos capacitores y un regulador de 5v. Fui al laboratorio de la escuela y ubiqué un regulador de 5v en la pila de basura. Conecté el circuito y lo probé. Proporcionó un circuito controlador LED de 4.99v agradable y estable Dado que el ATMega168 solo puede entregar aproximadamente 16mA de corriente a cada una de sus salidas digitales, se necesita un regulador de corriente para alimentar los LED. Encontré este circuito en los foros de ayuda de Arduino y parece un circuito bastante común y simple. Para dirigir la luz de los LED, decidí usar un reflector de una linterna. La linterna que compré tenía tres agujeros para tres LED. Decidí molerlos más grandes y poner cuatro en cada orificio, explicando así la forma en que se dibuja el circuito. sacarlos a través de un agujero en el costado. También tuve la idea de agregar un bucle en mi programa de microcontrolador para reproducir una canción en lugar de la alarma original. Soldé dos cables más largos al altavoz piezoeléctrico y los enrosqué por un lado también. Usé unas tijeras de alambre para cortar una pequeña muesca en la mitad superior del reloj y atornillé todo nuevamente.

Paso 3: Conexión del ATMega168 y construcción del prototipo

Conexión del ATMega168 Solo hay unos pocos pines que deben conectarse para que funcione el ATMega168. Encontré este pinout del ATMega168 en https://www.moderndevice.com/Docs/RBBB_Instructions_05.pdf Las conexiones son las siguientes: A Vcc-Pin 1 a Vcc con una resistencia de 10k. -Pin 7 y Pin 20 a Vcc A tierra-Pin 8 y Pin 22 a tierra-Pin 21 a tierra con un condensador electrolítico de.1uF Entrada-Pin 4 (pin digital 2) está conectado a mi cable de alarma Salida-Pin 15 al cable NEGATIVO del piezoeléctrico altavoz-Pin 16 a la entrada del circuito del controlador LED Reloj-16Mhz Cristal - Una pata al Pin 9 la otra pata al Pin 10-11 Conexiones en total - Nota: Creo que podría haber conectado algunas tapas a las patas de el cristal, pero como mi programa no necesita un reloj de alta precisión, lo dejé como está. Utilicé el pin digital de entrada de la alarma al azar, cualquier otro pin digital debería funcionar. El altavoz piezoeléctrico y los LED deben estar conectados a un pin PWM digital o no funcionarán. Además, no pude encontrar un buen modelo en Eagle para el modelo de 28 pines, así que simplemente MS lo pintó todo junto: D Lo siento si parece confuso. ¡Haga preguntas si es necesario! También hice un diagrama de bloques para ayudar a comprender de dónde va o viene todo. Construcción del prototipo --- Lista de piezas --- Circuito de salida de alarma - Regulador de voltaje positivo ajustable LM317T (Puede usar un regulador de 5v, acabo de tener esto uno) -1k Ohm Resistor -3.8k Ohm Resistor -470uF Condensador electrolítico Fuente de alimentación -UA7805C Regulador de 5v -100uF Condensador electrolítico -10uF Condensador electrolítico Circuito del controlador LED -2N3904 -150 Ohm (Puede experimentar con valores de resistencia más bajos o más altos dependiendo de sus LED) -1k Ohm ResistorMicrocontroller -28 Pin Socket (Opcional pero reprogramé mi ATMega168 varias veces con mi Arduino) -ATMega168 -.1uF Condensador electrolítico -16 MHz Crystal -10k Ohm ResistorMisc. Suministros -Prototipado de la placa de perforación -Piernas y tornillos de la placa de prototipos -Alambre Cuando hice el prototipo de mi circuito, construí cada sección en una placa de prueba, la probé y la transferí a la placa de perforación. Comencé con el circuito de salida de alarma y me aseguré de que funcionara correctamente. Luego pasé a la parte de la fuente de alimentación, luego al controlador LED y terminé con el circuito del microcontrolador. Pero, dado que no tienes que probar el circuito y asegurarte de que los conceptos funcionen, como ya lo hice, puedes construir el circuito completo. Asegúrese de obtener los voltajes correctos en los lugares correctos. 0v en la salida del circuito de salida de alarma cuando la alarma está apagada y 5v cuando está encendida. 5v en la salida del circuito de alimentación. No coloque el ATMega168 en el zócalo todavía, necesita ser programado. Podría haber usado una tabla de perforación más pequeña o cortar la mía, pero decidí dejarla en paz. No es muy grande. Una vez que se ha creado el prototipo del circuito, puede comenzar la construcción de la bombilla LED.

Paso 4: construcción de la "bombilla" LED

¡¡¡La Bombilla LED Triple Quad !!!! "'Si lo desea, puede omitir este paso y usar un solo LED para probar su circuito. Puede volver a esto cuando tenga el circuito confirmado y funcionando. Además, usé blanco LED porque no me quedaban más azules de alto brillo. Escuché que el azul ayuda mejor con el SAD. Fui a la tienda del dólar a comprar una linterna barata porque necesitaba un reflector para dirigir la luz de los LED. La linterna I compré contenía tres LED. Decidí colocar cuatro LED en cada orificio y necesitaba una forma de conectarlos todos. Se me ocurrió este proceso que suelda cuatro LED juntos y luego conecte tres de estos "LED cuádruples" juntos. Todos los LED están en paralelo, manteniendo el voltaje igual que un LED y aumenta la corriente. Esto es lo que proporciona el circuito del controlador de LED. Consejo: Los alicates pequeños de punta fina ayudan. Paso 1: Mantenga dos LED juntos con los cables de tierra en contacto. Los bordes planos de los LED deben sentarse uno al lado del otro. Cargue la punta de su soldador n con un poco de soldadura para que quede una gota de soldadura líquida en la punta. Toque rápidamente los dos cables de tierra con su soldador lo más cerca posible del LED. Si deja la punta allí por mucho tiempo, los cables se calentarán y no se sentirá muy bien. Paso 2: Con una herramienta dremel, una lima o un papel de lija grueso, lije los bordes de un lado de un par para que queden planos. sentarse junto a otro par de color. Lijé los LED para ayudar a difundir un poco la luz. Ahora, doble los cables como se muestra. Es un poco difícil tomar fotografías del proceso, pero básicamente doblar los cables positivos hacia afuera. Doble los cables negativos hacia los lados aplanados y los rectos hacia arriba de modo que cuando junte dos pares, los cuatro cables negativos se unan como un solo cable grande. Tomando dos pares, mantenlos juntos. Los pines negativos estarán todos en el centro. Tóquelos con su soldador para fusionarlos todos juntos. Paso 3: Ahora que los cuatro cables negativos están soldados, recorte tres de ellos, dejando solo uno. Ahora, doble uno de los cables positivos alrededor del exterior del LED cuádruple, soldando en cada conexión. Recorte todos menos uno de los cables positivos y deje uno positivo y otro negativo. Ahora haga dos más:] Una vez que tenga tres LED cuádruples, es hora de colocarlos en el reflector de la linterna. Compré esta linterna por $ 3 en la tienda del dólar. Es un dorcey y todas las partes se separan, por lo que es fácil acceder a todas las partes. Utilizo el reflector plateado y el cono negro hacia atrás. El cono negro se puede quitar de sus partes metálicas dejando solo la pieza de plástico. Posteriormente se utiliza para sujetar la bombilla al cuello ajustable. Dependiendo de la linterna que encuentre, es posible que deba colocar sus LED en el cuello ajustable de manera diferente. Intenté encontrar una linterna genérica que estuviera disponible en muchos lugares. Paso 4: utilicé una dremel para ampliar los tres orificios del reflector. Luego empujé cada uno de los cuatro LED cuádruples en sus orificios con los cables negativos hacia el interior. ¡Doble y suelde los cables negativo y positivo para completar la BOMBILLA LED TRIPLE QUAD! Luego soldé dos cables largos y delgados que luego pasarán por el cuello ajustable y se soldarán a la placa de circuito principal. También puse un poco de pegamento en cada paquete de LED cuádruple para asegurarme de que permanezcan en su lugar.

Paso 5: cuello ajustable y base

El cuello ajustable Para dirigir la "luz del sol" que genera el despertador, elegí agregar un cuello ajustable. Al principio pensé que podría usar un conducto para el cuello, pero como tengo herramientas y herrajes limitados en la universidad, no pude asegurarlo a la base muy bien. Además, fue bastante difícil de doblar y no se ajustó demasiado bien. Terminé usando solo uno de los cables dentro del conducto. Salió bastante bien. Pude sujetarlo sin hardware, solo un agujero en la base. Comencé sacando un cable del conducto y envolviéndolo alrededor del exterior, creando una bonita espiral. Luego retorcí solo el cable del conducto. Luego lo estiré y lo conecté al cono negro que mencioné anteriormente. El cono negro viene con algunos circuitos de la linterna adjunta, pero se quita fácilmente. Ahora que solo tiene la pieza del cono de plástico, haga dos agujeros en los bordes, cada uno lo suficientemente grande como para que pase el cable. Lo alimenté hacia arriba y luego hacia abajo y hacia afuera por el otro lado, curvándolo hacia abajo. Luego utilicé el cable delgado y flexible del conducto para asegurarlo aún más. Los dos cables largos que se soldaron anteriormente se pueden alimentar a través de la parte posterior del cono negro y la bombilla se puede enrollar en su lugar. Agregué un poco de pegamento para mantenerlo adherido. La base Para colocar el cuello ajustable, perforé un agujero de 7/64 pulgadas en la base de madera y pegué el alambre. Se ajusta bastante bien, por lo que no se necesita pegamento, pero está lo suficientemente suelto para que el cuello se gire y se tuerza. Los dos cables LED se pueden enrollar alrededor del cuello y soldar a la placa de creación de prototipos. Para conectar la placa, utilicé cuatro soportes para PCB. Tenía una broca para roscar disponible, pero no era necesaria. Si no tiene una broca para roscar, simplemente taladre un orificio que sea más pequeño que el tornillo y gírelo con unos alicates. Adjunté el reloj a la base con velcro. No lo atornillé porque mi reloj tiene una batería de respaldo y cuando la batería se agota, será necesario reemplazarla. Por último, agregué unos pies de goma en las esquinas.

Paso 6: el programa

El programa Para programar su ATMega168 con la conexión USB y la placa Arduino, necesitará un chip ATMega168 que ya tenga instalado el gestor de arranque Arduino. Esta fue la forma más sencilla que pude encontrar para programar el microcontrolador. Cuando compré mi placa, compré un ATMega168 adicional con el cargador de arranque del mismo proveedor. Puede que tenga que pagar un poco más por el chip preprogramado, pero valió la pena para mí ya que no quería meterme con adaptadores de cable serie, etc. He adjuntado el código como un archivo.txt y un.pde expediente. No quería alargar este instructable publicando todo el código. Utilicé el último entorno de programación de Arduino: arduino-0015. Lo que me encanta de las placas Arduino es que hay toneladas de ejemplos incluidos con el entorno, el entorno del programa es gratuito y hay muchas páginas de proyectos y ayuda. También es muy fácil construir un tablero de distribución para ejecutar su programa por sí mismo. Traté de comentar el código lo mejor que pude, así que mantendré las descripciones al mínimo. Usé el ejemplo de "Fading LED" de BARRAGAN para familiarizarme con la modulación de ancho de pulso (PWM) que el ATMega168 es capaz de hacer. Tengo tres declaraciones "si". El primero se desvaneció en los niveles de atenuación más bajos (0-75 de 255) más lento ya que los niveles más altos tienen el mismo aspecto. El segundo se desvanece en los niveles superiores de oscuridad más rápido. Todo el proceso de desvanecimiento tarda 15 minutos. Una vez que los LED han alcanzado el brillo total, el bucle de la canción se reproducirá hasta que se apague la alarma. La alarma original era bastante molesta. Era solo el típico sonido de un despertador que todos odian. Pensé, ¿por qué no usar el altavoz para hacer una canción agradable con la que despertar? Como a mi novia le encantan los Beatles y yo sabía que Hey Jude tiene una melodía bastante simple, decido usarla. Se genera una onda cuadrada y luego se usa PWM para tocar las notas de Hey Jude en el altavoz piezoeléctrico. Para programar la canción, manipulé el ejemplo "Melody" de los ejemplos del entorno Arduino. Encontré algunas partituras simples y las traduje a notas en el código. Tuve que aumentar el número de notas que se tocan a 41 y hacer los cálculos para encontrar una nota más baja que la 'c' que se proporciona. Luego implanté ese código en mi código principal. Para programar el chip, primero deberá instalar los controladores USB proporcionados con el entorno Arduino. Luego, seleccione su placa en el menú desplegable y seleccione el puerto COM apropiado. Todo este proceso se describe en detalle aquí: https://arduino.cc/en/Guide/Windows ¡Y eso es todo! Después de programar el ATMega168, ¡se puede sacar del Arduino y colocarlo en el circuito prototipo!

Paso 7: Conclusión

Posibles mejoras Después de que terminé la alarma del amanecer, pensé en algunas mejoras o características adicionales que podría haber agregado. Una de las ideas que se me ocurrieron fue un interruptor para encender la bombilla a pleno brillo para que se pueda usar como lámpara de lectura. Se podría usar otro interruptor para encender o apagar el sonido de la alarma. La placa de circuito también podría haber sido mucho más pequeña. Acabo de tener este por ahí y decidí dejarlo en una sola pieza. El producto final ¡Aquí está! Agregué algunas fotos de cómo se ve cuando las luces se apagan. También tomé un video de la alarma tocando Hey Jude. Nuevamente, si tiene alguna pregunta sobre este proyecto, simplemente pregunte, ¡me encanta ayudar!