Una lámpara de amanecer y atardecer con LED: 7 pasos (con imágenes)

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

Lo sabes, en invierno es difícil levantarse, porque afuera está oscuro y tu cuerpo simplemente no se despierta en medio de la noche. Entonces puedes comprar un despertador que te despierte con luz. Estos dispositivos no son tan caros como hace unos años, pero la mayoría de ellos se ven realmente feos. Por otro lado, la mayor parte del tiempo también está oscuro cuando regresa a casa del trabajo. Así que la gran puesta de sol también se ha ido. El invierno parece triste, ¿no? Pero no para los lectores de este instructivo. Explica cómo construir una lámpara combinada de salida y puesta del sol a partir de un microcontrolador picaxe, algunos LED y algunas otras partes. Los LED pueden costarle entre 5 y 10 euros dependiendo de la calidad y las otras partes no deberían ganar más de 20 euros. Entonces, con menos de 30 euros puedes construir algo realmente útil y agradable. Y este instructivo no solo te explicará cómo reconstruirlo, sino que también te mostrará cómo modificarlo según tus preferencias individuales.

Paso 1: Cosas que necesitamos

Necesita estas cosas: o Fuente de alimentación de 12V o 24V o1 Picaxe 18M (o cualquier otro microcontrolador) de https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Toma oA para un conector telefónico de 3.5 mm, o cualquier otro conexión del puerto serie al microcontrolador para programar el pulsador picaxe o1 y 1 conmutador de palanca, o 2 pulsadores o1 IC7805 con condensadores, esto nos convierte los 12V o 24V a los 5V que necesitamos para operar el microcontrolador o1 IC ULN2803A, Este es una matriz de transistores Darlington para uso directo en salidas de nivel TTL. Como alternativa, utilice 8 transistores Darlington individuales con resistencias adecuadas, pero también funciona con los transistores BC547 estándar. o1 FET de alta potencia como el IRF520, o algún otro transistor Power-Darlington como el BD649 oUn montón de LED, de diferentes colores como rojo, amarillo, blanco, blanco cálido, azul y ultravioleta. Lea el paso 4 para obtener más información. o1 10k & - potenciómetro, preferiblemente con una perilla larga o1 300 & - potenciómetro para propósitos de prueba oAlgunas resistencias, algunos cables, una placa para construir el circuito y, por supuesto, un soldador oUna herramienta de medición de corrientes también sería útil, pero no es absolutamente útil necesario Dependiendo de la fuente de alimentación que utilice, es posible que necesite conectores adicionales y una carcasa para los LED. Usé una placa acrílica que fijé a la carcasa de la fuente de alimentación. En los ratones de computadora más antiguos con conectores D-Sub, es posible que encuentre un buen sustituto del cable de toma de teléfono que se usa para programar el picaxe. Puede comprar Picaxes y muchas otras cosas útiles aquí: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Para el resto, consulte con su distribuidor local.

Paso 2: el diseño del circuito

El ULN2803A es una matriz Darlington, que consta de 8 controladores Darlington individuales con resistencias adecuadas en el lado de entrada para que pueda conectar directamente la salida del microcontrolador a la entrada del UNL2803A. Si la entrada obtiene un nivel alto (5 V) del microcontrolador, la salida se conectará a GND. Esto significa que un nivel alto en la entrada iluminará la respectiva tira de LED. Cada canal puede usarse con una corriente de hasta 500 mA. Los LED ultrabrillantes estándar de 5 mm normalmente usan 25-30 mA por tira e incluso ocho de ellos estresarán el FET solo con 200-250 mA, por lo que estará lejos de cualquier punto crítico. Incluso podría pensar en usar LED de 5 W de alta potencia para la luz de activación. Usualmente usan 350mA a 12V y también pueden ser impulsados por esta matriz. El botón "S1" es el botón de reinicio para el microcontrolador. El interruptor "S2" es el selector de puesta de sol o amanecer. También se puede sustituir por un pulsador y activar la puesta de sol mediante una interrupción en el software. El potenciómetro R11 actúa como selector de velocidad. Usamos la capacidad de picaxes ADC para leer la posición del potenciómetro y usar este valor como la escala de tiempo. La imagen muestra la primera placa que construí con 7 transistores individuales (BC547C) y las resistencias para manejarlos. No tenía el ULN2803 cuando construí el circuito y ahora me faltan algunas otras partes. Así que decidí mostrarles el diseño original, pero también proporcionar el diseño con la nueva matriz de controladores.

Paso 3: ¿Cómo se ve el atardecer?

Cuando observa una puesta de sol real, puede reconocer que el color de la luz cambia con el tiempo. De un blanco brillante cuando el sol todavía está sobre el horizonte, cambia a un amarillo brillante, luego a un naranja medio, luego a un rojo oscuro y luego a un brillo blanco azulado bajo, luego hay oscuridad. La puesta de sol será la parte más difícil del dispositivo porque lo miras con plena conciencia y los pequeños errores son bastante molestos. El amanecer es principalmente el mismo programa invertido, pero como todavía está dormido cuando comienza el amanecer, no tenemos que preocuparnos demasiado por los colores. Y al comenzar su puesta de sol cuando se acuesta, es posible que no desee comenzar con un sol brillante, pero por la mañana es importante aprovechar al máximo los LED. Por lo tanto, es conveniente tener diferentes secuencias para el amanecer y el atardecer, ¡pero, por supuesto, puede probar lo que quiera! Pero estas diferencias en los programas pueden llevarnos a una selección diferente de LED para ambos programas.

Paso 4: seleccionar los LED y calcular las resistencias

Seleccionar los LED es la parte creativa de este instructivo. Así que el siguiente texto es solo una sugerencia mía para ti. Siéntase libre de variarlos y cambiarlos, le diré cómo hacer esto. Colores: Es difícil encender o apagar una tira sin problemas con LED de un color completamente nuevo. Entonces, mi recomendación es que cada tira contenga LED de todos los colores pero en cantidades cambiantes. Si imaginamos la puesta de sol invertida, la primera tira contendría muchos LED rojos y tal vez uno blanco, uno azul y uno ultravioleta. Digamos que 5 rojos, 2 amarillos, 1 blanco cálido y 1 UV. Si lo desea, puede reemplazar uno de los LED rojos o amarillos por uno naranja (Tira 2 en el esquema). La siguiente tira más brillante tendría entonces algunas rojas sustituidas por amarillas. Digamos 2 rojas, 5 amarillas y 2 blancas cálidas (franja 3 en el esquema) En las siguientes franjas algunas rojas más serán sustituidas por amarillas o incluso blancas. Digamos 1 rojo, 1 amarillo, 4 blanco cálido y 1 azul. (tira 4 en el esquema) La siguiente tira puede constar de 3 LED blancos fríos, 2 blancos cálidos y 1 LED azul. (tira 5) Hasta ahora serían cuatro tiras para la puesta de sol. Para Sunrise, podríamos usar las tres tiras sobrantes con LED principalmente blanco frío y azul. Si conecta la séptima y la octava entrada juntas, también puede usar 4 tiras para el amanecer, o darle al atardecer una quinta tira, como desee. Es posible que haya notado que las tiras que contienen LED rojos tienen más LED por tira que las blancas puras. Esto se debe a la diferencia en el voltaje mínimo para los LED rojos y blancos. Como los LED son realmente brillantes e incluso atenuarlos al 1% es bastante, calculé la tira 1 con 3 rojos, 2 amarillos y un LED blanco cálido para tener solo 5 mA de corriente. Esto hace que esta franja no sea tan brillante como las otras y, por lo tanto, adecuada para el último indicio de la puesta de sol. Pero debería haberle dado a esta tira un UV-LED también, para el último vistazo Cómo calcular los LED y las resistencias: Los LED necesitan un cierto voltaje para funcionar e incluso la matriz de darlington usa 0.7V por canal para su propio propósito, por lo que calcular la resistencia es muy simple. El FET prácticamente no causa ninguna pérdida de voltaje para nuestros propósitos. Digamos que operamos a 24 V de la fuente de alimentación. De este voltaje restamos todos los voltajes nominales para los LED y 0.7V para la matriz. Lo que queda debe ser usado por la resistencia a la corriente dada. Veamos un ejemplo: primera tira: 5 LED rojos, 2 amarillos, 1 blanco cálido y 1 uv. Un LED rojo toma 2.1V, por lo que cinco de ellos toman 10.5 V. Un LED amarillo también toma 2.1V, por lo que dos de ellos toman 4.2V, el LED blanco toma 3.6V, el LED UV toma 3.3V y la matriz 0.7V. Esto hace que 24V -10.5V - 4.2V - 3.6V - 3.3V - 0.7V = 1.7V que debe ser utilizado por alguna resistencia. Seguramente conoces la ley de Ohm: R = U / I. Entonces, una resistencia que usa 1.7V a 25mA tiene un valor de 1.7V / 0.025A = 68 Ohm que está disponible en tiendas de electrónica. Para calcular la potencia utilizada por la resistencia, simplemente calcule P = U * I, esto significa P = 1.7V * 0.025A = 0.0425 W. Entonces, una pequeña resistencia de 0.25W es suficiente para este propósito. Si usa corrientes más altas o desea quemar más voltios en la resistencia, es posible que tenga que usar una más grande. Esa es la razón por la que solo puede operar 6 LED blancos que consumen alto voltaje en 24 V. Pero no todos los LED son realmente iguales, puede haber grandes diferencias en la pérdida de voltaje de un LED a otro. Entonces usamos el segundo potenciómetro (300?) Y un medidor de corriente para ajustar la corriente de cada tira al nivel deseado (25mA) en el circuito final. Luego medimos el valor de la resistencia y esto debería darnos algo alrededor del valor calculado. Si el resultado es algo entre dos tipos, elija el siguiente valor más alto si desea que la tira sea un poco más oscura o el siguiente valor más bajo para que la tira sea un poco más brillante. Instalé los LED en una placa de vidrio acrílico que fijé a la carcasa de la fuente de alimentación. El vidrio acrílico se puede perforar y doblar fácilmente si se calienta a unos 100 ° C en el horno. Como puede ver en las imágenes, también agregué el interruptor de selección amanecer - atardecer a esta pantalla. El potenciómetro y el botón de reinicio están en la placa de circuito.

Paso 5: ajuste del software

Los picaxes son muy fáciles de programar mediante algún dialecto básico del proveedor. El editor y el software son gratuitos. Por supuesto, también se podría programar esto en ensamblador para PIC en blanco o para los AVR de Atmel, pero este fue uno de mis primeros proyectos después de que probé los picaxes. Mientras tanto, trabajo en una versión mejor con varios PWM en un AVR. Los picaxes son muy buenos para principiantes porque los requisitos del hardware son muy simples y el lenguaje básico es fácil de aprender. Con menos de 30 € puedes empezar a explorar el maravilloso mundo de los microcontroladores. La desventaja de este chip barato (18M) es la RAM limitada. Si elige otras funciones o conecta el picaxe de manera diferente, es posible que deba ajustar el programa. Pero seguramente tendrás que hacer ajustes en las transiciones entre las tiras individuales. Como puede ver en el listado, la variable w6 (una variable de palabra) actúa como una variable de contador y como el parámetro para el PWM. Con la frecuencia PWM elegida de 4 kHz, los valores para el tiempo de trabajo del 1% al 99% son de 10 a 990 respectivamente. Con los cálculos en el bucle obtenemos una disminución o aumento casi exponencial del brillo del LED. Este es el óptimo cuando controlas los LED con PWM. Al encender o apagar una tira, el software lo compensa cambiando el valor del PWM. Por ejemplo, miremos la puesta de sol. Inicialmente, las salidas 0, 4 y 5 se conmutan a nivel alto, lo que significa que las tiras respectivas se encienden a través del ULN2803A. Luego, el bucle redujo el brillo hasta que la variable en w6 sea menor que 700. En este punto, el pin0 se cambia a bajo y el pin2 se cambia a alto. El nuevo valor de w6 se establece en 900. Esto significa que la lámpara con las tiras 0, 4 y 5 en el nivel PWM 700 es casi tan brillante como la lámpara con las tiras 2, 4 y 5 en el nivel PWM 800. Para averiguar tienes que probar estos valores y probar algunos valores diferentes. Trate de permanecer en algún lugar en el medio, porque cuando atenúa demasiado la lámpara en el primer bucle, no puede hacer mucho en el segundo bucle. Esto reducirá el efecto de cambio de color. Para ajustar la configuración de PWM utilicé una subrutina que también usa el valor de w5 para pausar el programa. En este punto, la velocidad entra en juego. Solo durante la puesta en marcha se comprueba el potenciómetro y el valor se almacena en w5. El número de pasos en cada ciclo del programa es fijo, pero al cambiar el valor de w5 de 750 a alrededor de 5100, la pausa en cada paso cambia de 0,75 sa 5 s. El número de pasos en cada ciclo también se puede ajustar cambiando la fracción por la disminución o aumento exponencial. Pero asegúrate de no usar para fracciones pequeñas, ¡porque la variable w6 es siempre un número entero! Si usara 99/100 como fracción y lo aplicara a un valor de 10, obtendría 9,99 en decimales, pero nuevamente 10 en números enteros. ¡También tenga en cuenta que w6 no puede exceder 65325! Para acelerar las pruebas, intente comentar la línea con w5 = 5 * w5, ¡esto acelerará el programa en un factor de 5!:-)

Paso 6: instalación en el dormitorio

Coloqué mi lámpara de puesta de sol en un pequeño armario a un lado de la habitación para que la luz brille hacia el techo. Con un temporizador enciendo la lámpara 20 minutos antes de que suene la alarma. La lámpara inicia automáticamente el programa de salida del sol y me despierta lentamente. Por la noche, activo la función de temporizador de apagado del reloj temporizador y enciendo la lámpara con el interruptor de puesta de sol encendido. Una vez que el programa ha comenzado, vuelvo inmediatamente al amanecer, para la mañana siguiente. Luego disfruto de mi puesta de sol personal y pronto me duermo.

Paso 7: modificaciones

Al reemplazar el interruptor de palanca por un botón, debe cambiar a la parte de la puesta del sol activando alguna interrupción en el programa. Para cambiar la tensión de alimentación, debe volver a calcular las tiras de LED individuales y las resistencias, porque con 12V solo puede conducir 3 LED blancos y también necesita una resistencia diferente. Una solución alternativa sería usar fuentes de corriente constante, pero estas podrían costarle algunos dólares y usar otras pocas decenas de voltio para la regulación. Con 24V podría conducir muchos LED en una tira, para controlar la misma cantidad de LED con suministro de 12V, los LED deben estar separados en dos tiras que se usan en paralelo. Cada una de estas dos tiras necesita su propia resistencia y la corriente acumulada a través de este canal se ha más que duplicado. Como puede ver, no tiene sentido impulsar todos los LED a 5 V, lo que sería conveniente, pero la corriente aumentaría a un nivel insalubre y la cantidad de resistencias necesarias también se dispararía. Para utilizar LED de alta potencia con el controlador ULN2803, puede combinar dos canales para una mejor gestión térmica. Simplemente conecte dos entradas juntas en un pin del microcontrolador y dos salidas en una tira de LED de alta potencia. ¡Y tenga en cuenta que algunos puntos LED de alta potencia vienen con su propio circuito de corriente constante y podrían no ser atenuados por PWM en la línea de energía! En esta configuración, todas las partes están lejos de cualquier límite. Si empuja las cosas al límite, es posible que tenga problemas térmicos con el FET o la matriz de Darlington. ¡Y, por supuesto, nunca utilice 230 V CA o 110 V CA para impulsar este circuito! Mi siguiente paso más allá de este instructivo es conectar un microcontrolador con tres PWM de hardware para controlar un RGB-Spot de alta potencia.

Así que diviértete y disfruta del privilegio de tu amanecer y atardecer individual.