Đèn bình minh và hoàng hôn với đèn LED: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:37

Bạn biết đấy, vào mùa đông, rất khó để thức dậy, bởi vì bên ngoài trời tối và cơ thể bạn sẽ không thức dậy vào nửa đêm. Vì vậy, bạn có thể mua một chiếc đồng hồ báo thức đánh thức bạn bằng ánh sáng. Những thiết bị này không còn đắt như vài năm trước, nhưng hầu hết chúng trông thực sự xấu xí. Mặt khác, hầu hết thời gian trời cũng tối khi bạn đi làm về. Vì vậy, hoàng hôn tuyệt vời cũng không còn nữa. Mùa đông có vẻ buồn, phải không? Nhưng không phải cho những người đọc của hướng dẫn này. Nó giải thích cho bạn cách xây dựng đèn bình minh và hoàng hôn kết hợp từ bộ vi điều khiển picaxe, một số đèn LED và một số bộ phận khác. Đèn LED có thể khiến bạn mất từ 5-10 Euro tùy thuộc vào chất lượng và các bộ phận khác không được quá 20 Euro. Vì vậy, với ít hơn 30 Euro, bạn có thể xây dựng một thứ gì đó thực sự hữu ích và tốt đẹp.

Bước 1: Những thứ chúng ta cần

Bạn cần những thứ này: nguồn o12V hoặc 24V o1 Picaxe 18M (hoặc bất kỳ bộ vi điều khiển nào khác) từ https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ o Một ổ cắm cho giắc cắm điện thoại 3,5 mm hoặc bất kỳ loại nào khác kết nối từ cổng nối tiếp đến bộ vi điều khiển để lập trình nút nhấn picaxe o1 và 1 nút chuyển đổi hoặc 2 nút nhấn o1 IC7805 với tụ điện, điều này chuyển đổi chúng ta 12V hoặc 24V thành 5V mà chúng ta cần để vận hành bộ vi điều khiển o1 IC ULN2803A, Điều này là Mảng bóng bán dẫn Darlington để sử dụng trực tiếp trên các đầu ra Cấp TTL. Ngoài ra, sử dụng 8 bóng bán dẫn Darlington-đơn với điện trở phù hợp nhưng nó cũng hoạt động với bóng bán dẫn BC547 tiêu chuẩn. o1 FET công suất cao như IRF520, hoặc một số bóng bán dẫn Power-Darlington khác như BD649 oA toàn bộ chùm đèn LED, các màu khác nhau như đỏ, vàng, trắng, trắng ấm, xanh lam và tia cực tím. Đọc bước 4 để biết thêm thông tin. o1 10k & - chiết áp, thích hợp với một núm dài o1 300 & - chiết áp cho mục đích thử nghiệm oMột số điện trở, một số dây cáp, bảng để xây dựng mạch và tất nhiên một công cụ đo oA sắt hàn cho dòng điện cũng sẽ tiện dụng, nhưng không hoàn toàn cần thiết Tùy thuộc vào nguồn điện bạn sử dụng, bạn có thể cần thêm đầu nối và vỏ cho đèn LED. Tôi đã sử dụng một bảng acrylic mà tôi đã cố định vào vỏ của Power-supply. Trong các máy tính đời cũ có đầu nối D-Sub, bạn có thể tìm thấy một vật thay thế tốt cho cáp giắc cắm điện thoại được sử dụng để lập trình picaxe. Picaxes và nhiều thứ hữu ích khác có thể được mua tại đây: https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ Đối với phần còn lại, chỉ cần kiểm tra đại lý địa phương của bạn.

Bước 2: Bố cục mạch

ULN2803A là một dãy darlington, bao gồm 8 trình điều khiển darlington riêng lẻ với các điện trở phù hợp ở phía đầu vào để bạn có thể kết nối trực tiếp đầu ra từ bộ vi điều khiển với đầu vào của UNL2803A. Nếu đầu vào nhận được mức cao (5V) từ bộ vi điều khiển, thì đầu ra sẽ được kết nối với GND. Điều này có nghĩa là mức cao trên đầu vào sẽ làm sáng dải đèn LED tương ứng. Mỗi kênh có thể được sử dụng với dòng điện lên đến 500mA. Đèn LED siêu sáng 5mm tiêu chuẩn thường sử dụng 25-30mA trên mỗi dải và thậm chí tám trong số chúng sẽ nhấn mạnh FET chỉ với 200-250mA, do đó, bạn sẽ ở xa bất kỳ điểm quan trọng nào. Bạn thậm chí có thể nghĩ đến việc sử dụng đèn LED 5W công suất cao cho đèn đánh thức. Chúng thường sử dụng 350mA ở 12V và cũng có thể được điều khiển bởi mảng này. Nút nhấn "S1" là nút khởi động lại cho bộ vi điều khiển. Công tắc "S2" là nút chọn hoàng hôn hoặc bình minh. Bạn cũng có thể thay thế nó bằng một nút bấm và kích hoạt chế độ hoàng hôn bằng một ngắt trong phần mềm. Chiết áp R11 hoạt động như một bộ chọn tốc độ. Chúng tôi sử dụng khả năng ADC của picaxes để đọc vị trí của chiết áp và sử dụng giá trị này làm tỷ lệ thời gian. Tôi không có ULN2803 tại thời điểm tôi xây dựng mạch và bây giờ tôi đang thiếu một số bộ phận khác. Vì vậy, tôi quyết định hiển thị cho bạn bố cục ban đầu, nhưng cũng cung cấp bố cục với mảng trình điều khiển mới.

Bước 3: Hoàng hôn trông như thế nào?

Khi bạn quan sát cảnh hoàng hôn thực sự, bạn có thể nhận ra rằng màu sắc của ánh sáng đang thay đổi theo thời gian. Từ màu trắng sáng khi mặt trời còn ở phía trên đường chân trời, nó chuyển sang màu vàng tươi rồi chuyển sang màu cam vừa rồi chuyển sang màu đỏ sẫm và sau đó là ánh sáng trắng xanh nhạt, sau đó là bóng tối. Hoàng hôn sẽ là phần khó nhất của thiết bị vì bạn xem nó với ý thức đầy đủ và một chút sai sót khá khó chịu. Mặt trời mọc về cơ bản là chương trình bị đảo ngược nhưng khi bạn vẫn đang ngủ khi mặt trời mọc bắt đầu, chúng ta không phải lo lắng quá nhiều về màu sắc. Và khi bắt đầu hoàng hôn khi nằm xuống, bạn có thể không muốn bắt đầu với ánh nắng chói chang nhưng vào buổi sáng, điều quan trọng là phải tận dụng tối đa đèn LED. Vì vậy, thật tiện lợi khi có các chuỗi khác nhau cho bình minh và hoàng hôn, nhưng bạn có thể tự do thử nghiệm bất kỳ thứ gì bạn thích! Nhưng những khác biệt này trong các chương trình, có thể dẫn chúng ta đến một lựa chọn đèn LED khác cho cả hai chương trình.

Bước 4: Chọn đèn LED và tính toán điện trở

Lựa chọn đèn LED là một phần sáng tạo của hướng dẫn này. Vì vậy, văn bản sau đây chỉ là một gợi ý từ tôi cho bạn. Hãy thoải mái thay đổi và thay đổi chúng, tôi sẽ cho bạn biết cách làm điều này. Vì vậy, khuyến nghị của tôi là mỗi dải chứa đèn LED với tất cả các màu nhưng với số lượng thay đổi. Nếu chúng ta tưởng tượng cảnh hoàng hôn đảo ngược, dải đầu tiên sẽ chứa rất nhiều đèn LED màu đỏ và có thể một đèn LED trắng, xanh lam và một đèn UV. Vì vậy, giả sử 5 màu đỏ, 2 màu vàng, 1 màu trắng ấm và 1 tia cực tím. Nếu muốn, bạn có thể thay thế một trong các đèn LED màu đỏ hoặc vàng bằng một đèn LED màu cam (Dải 2 trong sơ đồ) Dải sáng hơn tiếp theo sẽ có một vài đèn đỏ được thay thế bằng các đèn vàng. Giả sử 2 màu đỏ, 5 màu vàng và 2 màu trắng ấm (dải 3 trong giản đồ) Trong các dải tiếp theo, một vài dải màu đỏ nữa sẽ được thay thế bằng các dải màu vàng hoặc thậm chí là các dải màu trắng. Giả sử 1 màu đỏ, 1 màu vàng, 4 màu trắng ấm và 1 màu xanh lam. (dải 4 trong sơ đồ) Dải tiếp theo có thể bao gồm 3 đèn LED màu trắng lạnh, 2 màu trắng ấm và 1 đèn LED màu xanh lam. (dải 5) Đây sẽ là bốn dải cho hoàng hôn cho đến nay. Đối với Sunrise, chúng tôi có thể sử dụng ba dải còn lại với chủ yếu là đèn LED màu trắng và xanh lam lạnh. Nếu bạn kết nối đầu vào thứ 7 và thứ 8 với nhau, bạn cũng có thể sử dụng 4 dải cho mặt trời mọc hoặc cung cấp cho hoàng hôn dải thứ năm, tùy thích. Bạn có thể nhận thấy rằng các dải chứa đèn LED màu đỏ có nhiều đèn LED trên mỗi dải hơn so với dải màu trắng tinh khiết. Điều này là do sự khác biệt về điện áp tối thiểu cho đèn LED đỏ và trắng. Vì đèn LED thực sự sáng và thậm chí làm mờ chúng xuống 1% là khá nhiều, tôi đã tính toán dải 1 với 3 màu đỏ, 2 màu vàng và một đèn LED màu trắng ấm để có chỉ 5mA hiện tại. Điều này làm cho dải này không sáng bằng dải khác và do đó thích hợp cho những gợi ý cuối cùng của hoàng hôn. Nhưng tôi cũng nên cung cấp cho dải này một đèn LED UV, để xem qua., vì vậy để tính toán điện trở rất đơn giản. FET thực tế không gây ra bất kỳ tổn thất điện áp nào cho các mục đích của chúng tôi. Giả sử chúng tôi hoạt động ở 24V từ nguồn điện. Từ điện áp này, chúng tôi trừ tất cả các điện áp danh định cho các đèn LED và 0,7V cho mảng. Những gì còn lại phải được sử dụng bởi điện trở ở dòng điện nhất định. Hãy xem một ví dụ: dải đầu tiên: 5 màu đỏ, 2 màu vàng, 1 màu trắng ấm và 1 đèn LED uv. Một đèn LED màu đỏ sử dụng 2,1V, vì vậy năm trong số chúng lấy 10,5 V. Một đèn LED màu vàng cũng sử dụng 2,1V, vì vậy hai trong số đó có 4,2V. Đèn LED trắng sử dụng 3,6V, đèn LED UV lấy 3,3V và dãy 0,7V. Điều này tạo ra 24V -10,5V - 4,2V - 3,6V - 3,3V - 0,7V = 1,7V mà phải được sử dụng bởi một số điện trở. Bạn chắc chắn biết định luật Ohm: R = U / I. Vì vậy, một điện trở sử dụng 1,7V ở 25mA có giá trị 1,7V / 0,025A = 68 Ohm có bán ở các cửa hàng điện tử. Để tính công suất được sử dụng bởi điện trở chỉ cần tính P = U * I, điều này có nghĩa là P = 1,7V * 0,025A = 0,0425 W. Vì vậy, một điện trở nhỏ 0,25W là đủ cho mục đích này. Nếu bạn sử dụng dòng điện cao hơn hoặc muốn đốt cháy nhiều vôn hơn trong điện trở, bạn có thể phải sử dụng dòng điện lớn hơn! Đó là lý do tại sao bạn chỉ có thể vận hành 6 đèn LED trắng tiêu thụ điện áp cao trên 24V, nhưng không phải tất cả các đèn LED đều thực sự giống nhau, có thể có sự khác biệt lớn về tổn thất điện áp từ đèn LED sang đèn LED. Vì vậy, chúng tôi sử dụng chiết áp thứ hai (300?) Và một đồng hồ đo dòng điện để điều chỉnh dòng điện của mỗi dải đến mức mong muốn (25mA) trong mạch cuối cùng. Sau đó, chúng tôi đo giá trị của điện trở và điều này sẽ cung cấp cho chúng tôi một cái gì đó xung quanh giá trị được tính toán. Nếu kết quả nằm giữa hai loại thì hãy chọn giá trị cao hơn tiếp theo nếu bạn muốn dải tối hơn một chút hoặc giá trị thấp hơn tiếp theo để dải sáng hơn một chút. Tôi đã lắp đặt các đèn LED trong một bảng thủy tinh acrylic mà tôi đã cố định vào vỏ nguồn điện. Thủy tinh acrylic có thể dễ dàng khoan và uốn cong nếu được nung đến nhiệt độ khoảng 100 ° C trong lò. Như bạn có thể thấy trên hình ảnh, tôi cũng đã thêm công tắc lựa chọn mặt trời mọc - mặt trời lặn vào màn hình này. Chiết áp và nút khởi động lại nằm trên bảng mạch.

Bước 5: Điều chỉnh phần mềm

Các picaxes có thể lập trình rất dễ dàng bằng một số phương ngữ cơ bản từ nhà cung cấp. Trình chỉnh sửa và phần mềm miễn phí. Tất nhiên người ta cũng có thể lập trình điều này trong trình hợp dịch cho PIC trống hoặc cho AVR Atmel, nhưng đây là một trong những dự án đầu tiên của tôi sau khi tôi thử nghiệm các picax. Trong thời gian chờ đợi, tôi làm việc trên một phiên bản tốt hơn với một số PWM trên AVR. Picaxes rất tốt cho người mới bắt đầu vì các yêu cầu đối với phần cứng rất đơn giản và ngôn ngữ cơ bản dễ học. Với chưa đến 30 €, bạn có thể bắt đầu khám phá thế giới tuyệt vời của vi điều khiển. Nhược điểm của con chip giá rẻ (18M) này là RAM hạn chế. Nếu bạn chọn các tính năng khác hoặc kết nối picaxe khác, bạn có thể phải điều chỉnh chương trình. Nhưng chắc chắn bạn sẽ phải điều chỉnh sự chuyển đổi giữa các dải riêng lẻ. Như bạn có thể thấy trong danh sách, biến w6 (một biến từ) hoạt động như một biến đếm và là tham số cho PWM. Với tần số PWM đã chọn là 4kHz, các giá trị cho thời gian làm việc từ 1% đến 99% lần lượt là 10 đến 990. Với các phép tính trong vòng lặp, chúng tôi nhận được sự giảm hoặc tăng gần như theo cấp số nhân của độ sáng đèn LED. Điều này là tối ưu khi bạn điều khiển đèn LED với PWM. Khi bật hoặc tắt một dải, điều này được phần mềm bù đắp bằng cách thay đổi giá trị của PWM. Ví dụ, chúng ta hãy nhìn vào hoàng hôn. Ban đầu các đầu ra 0, 4 và 5 được chuyển sang mức cao, điều đó có nghĩa là các dải tương ứng được bật qua ULN2803A. Sau đó, vòng lặp giảm độ sáng cho đến khi biến trong w6 nhỏ hơn 700. Tại thời điểm này pin0 được chuyển sang mức thấp và pin2 được chuyển sang mức cao. Giá trị mới của w6 được đặt thành 900. Điều này có nghĩa là đèn có dải 0, 4 và 5 ở mức PWM 700 gần sáng bằng đèn có dải 2, 4 và 5 ở mức PWM 800. Để tìm hiểu những giá trị này bạn phải kiểm tra xung quanh và thử một số giá trị khác nhau. Cố gắng ở một nơi nào đó ở giữa, bởi vì khi bạn giảm độ sáng đèn trong vòng lặp đầu tiên quá nhiều, bạn không thể tạo ra nhiều trong vòng lặp thứ hai. Điều này sẽ làm giảm hiệu ứng thay đổi màu sắc. Để điều chỉnh cài đặt PWM, tôi đã sử dụng một chương trình con cũng sử dụng giá trị của w5 để tạm dừng chương trình. Tại thời điểm này, tốc độ xuất hiện trong trò chơi. Chỉ khi khởi động, chiết áp mới được kiểm tra và giá trị được lưu trong w5. Số bước trong mỗi vòng lặp của chương trình là cố định, nhưng bằng cách thay đổi giá trị của w5 từ 750 thành khoảng 5100, thời gian tạm dừng trong mỗi bước thay đổi từ 0,75 giây thành 5 giây. Số bước trong mỗi vòng lặp cũng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi phân số theo cấp số nhân hoặc tăng lên. Nhưng hãy đảm bảo không sử dụng cho các phân số nhỏ, vì biến w6 luôn là một số nguyên! Nếu bạn sử dụng 99/100 dưới dạng phân số và áp dụng giá trị đó cho giá trị là 10, điều đó sẽ cho bạn 9,99 ở số thập phân nhưng lại là 10 ở số nguyên. Cũng nên nhớ rằng w6 không được vượt quá 65325! Để tăng tốc độ thử nghiệm, hãy thử nhận xét dòng với w5 = 5 * w5, điều này sẽ tăng tốc chương trình lên hệ số 5!:-)

Bước 6: Lắp đặt trong phòng ngủ

Tôi đặt chiếc đèn hoàng hôn của mình trên một cái tủ nhỏ ở một bên của căn phòng để ánh sáng chiếu lên trần nhà. Bằng đồng hồ hẹn giờ, tôi bật đèn 20 phút trước khi chuông báo thức reo. Sau đó đèn sẽ tự động bắt đầu chương trình bình minh và từ từ đánh thức tôi. Vào buổi tối, tôi kích hoạt chức năng hẹn giờ đi ngủ của đồng hồ hẹn giờ và bật nguồn đèn khi bật công tắc hoàng hôn. Sau khi chương trình bắt đầu, tôi ngay lập tức chuyển về hướng mặt trời mọc vào sáng hôm sau. Sau đó, tôi tận hưởng cảnh hoàng hôn của riêng mình và sớm chìm vào giấc ngủ.

Bước 7: Sửa đổi

Khi thay thế công tắc bật tắt bằng một nút bấm, bạn phải chuyển sang phần hoàng hôn bằng cách kích hoạt một số ngắt trong chương trình. Để thay đổi điện áp cung cấp, bạn phải tính toán lại các dải LED riêng lẻ và điện trở, bởi vì với 12V, bạn chỉ có thể điều khiển 3 đèn LED trắng và bạn cũng cần một điện trở khác. Một giải pháp thay thế sẽ là sử dụng các nguồn dòng điện không đổi, nhưng những nguồn này có thể khiến bạn mất một số đô la và sử dụng một vài chục vôn khác để điều chỉnh. Với 24V, bạn có thể điều khiển nhiều đèn LED trong một dải, để điều khiển cùng một lượng đèn LED với nguồn cung cấp 12V, các đèn LED phải được tách biệt thành hai dải được sử dụng song song. Mỗi dải trong số hai dải này cần có điện trở riêng và dòng điện tích lũy qua kênh này đã tăng hơn gấp đôi. Vì vậy, bạn thấy rằng không có ý nghĩa gì khi điều khiển tất cả các đèn LED bằng 5V, điều này sẽ thuận tiện, nhưng dòng điện sẽ tăng lên mức không tốt và lượng điện trở cần thiết cũng sẽ tăng vọt. Để sử dụng đèn LED công suất cao với trình điều khiển ULN2803, bạn có thể kết hợp hai kênh để quản lý nhiệt tốt hơn. Chỉ cần kết nối hai đầu vào với nhau trên một chân vi điều khiển và hai đầu ra trên một dải LED công suất cao. Và hãy nhớ rằng một số điểm LED công suất cao đi kèm với mạch dòng điện không đổi của riêng chúng và có thể không bị PWM làm mờ trong đường dây điện! Trong thiết lập này, tất cả các bộ phận đều cách xa bất kỳ giới hạn nào. Nếu bạn đẩy mọi thứ đến rìa, bạn có thể gặp các vấn đề về nhiệt với FET hoặc mảng darlington. Và tất nhiên không bao giờ sử dụng 230V AC hoặc 110V AC để điều khiển mạch này !!! Bước tiếp theo của tôi ngoài hướng dẫn này là kết nối bộ vi điều khiển với ba PWM phần cứng để điều khiển RGB-Spot công suất cao.

Vì vậy, hãy vui chơi và tận hưởng đặc quyền của hoàng hôn và bình minh của cá nhân bạn.