Jam Alarm Matahari Terbit LED Dengan Alarm Lagu yang Dapat Disesuaikan: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:59

Motivasi Saya Musim dingin ini pacar saya mengalami banyak kesulitan bangun di pagi hari dan tampaknya menderita SAD (Seasonal Affective Disorder). Saya bahkan menyadari betapa sulitnya untuk bangun di musim dingin karena matahari belum terbit. Gejala SAD yang parah dapat mencakup lekas marah, tidur berlebihan tetapi masih merasa lelah, tidak bisa bangun dari tempat tidur, depresi, dan bahkan beberapa masalah fisik seperti nyeri sendi dan penurunan daya tahan terhadap infeksi. Saya telah mendengar tentang alarm matahari terbit yang mensimulasikan matahari terbit dan berpikir itu bisa menjadi solusi yang mungkin untuk masalahnya. Rencana yang saya ingat pernah melihat instruksi (https://www.instructables.com/id/Blue-LED-dawn-simulator- for-Soleil-Sun-Alarm/) tentang memodifikasi alarm matahari terbit untuk memberikan cahaya biru menggunakan LED karena biru seharusnya menjadi cahaya yang baik untuk membantu. Saya menyukai ide itu tetapi cara mikrokontroler digunakan dalam instruksi ini mengintimidasi saya karena saya memiliki pengalaman terbatas dengan pemrograman setelah kode dikembangkan. Itu juga tidak menyelesaikan masalah saya yang lain: menghabiskan $80 untuk jam alarm dan memodifikasinya, bukan berarti pacar saya tidak layak:D Saya pertama kali berpikir untuk mengembangkan jam dari awal menggunakan mikrokontroler. Kami membangun jam penghitungan biner di salah satu kelas kuliah saya, jadi saya akrab dengan logikanya. Saya kemudian menyerah pada ide itu karena saya tidak akan menggunakan bahasa pemrograman yang sama dan saya akan membutuhkan banyak waktu untuk mengembangkan kodenya. Saya kemudian memiliki ide untuk menggunakan jam alarm digital murah yang diharapkan dapat memberikan tegangan ketika alarm berbunyi. Saya bisa mengambil tegangan ini dan menggunakannya sebagai saklar dengan mikrokontroler. Ketika alarm berbunyi dan voltase menjadi tinggi, proses peredupan akan dimulai. Jika tombol snooze ditekan, atau alarm dimatikan, tegangan akan turun dan proses peredupan akan berhenti, mematikan lampu. Saya meneliti ide ini dan menemukan bahwa adalah mungkin untuk menggunakan tegangan dari jam dan menggunakannya dengan mikrokontroler! Seorang pria telah menyelesaikan proyek serupa yang membuka tirai secara otomatis di pagi hari (https://hackaday.com/2008/11/18/alarm-clock-automated-blinds/). Mikrokontroler Ide-ide mulai mengalir dan semua yang saya miliki lakukan adalah memilih mikrokontroler untuk digunakan. Saya melihat artikel di sparkfun.com yang melalui proses membangun sirkuit untuk menjalankan ATMega168. Saya membaca dengan seksama dan memutuskan bahwa tampaknya cukup sederhana dan itu adalah mikrokontroler yang ingin saya gunakan. Setelah penelitian lebih lanjut, saya menemukan hal Arduino ini yang telah digunakan semua orang untuk proyek DIY mereka. Itu menggunakan ATMega168, open source, dan memiliki banyak forum bantuan dan contoh awal; sempurna untuk pemula. Saya memutuskan untuk menggunakannya untuk memprogram ATMega168 saya dan memindahkannya ke papan breakout yang berisi hal-hal penting untuk menjalankan ATMega168. Dengan potongan terakhir dari teka-teki di tangan, saya bisa mulai. Catatan Sisi Cepat: Sebelum saya mulai, saya hanya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua sumber yang saya gunakan. Saya mencoba memastikan saya menautkan referensi apa pun yang saya gunakan dalam instruksi. Kode ini hanyalah manipulasi dari contoh-contoh yang disertakan dalam lingkungan Arduino dan sedikit milik saya sendiri, jadi terima kasih kepada orang-orang yang mengkodekannya! Juga, ini adalah proyek mikrokontroler pertama saya. Saya yakin saya tidak melakukan semuanya dengan benar, seperti menambahkan tutup filter ke tempat dan berbagai bagian lain ke sirkuit saya. Jika Anda melihat sesuatu yang dapat ditingkatkan, beri tahu saya! Saya pasti akan memperbarui atau membuat catatan tentangnya. Menikmati!

Langkah 1: Menyelidiki Sirkuit Output Jam dan Alarm

Menyelidiki Jam Ini adalah jam yang saya pilih. Saya mendapatkannya di Walmart dan harganya murah jadi jika saya tidak dapat menggunakannya, saya tidak akan terlalu kecewa. Ini juga memiliki cadangan baterai 9v jika listrik padam. Saya kemudian menemukan bahwa urutan alarm dari ATMega168 masih berbunyi! Jadi itu masih akan membangunkan Anda jika tidak ada daya! Saat kehabisan daya baterai, tampilan depan mati dan beralih ke jam internal lain yang kurang akurat tetapi masih berfungsi dengan baik. Saat daya tersambung kembali, jam mungkin harus disesuaikan tetapi pengaturan alarm akan tetap ada. Jam datang terpisah cukup mudah. Ada empat sekrup di bagian bawah dan tiga sekrup yang menahan papan tombol PCB diikat ke bagian atas kotak jam. Untuk melepas bagian atas dan mendapatkan akses yang lebih baik ke LCD, Anda perlu memasang klip 9v melalui lubang di bagian bawah. LCD depan muncul dan setelah diperiksa, ada beberapa bagian yang berbeda. Saya menemukan trafo, speaker piezoelektrik untuk alarm, beberapa dioda untuk rangkaian penyearah, beberapa tombol untuk input, dan tampilan jam yang sepertinya memiliki semua sirkuit jam di bawahnya. Saya menemukan tanah dan mulai menyelidiki. HATI-HATI SAAT MELAKUKAN INI PADA JAM ANDA, ADA TRANSFORMATOR TERBUKA YANG AKAN MEMBERIKAN GENGAN BESAR. Saya mencatat voltase pada setiap pin saat alarm mati dan saat alarm menyala. Saya berharap untuk pin yang memberikan tegangan logika 5v yang bagus saat alarm menyala dan 0v saat alarm mati. Saya tidak seberuntung itu tetapi tegangan yang masuk ke speaker memberikan tegangan yang bervariasi dari 9.5v-12.5v. Saya pikir saya bisa menggunakan ini. Saya juga menemukan pin berlabel VCC yang memberikan tegangan yang bervariasi dari 10v-12v. Ini berperan kemudian ketika membangun catu daya untuk mikrokontroler. Sirkuit Output Alarm Saya menyolder kabel ke ground dan satu ke pin alarm dan mulai mengerjakan sirkuit untuk menstabilkan tegangan. Saya pikir saya bisa menggunakan regulator 5v tetapi saya hanya memiliki regulator yang dapat disesuaikan. Saya melakukan beberapa matematika dan nilai saya memberikan tegangan sedikit di bawah 5v. Saya mengutak-atik sedikit dan menukar resistor sampai memberikan 5v yang saya butuhkan. Saya menggunakan kapasitor 470uF pada input untuk memuluskan tegangan. Dengan kapasitor, tegangan hanya bervariasi dari 10.5v-10v. Di bawah ini adalah skema rangkaian yang saya gunakan untuk mengkondisikan output alarm saya dan gambar bagian-bagiannya bersama-sama pada papan tempat memotong roti.

Langkah 2: Sirkuit Catu Daya, Sirkuit Driver LED, dan Pengkabelan

Sirkuit Catu Daya Jika saya menghubungkan mikrokontroler langsung ke Vcc jam, saya akan meledakkannya (tidak juga, tetapi membuatnya tidak berguna). Saya perlu mengkondisikan voltase dan menurunkannya ke 5v. Saya menggunakan rangkaian regulator sederhana yang hanya menggunakan dua kapasitor dan regulator 5v. Saya pergi ke lab sekolah dan menemukan regulator 5v di tumpukan sampah. Saya menghubungkan sirkuit dan mengujinya. Ini memberikan Sirkuit Driver 4.99v. LED yang bagus dan stabil Karena ATMega168 hanya dapat mengirimkan sekitar 16mA arus ke setiap output digitalnya, pengatur arus diperlukan untuk memberi daya pada LED. Saya menemukan sirkuit ini di forum bantuan Arduino dan sepertinya sirkuit yang cukup umum dan sederhana. Untuk mengarahkan cahaya LED, saya memutuskan untuk menggunakan reflektor dari senter. Senter yang saya beli memiliki tiga lubang untuk tiga LED. Saya memutuskan untuk menggiling mereka lebih besar dan menempatkan empat di setiap lubang, sehingga menjelaskan cara sirkuit digambar. Pengkabelan Setelah saya tahu saya bisa berhasil menggunakan Vcc jam dan output alarm, saya memutuskan untuk menyolder beberapa kabel tipis dan benang mereka keluar melalui lubang di samping. Saya juga memiliki ide untuk menambahkan loop dalam program mikrokontroler saya untuk memutar lagu alih-alih alarm asli. Saya menyolder dua kabel yang lebih panjang ke speaker piezoelektrik dan memasangnya di samping juga. Saya menggunakan beberapa gunting kawat untuk memotong takik kecil di bagian atas jam dan menyatukan semuanya kembali.

Langkah 3: Menghubungkan ATMega168 dan Membangun Prototipe

Menghubungkan ATMega168 Hanya ada beberapa pin yang perlu dihubungkan agar ATMega168 dapat berjalan. Saya menemukan pinout ATMega168 ini di https://www.moderndevice.com/Docs/RBBB_Instructions_05.pdf koneksi adalah sebagai berikut: Untuk Vcc-Pin 1 ke Vcc dengan resistor 10k. -Pin 7 dan Pin 20 ke VccKe Ground-Pin 8 dan Pin 22 ke Ground-Pin 21 ke Ground dengan kapasitor elektrolitik.1uFInput-Pin 4 (Digital pin 2) terhubung ke kabel alarm sayaOutput-Pin 15 ke NEGATIF Lead piezoelectric speaker-Pin 16 ke input sirkuit driver LEDClock-16Mhz Crystal - Satu kaki ke Pin 9 kaki lainnya ke Pin 10--11 Koneksi semuanya--Catatan: Saya yakin saya bisa menghubungkan beberapa tutup ke kaki kristal tetapi karena program saya tidak memerlukan jam yang sangat akurat, saya membiarkannya apa adanya. Saya menggunakan pin digital input alarm secara acak, pin digital lainnya akan berfungsi. Speaker piezoelektrik dan LED harus terhubung ke Pin PWM Digital atau tidak akan berfungsi. Juga, saya tidak dapat menemukan model yang bagus di Eagle untuk model 28 pin jadi saya hanya melukis semuanya bersama-sama MS: D Maaf jika terlihat membingungkan. Ajukan pertanyaan jika perlu! Saya membuat diagram blok juga untuk membantu memahami dari mana semuanya berjalan atau berasal. Membangun Prototipe --- Daftar Suku Cadang --- Sirkuit Output Alarm - LM317T Regulator Tegangan Positif yang Dapat Disesuaikan (Anda dapat menggunakan regulator 5v, saya baru saja memiliki ini satu) -1k Ohm Resistor -3.8k Ohm Resistor -470uF Electrolytic CapacitorPower Supply -UA7805C Regulator 5v -100uF Electrolytic Capacitor -10uF Electrolytic CapacitorLED Sirkuit Driver -2N3904 -150 Ohm (Anda dapat bereksperimen dengan nilai resistor yang lebih rendah atau lebih tinggi tergantung pada LED Anda) -1k Ohm ResistorMicrocontroller -28 Pin Socket (Opsional tapi saya memprogram ulang ATMega168 saya berkali-kali dengan Arduino saya) -ATMega168 -1uF Electrolytic Capacitor -16 MHz Crystal -10k Ohm ResistorMisc. Perlengkapan -Membuat Prototipe Papan Perf -Membuat Prototipe Kaki dan Sekrup Papan -Kawat Ketika saya membuat prototipe sirkuit saya, saya membangun setiap bagian pada papan tempat memotong roti, mengujinya, dan memindahkannya ke papan perf. Saya mulai dengan rangkaian keluaran alarm dan memastikannya bekerja dengan benar. Saya kemudian pindah ke bagian power supply, kemudian driver LED, dan selesai dengan rangkaian mikrokontroler. Tapi, mengingat Anda tidak perlu menguji sirkuit dan memastikan konsepnya berfungsi, karena saya sudah melakukannya, Anda bisa membangun keseluruhan sirkuit. Pastikan Anda mendapatkan voltase yang tepat di tempat yang tepat. 0v pada keluaran rangkaian keluaran alarm saat alarm mati dan 5v saat menyala. 5v pada output dari rangkaian catu daya. Jangan colokkan ATMega168 dulu ke soket, perlu diprogram. Saya bisa menggunakan papan perf yang lebih kecil atau memotong milik saya, tetapi saya memutuskan untuk membiarkannya. Ini tidak terlalu besar. Setelah rangkaian dibuat prototipe, konstruksi bohlam LED dapat dimulai.

Langkah 4: Membangun "Bulb" LED

The Triple Quad LED Bulb!!!!"' Jika Anda mau, Anda dapat melewati langkah ini dan menggunakan satu LED untuk menguji sirkuit Anda. Anda dapat kembali ke ini setelah sirkuit dikonfirmasi dan berfungsi. Juga, saya menggunakan warna putih LED karena saya tidak memiliki warna biru kecerahan tinggi yang tersisa. Saya pernah mendengar warna biru membantu lebih baik dengan SAD. Saya pergi ke toko dolar untuk membeli senter murah karena saya membutuhkan reflektor untuk mengarahkan cahaya LED. Senter saya yang dibeli berisi tiga LED. Saya memutuskan untuk memasukkan empat LED ke setiap lubang dan saya membutuhkan cara untuk memasang semuanya. Saya datang dengan proses ini yang menyolder empat LED bersama-sama dan kemudian menghubungkan tiga "LED empat" ini bersama-sama. Semua LED paralel, menjaga voltase sama dengan satu LED dan menaikkan arus. Inilah yang disediakan oleh rangkaian driver LED. Protip: Bantuan tang hidung jarum kecilLangkah1: Pegang dua LED bersama-sama dengan kabel ground menyentuh. Tepi LED yang rata harus duduk bersebelahan. Muat ujung besi solder Anda n dengan beberapa solder sehingga ada tetesan solder cair di ujungnya. Sentuh dua kabel ground dengan cepat dengan besi solder Anda sedekat mungkin dengan LED. Jika Anda membiarkan ujungnya di sana lama, ujungnya akan memanas dan tidak akan terasa enak. Langkah 2: Dengan menggunakan alat dremel, kikir, atau kertas amplas, amplas tepi salah satu sisi pasangan hingga rata. duduk di sebelah flush pasangan lain. Saya mengampelas LED untuk membantu sedikit menyebarkan cahaya. Sekarang, tekuk lead seperti yang ditunjukkan. Agak sulit untuk mengambil gambar dari proses tetapi pada dasarnya menekuk mengarah positif ke luar. Tekuk kabel negatif ke arah sisi yang rata dan lurus ke atas sehingga saat Anda memasangkan dua pasang, keempat kabel negatif menyatu menjadi satu kabel besar. Ambil dua pasang, pegang bersama. Pin negatif semua akan berada di tengah. Sentuh mereka dengan besi solder Anda untuk menyatukan semuanya. Langkah 3: Sekarang setelah keempat kabel negatif disolder bersama, jepit tiga di antaranya, hanya menyisakan satu. Sekarang, tekuk salah satu ujung positif di sekitar bagian luar LED quad, solder di setiap sambungan. Klip semua kecuali salah satu lead positif, sisakan satu lead positif dan satu lead negatif. Selesai! Sekarang buat dua lagi:] Setelah Anda memiliki tiga LED quad, saatnya untuk memasukkannya ke dalam reflektor senter. Saya membeli senter ini seharga $3 di toko dolar. Ini adalah dorcey dan semua bagian terpelintir, jadi mudah untuk mengakses semua bagian. Saya menggunakan reflektor perak dan kerucut hitam di belakang. Kerucut hitam dapat dilucuti dari bagian logamnya sehingga hanya menyisakan potongan plastik. Ini digunakan kemudian untuk mengencangkan bohlam ke leher yang dapat disesuaikan. Tergantung pada senter yang Anda temukan, Anda mungkin harus memasang LED pada leher yang dapat disesuaikan secara berbeda. Saya mencoba mencari senter generik yang akan tersedia di banyak tempat. Langkah 4: Saya menggunakan dremel untuk memperlebar tiga lubang di reflektor. Saya kemudian mendorong masing-masing dari empat LED quad ke dalam lubangnya dengan ujung negatif ke arah dalam. Tekuk dan solder kabel negatif dan positif bersama-sama menyelesaikan BULB LED TRIPLE QUAD! Saya kemudian menyolder pada dua kabel panjang dan tipis yang nantinya akan dimasukkan ke leher yang dapat disesuaikan dan disolder ke papan sirkuit utama. Saya juga menempelkan lem pada setiap paket LED quad untuk memastikan mereka tetap di tempatnya.

Langkah 5: Leher dan Basis yang Dapat Disesuaikan

Leher yang Dapat Disesuaikan Untuk mengarahkan "sinar matahari" yang dihasilkan oleh jam alarm, saya memilih untuk menambahkan leher yang dapat disesuaikan. Pada awalnya saya pikir saya bisa menggunakan saluran untuk leher tetapi karena saya memiliki peralatan dan perangkat keras yang terbatas di perguruan tinggi, saya tidak dapat mengamankannya ke pangkalan dengan baik. Plus, itu cukup sulit untuk ditekuk dan tidak menyesuaikan terlalu baik. Saya akhirnya hanya menggunakan salah satu kabel di dalam saluran. Ternyata cukup bagus. Saya dapat mengencangkannya tanpa perangkat keras, hanya dengan lubang di dasarnya. Saya mulai dengan mengambil satu kawat dari saluran dan membungkusnya di luar, menciptakan spiral yang bagus. Kemudian saya memutar hanya kabel dari saluran. Saya kemudian merentangkannya dan menghubungkannya ke kerucut hitam yang saya sebutkan sebelumnya. Kerucut hitam dilengkapi dengan beberapa sirkuit dari senter yang terpasang padanya tetapi mudah dilepas. Sekarang Anda hanya memiliki potongan kerucut plastik, buat dua lubang di tepinya, masing-masing cukup besar agar kawat bisa masuk. Saya memberinya makan dan kemudian turun dan keluar dari sisi lain, menggulungnya di bawah. Saya kemudian menggunakan kawat tipis dan fleksibel dari saluran untuk lebih mengamankannya. Dua kabel panjang yang disolder sebelumnya dapat dimasukkan melalui bagian belakang kerucut hitam dan bohlam dapat diputar di tempatnya. Saya menambahkan sedikit lem agar tetap menempel. Basis Untuk memasang leher yang dapat disesuaikan, saya mengebor lubang 7/64 inci di dasar kayu dan memasukkan kabelnya. Ini cukup pas sehingga tidak perlu lem tetapi cukup longgar sehingga lehernya bisa diputar dan dipelintir. Dua kabel LED dapat dililitkan di leher dan disolder ke papan prototipe. Untuk memasang papan, saya menggunakan empat dudukan PCB. Saya memiliki mata bor ulir yang tersedia, tetapi itu tidak perlu. Jika Anda tidak memiliki mata ulir, cukup bor lubang yang lebih kecil dari sekrup dan putar dengan tang. Saya memasang jam ke pangkalan menggunakan beberapa velcro. Saya tidak mengacaukannya karena jam saya memiliki cadangan baterai dan ketika baterai mati, itu perlu diganti. Terakhir, saya menambahkan beberapa kaki karet di sudut-sudutnya.

Langkah 6: Program

ProgramUntuk memprogram ATMega168 Anda dengan koneksi USB dan papan Arduino, Anda memerlukan chip ATMega168 yang sudah memiliki bootloader Arduino. Ini adalah cara paling sederhana, yang bisa saya temukan, untuk memprogram mikrokontroler. Ketika saya membeli papan saya, saya mengambil ATMega168 ekstra dengan bootloader dari pemasok yang sama. Anda mungkin harus membayar sedikit lebih untuk chip yang telah diprogram sebelumnya, tetapi itu sepadan bagi saya karena saya tidak ingin mengacaukan adaptor kabel serial, dll. Saya telah melampirkan kode sebagai file.txt dan.pde mengajukan. Saya tidak ingin membuat instruksi ini lama dengan memposting semua kode. Saya menggunakan lingkungan pemrograman Arduino terbaru: arduino-0015. Apa yang saya sukai dari papan Arduino adalah ada banyak contoh yang disertakan dengan lingkungan, lingkungan program gratis, dan ada banyak halaman proyek dan bantuan di luar sana. Juga sangat mudah untuk membuat papan breakout untuk menjalankan program Anda sendiri. Saya mencoba mengomentari kode dengan pemahaman terbaik saya jadi saya akan menjaga deskripsi seminimal mungkin. Saya menggunakan contoh "Fading LED" oleh BARRAGAN untuk menjadi akrab dengan modulasi lebar pulsa (PWM) yang mampu dilakukan oleh ATMega168. Saya memiliki tiga pernyataan "jika". Yang pertama memudar di tingkat redup yang lebih rendah (0-75 dari 255) lebih lambat karena tingkat yang lebih tinggi terlihat sama. Yang kedua memudar di tingkat keredupan atas lebih cepat. Seluruh proses fade in memakan waktu 15 menit. Setelah LED mencapai kecerahan penuh, loop lagu akan diputar sampai alarm dimatikan. Alarm asli cukup mengganggu. Itu hanya suara jam alarm khas yang dibenci semua orang. Saya pikir, mengapa tidak menggunakan speaker untuk membuat lagu yang menyenangkan untuk bangun tidur? Karena pacar saya menyukai The Beatles dan saya tahu Hey Jude memiliki melodi yang cukup sederhana, saya memutuskan untuk menggunakannya. Gelombang persegi dihasilkan dan kemudian PWM digunakan untuk memainkan nada Hey Jude pada speaker piezoelektrik. Untuk memprogram lagu, saya memanipulasi contoh "Melody" dari contoh lingkungan Arduino. Saya menemukan beberapa lembar musik sederhana dan menerjemahkannya ke dalam catatan dalam kode. Saya harus menambah jumlah nada yang dimainkan menjadi 41 dan menghitung nada yang lebih rendah dari 'c' yang disediakan. Saya kemudian menanamkan kode itu ke dalam kode utama saya. Untuk memprogram chip, Anda harus menginstal driver USB yang disediakan dengan lingkungan Arduino terlebih dahulu. Kemudian, pilih papan Anda dari menu tarik-turun dan pilih port COM yang sesuai. Seluruh proses ini dijelaskan secara rinci di sini: https://arduino.cc/en/Guide/WindowsDan itu saja! Setelah memprogram ATMega168, ATMega168 dapat dikeluarkan dari Arduino dan dimasukkan ke dalam rangkaian prototipe!

Langkah 7: Kesimpulan

Kemungkinan Perbaikan Setelah saya menyelesaikan alarm matahari terbit, saya memikirkan beberapa perbaikan atau fitur tambahan yang bisa saya tambahkan. Salah satu ide yang saya dapatkan adalah sakelar untuk menyalakan bohlam dengan kecerahan penuh sehingga dapat digunakan sebagai lampu baca. Sakelar lain dapat digunakan untuk menghidupkan atau mematikan suara alarm. Papan sirkuit juga bisa jauh lebih kecil. Saya baru saja meletakkannya dan memutuskan untuk membiarkannya utuh. Produk Akhir Ini dia! Saya telah menambahkan beberapa gambar seperti apa saat lampu mulai redup. Saya juga mengambil beberapa video dari alarm yang memainkan Hey Jude. Sekali lagi, jika Anda memiliki pertanyaan tentang proyek ini, tanyakan saja, saya senang membantu!