นาฬิกาปลุก Upcycled Smart Light: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ในโปรเจ็กต์นี้ ฉันอัพไซเคิลนาฬิกาปลุกไขลานที่พังโดยสมบูรณ์ หน้าปัดนาฬิกาถูกแทนที่ด้วย LED 12 ดวง ส่องสว่างด้วยแถบ LED รอบขอบนาฬิกา ไฟ LED 12 ดวงบอกเวลาและแถบ LED ถูกตั้งโปรแกรมให้ทำหน้าที่เป็นสัญญาณเตือน โดยจะเปลี่ยนเป็นความสว่างเต็มที่ตามเวลาที่ตั้งไว้ ทุกอย่างถูกควบคุมโดย Raspberry Pi Zero ทำให้สามารถรวมระบบและขยายความเป็นไปได้ได้นับไม่ถ้วน เช่น การซิงโครไนซ์สัญญาณเตือนด้วยแสงกับเสียงเตือนจากโทรศัพท์ของคุณโดยอัตโนมัติ หรือไฟ LED กะพริบเมื่อคุณได้รับอีเมล

โปรเจ็กต์นี้ใช้ส่วนประกอบที่ค่อนข้างถูกหรือนำกลับมาใช้ใหม่ สิ่งเดียวที่ฉันลงเอยด้วยการซื้อคือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ทุกสิ่งทุกอย่างที่ฉันบังเอิญได้นอนอยู่รอบ ๆ เช่นแถบ LED ที่ถูกตัดออก คำแนะนำนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับวิธีการที่ฉันให้ชีวิตใหม่กับนาฬิกาที่พังของฉันและหวังว่าจะเป็นแรงบันดาลใจให้คุณปรับปรุงบางสิ่งบางอย่างของคุณเอง

ขั้นตอนที่ 1: อะไหล่

เพื่อควบคุมทุกอย่าง เราจะใช้ Raspberry Pi Zero เนื่องจากมีขนาดเล็ก มีค่าใช้จ่ายน้อยมาก และสามารถเชื่อมต่อกับ WiFi ได้ ซึ่งหมายความว่าเราไม่ต้องการนาฬิกาแบบเรียลไทม์ และสามารถอัปเดตโค้ดจากระยะไกลจากแล็ปท็อปได้อย่างง่ายดาย ยกเว้นกรณีที่คุณมี Pi Zero W เราจะเชื่อมต่อกับเครือข่าย WiFi โดยใช้ดองเกิล USB WiFi

นี่คือรายการชิ้นส่วนที่ฉันใช้ แต่ส่วนใหญ่สามารถเปลี่ยนเป็นชิ้นส่วนอื่นที่เหมาะสมได้ ตัวอย่างเช่น แทนที่จะใช้ Raspberry Pi คุณสามารถใช้ Arduino พร้อมนาฬิกาแบบเรียลไทม์เพื่อควบคุมโปรเจ็กต์ได้

อะไหล่ที่ใช้

• นาฬิกาปลุกเก่า
• แถบ LED สีขาวอบอุ่น 30 ซม.
• 1x Raspberry Pi Zero + การ์ด micro SD
• 1x USB WiFi dongle + micro USB to USB converter
• ไฟ LED 12x
• ตัวต้านทาน 12x330ohm (ใช้สูงกว่าหากคุณต้องการไฟ LED หรี่)
• 1x TIP31a (หรือทรานซิสเตอร์พลังงาน npn หรือ MOSFET อื่น ๆ)
• ตัวต้านทาน 1x 1k
• 1x LM2596 DC-DC ตัวแปลงบั๊กที่ปรับได้ (ลดระดับลง 12V สำหรับ 5V สำหรับ Raspberry Pi)
• แหล่งจ่ายไฟ 1x 12v (+ วิธีเข้าสู่โครงการของคุณ)
• ไม้ 10 ซม. x 10 ซม. สำหรับหน้าปัดนาฬิกา (ควรบางพอสมควรเพื่อติดไฟ LED ของคุณ)
• ลวดสีต่างๆ

ของดีต้องมี

• หัวแร้ง + หัวแร้ง
• กาวร้อน
• มัลติมิเตอร์
• เขียงหั่นขนม
• หมุดหัวหญิง
• เครื่องอ่านการ์ด Micro SD หรือตัวแปลง
• คอมพิวเตอร์
• อะแดปเตอร์ Mini HDMI + หน้าจอ HDMI หากคุณต้องการใช้สภาพแวดล้อมเดสก์ท็อปของ Pi

ขั้นตอนที่ 2: การตั้งค่า Raspberry Pi

ระบบปฏิบัติการ

เนื่องจาก Raspberry Pi จะไม่เชื่อมต่อกับหน้าจอ ฉันจึงเลือกใช้ Raspbian Buster Lite ซึ่งไม่ได้มาพร้อมกับสภาพแวดล้อมเดสก์ท็อป หากคุณยังใหม่กว่า Raspberry Pi คุณอาจต้องการใช้ Raspbian Buster มาตรฐานซึ่งมาพร้อมกับเดสก์ท็อป หากคุณไม่แน่ใจว่าจะติดตั้งระบบปฏิบัติการอย่างไร นี่เป็นแหล่งข้อมูลที่ดี สามารถดาวน์โหลดระบบปฏิบัติการทั้งสองได้จากเว็บไซต์ Raspberry Pi

ในขณะนี้ ให้จ่ายไฟให้กับ Pi ผ่านอินพุตพลังงาน Micro USB เชื่อมต่อดองเกิล USB WiFi ด้วย

คุยกับ Raspberry Pi

เมื่อทุกอย่างถูกรวมเข้าด้วยกันแล้ว มันค่อนข้างยากในการเข้าถึง Pi หากคุณต้องการเปลี่ยนรหัส เป็นต้น การใช้ SSH จะทำให้สามารถใช้เชื่อมต่อกับ Pi และควบคุมจากคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นได้ สิ่งนี้ไม่ได้เปิดใช้งานโดยค่าเริ่มต้น แต่เราสามารถทำได้โดยเพียงแค่สร้างโฟลเดอร์ชื่อ ssh ในพาร์ติชั่นสำหรับเริ่มระบบของการ์ด SD ของคุณ หากคุณลงชื่อเข้าใช้ Pi แล้ว คุณสามารถทำได้โดยพิมพ์ sudo raspi-config ใน Terminal และไปที่ Interfacing Options > SSH แล้วเลือก Yes เพื่อเปิดใช้งาน

ตอนนี้คุณสามารถเชื่อมต่อกับ Pi ของคุณบนคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น บน Mac หรือ Linux คุณสามารถใช้เทอร์มินัลแอปพลิเคชันของคุณได้ แต่ใน Windows เวอร์ชันส่วนใหญ่ คุณจะต้องติดตั้งไคลเอ็นต์ SSH เช่น PuTTY เชื่อมต่อกับ Pi โดยพิมพ์ ssh pi@ โดยแทนที่ชื่อโฮสต์ด้วยชื่อโฮสต์ของที่อยู่ IP ของ Pi ของคุณ ชื่อโฮสต์เริ่มต้นคือ raspberrypi.local มันจะถามรหัสผ่านซึ่งถ้าคุณยังไม่ได้เปลี่ยนก็คือราสเบอร์รี่

การติดตั้งสิ่งที่จำเป็น

ขั้นแรกตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างเป็นปัจจุบันโดยเรียกใช้ sudo apt update จากนั้น sudo apt full-upgrade

เพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งที่เราต้องควบคุมพิน GPIO บนประเภท Pi sudo apt-get install python-rpi.gpio และ sudo apt-get install python3-rpi.gpio สิ่งเหล่านี้ควรได้รับการติดตั้งใน Raspbian เวอร์ชันเต็มแล้ว

รหัส

นี่คือรหัสสำหรับดาวน์โหลดเพื่อให้ใช้งานได้ทั้งหมด หากคุณกำลังใช้สภาพแวดล้อมเดสก์ท็อปให้วางสิ่งเหล่านี้ในโฟลเดอร์เอกสารของคุณ

หากคุณกำลังใช้บรรทัดคำสั่งของ SSH ให้ไปที่โฟลเดอร์หลักของคุณโดยพิมพ์ cd ~/Documents แล้วกด Enter สร้างไฟล์ใหม่ชื่อ test1.py ด้วย nano test1.py ซึ่งจะเปิดโปรแกรมแก้ไขข้อความนาโนซึ่งคุณสามารถวางโค้ดของไฟล์ test1.py ที่ดาวน์โหลดมา CTRL-O และกด Enter เพื่อบันทึกไฟล์ และ CTRL-X เพื่อออกจากโปรแกรมแก้ไข ทำซ้ำขั้นตอนสำหรับไฟล์ที่เหลือ

ขั้นตอนที่ 3: การติดตั้งแถบ LED

ขั้นแรกให้เปิดแถบ LED ในนาฬิกาเพื่อดูว่าคุณต้องการเท่าไหร่ ทำเครื่องหมายความยาวนี้แล้วตัดแถบที่จุดตัดถัดไปตามที่แสดง การบัดกรีสายไฟเข้ากับแถบนั้นง่ายกว่ามากก่อนที่แถบจะติดเข้าที่ นี่เป็นคำแนะนำที่ดีทีเดียวเกี่ยวกับวิธีการทำเช่นนี้ แต่ถ้าคุณไม่แน่ใจว่าฉันจะฝึกการเชื่อมประสานกับชิ้นส่วนที่คุณเพิ่งตัดออก บัดกรีลวดหนึ่งเส้นไปยังจุดบัดกรีบวกและหนึ่งเส้นไปยังขั้วลบ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ทดสอบแถบ LED ของคุณก่อนที่จะติดมันในนาฬิกาของคุณ

เนื่องจากแถบ LED ที่ฉันใช้เคยใช้มาก่อนที่แผ่นรองแบบมีกาวในตัวหาย ฉันเลยต้องใช้กาวร้อนติดแถบรอบขอบของขอบนาฬิกา หากคุณมีความยาวเกิน ให้ปิดบริเวณที่ต่อสายไฟ คุณอาจต้องการติดตั้งแถบนี้ในภายหลัง แต่ฉันพบว่ามันง่ายกว่าที่จะซ่อนมันไว้ในนาฬิกา

ขั้นตอนที่ 4: การควบคุมแถบ LED

การเชื่อมต่อแถบ LED

แถบ LED ทำงานบน 12V ดังนั้นจึงไม่สามารถจ่ายไฟจาก Pi ได้โดยตรง เพื่อควบคุมเราจะใช้ทรานซิสเตอร์กำลัง (เช่น TIP31a) เชื่อมต่อกับ Pi ดังที่แสดงด้านบน ฉันขอแนะนำให้ตรวจสอบสิ่งนี้ก่อนว่าใช้งานได้ทั้งหมดบนเขียงหั่นขนม

• เชื่อมต่อ GPIO 19 กับฐานผ่านตัวต้านทาน 1k
• ตัวปล่อยควรเชื่อมต่อกับ GND
• เชื่อมต่อตัวสะสมเข้ากับขั้วลบของแถบ LED
• ต่อขั้วบวกแถบ LED เข้ากับ +12V

การทดสอบ

ในบรรทัดคำสั่งนำทางไปยังโฟลเดอร์เอกสารของคุณ (cd ~/Documents) และพิมพ์ python test1.py แล้วป้อน คุณควรเห็นแถบ LED เพิ่มขึ้นและลดลงความสว่าง หากต้องการออกจากโปรแกรม ให้กด CTRL-C คุณสามารถแก้ไขไฟล์ (nano test1.py) เพื่อเปลี่ยนความเร็วและความสว่างในโปรแกรม

นำเข้า RPi. GPIO เป็น GPIO เวลานำเข้า GPIO.setmode (GPIO. BCM) # ใช้พิน BCM GPIO.setwarnings (เท็จ) # ละเว้นคำเตือนเกี่ยวกับพินที่ใช้สำหรับสิ่งอื่น ๆ ledStripPin = 19 # แถบ LED ถูกขับเคลื่อนจากพินนี้ GPIO.setup (ledStripPin, GPIO. OUT) # ตั้งค่า ledStripPin เป็นเอาต์พุต pwm = GPIO. PWM (ledStripPin, 100) # PWM บน ledStripPin ที่มีความถี่ 100Hz dutyCycle = 0 # ความสว่างเริ่มต้นเป็นเปอร์เซ็นต์ pwm.start (dutyCycle) ลอง: ในขณะที่ True: สำหรับ dutyCycle ในช่วง (0, 101, 1): # จาง pwm. ChangeDutyCycle (dutyCycle) time.sleep (0.05) สำหรับ dc ในช่วง (95, -1, -1): # จางลง pwm. ChangeDutyCycle (dc) เวลา.sleep(0.05) ยกเว้น KeyboardInterrupt: # กด CTRL-C เพื่อออก จากนั้น: pwm.stop() # Stop the pwm GPIO.cleanup() # Clean up the GPIO pins

ขั้นตอนที่ 5: การสร้างหน้าปัดนาฬิกา

ตัดชิ้นไม้สำหรับนาฬิกาของคุณคว่ำหน้าลงเพื่อให้พอดีกับนาฬิกาของคุณ ฉันทำให้เหมืองพักประมาณ 3 ซม. จากด้านหน้า เจาะ 12 รูตามเส้นผ่านศูนย์กลางของ LED ของคุณ (โดยปกติคือ 3 มม. หรือ 5 มม.) โดยเว้นระยะห่างกัน 30 องศา ทรายด้านหน้าคว่ำหน้าลงแล้วลงสีตามต้องการ จากด้านหลังให้ติดไฟ LED ให้ชี้ไปทางด้านหน้า ฉันใช้กาวร้อนเพื่อให้ไฟ LED อยู่กับที่โดยให้ขั้วบวก (สายที่ยาวกว่า) หันเข้าด้านใน ขนาดของหน้าปัดนาฬิกาของฉันหมายความว่าฉันสามารถประสานขั้วลบทั้งหมดเข้าด้วยกัน (ดูด้านบน) ดังนั้นจึงต้องใช้สายไฟเพียงเส้นเดียวในการเชื่อมต่อ LED ทั้ง 12 ดวงกับ GND ถัดไป ประสานสายไฟกับ LED แต่ละดวง

หากคุณต้องการทดสอบสิ่งนี้บนเขียงหั่นขนมก่อนอื่นอย่าลืมใช้ตัวต้านทาน (330ohm เป็นมาตรฐานที่ค่อนข้างดี) ในซีรีย์กับ LED แต่ละตัวก่อนที่คุณจะเชื่อมต่อกับพิน Pi GPIO ตัวใดตัวหนึ่ง เล่นกับค่าของตัวต้านทานที่คุณใช้เพื่อให้ได้ระดับความสว่างที่คุณพอใจ t-cobbler มีประโยชน์มากในการแยกหมุดของ Pi ออกเป็นเขียงหั่นขนม แม้ว่าคุณจะต้องบัดกรีหมุดส่วนหัวสำหรับสิ่งนี้ ใช้ test2.py (เรียกใช้โดยใช้ python test2.py) แต่ต้องแน่ใจว่าคุณแก้ไขโปรแกรมก่อนและป้อนพิน GPIO ของ Pi ที่คุณใช้สำหรับ LED แต่ละดวง

นำเข้า RPi. GPIO เป็น GPIO

เวลานำเข้า GPIO.setmode(GPIO. BCM) # ใช้พิน BCM GPIO.setwarnings (เท็จ) # ละเว้นคำเตือนเกี่ยวกับพินที่ใช้สำหรับสิ่งอื่น # แทนที่หนึ่ง สอง … ด้วยหมายเลขพินที่สอดคล้องกัน hourPin = [หนึ่ง สอง สาม, สี่, ห้า, หก, เจ็ด, แปด, เก้า, สิบ, สิบเอ็ด, สิบสอง] # หมุดที่ LED เชื่อมต่อจาก 1-12 สำหรับฉันในช่วง (0, 12): GPIO.setup(hourPin, GPIO. OUT) # ตั้งค่า hourPins ทั้งหมดเป็นเอาต์พุต GPIO.output(hourPin, 0) # ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไฟ LED ทั้งหมดปิดอยู่: ขณะที่ True: สำหรับฉันอยู่ในช่วง (0, 12) GPIO.output(hourPin[i)], 1): time.sleep(0.05) สำหรับฉันในช่วง (0, 12) GPIO.output(hourPin, 0): time.sleep(0.05) ยกเว้น KeyboardInterrupt: # กด CTRL-C เพื่อออกและ จากนั้น: GPIO.cleanup() # Clean up the GPIO pins

ขั้นตอนที่ 6: เปิดเครื่อง Pi

เราต้องการวิธีง่ายๆ ในการนำ 5V ไปที่ Pi Zero เพื่อให้เราสามารถกำจัดสาย micro USB ที่เราเคยใช้ในการจ่ายไฟได้ มีวิธีแก้ปัญหาหลายอย่างที่ลดระดับ 12V เป็น 5V เช่น ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น LM7805 แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้มีประสิทธิภาพมากนัก ฉันจึงเลือกใช้ตัวแปลงบั๊กแบบปรับได้ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าโดยใช้ชิป LM2596 NB ด้วยสิ่งนี้ คุณจะต้องบิดโพเทนชิออมิเตอร์จนกว่าแรงดันเอาต์พุตจะลดลงเหลือ 5V ตามต้องการ ดังนั้นคุณจะต้องใช้วิธีการวัดแรงดันด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง

การใช้ LM2596 นั้นง่ายมาก: เชื่อมต่อ +12V กับ IN+, กราวด์กับ IN- Pi สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับ 5V โดยเชื่อมต่อ OUT+ กับหนึ่งในพิน 5V ของ Pi แต่ให้แน่ใจว่าคุณได้เปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตเป็น 5V ก่อนที่คุณจะทำสิ่งนี้ มิฉะนั้นคุณจะทอด Pi ของคุณ!

ขั้นตอนที่ 7: ทำวงจรและบรรจุภัณฑ์ให้สมบูรณ์

ตอนนี้เราได้ครอบคลุมทั้งสามองค์ประกอบของวงจรซึ่งแสดงร่วมกันในวงจรโดยรวมด้านบน เพื่อประหยัดพื้นที่และทำให้วงจรดูเรียบร้อยยิ่งขึ้น ให้วางวงจรของคุณบนกระดานแถบหรือบอร์ดต้นแบบ ขั้นแรกให้ประสานส่วนประกอบที่เล็กที่สุด ตัวต้านทาน ทรานซิสเตอร์กำลัง ตัวเชื่อมต่อใดๆ และสุดท้ายคือสายไฟ วางแผนวงจรของคุณก่อนที่จะบัดกรีเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีที่ว่างสำหรับทุกสิ่ง

ฉันเชื่อมต่อทุกอย่างบน PCB ต้นแบบและใช้หมุดส่วนหัวของผู้หญิงเพื่อให้ Pi สามารถติดตั้งบน PCB ได้โดยตรง ไฟ LED บนหน้าปัดนาฬิกาเชื่อมต่อผ่านตัวต้านทานที่ด้านหนึ่งของบอร์ด และฉันได้เก็บพื้นที่ที่อีกด้านหนึ่งของบอร์ดสำหรับทรานซิสเตอร์กำลัง และว่างสำหรับวงจรอื่นๆ ที่ฉันอาจต้องการเพิ่มในภายหลัง

ติดหน้าปัดนาฬิกาเข้ากับนาฬิกาและตรวจดูให้แน่ใจว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเข้ากันได้ดี ทุกอย่างค่อนข้างพอดีสำหรับฉัน ดังนั้นคุณอาจต้องทำการจัดเรียงใหม่ เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟและเรียกใช้ test1.py และ test2.py จาก SSH เพื่อตรวจสอบทุกอย่างทำงานก่อนที่จะติดด้านหลัง

ขั้นตอนที่ 8: อัปโหลดรหัส + เสร็จสิ้น

รหัส

สุดท้ายนี้ หากคุณยังไม่ได้ทำ ให้อัปโหลดโค้ดและปรับเปลี่ยนตามที่คุณต้องการ (โดยใช้ nano filename.py) ข้อดีของการเชื่อมต่อกับ Pi ผ่าน SSH คือคุณสามารถอัปเดตรหัสโดยไม่ต้องเปิดนาฬิกา

โปรแกรมหลามเหล่านี้จากขั้นตอนที่ 2 ทำดังต่อไปนี้:

• light_clock_simple.py เพียงแสดงชั่วโมงบน LED และจางขึ้นและลงแถบ LED ในบางช่วงเวลา
• light_clock_pwm.py เหมือนกับด้านบน แต่ยังช่วยให้ความสว่างของ LED ลดลงและแสดงนาทีที่ความสว่างต่างกันไปเป็นชั่วโมง คุณจะต้องลองเล่นระดับความสว่างของทั้งคู่เพื่อให้เห็นคอนทราสต์ระหว่างทั้งสองได้ชัดเจน

สิ่งเหล่านี้ควรเป็นพื้นฐานที่ชัดเจนในการเพิ่มโค้ด ตัวอย่างเช่น คุณอาจต้องการเพิ่มปุ่มเพื่อเลื่อนสัญญาณเตือนไฟ

ในการเปิดโปรแกรมเมื่อบูท Pi เราจำเป็นต้องเพิ่ม ' @reboot nohup python light_clock_pwm.py & ' ที่ส่วนท้ายของไฟล์ crontab ซึ่งสามารถเปิดได้จากเทอร์มินัลด้วย crontab -e รีสตาร์ท Raspberry Pi ของคุณเพื่อตรวจสอบว่าทำงานด้วย sudo shutdown -r now

การเพิ่มเติมที่อาจเกิดขึ้น

ต่อไปนี้คือแนวคิดบางประการเกี่ยวกับฟังก์ชันพิเศษที่สามารถเพิ่มได้

• การเพิ่มปุ่มเลื่อนซ้ำ
• เพิ่มโหมดหลอดไฟ
• กำลังเชื่อมต่อกับ IFTTT (เช่น ไฟอาจเปิดขึ้นเมื่อคุณปิดเสียงเตือนทางโทรศัพท์/กะพริบเมื่อได้รับอีเมล)
• เพิ่มความสามารถในการสัมผัส เช่น ทำให้นาฬิกาเป็นหลอดไฟแบบสัมผัส

คุณอาจสังเกตเห็นเมื่อใช้ PWM ในบางครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความสว่างต่ำกว่า LED จะกะพริบเล็กน้อย เนื่องจาก Pi ใช้ซอฟต์แวร์ PWM เพื่อให้กระบวนการของ CPU สามารถส่งผลต่อรอบการทำงานได้ มีกระบวนการทำงานน้อยลงช่วยในเรื่องนี้ ดังนั้นฉันจึงใช้ระบบปฏิบัติการ Raspbian Lite ที่ลดลง ฮาร์ดแวร์ PWM ยังมีอยู่ในพินสองสามตัว ดังนั้นหากการสั่นไหวพิสูจน์ให้เห็นถึงปัญหา นี่อาจเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณา

ฉันหวังว่าคุณจะพบข้อมูลที่สอนได้นี้และรู้สึกเป็นแรงบันดาลใจให้ปลุกนาฬิกาปลุกเก่าหรือใช้องค์ประกอบของรหัสสำหรับโครงการของคุณเอง

รางวัลที่สองใน LED Strip Speed Challenge