Upcycled Ξυπνητήρι Smart Light: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Σε αυτό το έργο ανακυκλώνω ένα εντελώς σπασμένο ξυπνητήρι. Η όψη του ρολογιού αντικαθίσταται από 12 LED, που φωτίζονται από μια λωρίδα LED γύρω από το χείλος του ρολογιού. Οι 12 λυχνίες LED δείχνουν την ώρα και η λωρίδα LED είναι προγραμματισμένη να λειτουργεί ως συναγερμός, φτάνοντας σε πλήρη φωτεινότητα την καθορισμένη ώρα. Όλα ελέγχονται από ένα Raspberry Pi Zero που επιτρέπει αμέτρητες δυνατότητες ενσωμάτωσης και επέκτασης, όπως αυτόματος συγχρονισμός του συναγερμού φωτισμού με το ξυπνητήρι του τηλεφώνου σας ή αναβοσβήνει τα LED όταν λαμβάνετε ένα email.

Το έργο χρησιμοποιεί σχετικά φθηνά ή επαναχρησιμοποιημένα εξαρτήματα - το μόνο πράγμα που κατέληξα να αγοράσω ήταν ο ρυθμιστής τάσης. Όλα τα άλλα που τυχαίνει να βρίσκονται γύρω μου, όπως μια αποκοπή λωρίδας LED. Αυτό το Instructable θα σας καθοδηγήσει πώς έδωσα μια νέα ζωή στο σπασμένο μου ρολόι και ελπίζω να σας εμπνεύσει να ανακυκλώσετε κάτι δικό σας.

Βήμα 1: Μέρη

Για να ελέγξουμε όλα όσα πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε ένα Raspberry Pi Zero καθώς είναι μικρό, κοστίζει πολύ λίγο και μπορεί να συνδεθεί με WiFi, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρειαζόμαστε ρολόι πραγματικού χρόνου και, επομένως, μπορούμε εύκολα να ενημερώσουμε τον κώδικα από απόσταση από φορητό υπολογιστή. Αν δεν έχετε Pi Zero W, θα συνδεθούμε σε δίκτυο WiFi χρησιμοποιώντας ένα dongle USB WiFi.

Εδώ είναι μια λίστα με τα μέρη που χρησιμοποίησα, αλλά τα περισσότερα πράγματα μπορούν να αντικατασταθούν με κατάλληλες εναλλακτικές λύσεις. Για παράδειγμα, αντί για Raspberry Pi, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα Arduino με ρολόι πραγματικού χρόνου για να ελέγξετε το έργο.

Μέρη που χρησιμοποιούνται

• Ένα παλιό ξυπνητήρι
• 30 εκατοστά ζεστή λευκή λωρίδα LED
• 1x κάρτα Raspberry Pi Zero + micro SD
• 1x USB wongle WiFi + μετατροπέας micro USB σε USB
• 12x LED
• Αντιστάσεις 12x 330ohm (χρησιμοποιήστε υψηλότερες αν θέλετε LED με χαμηλότερη φωτεινότητα)
• 1x TIP31a (ή άλλο τρανζίστορ ισχύος npn ή MOSFET)
• 1x 1k αντίσταση
• 1x LM2596 DC-DC ρυθμιζόμενο μετατροπέα buck (κατεβαίνει 12V για 5V για το Raspberry Pi)
• Τροφοδοσία 1x 12v (+ τρόπος να μπείτε στο έργο σας)
• 10cm x 10cm ξύλο για την πρόσοψη του ρολογιού (πρέπει να είναι κατάλληλα λεπτό για να τοποθετήσετε τα LED σας)
• Διάφορα κομμάτια σύρματος διαφορετικού χρώματος

Χρήσιμα πράγματα για να έχετε

• Συγκολλητικό σίδερο + συγκολλητικό
• Ζεστή κόλλα
• Πολύμετρο
• Breadboard
• Καρφίτσες γυναικείων κεφαλίδων
• Αναγνώστης ή μετατροπέας κάρτας Micro SD
• Ενας υπολογιστής
• Μίνι προσαρμογέας HDMI + οθόνη HDMI εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε το περιβάλλον επιφάνειας εργασίας του Pi

Βήμα 2: Ρύθμιση του Raspberry Pi

Λειτουργικό σύστημα

Επειδή το Raspberry Pi δεν θα συνδεθεί με οθόνη, επέλεξα να χρησιμοποιήσω το Raspbian Buster Lite το οποίο δεν συνοδεύεται από περιβάλλον επιφάνειας εργασίας. Εάν είστε νεότεροι στο Raspberry Pi, ίσως θελήσετε να τηρήσετε τον τυπικό Raspbian Buster που συνοδεύεται από επιφάνεια εργασίας. Εάν δεν είστε σίγουροι πώς να εγκαταστήσετε το λειτουργικό σας σύστημα, αυτός είναι ένας εξαιρετικός πόρος. Και τα δύο λειτουργικά συστήματα μπορούν να μεταφορτωθούν από τον ιστότοπο Raspberry Pi.

Προς το παρόν, τροφοδοτήστε το Pi μέσω της εισόδου τροφοδοσίας Micro USB. Συνδέστε επίσης το dongle USB WiFi.

Μιλώντας με το Raspberry Pi

Μόλις συσκευαστούν όλα, είναι αρκετά δύσκολο να αποκτήσετε πρόσβαση στο Pi εάν θέλετε να αλλάξετε τον κώδικα κλπ. Χρησιμοποιώντας το SSH, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη σύνδεση με το Pi και να τον ελέγξετε από άλλο υπολογιστή. Αυτό δεν είναι ενεργοποιημένο από προεπιλογή, αλλά μπορούμε να το κάνουμε απλά δημιουργώντας ένα φάκελο που ονομάζεται ssh στο διαμέρισμα εκκίνησης της κάρτας SD σας. Εάν έχετε ήδη συνδεθεί στο Pi σας, μπορείτε επίσης να το κάνετε πληκτρολογώντας sudo raspi-config στο τερματικό και μεταβαίνοντας στις Επιλογές διασύνδεσης> SSH και επιλέγοντας Ναι για να το ενεργοποιήσετε.

Τώρα μπορείτε να συνδεθείτε στο Pi σας σε άλλο υπολογιστή. Σε Mac ή Linux μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την τερματική εφαρμογή σας, αλλά στις περισσότερες εκδόσεις των Windows θα πρέπει να εγκαταστήσετε ένα πρόγραμμα -πελάτη SSH όπως το PuTTY. Συνδεθείτε στο Pi πληκτρολογώντας ssh pi@ όπου το όνομα κεντρικού υπολογιστή αντικαθίσταται με το όνομα κεντρικού υπολογιστή της διεύθυνσης IP του Pi σας. Το προεπιλεγμένο όνομα κεντρικού υπολογιστή είναι raspberrypi.local. Θα σας ζητήσει έναν κωδικό πρόσβασης που, αν δεν τον έχετε αλλάξει ακόμα, είναι βατόμουρο.

Απαιτείται εγκατάσταση υλικών

Πρώτα βεβαιωθείτε ότι όλα είναι ενημερωμένα εκτελώντας sudo apt update και στη συνέχεια sudo apt πλήρη αναβάθμιση.

Για να βεβαιωθούμε τι χρειαζόμαστε για τον έλεγχο των καρφιτσών GPIO στον τύπο Pi sudo apt-get install python-rpi.gpio και sudo apt-get install python3-rpi.gpio. Αυτά θα πρέπει να είναι ήδη εγκατεστημένα στην πλήρη έκδοση του Raspbian.

Ο κώδικας

Ακολουθεί ο κώδικας για λήψη για να λειτουργούν όλα. Εάν χρησιμοποιείτε περιβάλλον επιφάνειας εργασίας, επικολλήστε τα στο φάκελο "Έγγραφα".

Εάν χρησιμοποιείτε τη γραμμή εντολών του SSH, μεταβείτε στον αρχικό φάκελο πληκτρολογώντας cd ~/Documents και πατώντας enter. Δημιουργήστε ένα νέο αρχείο που ονομάζεται test1.py με το nano test1.py. Αυτό θα ανοίξει το πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου nano όπου μπορείτε να επικολλήσετε τον κώδικα του ληφθέντος αρχείου test1.py. CTRL-O και πατήστε enter για να αποθηκεύσετε το αρχείο και CTRL-X για να κλείσετε τον επεξεργαστή. Επαναλάβετε τη διαδικασία για τα υπόλοιπα αρχεία.

Βήμα 3: Εγκατάσταση της λωρίδας LED

Πρώτα ανοίξτε τη λωρίδα LED στο ρολόι για να δείτε πόσο θα χρειαστείτε, σημειώστε αυτό το μήκος και κόψτε τη λωρίδα στο επόμενο σημείο κοπής όπως φαίνεται. Είναι πολύ πιο εύκολο να κολλήσετε καλώδια στη λωρίδα πριν κολλήσει η λωρίδα στη θέση της. Αυτός είναι ένας πολύ καλός οδηγός για το πώς να το κάνετε αυτό, αλλά αν δεν είστε σίγουροι ότι θα ασκήσω απλώς τη συγκόλληση στο κομμάτι από το οποίο μόλις κόψατε τη λωρίδα σας. Συγκολλήστε ένα καλώδιο στο θετικό σημείο συγκόλλησης και ένα σύρμα στο αρνητικό. Βεβαιωθείτε ότι έχετε δοκιμάσει τη λωρίδα LED που δουλεύετε πριν την κολλήσετε στο ρολόι σας.

Δεδομένου ότι η λωρίδα LED που χρησιμοποίησα είχε χρησιμοποιηθεί πριν χάσει την αυτοκόλλητη βάση της, οπότε έπρεπε να χρησιμοποιήσω θερμή κόλλα για να στερεώσω τη λωρίδα γύρω από την άκρη του χείλους του ρολογιού. Εάν έχετε υπερβολικό μήκος, καλύψτε το σημείο στο οποίο συνδέονται τα καλώδια. Μπορεί να θέλετε να εγκαταστήσετε τη λωρίδα αργότερα, αλλά μου φάνηκε πιο εύκολο να την βάλω στο ρολόι.

Βήμα 4: Έλεγχος της λωρίδας LED

Σύνδεση της λωρίδας LED

Η λωρίδα LED λειτουργεί στα 12V, οπότε δεν μπορεί να τροφοδοτηθεί απευθείας από το Pi. Για να τα ελέγξουμε θα χρησιμοποιήσουμε ένα τρανζίστορ ισχύος (π.χ. TIP31a) συνδεδεμένο στο Pi όπως φαίνεται παραπάνω. Θα συνιστούσα πρώτα να ελέγξετε ότι όλα αυτά λειτουργούν σε μια σανίδα ψωμιού.

• Συνδέστε το GPIO 19 στη βάση μέσω αντίστασης 1k
• Ο πομπός πρέπει να είναι συνδεδεμένος στο GND
• Συνδέστε τον συλλέκτη στον αρνητικό ακροδέκτη της λωρίδας LED
• Συνδέστε τον ακροδέκτη της θετικής λωρίδας LED στα +12V

Δοκιμές

Στη γραμμή εντολών μεταβείτε στο φάκελο εγγράφων (cd ~/Documents) και πληκτρολογήστε python test1.py και πληκτρολογήστε. Θα πρέπει να δείτε ότι η λωρίδα LED αυξάνεται και μειώνεται στη φωτεινότητα. Για να τερματίσετε το πρόγραμμα, πατήστε CTRL-C. Μπορείτε να επεξεργαστείτε το αρχείο (nano test1.py) για να αλλάξετε την ταχύτητα και τις φωτεινότητες του προγράμματος.

εισαγωγή RPi. GPIO ως GPIOimport ώρα GPIO.setmode (GPIO. BCM) # Χρήση του pinout GPM GPIO.setwarnings (False) # Αγνοήστε τις προειδοποιήσεις σχετικά με καρφίτσες που χρησιμοποιούνται για άλλα αντικείμενα (ledStripPin, GPIO. OUT) # Ορίστε το ledStripPin ως έξοδο pwm = GPIO. PWM (ledStripPin, 100) # PWM στο ledStripPin με συχνότητα 100Hz dutyCycle = 0 # Αρχική φωτεινότητα ως ποσοστό pwm.start (dutyCycle) δοκιμάστε: ενώ True: για dutyCycle in range (0, 101, 1): # Fade up pwm. ChangeDutyCycle (dutyCycle) time.sleep (0.05) for dc in range (95, -1, -1): # Fade down pwm. ChangeDutyCycle (dc) time. ύπνος (0,05) εκτός πληκτρολογίου Διακοπή: # Πατήστε CTRL-C για έξοδο και, στη συνέχεια: pwm.stop () # Διακοπή του pwm GPIO.cleanup () # Εκκαθάριση των ακίδων GPIO

Βήμα 5: Κάνοντας την όψη του ρολογιού

Κόψτε το κομμάτι ξύλου για το ρολόι σας με την όψη προς τα κάτω, ώστε να ταιριάζει στο ρολόι σας. Έκανα το δικό μου να ξεκουραστεί περίπου 3 εκατοστά από μπροστά. Τρυπήστε 12 τρύπες με τη διάμετρο των LED σας (συνήθως 3mm ή 5mm) σε απόσταση 30 μοιρών το ένα από το άλλο. Τρίψτε το μπροστινό μέρος προς τα κάτω και εφαρμόστε ένα φινίρισμα της επιλογής σας. Από την πίσω πλευρά τοποθετήστε τα LED έτσι ώστε να δείχνουν προς τα εμπρός. Χρησιμοποίησα θερμή κόλλα για να κρατήσω τα LED στη θέση τους με τον θετικό ακροδέκτη (μακρύτερο σύρμα) στραμμένο προς τα μέσα. Το μέγεθος της πρόσοψης του ρολογιού μου σήμαινε ότι μπορούσα να κολλήσω όλους τους αρνητικούς ακροδέκτες μαζί (βλ. Παραπάνω), οπότε χρειάστηκε μόνο ένα καλώδιο για να συνδέσει και τα 12 LED στο GND. Στη συνέχεια, κολλήστε ένα καλώδιο σε κάθε LED.

Αν θέλετε να το δοκιμάσετε σε ένα breadboard, θυμηθείτε πρώτα να χρησιμοποιήσετε μια αντίσταση (τα 330ohm είναι αρκετά τυπικά) σε σειρά με κάθε LED πριν τη συνδέσετε σε μία από τις ακίδες Pi GPIO. Παίξτε με την τιμή της αντίστασης που χρησιμοποιείτε για να αποκτήσετε ένα επίπεδο φωτεινότητας με το οποίο είστε ευχαριστημένοι. Ένας τσαγκάρης είναι πραγματικά χρήσιμος για να σπάσετε τις καρφίτσες του Pi σε ένα breadboard, αν και θα χρειαστεί να κολλήσετε τις καρφίτσες κεφαλίδας για αυτό. Χρησιμοποιήστε το test2.py (εκτελέστε το python test2.py) αλλά βεβαιωθείτε ότι πρώτα επεξεργαστείτε το πρόγραμμα και εισαγάγετε τις καρφίτσες GPIO του Pi που έχετε χρησιμοποιήσει για κάθε LED.

εισαγωγή RPi. GPIO ως GPIO

ώρα εισαγωγής GPIO.setmode (GPIO. BCM) # Χρησιμοποιήστε το pinout GPM GPIO.setwarnings (False) # Αγνοήστε τις προειδοποιήσεις σχετικά με τις καρφίτσες που χρησιμοποιούνται για άλλα αντικείμενα # Αντικαταστήστε ένα, δύο,… με τον αντίστοιχο αριθμό pin ώραPin = [ένα, δύο, τρία, τέσσερα, πέντε, έξι, επτά, οκτώ, εννέα, δέκα, έντεκα, δώδεκα] # Οι ακίδες με τις οποίες συνδέονται τα LED από 1-12 για i στο εύρος (0, 12): GPIO.setup (hourPin , GPIO. OUT) # Ορίστε όλα τα hourPins ως εξόδους GPIO.output (hourPin , 0) # Βεβαιωθείτε ότι όλα τα LED είναι απενεργοποιημένα δοκιμάστε: while True: για i σε εύρος (0, 12) GPIO.output (hourPin 1 στη συνέχεια: GPIO.cleanup () # Καθαρίστε τις καρφίτσες GPIO

Βήμα 6: Τροφοδοσία του Pi

Χρειαζόμαστε έναν εύκολο τρόπο για να φτάσουμε 5V στο Pi Zero, ώστε να απαλλαγούμε από το καλώδιο micro USB που χρησιμοποιούσαμε για να το τροφοδοτήσουμε μέχρι τώρα. Υπάρχουν πολλές λύσεις που υποβαθμίζουν τα 12V στα 5V, όπως ένας γραμμικός ρυθμιστής τάσης LM7805, αλλά αυτές δεν είναι πολύ αποδοτικές, οπότε επέλεξα να χρησιμοποιήσω τον πιο αποδοτικό ρυθμιζόμενο μετατροπέα buck χρησιμοποιώντας το τσιπ LM2596. ΣΗΜΕΙΩΣΗ με αυτό θα πρέπει να στρίψετε το ποτενσιόμετρο μέχρι να μειωθεί η τάση εξόδου στα 5V, όπως απαιτείται, οπότε θα χρειαστείτε κάποιο τρόπο μέτρησης της τάσης.

Η χρήση του LM2596 είναι απλή: συνδέστε το +12V στο IN +, γείωση στο IN-. Το Pi μπορεί να συνδεθεί απευθείας με 5V συνδέοντας το OUT+ σε έναν από τους 5V ακροδέκτες του Pi, αλλά βεβαιωθείτε ότι έχετε αλλάξει την τάση εξόδου σε 5V πριν το κάνετε αυτό ή θα τηγανίσετε το Pi σας!

Βήμα 7: Ολοκληρώστε το κύκλωμα και τη συσκευασία

Τώρα καλύψαμε και τα τρία στοιχεία του κυκλώματος που εμφανίζονται μαζί στο συνολικό κύκλωμα παραπάνω. Για να εξοικονομήσετε χώρο και να κάνετε το κύκλωμα πιο καθαρό, τοποθετήστε το κύκλωμά σας σε λωρίδα ή πρωτότυπο. Συγκολλήστε πρώτα τα μικρότερα εξαρτήματα, τις αντιστάσεις, μετά το τρανζίστορ ισχύος, τυχόν συνδετήρες και τέλος τα καλώδια. Προγραμματίστε το κύκλωμά σας πριν κολλήσετε για να βεβαιωθείτε ότι έχετε χώρο για τα πάντα.

Συνδέσα τα πάντα σε ένα πρωτότυπο PCB και χρησιμοποίησα θηλυκές ακίδες κεφαλίδας, ώστε το Pi να μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας στο PCB. Οι λυχνίες LED στην πρόσοψη του ρολογιού συνδέονται μέσω αντιστάσεων στη μία πλευρά του πίνακα και έχω κρατήσει χώρο στην άλλη πλευρά του πίνακα για το τρανζίστορ ισχύος και ελεύθερο για οποιοδήποτε άλλο κύκλωμα που θα ήθελα να προσθέσω αργότερα.

Συνδέστε την πρόσοψη του ρολογιού με το ρολόι και βεβαιωθείτε ότι όλα τα ηλεκτρονικά ταιριάζουν. Όλα μου ταιριάζουν αρκετά, οπότε ίσως χρειαστεί να κάνετε κάποια αναδιάταξη. Συνδέστε το τροφοδοτικό και εκτελέστε το test1.py και το test2.py από το SSH για να ελέγξετε ότι όλα λειτουργούν πριν συνδέσετε το πίσω μέρος.

Βήμα 8: Ανεβάστε τον Κώδικα + Τέλος

Ο κώδικας

Τέλος, αν δεν το έχετε κάνει ήδη, ανεβάστε τον κώδικα και προσαρμόστε τον όπως θέλετε (χρησιμοποιώντας το nano filename.py). Το πλεονέκτημα της σύνδεσης στο Pi μέσω SSH είναι ότι μπορείτε να ενημερώσετε τον κώδικα χωρίς να ανοίξετε το ρολόι.

Αυτά τα προγράμματα python από το βήμα 2 κάνουν τα εξής:

• light_clock_simple.py απλώς εμφανίζει την ώρα στις λυχνίες LED και σβήνει πάνω και κάτω στη λωρίδα LED σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές
• Το light_clock_pwm.py είναι το ίδιο με το παραπάνω, αλλά επιτρέπει επίσης τη μείωση της φωτεινότητας των LED και εμφανίζει τα λεπτά με διαφορετική φωτεινότητα από τις ώρες. Θα χρειαστεί να παίξετε με τα επίπεδα φωτεινότητας και των δύο, οπότε η αντίθεση μεταξύ των δύο είναι αισθητή

Αυτά θα πρέπει να παρέχουν μια σταθερή βάση για την προσθήκη στον κώδικα, για παράδειγμα μπορεί να θέλετε να προσθέσετε ένα κουμπί για την αναβολή του συναγερμού φωτισμού.

Για να ξεκινήσει το πρόγραμμα κατά την εκκίνηση του Pi πρέπει να προσθέσουμε το "@reboot nohup python light_clock_pwm.py &" στο τέλος του αρχείου crontab το οποίο μπορεί να ανοίξει από το τερματικό με το crontab -e. Επανεκκινήστε το Raspberry Pi για να ελέγξετε ότι λειτουργεί με sudo shutdown -r τώρα.

Πιθανές προσθήκες

Ακολουθούν μερικές ιδέες επιπλέον λειτουργικότητας που θα μπορούσαν να προστεθούν

• Προσθήκη κουμπιού αναβολής
• Προσθήκη λειτουργίας λυχνίας
• Σύνδεση με IFTTT (π.χ. η λυχνία μπορεί να ανάψει όταν σβήνει το ξυπνητήρι του τηλεφώνου σας/αναβοσβήνει όταν λαμβάνετε email)
• Προσθέτοντας ικανότητα αφής, δηλαδή μετατρέψτε το ρολόι σε λάμπα αφής

Μπορεί να παρατηρήσετε όταν χρησιμοποιείτε το PWM ότι μερικές φορές, ειδικά με χαμηλότερη φωτεινότητα, το LED αναβοσβήνει λίγο. Αυτό συμβαίνει επειδή το Pi χρησιμοποιεί λογισμικό PWM, ώστε οι διαδικασίες της CPU να μπορούν να επηρεάσουν τον κύκλο εργασιών. Έχοντας λιγότερες διαδικασίες που εκτελούνται βοηθούν σε αυτό, οπότε χρησιμοποίησα το pared down λειτουργικό σύστημα Raspbian Lite. Το PWM υλικού είναι επίσης διαθέσιμο σε μερικές ακίδες, οπότε εάν το τρεμόπαιγμα αποδεικνύει ένα πρόβλημα, αυτό μπορεί να είναι κάτι που πρέπει να εξετάσετε.

Ελπίζω να βρήκατε αυτό το εκπαιδευτικό ενημερωτικό και είτε αισθάνεστε έμπνευση να ανακυκλώσετε ένα παλιό ξυπνητήρι είτε να χρησιμοποιήσετε στοιχεία του κώδικα για το δικό σας έργο.

Δεύτερο βραβείο στο LED Strip Speed Challenge