Animirano svjetlo raspoloženja i noćno svjetlo: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Imajući fascinaciju koja graniči s opsjednutošću svjetlošću, odlučio sam stvoriti izbor malih modularnih PCB -a koji bi se mogli koristiti za stvaranje RGB svjetlosnih prikaza bilo koje veličine. Nakon što sam izradio modularnu PCB ploču, došao sam na ideju da ih rasporedim u šesterokut kako bih stvorio 3D zaslon koji bi se mogao koristiti za stvaranje bilo čega, od jednostavnog noćnog svjetla u spavaćoj sobi do svjetla za raspoloženje koje ne bi bilo previše na mjestu. u vrhunskom restoranu.

Naravno da se i drugi oblici mogu stvoriti koristeći iste principe.

Evo nekih animacija koje se trenutno prikazuju na svjetlu.

• Vatra
• Kiša
• Zmija (retro)
• Igra života
• Oscilacije valnog oblika
• Svjetionik
• Predenje (brijačnica)

Svjetlo je trenutno izrađeno u dvije veličine - maloj (96 LED) i velikoj (384 LED diode), no to se može povećati prema potrebi.

Pribor

WS2812B LED diode - AliExpress

PCB -i - ALLPCB

3 mm laserski rezana plastika - dobavljač plastičnih ploča

Bijela nit za 3D ispis - Amazon

Elektroničke komponente - Farnell / Newark

M3 vijci i odstojnici s navojem - Amazon

Lemilica

Toster Pećnica - Sklop komponenti za površinsko montiranje

Korak 1: Ploče PCB -a

Na početku putovanja želio sam niz malih PCB -a koji mogu ugostiti brojne LED piksele i spojiti ih na vrlo jednostavan način bez potrebe za dodatnim žicama ili konektorima. Došao sam do vrlo jednostavnog dizajna koji je omogućio da se LED diode WS2812B spoje zajedno, a zatim proslijede lanac na sljedeću tiskanu ploču.

Napravio sam tri PCB -a sa sljedećim dimenzijama piksela.

• 1 x 8 - 9 mm x 72 mm
• 4 x 4 - 36 mm x 36 mm
• 8 x 8 - 72 mm x 72 mm

Za ovaj projekt samo se ploče 4x4 i 8x8 koriste za stvaranje svjetla.

LED diode raspoređene su u mreži od 9 mm u X i Y dimenzijama koje su prilično usko povezane, ali pružaju dovoljno prostora za rad uzimajući u obzir rubne priključke PCB -a. PCB -i su stvoreni tako da se, kad se spoje, održava LED mreža od 9 mm. PCB -i su jednostavno povezani pomoću lemljenja s jedne ploče na drugu.

Svaka LED dioda ima vlastiti kondenzator od 100 nF za električno odvajanje i za napajanje LED diode na zahtjev.

Prikazana je shema za ploču od 4x4 piksela zajedno s gornjim bakrenim i donjim bakrenim slojevima za ilustraciju LED rasporeda i izgleda rubnih priključaka. Svilene ekrane dodale su oznake kako bi postalo očito smjer prijenosa podataka između konektora.

Ploče također sadrže rupe za montažu M3 na nagibu 18 x 18 mm radi pojednostavljivanja montaže i jačanja veza među pločama.

Dodavanje laserski izrezanog 3 mm mliječno bijelog akrilnog lima kako je prikazano daje lijep difuzni učinak LED diodama.

Ploče su proizvedene nanošenjem paste za lemljenje na donje bakrene jastučiće za površinsku montažu pomoću šablone. Zatim sam stavio komponente na ploču provjeravajući njihovu ispravnu orijentaciju prije nego što sam ih pekao u tosteru da istekne lem. O ovoj vrsti DIY jeftine proizvodnje PCB -a govorio sam u nekoliko svojih drugih verzija Instructables.

Upozorenje - NE KORISTITE pećnice koje se koriste za kuhanje PCB -a jer to može dovesti do kontaminirane hrane. Dobio sam svoju PC toster pećnicu za 10 funti (15 dolara) na eBayu.

Korak 2: Upravljajte PCB -om

Sa gotovim LED diodama tada sam htio mogućnost upravljanja LED diodama s mikrokontrolera. Počeo sam koristiti Arduino nano i ovo je odlično funkcioniralo, ali htio sam svjetlu dodati još neke funkcionalnosti, a to je postajalo sve neugodnije za hakiranje Arduino ploče. Stoga sam odlučio stvoriti još jedan prilagođeni PCB za pogon svjetla.

Evo nekih značajki koje sam dodao na svoju upravljačku ploču.

• Brži mikrokontroler s više ROM -a i RAM -a.
• FET logičke razine koji mi omogućuje globalno uključivanje i isključivanje LED dioda - korisno pri uključivanju i pri radu s niskom potrošnjom energije.
• Međuspremnik velike brzine za pretvaranje 3V3 signala iz mikrokontrolera u 5V za pogon LED dioda.
• Prebacite da biste omogućili korisniku upravljanje svjetlom.
• Foto tranzistor - za prilagodbu svjetline LED dioda tako da odgovara razini ambijentalnog osvjetljenja.
• Nadzor napajanja - kako bismo bili sigurni da nismo pokušali povući više struje nego što napajanje može dati.
• Bluetooth priključak - HC05/HC06.
• WIFI konektor - ESP8266.
• I2C konektor.
• Priključak za proširenje budućnosti.

Prikazana je shema ploče, kao i gornji i donji sloj bakra. U priloženom dokumentu BillOfMaterials navedene su komponente koje sam postavio na upravljačku ploču.

Senzor svjetla prilično je važan za dizajn jer svjetlina LED dioda WS2812B može vrlo brzo dobiti previše za pogledati, pa čak i bolna pri punoj svjetlini. Svjetlosni senzor omogućuje automatsko mjerenje svjetline LED -a, što znači da je zaslon uvijek ugodan za gledanje. Živopisno u svijetloj sobi obasjanoj suncem, a opet ugodno za gledanje kao noćno svjetlo u zamračenoj prostoriji.

Opet za izradu ploče, lemljena pasta nanesena je šablonom, komponente su ručno postavljene pincetom, a zatim su pečene u mojoj pouzdanoj toster pećnici.

PCB se napaja putem 5V istosmjernog napajanja, koje može doći ili izravno iz mrežnog napajanja ili putem 2A USB utičnice za punjač.

Prikazan je i moj raniji pokušaj korištenja Arduina.

Korak 3: 3D ispisani kostur

Prvotno sam se igrao koristeći laserski rezane plastične ploče kao difuzore, ali to je ostavilo prilično ružan razmak između svake ploče. Završio sam s 3D ispisom okolnog difuzora jer mi je to omogućilo da stvorim lijepu bešavnu omotnicu za šest LED PCB -a. Također mi je omogućio znatno smanjenje debljine difuzora što pruža znatno oštriji ukupni prikaz.

Interno se šest LED PCB -a drži zajedno pomoću 3D tiskanog kostura. Ovaj kostur ulazi u različite rupe M3 na PCB -ima zaslona držeći ih u lijepom šesterokutnom uzorku.

3D tiskani kostur također ima rupe koje omogućuju postavljanje upravljačke ploče u blizini gornje ploče za lasersko rezanje što omogućuje pristup prekidaču i senzoru svjetla za dobro očitavanje razine ambijentalnog svjetla.

S pločama na položaju između kostura i difuzora, tada mogu lako lemiti ploče tečeći lem između spojnih pločica na PCB -u. Započinjem dodavanjem lema na najudaljeniji jastučić, a zatim rotiram svjetlo na njegovu rubu kako bi gravitacija pomogla u postupku pretakanja lemljenja na susjedni jastučić. Ponovite za tri veze, a zatim prijeđite na sljedeću vezu s pločom. Na šestom spoju između PCB -a pričvršćujem samo strujne i uzemljene tračnice ostavljajući podatkovnu vezu nepovezanu. To osigurava dva kružna strujna puta za svaku ploču za prikupljanje njihove snage slično onome kako glavni prsten radi za unutarnje ožičenje vaše kuće.

3D pisač također koristi neke razmaknice koje omogućuju da gornje i donje ploče za lasersko rezanje budu lijepo pričvršćene.

Datoteke 3D pisača dizajnirane su pomoću programa Sketchup, a izvor je priložen.

Korak 4: Lasersko izrezivanje vrha i dna

Laserski izrezani dijelovi su vrlo jednostavnih oblika šesterokuta s rupama na pravom mjestu za pričvrsne vijke.

Na gornjoj ploči nalazi se mala rupa za svjetlosni senzor i druga veća rupa za prekidač. Dok se na donjoj ploči nalazi otvor za USB kabel za napajanje, kao i dvije male rupice koje omogućuju korištenje veznog pojasa za rasterećenje kabela.

Crteži za ove dijelove uključeni su u datoteku Sketchup u prethodnom koraku.

Korak 5: Firmware

Odabrao sam uređaj PIC24FJ256GA702 za svoj glavni mikrokontroler jer radi prilično brzo na do 32 MHz koristeći svoj unutarnji oscilator i ima tone dostupne programske memorije i RAM -a za stvaranje lijepih animacija.

Za razvoj firmvera upotrijebio sam Flowcode jer mi je omogućio simulaciju i ispravljanje pogrešaka u kodu što je pomoglo u stvaranju lijepog učinkovitog koda koji radi velikom brzinom. Flowcode je dostupan besplatno potpuno otključan 30 dana, a nakon toga možete odlučiti kupiti ili se jednostavno ponovno prijaviti na probnu verziju. Također ima lijepu internetsku zajednicu koja je spremna ubaciti se i pomoći ako usput udarim u zidove. Rekavši ovo, sav softver mogao bi se napraviti pomoću Arduino IDE -a ili sličnog, samo biste izgubili sposobnost simulacije.

Koristio sam PICkit 3 za programiranje PIC-a na upravljačkoj ploči. To se može integrirati u Flowcode tako da kompilira i programira putem PICkita jednim pritiskom miša, slično gumbu za preuzimanje u Arduinu.

Mikrokontroler koji sam odabrao nije imao ugrađeni EEPROM što je u početku predstavljalo problem jer sam htio spremiti trenutno odabrani način animacije. Međutim, imao je fleš memoriju koju je mogao programirati korisnik, pa sam uspio postići ovu funkcionalnost na kružni način.

U prilogu je program Flowcode koji sam stvorio. Prozor svojstava omogućuje vam odabir veličine korištene ploče za prikaz. tj. 4x4 ili 8x8 i to postavlja hrpu parametara kao što su broj LED dioda itd. koji zatim pokreću različite animacije tako da se jedan program može koristiti na obje veličine zaslona.

Korisničko sučelje za svjetlo prilično je jednostavno. Pritisnite prekidač na manje od tri sekunde i svjetlo prelazi u sljedeći način rada. Prije početka svakog načina rada indeks načina rada prikazan je na svakoj LED ploči. Pritisnite prekidač dulje od tri sekunde i svjetlo će se isključiti. Daljnjim pritiskom na prekidač svjetlo će se ponovno upaliti i vratiti u prethodno odabrani način rada. Gubitak napajanja svjetlom rezultirat će time da svjetlo nastavi s trenutnim radom kada se napajanje vrati, uključujući status uključivanja/isključivanja.

Ovdje su različiti načini animacije koje svjetlo trenutno može raditi s postojećim firmverom.

1. Razmaz boja - Pomiješane boje u prstenovima
2. Igra života - simulacija temeljena na životnom obliku
3. Predenje uzoraka - Animirani uzorci od 2, 3 ili 4 boje
4. Generator valova - Sinusni valovi u boji
5. Fiksna boja - Šest pojedinačnih ploča u boji koje se okreću
6. Sjena - Animirane boje ploče Sve/Pojedinačno
7. Svjetionik - Rotirajuća pojedinačna ploča
8. Prstenovi - Animirani vodoravni prstenovi
9. Vatra - Animirani efekt vatre
10. Kiša - Animirani efekt obojene kiše
11. Vatromet - animirani efekt vatrometa u boji
12. Pomicanje - Animirani efekt pomicanja
13. Zmija - Animirane retro bitke zmija
14. Zmije - Animirane rotirajuće zmije
15. Slučajni - načini 1 do 14 sa sporim prijelazom (približno 60 sekundi)
16. Slučajni - načini 1 do 14 s brzim prijelazom (približno 30 sekundi)

Svaki način ima jedan ili više randomiziranih elemenata uključujući brzinu animacije i druge parametre. Neki načini također sadrže nasumične elemente koji se mogu pomaknuti ili mijenjati tijekom vremena što omogućuje dinamičnije animacije. Na primjer, vatra ima nasumičnu količinu goriva koja se dodaje u svakom ciklusu. Ta količina ima fiksne gornje i donje granice. S vremenom se ta ograničenja mogu povećati ili smanjiti dopuštajući intenzitet vatre da ispuni zaslon ili potone na samo nekoliko piksela dolje.

Korak 6: Povezivanje

Upravljačka ploča je spojena na izvor napajanja pomoću USB A kabela ili kabela s DC utičnicom, a oboje se može kupiti po vrlo niskim cijenama na web mjestima kao što je eBay.

Upravljačka ploča povezana je s nepovezanom IN utičnicom na ploči zaslona pomoću pristupačnog rubnog priključka i standardnog trosmjernog servo vrpčnog kabela.

Gornje i donje ploče za lasersko rezanje zatim se drže u položaju pomoću vijaka s glavom M3 i odstojnika s navojem M3.

Buduće nadogradnje

Mogućnost dodavanja Bluetootha i WIFI -a na moju upravljačku ploču omogućuje buduće nadogradnje, poput ažuriranja animacija i pametne integracije sa stvarima kao što je Amazon Alexa putem mrežnih usluga poput ITTT -a. Ovo je nešto što trenutno istražujem.

Bilo bi lijepo da možete postaviti boju svjetiljke, način animacije ili čak prikazati tekstualnu poruku samo razgovarajući sa svojim pametnim pomoćnikom.

Hvala što ste pogledali moju građu i nadam se da sam vas inspirirao da krenete mojim stopama ili stvorite nešto slično.

Drugoplasirani na natjecanju Make it Glow