Stalak za bocu s glazbom u interakciji s podesivim svjetlima: 14 koraka

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

Prije nekog vremena moj prijatelj je naručio 16-bitni LED-prsten za petljanje, a pritom je došao na ideju da na njega stavi bocu. Kad sam to vidio, bio sam fasciniran izgledom svjetla koje je osvjetljavalo tikvicu i sjetio se sjajnog projekta "Mc Lighting" korisnika Hackadaya Tobiasa Bluma:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Jedan aspekt njegova projekta bio je kontrola LED dioda WS2812 putem vlastito napisanog web sučelja bez upotrebe bilo kakve vanjske usluge. Nadahnut njegovim pristupom u upravljanju LED-prstenom, odlučio sam spojiti te dvije ideje i prenijeti ih na višu razinu. U mislima sam imao stalak za boce do tri boce, kojim se može upravljati putem lokalne web stranice s nekoliko munja načina, uključujući one koji su u interakciji s ambijentalnom glazbom. Kako bi se stvorio prijenosni uređaj, pokreće ga Li-Ion baterijska ćelija.

U ovom uputstvu proći ću kroz proces izgradnje i naučiti vas o njegovoj temeljnoj funkciji. Nakon toga trebali biste moći izgraditi vlastitu verziju i imati ideju o tome kako dodati webkontrolu u projekt bez korištenja vanjske usluge.

Korak 1: Mogućnosti izgradnje

Što se tiče elektronike ovog projekta, možete upotrijebiti NodeMCU ploču, koja je jednostavna za korištenje i prilično jeftina, ili možete izgraditi vlastitu ploču poput mene. U tome nema posebne koristi, samo sam ležao čip ESP8226-12E i odlučio sam ga upotrijebiti kako bih mogao zadržati ploču NodeMCU za brzu izradu prototipa. Postoji samo jedna velika razlika: potreban vam je 3.3V USB na serijsku ploču za programiranje ploče koju ste sami izradili. Unatoč tome što nema razlike koju ćete vrstu odabrati, imajte to na umu kada su u pitanju potrebni dijelovi.

Postoji mogućnost koja ipak čini veliku razliku: glazbeni način rada. Ako ga odlučite uključiti, stalak za boce može se koristiti kao VU-mjerač, a nadalje može promijeniti boju LED dioda kad god bas glazbe dosegne zadani prag. To ipak zahtijeva dodatni hardver. Morate izgraditi pojačalo koje pojačava izlaz kapsule kondenzatorskog mikrofona i niskopropusni filter za niske frekvencije. Iako ovo može zvučati teško, zapravo nije. Ne zahtijevaju nikakve posebne dijelove i toplo preporučujem uključivanje ovog kruga jer prilično poboljšava uređaj.

Korak 2: Potrebni dijelovi i materijali

Slučaj:

Možda je slučaj najteži dio ovog projekta. Kako sam htio isprobati nešto novo, odlučio sam upotrijebiti MDF ploče debljine 18 mm i obojiti ih. U usporedbi s drugim vrstama drva/materijala, MDF ima prednost što se njegova površina može glatko brusiti i stoga boja na njemu može izgledati izuzetno sjajno. Osim toga, potrebno vam je malo akrilnog stakla debljine 4 mm kao pokrov LED prstenova.

Kućište ima duljinu 33 cm i širinu 9 cm, pa preporučujem ploču sljedećih dimenzija:

MDF ploča 400 x 250 x 18 mm

Poklopci LED-prstena imaju promjer oko 70 mm, pa bi vaša ploča od akrilnog stakla trebala imati barem sljedeće dimenzije:

Akrilna ploča 250 x 100 x 4 mm

Za bojanje sam nabavio 125 ml bijele akrilne boje i 125 ml sjajnog laka. Nadalje, preporučujem vam da upotrijebite pjenasti valjak jer vam to omogućuje ravnomjernije nanošenje boje. Za brusni dio koristio sam list brusnog papira zrnavosti 180, jedan sa 320 i jedan sa 600.

Elektronika:

Za elektroniku su vam potrebna tri 16-bitna LED prstena WS2812. Budite samo oprezni jer sam pronašao dvije vrste 16-bitnih LED-prstenova, potrebni su vam oni većeg promjera (oko 70 mm), a time i veći razmak između LED-a.

Za napajanje su vam potrebne Li-Ion baterije, odgovarajući punjač i prekidač. Dodatno, za napajanje mikrokontrolera potreban vam je regulator napona od 3,3 V s niskim naponom ispadanja (LDO) i dva kondenzatora. Objašnjavam zašto vam je potreban korak LDO regulatora u koraku 7.

Ako odlučite izgraditi opcionalno glazbeno pojačalo i sklop filtera, trebate Op-Amp i neke pasivne komponente. A ako odlučite stvoriti vlastitu upravljačku jedinicu, trebat će vam ESP čip, razvodna ploča, neki otpornici, gumb i neke iglice.

I toplo preporučujem komad perfboard -a da lemi sve na njemu.

LED-prsten

Li-Ion ćelija od 3,7 V (spasio sam jedan od tipova TW18650 iz neiskorištene baterije)

Li-Ion punjač

Prekidač (Ništa posebno, koristio sam stari koji sam spasio iz pokvarenog skupa zvučnika)

LDO regulator napona (dodatno kondenzatori navedeni u tehničkom listu: 2 x 1uF keramički kondenzator)

perfboard

Glazbeni krug (izborno):

Prema shematski

Mikrokontroler:

NodeMCU

ESP8266 12E (adapterska ploča, gumb, otpornici i pinovi prema shemi)

USB na serijski (potrebno za programiranje vlastito izrađene upravljačke ploče, ako već imate nije potrebno nabaviti drugu)

Korak 3: Glodanje kućišta

Moj prijatelj je sebi napravio MP-CNC i bio je tako ljubazan da mi gloda dva MDF dijela i tri akrilna prstena. Drveni dijelovi gornji su i donji dio kutije u obliku tablete. Na vrhu kutije nalaze se tri mjesta za LED-prstenove i njihove akrilne navlake. Budući da su ova produbljenja dizajnirana samo za dio veći od PCB -a, pristaju i sjede na mjestu bez potrebe za ljepilom ili vijcima. Isto vrijedi i za akrilne navlake. Budući da imaju veći promjer od LED-prstenova, postavljeni su na rub iznad LED-a (vidi sliku).

Korak 4: Dovršite slučaj

Možda ste primijetili da trenutačno u glodanom slučaju nedostaje nekoliko stvari. Stvari poput rupa za kabele prstena, rupe za USB utičnicu i džepa za bateriju. Nadalje, ako odlučite uključiti glazbeni krug, potrebna je i rupa za mikrofon. Osim toga, preporučujem vam da izbušite rupe ispod LED-prstenova kako biste ih mogli gurnuti iz kućišta. Koristio sam rotacijski alat za brušenje kako bih dodao gore opisane rupe.

Na trećoj slici možete vidjeti "održavanje" i rupe za kabel za prsten. Kao što ste možda već primijetili, stvorio sam dvije rupe za kabel. Ovo nije bilo namjerno. To je bilo u ranoj fazi kada sam mislio da će kutovi prstenova biti nevažni, ali nisu. Postavite ih sve tri s njihovim kabelima na istu stranu. Na kraju sam ih montirao prema prednjoj strani.

Važno: Prilikom piljenja, bušenja ili glodanja MDF -a uvijek nosite masku za zaštitu od prašine. Isto vrijedi i za brušenje.

Korak 5: Dovršavanje slučaja

Sada se kućište oboji. Prije nego što to učinite, preporučujem vam da pogledate ili pročitate vodič o tome, jer se pokazalo da je to teže nego što sam mislio. Ova pokriva sve što trebate znati o ovoj temi.

Najprije temeljito izbrusite vanjske strane MDF dijelova. Za to sam upotrijebio papir granulacije 160. Nakon toga mnogi vodiči preporučuju brtvljenje površine, osobito na rubovima, posebnim temeljnim premazom od MDF -a. Ovaj dio sam preskočio jer je temeljni premaz prilično skup i, iako rezultat nije tako dobar kao što je mogao biti, ponovio bih to.

Nakon toga možete početi bojati površinu u željenoj boji. Odlučio sam svoju obojiti u čistu bijelu boju. Pričekajte da se boja osuši, a zatim je izbrusite finim brusnim papirom (koristila sam granulat 320), otprašite je i nanesite sljedeći sloj boje. Ponavljajte ovaj postupak dok ne budete zadovoljni neprozirnošću boje. Nanijela sam četiri sloja boje.

Nakon završnog sloja boje, izbrusite ga još finijim brusnim papirom nego prije (u mom slučaju granulacije 600) i uklonite svu prašinu koja ostaje na površini. Nakon toga možete nanijeti prvi sloj sjajnog laka. Kao i kod boje, nanesite onoliko slojeva koliko vam je potrebno da vas zadovolji. Koristio sam tri za gornju i bočne strane, a dvije za donju. Rezultat možete vidjeti na jednoj od slika. Iako bi površina mogla biti glatkija (više brušenja i MDF temeljnog premaza), zadovoljan sam postignutim efektom sjaja.

Korak 6: Priprema prstenova

Paralelno s postupkom sušenja prvog sloja boje, možete brusiti prstenove od akrilnog stakla. Nakon toga ovi prstenovi raspršuju svjetlost koju emitiraju LED prstenovi. Kad smo već kod toga, doživio sam da su PCB -ovi ovih prstenova imali neke neželjene rubove koji su ostali u proizvodnom procesu, pa ćete ih možda morati ukloniti. Inače se neće uklopiti u kućište.

Nakon toga je potrebno neke žice zalemiti na prstenove. Preporučujem da koristite fleksibilnu žicu. Koristio sam kruti i imao sam problem što su razdvojili dva dijela kućišta, što je zahtijevalo ružno savijanje. Nadalje, veća je vjerojatnost da će se kruta žica puknuti što rezultira gadnim postupkom lemljenja jer morate izvaditi odgovarajući prsten i upravljačku ploču iz kućišta.

Korak 7: Napajanje

Kao izvor napajanja koristi se jedna Li-Ion baterija. Puni se putem strujnog kruga punjača. Ovaj krug ima zaštitu od preopterećenja i prenapona. Za isključivanje uređaja ugrađen je prekidač koji prekida pozitivni izlaz ploče punjača.

Budući da je maksimalni napon ćelije baterije 4,2 V, ESP8266 se ne može napajati izravno. Napon je previsok za 3,3 V mikrokontroler jer preživljava samo napone između 3,0 V - 3,6 V. Regulator napona s niskim ispadanjem (LDO) regulator je napona koji radi čak i kada je ulazni napon blizu navedenog izlaznog napona. Dakle, napon ispadanja od 200 mV za 3,3 V LDO znači da izlazi 3,3 V sve dok je ulazni napon iznad 3,5 V. Kad ispod ove vrijednosti izlazni napon počne opadati. Kako ESP8266 radi s naponima do 3,0 V, tako i radi sve dok ulazni napon LDO -a ne padne na oko 3,3 V (spuštanje nije linearno). To nam omogućuje napajanje regulatora preko baterije dok se potpuno ne isprazni.

Korak 8: Ploča mikrokontrolera

Ako koristite NodeMCU ploču, ovaj korak je vrlo jednostavan. Samo spojite 3.3V izlaz i uzemljenje napajanja na jedan od 3V i G pinova na ploči. Nadalje, preporučujem lemljenje ploče na komad perfboarda, jer to olakšava povezivanje svega.

U slučaju da ste odlučili izgraditi vlastitu upravljačku ploču, prvi korak je lemljenje ESP čipa na adaptersku ploču. Nakon toga dodajte sve komponente i spojeve kako je prikazano na shemi. Dvije tipke su potrebne za resetiranje i bljeskanje kontrolera. Na sljedećim slikama možete primijetiti da koristim samo jedan gumb. Razlog tome je što sam upravo pronašao jednu koja leži, pa umjesto gumba za GPIO0, koristim dvije iglice i kratkospojnik.

U sljedećem koraku možete vidjeti moj završeni krug.

Korak 9: Glazbeni krug (izborno)

Kao ulaz za glazbu koristi se jednostavna kapsula kondenzatorskog mikrofona. Napaja se preko otpornika za ograničavanje struje spojenog na 3,3 V razvodnik. Ukratko, kapsula radi poput kondenzatora, pa kad zvučni valovi dođu u njenu membranu, mijenja se njen kapacitet, a analogno tome i napon. Ovaj napon je toliko nizak da ga teško možemo mjeriti s analogno -digitalnim pretvaračem ESP -a (ADC). Kako bismo to promijenili, pojačavamo signal Op-pojačalom. Pojačani izlazni napon tada se filtrira pasivnim niskopropusnim filterom prvog reda s graničnom frekvencijom od oko 70Hz.

Odlučite li se za NodeMCU ploču, izlaz gore opisanog kruga možete spojiti na A0 pin ploče. Ako želite izgraditi vlastitu upravljačku ploču, u krug morate dodati razdjelnik napona. Razlog tome su ESP -ovi na ADC -u koji imaju maksimalni ulazni napon od 1V. NodeMCU već ima ugrađen ovaj razdjelnik napona, pa kako bi kôd i pojačalo funkcionirali na obje ploče, potreban je i samonapravljenom.

Korak 10: Završite i montirajte elektroniku

Prvo umetnite LED-prstenove u označena produbljenja na vrhu kućišta. Nakon toga spojite napajanje, mikrokontroler, prstenove i, ako ste ga izgradili, krug pojačala prema shemi.

Upozorenje: Prije nego što to učinite, još jednom provjerite jeste li isključili napajanje pomoću prekidača. Zaboravio sam to učiniti i pržio LDO regulator tijekom lemljenja. Nakon toga, spremni ste za ugradnju elektronike u kućište.

Počeo sam pričvršćujući baterijsku ćeliju na kućište vrućim ljepilom. Nakon toga sam postavio krug punjača i provjerio mogu li priključiti USB kabel ili ne. Kako nisam vjerovao da će vruće ljepilo izdržati silu uvlačenja kabela više puta, pažljivo sam zabio tanke čavle kroz lemne jastučiće punjača za ulazni napon. Nakon punjača zalijepio sam kapsulu mikrofona na mjesto.

Poslije sam upotrijebio neke savijene igle za pričvršćivanje mikrokontrolera. Ova metoda omogućuje mi da izvadim kontroler iz kućišta na popravak kad god zatrebam, bez potrebe za rezanjem vrućeg ljepila i uništavanjem MDF -a.

Sada sam koristio neke kabelske vezice i savijene igle za pričvršćivanje žica. Zadnje što trebate učiniti je umetnuti akrilne zaštitne prstene. Budite oprezni dok to radite kako ne biste oštetili boju jer ovo prilično dobro pristaje. Možda ste čak smanjili unutarnji i/ili vanjski promjer akrilnih prstenova jer je MDF ploča upila malo boje pa su se produbljenja malo smanjila.

Korak 11: Treptanje mikrokontrolera

Nakon završetka izgradnje hardvera ostaje samo bljeskanje softvera. Za to sam koristio Arduino IDE. No, prije nego što možete programirati kontroler, morate dodati neke knjižnice i odabrati odgovarajuću ploču.

Knjižnice

Za dodavanje možete upotrijebiti IDEs Library Manager (Sketch -> Include Libraries -> Mange Libraries) ili ih preuzeti i premjestiti u mapu biblioteke IDE -a. Preporučujem upravitelja jer je prikladniji i tamo možete pronaći sve potrebne knjižnice.

DNSServer Kristijana Novoselića (potrebno za WiFiManager)

WiFiManager od tzapu -a i tablatronixa (otvara pristupnu točku u koju možete unijeti svoje vjerodajnice za lokalni WiFi)

WebSockets od Markusa Sattlera (potrebno za komunikaciju između korisničkog uređaja i držača za boce)

Adafruit NeoPixel tvrtke Adafruit (potrebno za kontrolu LED-prstenova)

Odbor

Bez obzira koju vrstu upravljačke ploče odabrali, pod Alati -> Ploča odaberite NodeMCU 1.0 (ESP -12E modul). Provjerite je li veličina bljeskalice postavljena na 4M (1M SPIFFS), a brzina prijenosa na 115200.

Treperi

Za bljeskanje ploče NodeMCU jednostavno je povežite s računalom, odaberite ispravan priključak i učitajte program. Bljeskanje ploče koju ste sami izradili malo je složenije. Spojite USB na serijski pretvarač na tri pina ploče. Spojite GND i GND, RX i TX te TX i RX. Za ulazak u način rada bljeskalice kontrolera, ponovno ga pokrenite tipkom RST i pritom držite pritisnutu tipku GPIO0. Nakon toga provjerite je li vaša pretvarač postavljena na 3.3V. Dovršite postupak postavljanjem programa.

Važno: Uključite uređaj prije bljeskanja.

Korak 12: Prenesite web stranicu

Datoteke potrebne za web stranicu pohranjene su u flash memoriji mikrokontrolera. Prije prve uporabe morate ih ručno prenijeti. Da biste to učinili, uključite uređaj (možda ga morate prvo napuniti). LED diode bi trebale svijetliti crveno (zbog fotoaparata ovo na slici izgleda kao narančasto), što znači da stalak za boce nije povezan s mrežom. Nakon kratkog vremena trebala bi se otvoriti WiFi pristupna točka pod nazivom "bottleStandAP". Zadana lozinka je "12345678", možete je promijeniti u ino datoteci. Spojite svoj pametni telefon/tablet/prijenosno računalo na njega. Trebalo bi se pojaviti obavijest i proslijediti vas na web stranicu. Ako se ništa slično ne dogodi, jednostavno otvorite preglednik i upišite 192.168.4.1. Na ovoj stranici kliknite na Konfiguriraj WiFi i unesite vjerodajnice svoje mreže. Nakon toga bi se pristupna točka trebala zatvoriti, a LED diode promijeniti boju u svijetlo plavu. To znači da se uređaj uspješno spojio na vašu mrežu.

Sada morate odrediti IP adresu uređaja. Da biste to učinili, možete ga povezati s računalom, otvoriti Serijski monitor Arduino IDE -a (brzina prijenosa 115200) i ponovno pokrenuti uređaj. Alternativno, možete otvoriti web stranicu svog WiFi usmjerivača. Nakon što saznate IP adresu uređaja, otvorite preglednik i upišite xxx.xxx.xxx.xxx/upload (gdje xs označava IP za boce). Raspakirajte datoteke iz.rar -a i prenesite ih sve. Nakon toga samo upišite IP svog uređaja i kontrolna stranica bi se trebala otvoriti. I time ste završili s izgradnjom vlastitog stalka za boce. Čestitamo!

Korak 13: Web stranica

Web stranica omogućuje vam kontrolu stalka za boce. Kada otvorite glavnu stranicu, možete vidjeti tri plava kruga na vrhu u sredini. Oni vam omogućuju odabir postavki zvona koje želite promijeniti. Kotačić u boji mijenja boju odabranih prstenova kada kliknete na njega. Polje ispod prikazuje boju koju ste odabrali. Pritiskom na slučajnu tipku odabrani prstenovi postavljaju se u način slučajne boje. To znači da se boja mijenja kad god završi ciklus načina disanja.

Na drugoj stranici možete odabrati različite načine rada. Fiksna boja i fiksna svjetlina rade točno ono što im naziv govori. Način disanja stvara efekt "udisaja", što znači da se svjetlina prstena povećava tijekom prilagođenog vremena do maksimuma, a zatim se smanjuje na minimum. Način ciklusa svijetli samo jednu LED diodu tijekom određenog vremena, zatim svijetli sljedeću, zatim sljedeću i tako dalje. Način praga glazbe mijenja boju kad god mikrofon detektira signal viši od prilagođenog praga. Ne samo da glazba to može potaknuti, na primjer, može i pljeskanje. U načinu rada VU mjerača broj LED dioda koje svijetli ovisi o glasnoći basa glazbe.

Napomena: Ravnala možete koristiti bez aktiviranja odgovarajućih načina. Na primjer: Ako koristite način ciklusa i mijenjate svjetlinu pomoću ravnala fiksne svjetline, prstenovi će ostati u ciklusu, ali će promijeniti svoju svjetlinu u skladu s onim što ste postavili.

Korak 14: Kako sve ovo funkcionira?

Funkcionalno načelo je prilično lako shvatiti. Kad god otvorite web stranicu, ESP8266 šalje web datoteke na vaš uređaj. Zatim, kada nešto promijenite na stranici, poseban znak, nakon kojeg slijedi cijela vrijednost, šalje se mikrokontroleru putem veze web -utičnice. Upravljač zatim obrađuje te podatke i prema tome mijenja svjetla.

Web dio je napisan na html, css i javascript. Da bih olakšao ovaj zadatak, napravio sam nas od Materialize CSS okvira i jQueryja. Ako želite promijeniti izgled web stranice, pogledajte dokumentaciju okvira. Alternativno, možete jednostavno napisati vlastitu stranicu i učitati je. Morate samo uspostaviti websocket vezu i poslati iste podatke.