Računalni stol s daljinskim upravljanjem: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Nedavno sam naišao na problem da mi je lijenost kod kuće postao veliki problem. Čim odem u krevet, volim staviti neko lijepo LED svjetlo s nekim serijama koje sviraju na mom računalu. Ali … Ako želim isključiti ove stvari, moram svaki put PODIZATI i ručno ih isključiti. Stoga sam odlučio izgraditi potpuni kontroler za cijelu radnu površinu računala, gdje mogu uključivati i isključivati monitore i svjetlo, podešavati glasnoću zvučnika i svjetlinu LED trake pritiskom na odgovarajuću tipku na daljinskom upravljaču.

Projekt je upravljačka kutija za stolni / radni stol s računalom, kojom upravlja IC daljinski upravljač. Danas je na raspolaganju mnogo vrsta daljinskih upravljača, ali to nije problem. Ovaj upravljač je podesiv i može se upariti sa bilo kojom vrstom IC daljinskog upravljača koji podržava odgovarajući protokol za naš rabljeni senzor (o tome ćemo kasnije).

Kontrolisani radni sto računarskog stola je:

1. Upravljanje napajanjem naizmjeničnom strujom: Uključivanje/isključivanje monitora koji je priključen na 220VAC
2. Upravljanje DC napajanjem: Uključivanje/isključivanje monitora koji je priključen na istosmjernu struju (do 48V)
3. Upravljanje glasnoćom zvuka: Potpuna kontrola stereo glasnoće koja se prenosi na zvučnike
4. Upravljanje rasvjetom LED traka: Potpuna kontrola svjetline osvjetljenja LED traka

Uređaj ima pravilno dizajnirano korisničko sučelje i podesive mehaničke odjeljke koji ga čine lakim za izradu i upotrebom:

1. Zaslon: Stanje svih upravljanih sustava u stvarnom vremenu prikazano je na 16x4 LCD zaslonu
2. RGB LED: Za dodatnu povratnu informaciju sustava, svrha ovoga je potvrditi korisniku da je prihvaćen signal primljen s IC daljinskog upravljača
3. Sustav za uparivanje: Uređaj sadrži jedan gumb koji morate pritisnuti za postupak uparivanja. Kad započne proces uparivanja, možemo upariti bilo koji IC daljinski upravljač sa svojim uređajem slijedeći upute prikazane na zaslonu.

Nakon što smo savladali osnove, izgradimo ga!

Korak 1: Objašnjenje

Rad uređaja može se smatrati jednostavnim zbog nedostatka složenosti dizajna. Kao što se može vidjeti na blok dijagramu, "mozak" je AVR mikrokontroler, dok sve ostale dijelove kontrolira taj "mozak". Kako bismo organizirali cjelokupnu sliku u svom umu, opišimo dizajn blok po blok:

Jedinica za napajanje: Izvor napajanja za uređaj koji je odabran je PSU LED traka koja može dati 24VDC ulaz u sustav. Mikrokontroler, releji, digitalni potenciometri i audio pojačala rade na 5V, pa je u dizajn uvršten DC-DC pretvarač. Glavni razlog za DC-DC umjesto linearnog regulatora je rasipanje snage i nedostatak učinkovitosti. Pretpostavimo da koristimo klasični LM7805 s 24V ulazom i 5V izlazom. Kad struja dosegne značajne vrijednosti, snaga koja će se raspršiti u obliku topline na linearnom regulatoru bit će ogromna i može se pregrijati, dodajući šum u zvučnim krugovima:

Pout = Pin + Pdiss, pa pri 1A postižemo: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (raspršene snage).

Mikrokontroler: Kako bih što brže napisao kod, odabrao sam AVTMEGA328P temeljen na AVR -u, koji se naširoko koristi na Arduino UNO pločama. Prema zahtjevima dizajna koristit ćemo gotovo svu perifernu podršku: prekide, timere, UART, SPI itd. Budući da je glavni blok u sustavu, međusobno je povezan sa svim dijelovima uređaja

• Korisničko sučelje: Prednja ploča uređaja sadrži sve dijelove s kojima korisnik treba komunicirati:

  1. IC senzor: Senzor za dekodiranje IC podataka na daljinu.
  2. Pritisni gumb: Potreban je za uparivanje IC daljinskog upravljača s uređajem
  3. RGB LED: Estetski dodatak za pružanje povratnih informacija o primanju informacija od strane sustava
  4. LCD: Grafički prikaz onoga što se događa unutar uređaja

Upravljanje monitorima: Kako bi uređaj bio sposoban uključiti napajanje na monitorima računala, potrebno je nositi se s velikim vrijednostima napona. Na primjer, moji Samsungovi monitori uopće ne dijele konfiguraciju napajanja: jedan se napaja putem 220VAC, dok se drugi napaja vlastitim PSU -om od 19,8V. Stoga je rješenje bilo u relejnom krugu za svaku od vodova monitora. Tim relejima upravlja MCU i potpuno su odvojeni, što čini prijenos energije monitora neovisnim za svaki monitor

Upravljanje svjetlom: Imam LED traku, koja dolazi s priključenim napajanjem od 24VDC, koje se koristi kao ulaz napajanja sustava. Budući da postoji potreba za provođenjem velike struje kroz LED traku, njezin mehanizam osvjetljenja uključuje krug ograničivača struje temeljen na MOSFET-u, koji radi u linearnom području aktivne zone

Kontrola glasnoće: Ovaj sustav temelji se na propuštanju audio signala na LIJEVOM i DESNOM kanalu kroz razdjelnike napona, gdje se primijenjeni napon mijenja pokretom brisača digitalnog potenciometra. Postoje dva osnovna kruga LM386 gdje na svakom ulazu postoji jedan razdjelnik napona (o tome ćemo kasnije govoriti). Ulaz i izlaz su 3,5 mm stereo priključci

Čini se da smo pokrili sve sastavne dijelove sklopova. Prijeđimo na električne sheme …

Korak 2: Dijelovi i instrumenti

Sve što nam je potrebno za izgradnju projekta:

Elektroničke komponente

1. Uobičajene komponente:

   • Otpornici:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2 x 1M
     6. 2 x 10R
     7. Kondenzatori:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10 uF
        3. 4 x 100 nF
        4. 2 x 50 nF
        5. 3 x 47uF

     9. Razno:

        1. Diode: 2 x 1N4007
        2. Trimer: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Integrirani krugovi:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Audio pojačalo: 2 x LM386
         • Dvostruki digitalni potenciometar: 1 x MCP4261
         • Jedan digitalni potenciometar: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (može se zamijeniti bilo kojim uređajem prilagođenim DC-DC 5V)
         • Op-pojačalo: 1 x LM358
         • Releji: Dual SPDT tolerantni na 5V
         • Vanjsko napajanje 24V

     11. Korisničko sučelje:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IC senzor: 1 x CDS-IR
         • Tipkalo: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontakta)

     12. Priključci:

         • Priključni blokovi: 7 x 2-kontaktna TB
         • Priključci ploča-žica: 3 x 4 kontaktni kabel + priključci kućišta
         • Audio: 2 x 3,5 mm ženski konektori
         • Izlazna napojna jedinica: 2 x 220VAC konektori za napajanje (muški)
         • DC priključak: 2 x Muški priključci istosmjerne struje
         • LED traka i vanjsko napajanje: 1 x 4-kontaktna ploča spojena na žicu + kabel

     Mehaničke komponente

     1. Nit za 3D pisač - PLA+ bilo koje boje
     2. 4 vijka promjera 5 mm
     3. Najmanje 9 x 15 cm ploča za izradu prototipa
     4. Zalihe neiskorištenih žica

     Alati

     1. 3D pisač (koristio sam Creality Ender 3 s pričvršćenim staklenim krevetom)
     2. Pištolj za vruće ljepilo
     3. Pinceta
     4. Klešte
     5. Rezač
     6. Vanjsko napajanje 24V
     7. Osciloskop (izborno)
     8. AVR ISP programator (za MCU treperenje)
     9. Električni odvijač
     10. Lemilica
     11. Generator funkcija (izborno)

Korak 3: Električne sheme

Shematski dijagram podijeljen je u zasebne krugove, što nam može olakšati razumijevanje njegova rada:

Jedinica mikrokontrolera

Ovo je ATMEGA328P temeljen na AVR -u, kako je gore opisano. Koristi unutarnji oscilator i radi na 8MHz. J13 je priključak programatora. U svijetu AVR -a ima mnogo programera, u ovom projektu sam koristio ISP programera V2.0 s eBaya. J10 je UART TX linija i prvenstveno se koristi za ispravljanje pogrešaka. Prilikom izrade postupka rukovanja prekidima ponekad je dobro znati što nam sustav mora reći iznutra. D4 je RGB LED dioda koja se napaja izravno iz MCU -a, zbog niskih napona struje. Pin PD0 pričvršćen je na tipku tipa SPST s vanjskim izvlačenjem.

IR senzor

IR senzor koji se koristi u ovom projektu je tropolni IR senzor opće namjene koji je dostupan na eBayu, po vrlo povoljnim cijenama. Pin izlaznog IC signala spojen je na ulazni pin prekida (INT1) MCU -a,

LCD

Zaslon je jednostavna implementacija zaslona 1604A, s 4-bitnim prijenosom podataka. Svi kontrolni/podatkovni pinovi vezani su za MCU. Važno je napomenuti da je LCD priključen na glavnu ploču putem dva konektora J17, J18. Za uključivanje/isključivanje LCD modula, postoji jedan prekidač BJT, koji uključuje uzemljenje za LCD.

Napajanje

Svi unutarnji krugovi, osim LED trake, rade na 5V. Kao što je već spomenuto, 5V izvor napajanja je jednostavan DC-DC modul (ovdje mi je eBay pomogao u pronalaženju rješenja), koji pretvara 24V u 5V, bez problema s grijanjem, što bi se moglo dogoditi na linearnom regulatoru. Kondenzatori C [11..14] koriste se za zaobilaženje, a potrebni su za ovu izvedbu zbog preklopne buke prisutne na istosmjernim istosmjernim dalekovodima - i ulaznim i izlaznim.

Kontrola monitora

Upravljački krugovi monitora samo su relejni sklopni sustavi. Budući da imam dva monitora, jedan se napaja iz 220VAC, a drugi iz 19.8V, potrebna je drugačija implementacija.: Svaki MCU izlaz spojen je na 2N2222 BJT, a relejni svitak je priključen kao opterećenje od 5V na pin kolektora BJT. (Ne zaboravite priključiti povratnu diodu za odgovarajuće strujno pražnjenje!). Na 220VAC relej prebacuje LINIJSKE i NEUTRALNE vodove, a na 19,8 V relej prebacuje samo istosmjerni vod - budući da ima vlastito napajanje, uzemljenje se dijeli za oba kruga.

Kontrola glasnoće zvuka

Htio sam koristiti LM386 audio pojačala kao odbojnike za razdjelnike napona, za pažljiv prijenos audio signala. Svaki kanal - lijevi i desni dolazi s 3,5 mm audio priključka. Budući da LM386 implementira pri minimalnoj konfiguraciji dijelova standardni dobitak G = 20, postoji otpornik od 1MOhm za oba kanala. Na ovaj način možemo smanjiti ukupnu količinu energije za ulazne kanale u sustav zvučnika:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1,1M.

A ukupni dobitak je: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

Razdjelnik napona je jednostavna digitalna mreža potenciometra, gdje brisač prenosi signal u međuspremnik LM386 (U2 je IC). Uređaj dijeli SPI za sve periferne krugove, pri čemu su za svaki od njih odvojene samo ENABLE linije. MCP4261 je 100K 8-bitni linearni digitalni potenciometar IC, pa se svaki korak u povećanju volumena izražava: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Igle A i B za svaki LIJEVI i DESNI kanal vezane su za GND i 5V. Tako na položaju brisača na dnu prenosi cijeli audio signal u GND putem 1MOhm otpornika MUTING glasnoće uređaja.

Kontrola svjetline LED trake:

Ideja kontrole svjetline slična je kontroli glasnoće, ali ovdje imamo problem: digitalni potenciometar može emitirati samo signale čije amplitude ne prelaze 5V na GND. Stoga je ideja postaviti jednostavan op-amp međuspremnik (LM358) nakon razdjelnika napona digitalnog potenciometra. i upravljački napon vezan izravno na PMOS tranzistor.

X9C104P je pojedinačni 8-bitni digitalni potenciometar vrijednosti 100KOhm. Možemo dobiti izračun napona vrata slijedeći samo algebarska pravila za strujni tok:

V (vrata) = V (brisač) * (1 + R10/R11) = 2V (brisač) ~ 0 - 10 V (što je dovoljno za uključivanje/isključivanje i kontrolu svjetline)

Korak 4: Izrada 3D kućišta

Za kućište uređaja koristio sam FreeCAD v0.18 koji je izvrstan alat čak i za početnike poput mene.

Vrsta kućišta

Htio sam stvoriti kutiju u kojoj postoji jedna ljuska koja će zavariti lemljenu ploču. Prednja ploča sadrži sve dijelove korisničkog sučelja, a stražnja ploča sve priključke za stolnu elektroniku. Ove su ploče umetnute izravno u glavnu školjku sa sklopom sa 4 vijka na gornjem poklopcu.

Dimenzije

Vjerojatno najvažniji korak u slijedu. Potrebno je uzeti u obzir sve odgovarajuće udaljenosti i granične regije. Kao što se vidi na slikama, prije svega dimenzije koje su snimljene nalaze se na prednjoj i stražnjoj ploči:

Prednja ploča: Izrezana područja za LCD, prekidač, LED i IC senzor. Sve ove dimenzije izvedene su iz podatkovne tablice proizvođača po svakom dijelu. (U slučaju da želite koristiti drugi dio, potrebno je uvjeriti sva izrezana područja.

Stražnja ploča: Dvije rupe za audio priključke od 3,5 mm, dva 3-linijska priključka za napajanje od 220 V, dvije muške utičnice za istosmjerno napajanje i dodatne rupe za LED traku i napajanje uređaja

Gornja školjka: Ova se ljuska koristi samo za spajanje svih dijelova. Budući da su prednja i stražnja ploča umetnute u donju ljusku.

Donja školjka: Baza za uređaj. On drži ploče, elektronički lemljenu ploču i vijke pričvršćene na gornji poklopac.

Projektiranje dijelova

Nakon što su ploče stvorene, možemo nastaviti do donje ljuske. Preporučuje se potpuno osigurati smještaj dijelova nakon svakog koraka. Donja ljuska je jednostavan ekstrudirani oblik pravokutnika, sa simetričnim džepovima blizu rubova ljuske (vidi sliku 4).

Nakon koraka u džepu, potrebno je izraditi baze s 4 vijka za pričvršćivanje poklopca. Dizajnirani su kao umetak primitivnih cilindara različitog radijusa, gdje je izrezani cilindar dostupan nakon operacije XOR.

Sada imamo potpunu donju ljusku. Da biste stvorili odgovarajući poklopac, potrebno je napraviti skicu na vrhu ljuske i stvoriti iste cilindrične točke (ja sam priložio samo točke za bušenje, ali postoji mogućnost stvaranja rupa fiksnih promjera).

Nakon što je kompletno kućište uređaja dovršeno, možemo to provjeriti sastavljanjem dijelova zajedno.

Korak 5: 3D ispis

Konačno, tu smo i možemo korak naprijed do ispisa. Za ovaj projekt dostupne su STL datoteke, na temelju mog dizajna. Možda postoji problem s ispisom ovih datoteka jer se ne uzimaju u obzir tolerancije. Ove se tolerancije mogu prilagoditi u aplikaciji za rezanje (koristio sam Ultimaker Cura) za STL datoteke.

Opisani dijelovi tiskani su na Creality Ender 3 sa staklenom podlogom. Uvjeti nisu daleko od standardnih, ali ih treba uzeti u obzir:

• Promjer mlaznice: 0,4 mm
• Gustoća ispune: 50%
• Podrška: Nema potrebe za dodavanjem podrške
• Preporučena brzina: 50 mm/s za projekt

Čim se ispišu dijelovi kućišta, potrebno ih je provjeriti u stvarnom životu. Ako nema problema s pričvršćivanjem dijelova kućišta, možemo prijeći na korak montaže i lemljenja.

Postoji neki problem sa STL preglednikom u uputama, pa predlažem da ga prvo preuzmete:)

Korak 6: Montaža i lemljenje

Proces lemljenja je težak, ali ako odvojimo niz u različite krugove, bit će nam mnogo lakše završiti ga.

1. MCU sklop: Prvo treba lemiti sa svojim ženskim programskim priključkom. U toj fazi možemo zapravo testirati njegov rad i povezanost.
2. Audio krug: Drugi. Ne zaboravite pričvrstiti priključne blokove na lemljenu ploču. Vrlo je važno izolirati povratni put audiosklopova od digitalnih - osobito digitalnih potenciometarskih IC -a, zbog njihove bučne prirode.
3. Krugovi monitora: Slično kao i audio krug, ne zaboravite priključiti priključni blok na I/O portove.
4. Konektori i UI ploča: Zadnje stvari koje bi trebalo povezati. Ploča korisničkog sučelja spojena je na lemljenu ploču putem priključka Board-To-Wire, gdje su žice lemljene izravno u vanjske dijelove.

Nakon procesa lemljenja, slijedi jednostavan slijed pričvršćivanja mehaničkih dijelova. Kao što je gore primijećeno, potrebno je staviti 4 vijka (koristio sam one promjera 5 mm) na uglove koji se nalaze na kućištu. Nakon toga, potrebno je priključiti dijelove korisničkog sučelja i konektore stražnje ploče na vanjski svijet. Preferirani alat je pištolj za vruće ljepilo.

Bit će vrlo korisno provjeriti smještaj dijelova u tiskanom kućištu. Ako sve izgleda dobro, možemo prijeći na korak programiranja.

Korak 7: Programiranje

Ovaj korak je zabavan. Budući da postoje razne stvari koje moraju funkcionirati, koristit ćemo ukupno 5 usluga MCU -a: Vanjski prekid, SPI periferne jedinice, UART za prijavu, tajmere za precizno brojanje i EEPROM za pohranu naših IR daljinskih kodova.

EEPROM je bitan alat za naše pohranjene podatke. Za pohranu daljinskih kodova IC -a potrebno je izvršiti slijed pritiskanja tipki. Nakon svakog slijeda sustav će zapamtiti kodove neovisno o stanju, napaja li se uređaj ili ne.

Na dnu ovog koraka možete pronaći cijeli projekt Atmel Studio 7 arhiviran kao RAR.

Programiranje vrši AVR ISP programer V2, 0, putem jednostavne aplikacije pod nazivom ProgISP. To je vrlo prijateljska aplikacija, sa potpunim korisničkim sučeljem. Samo odaberite odgovarajuću HEX datoteku i preuzmite je na MCU.

VAŽNO: Prije bilo kakvog programiranja MCU -a provjerite jesu li sve odgovarajuće postavke definirane prema zahtjevima dizajna. Kao i unutarnja frekvencija sata - prema zadanim postavkama, razdjelni osigurač ima aktivne tvorničke postavke, pa se mora programirati na logičkoj HIGH.

Korak 8: Uparivanje i testiranje

Konačno smo tu, nakon truda koji je obavljen:)

Kako bi se uređaj pravilno koristio, potrebno je uparivanje, pa će uređaj "zapamtiti" priključeni IC daljinski upravljač koji bi se koristio. Koraci uparivanja su sljedeći:

1. Uključite uređaj, pričekajte inicijalizaciju glavnog zaslona korisničkog sučelja
2. Pritisnite tipku prvi put
3. Prije nego što brojač dosegne nulu, pritisnite gumb još jednom
4. Pritisnite odgovarajuću tipku za koju želite da ima određenu funkciju, ovisno o uređaju
5. Ponovo pokrenite uređaj, provjerite da li sada reagira na definirane ključeve.

I to je to!

Nadam se da će vam ovo uputstvo biti korisno, Hvala na čitanju!