Šumski požar: 7 koraka

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

Ovaj projekt inspiriran je mističnim požarom u igri prijestolja, zelenkastom tekućinom, koja je, kad se zapalila, eksplodirala u zelenom plamenu. Projekt se koncentrira na korištenje LED traka RGB SMD5050 za prilagođene efekte boje. Tri staklena predmeta opremljena su trakom od po šest RGB LED dioda. Arduino Uno stvara svjetlosni uzorak poput treperenja poput vatre. RGB LED diode potrebne su za stvaranje gradijentnog uzorka boja od tamnozelene do svijetlozelene pa sve do najsvjetlije bijele. Jednostavna zelena LED dioda nije dovoljna, potrebne su joj crvene i plave komponente za stvaranje svijetlo bijele boje. Kao bonus, ovaj hardver može proizvesti bilo koje druge boje. Stakleni predmeti potrebni su za lom svjetla i prikrivanje stvarnog izvora svjetlosti, tj. Malih, vrlo tehničkih izgleda RGB SMD5050 LED traka.

Ideja se može proširiti na onoliko objekata koliko želite i na sve dinamičke boje koje želite. Ovo uputstvo opisuje kako sam implementirao postav sa tri staklena objekta sa sljedećim shemama boja. Shema požara vidi se u uvodnom videu. Ostatak shema vidi se u videozapisu na stranici 6. korak ove upute.

• Požar. Igra prijestolja inspirirala je vatru poput spektakla.
• Atraktor jednoroga. Spektakl koji blijedi kroz dugine boje.
• Treptati. Slučajna promjena boje u dvije različite brzine.
• Uvenuti. Lagana promjena slučajnih boja u dvije različite brzine.
• Žive boje. Obojajte svoje objekte svjetlom koje blago oscilira oko jedne posebne boje.
• Svijeće. Neka vaše LED diode oponašaju prirodni plamen svijeće.

Postava

U osnovnom postavljanju napredujete kroz šest shema boja jednim pritiskom na gumb. Dvostruki klik premjestit će se unutar jedne sheme boja s jedne postavke na drugu, ako je primjenjivo. Postavke u boji mogu se dodati uređivanjem programa Arduino.

U budućoj proširenoj verziji gumb je zamijenjen pločom ESP8266, koja će biti sučelja s web stranicom, koja će kontrolirati sheme boja. Web stranica se zauzvrat može kontrolirati preglednikom mobilnog uređaja. To daje mnogo više raznolikosti u prilagođavanju stvari:

• postavite brzinu i smjer promjene
• postavite boju za treperenje svijeća
• postavite svjetlinu i zasićenje boja

Ovo uputstvo usredotočuje se na osnovno postavljanje, koje uključuje samo gumb kao korisničko sučelje.

Korak 1: Što vam treba

• Jeftina RGB LED traka koju možete izrezati na kraće trake
• Jedinica za napajanje, po mogućnosti 12 V 1.5 Stvar koja je isporučena s RGB LED trakom
• Arduino UNO ili slično
• Dvije ULN2803AP IC: s
• Jednostavan pritisak gumba
• Perma-Proto matična ploča
• Žica
• Kutija za elektroniku
• Neki stakleni predmeti koji će biti osvijetljeni RGB LED trakama
• Alati (skidač žice, lemilica, lemljenje …)

LED traka

Kupio sam jeftinu LED traku koja se sastoji od nekih 90 RGB SMD LED dioda. Mala jedinica pokreće LED diode, mijenjajući njihovu boju. Uređaj je daljinski upravljan i traka može mijenjati boje na različite načine. Ali cijela traka ima istu boju. Zabavno je to što možete izrezati traku na male trake koje sadrže samo tri rgb diode u svakoj traci. Svaka traka, bez obzira koliko duga bila, mora se napajati s 12 V. Svaka sekcija od tri rgb LED diode ima vlastiti set otpornika koji vode računa o padu napona na LED diodama. Morate osigurati samo 12 V i dovoljno ampera, pa, miliampera. Za ovaj projekt koristim tri trake LED trake, po 6 jedinica u svakoj, i naponsku jedinicu od 12 V 1.0 A. Upravljačka jedinica i daljinski upravljač nisu potrebni.

ULN2803AP

Jednom LED diodi treba samo malo struje. Obično možete upaliti LED diodu izravno s Arduino podatkovnog pina, sve dok imate otpornik koji spušta podatkovni pin 5 V na nekih 3 V za LED. No, jedna RGB SMD5050 LED dioda sastoji se od tri LED diode, crvene, grene i plave. I za ovaj projekt koristim trake od 6 RGB SMD5050 LED dioda. Jedan podatkovni pin Arduino Uno kontrolira 6 LED dioda. Samo bi to nazdravilo pin -u podataka, ako bi moć paljenja LED dioda dolazila iz podatkovnog pina. Ali u svemu će biti devet takvih podatkovnih pinova i to će zasigurno biti previše strujno za Arduino. Zato se pojavljuje ULN2803AP. ULN2803AP je integrirani čip s 8 darlington tranzistora. Treba mi 9 pa koristim samo dva čipa ULN2803AP. Ostaje mi 7 rezervnih tranzistora, ako želim proširiti projekt na pet objekata.

Jedan jedini LED dioda unutar RGB SMD5050 LED -a troši 20 mA. Šest od njih značilo bi 120 mA. Jedan pin (jedan darlingtonski tranzistor) u ULN2803 može potopiti 500 mA. No, cijeli čip može podnijeti maksimalno 1,44 W topline koju proizvodi struja. 120 mA proizvodi 0,144 W. Stavljam pet linija na jedan od čipova ULN2803 i četiri linije na drugi. To će biti 0,72 W na jednom čipu i 0,58 W na drugom čipu. Tako da bih trebao biti u redu. Korištenje svih 8 linija ULN2803 sa po 120 mA na svakom zagrijalo bi čip s 1,2 W. On bi se zagrijao, ali bi to i dalje tolerirao.

Jednostavno objašnjeno, RGB SMD LED traka dobiva 12 V iz izvora napajanja. S LED trake struja iz svake od tri LED boje u boji ide na svoj pin u ULN2803AP i dalje u GND. Krug je zatvoren i LED svijetli. No, ULN2803AP se uključuje/isključuje pomoću 5 V podatkovnih signala iz Arduina. Ovi će signali izvući samo nekoliko miliampera iz Arduina.

Stakleni predmeti i LED trake

Imao sam te čudne staklene predmete koji su namijenjeni za čajne svjetiljke. Izrezao sam tanjure iz brezovih trupaca kako bi stali i imali na što zalijepiti LED trake. Napravio sam neke nabore u trakama kako bih ih napravio u prstenove, gdje su pojedinačne LED jedinice gledale prema gore. Budite oprezni s naborima kako ne biste rezali crte.

Korak 2: Upute za korisnika

Uređaj će imati jednostavno korisničko sučelje. Uključuje se uključivanjem izvora napajanja u zidnu utičnicu i počinje s prvom shemom boja, a to je Wildfire. Isključuje se isključivanjem. Klik na gumb prelazi na sljedeću shemu boja. Dvostruki klik pomiče se kroz pod sheme svake sheme boja. Implementirat ću sljedeće sheme boja:

1. Požar. Igra prijestolja inspirirala je vatru poput spektakla, gdje zeleni plamen putuje od jednog staklenog predmeta do drugog. Ovaj će učinak izgledati najspektakularnije kada se stakleni predmeti postavljaju okomito jedan na drugi. Tri različita podshema implementirana su s različitim tempom plamena.
2. Atraktor jednoroga. Spektakl koji blijedi kroz dugine boje. Blijeđenje se događa rotirajuće, kao da se svaka boja pomiče s jednog staklenog predmeta na sljedeći. Podsheme će imati različite brzine blijeđenja.
3. Treptati. Slučajna promjena boje u dvije različite brzine. Podsheme će imati različite palete (samo potpuno zasićene boje, pola zasićene boje, boje samo na polovici kruga boja)
4. Uvenuti. Lagana promjena slučajnih boja u dvije različite brzine. Slični podscemi kao u #3.
5. Žive boje. Obojajte svoje objekte svjetlom koje blago oscilira oko jedne posebne boje. Podsheme će postaviti boje na crvenu, narančastu, žutu, zelenu, plavu, indigo ili ljubičastu. Osciliranje se događa unutar sektora od 10 stupnjeva oko odabrane boje. Tri staklena objekta imaju istu odabranu boju, ali svaki objekt ima svoju nasumično promjenjivu frekvenciju osciliranja, koja cijelom setu daje živu živu boju.

6. Svijeće. Neka vaše LED diode oponašaju prirodni plamen svijeće. Tri podsheme:

   1. "što je moguće mirnije"
   2. "negdje otvoren prozor"
   3. "bila je mračna i olujna noć"

Korak 3: Nekoliko riječi o RGB bojama

U ovom odjeljku raspravljam o svom viđenju RGB prostora boja. Ovaj odjeljak možete sasvim preskočiti. Dajem samo pozadinu zašto se prema bojama RGB LED dioda ponašam kao prema meni.

Dakle, RGB LED ima samo crveno, zeleno i plavo svjetlo. Miješanjem će se stvoriti sve boje koje ljudsko oko može prepoznati (gotovo). Količina svakog dijela - crvenog, zelenog ili plavog - u digitalnom je svijetu obično definirana brojem od 0 do 255. Potpuno zasićena boja treba da jedna od komponenti boje bude nula, a jedna komponenta boje 255. U ovom slučaju što znači da u našem digitalnom svijetu imamo samo 1530 različitih potpuno zasićenih boja.

Jedan od načina modeliranja RGB prostora je kocka. Jedan vrh kocke je crn. Iz tog vrha možemo putovati crvenim, plavim ili zelenim rubom. Svaka točka u kocki je boja definirana njezinim crvenim, zelenim i plavim koordinatama. Putujući do najudaljenijeg vrha od crnog vrha, dolazimo do bijelog vrha. Usredotočujući se na šest vrhova, isključujući crni i bijeli, možemo oblikovati putanju koja prelazi svih šest vrhova slijedeći rubove. Svaki rub ima 256 točaka ili boja. Svaki vrh dijele dva ruba, tako da je ukupan broj točaka 6 * 255 = 1530. Slijedeći ovu stazu prolazi se kroz svih 1530 potpuno zasićenih boja u spektru boja. Ili duga. Vrhovi predstavljaju boje crvenu, žutu, zelenu, cijan, plavu i magenta.

Svaka druga točka u kocki predstavlja boju koja nije potpuno zasićena.

• Ili se točka nalazi unutar kocke, što znači da se sve crvene, zelene i plave koordinate razlikuju od nule. Zamislite dijagonalu od crnog do bijelog vrha kao liniju svih sivih nijansi. I sve "ne potpuno zasićene boje" unutar kocke blijede od pune zasićenosti na rubu prema ovoj dijagonali "nulte zasićenosti".
• Ili točka leži na jednoj od tri ravne površine kocke koje dodiruju crni vrh. Takva boja mogla bi se smatrati potpuno zasićenom, ali zamračenom. Što ga više potamnjujete, to više gubi svoju percipiranu zasićenost boje.

Umjesto da puteljak sa šest rubova oko kocke opisuje sve potpuno zasićene boje, možemo postaviti ovih 1530 boja u krug, gdje imamo 255 različitih boja u sektoru od 60 stupnjeva - poput blijeđenja iz crvene u žutu dodavanjem zelene boje. Prolaženje kroz sve boje u krugu boja je poput klizanja tri kontrolera u boji, jedan za redom, dok se druga dva nalaze u suprotnim većini položaja. Budući da ću u nekim shemama boja koristiti krug boja ili spektar duginih boja, definirat ću boju (nijansu) kao točku u krugu, koristeći vlastitu ljestvicu 1530:

Standardna ljestvica 360 mjerila 1530

========== ================ crvena 0 0 narančasta 128 30 žuta 256 60 zelena 512 120 tirkizna 768 180 plava 1024 240 indigo 1152 270 ljubičasta 1280 300 ružičasta 1408 330

Ova ljestvica 1530 pojednostavljuje pretvaranje duginih boja u vrijednosti za RGB LED diode.

Zašto 255 boja u svakom odjeljku? Zašto ne 256? Pa, 256 -ta boja jednog sektora je prva boja sljedećeg sektora. Tu boju ne možete dvaput izbrojati.

Ipak, nekoliko riječi o PWM -u

Tipična LED dioda dizajnirana je da svijetli jako pri danom naponu. Snižavanje tog napona moglo bi smanjiti svjetlinu, ali sama LED nije dizajnirana za prigušivanje samo padom napona. Na pola napona možda se uopće neće ni uključiti. Umjesto toga, zatamnjenje se postiže prebacivanjem između punog napona i nultog napona. Što je prebacivanje brže, ljudsko oko može manje prepoznati treperenje. Ako je LED pola vremena uključen, a pola isključen, ljudsko oko percipira svjetlost kao da svijetli s pola učinka potpuno svijetle LED diode. Podešavanje omjera između vremena potpunog učinka i vremena nultog učinka je ono što zamračuje LED. Ovo je PWM, ili modulacija širine impulsa.

Jeftina RGB SMD LED traka koju sam kupio za ovaj projekt uključuje uređaj koji se brine za PWM. U ovom projektu umjesto toga stvaram PWM s Arduino UNO. RGB prostor boja, kako je tipično implementiran na zaslonu računala, teoretska je struktura, gdje se zamišlja da svaki kanal u boji ima vrijednost od 0 do 255, a svjetlina kanala linearno slijedi vrijednost. Grafička kartica računala mogla bi nadoknaditi bilo koju skraćenicu iz ovog linearnog očekivanja koju bi stvarne LED diode mogle imati. Bez obzira slijede li SMD LED diode koje se koriste u ovom projektu linearno slijede li upotrijebljene PWM vrijednosti, nije u opsegu ovog projekta. PWM vrijednost 255 stvara najsjajnije svjetlo. No vrijednost 128 možda nije svjetlina percipirana kao polovica svjetline 255. A 192 se možda ne može percipirati kao svjetlina točno u sredini 255 i 128.

Korak 4: Sheme

Ovdje predstavljam sheme elektronike. Fotografija prikazuje kako moja veza izgleda. Lemio sam čipove, žice i gumb na perma proto ploču. Zasad su komponente samo spojene sa žicama, ali ostavljam vama da osmislite kako ih smjestiti u lijepu kutiju i kako žice izvući na LED trake. Ako pronađete 4 -žilni ravni kabel, upotrijebite ga jer jednoj LED traci trebaju 4 žice. Imao sam samo 3 žičani ravni kabel, pa mi je trebala dodatna žica, zbog čega je izgledalo pomalo ružno.

Korak 5: Kôd

Kôd je napisan za Arduino Uno. Uno ima samo 6 pinova za PWM, ali trebam ih 9. Stoga koristim posebnu PWM knjižnicu koju je napisao Brett Hagman. Ovo se mora instalirati u vaš Arduino IDE.

wildfire.ino je glavna datoteka projekta, uključuje funkcije setup () i loop (), kao i neke druge uobičajene funkcije za sve sheme.

wildfire.h je uobičajena datoteka zaglavlja.

Različite datoteke sheme mogu se zalijepiti kao zasebne kartice u projektu.

Korak 6: Na djelu

Korak 7: Daljnji razvoj

• Zamijenite sučelje s jednim gumbom ESP8266 kako biste omogućili bežični kontakt s Android telefonom, gdje je korisničko sučelje web stranica za upravljanje shemama.
• U traci je ostalo još 70 RGB SMD LED dioda koje ćete koristiti. To su 24 trake s po 3 u svakoj. Još 24 kanala trebaju novi pristup. Trebat će Arduino Mega 2560 i još neki ULN2803AP čipovi, alternativno dvije 16 -kanalne servo ploče, koje se često koriste za LED diode.
• Neiskorišteni su i daljinski upravljač za originalnu LED traku, kao i njezin prijemnik. Nisam još otvorio prijemnik, ali možda bi se mogao nekako ponovno upotrijebiti. Moglo bi se dopustiti da Arduino otme njegove logike i da mu dostavi numeričke podatke za kontrolu svjetlosne emisije.