Animoitu mieliala- ja yövalo: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Koska olen ihastunut valon pakkomielle, päätin luoda valikoiman pieniä modulaarisia piirilevyjä, joita voitaisiin käyttää kaikenkokoisten RGB -valonäyttöjen luomiseen. Kun olin tehnyt modulaarisen piirilevyn, kompastuin ajatukseen järjestää ne kuusikulmioksi 3D -näytön luomiseksi, jolla voitaisiin luoda mitä tahansa yksinkertaisesta makuuhuoneen yövalosta tunnelmavaloon, joka ei olisi liian paikallaan, istui pöydällä huippuluokan ravintolassa.

Tietysti myös muita muotoja voitaisiin luoda samoilla periaatteilla.

Tässä on joitain parhaillaan käynnissä olevia animaatioita.

• Antaa potkut
• Sade
• Käärme (retro)
• Elämän peli
• Aaltomuodon värähtelyt
• Majakka
• Pyörivä kuvio (parturi)

Valoa on tällä hetkellä kahta kokoa - pieni (96 LEDiä) ja suuri (384 LEDiä), mutta sitä voidaan suurentaa tarpeen mukaan.

Tarvikkeet

WS2812B LEDit - AliExpress

Piirilevyt - ALLPCB

3mm musta laserleikattu muovi - muovilevyjen toimittaja

Valkoinen 3D -tulostuslanka - Amazon

Elektroniset komponentit - Farnell / Newark

M3 pultit ja kierrevälikkeet - Amazon

Juotin

Leivänpaahdin - pinta -asennuskomponentti

Vaihe 1: Paneelin piirilevyt

Matkan alussa halusin valikoiman pieniä piirilevyjä, joissa voisi olla useita LED -pikseliä ja jotka voitaisiin liittää yhteen hyvin yksinkertaisella tavalla ilman lisäjohtoja tai liittimiä. Keksin erittäin yksinkertaisen rakenteen, joka mahdollisti WS2812B -LEDien ketjutuksen yhteen ja sitten ketjun siirtämisen seuraavalle piirilevylle.

Tein kolme piirilevyä, joiden pikselimitat olivat seuraavat.

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

Tässä projektissa käytetään vain 4x4- ja 8x8 -levyjä valojen luomiseen.

LEDit on järjestetty 9 mm: n ruudukkoon sekä X- että Y -mitoissa, mikä on melko läheistä, mutta tarjoaa riittävästi tilaa työskennellä PCB -reunaliittimet huomioon ottaen. Piirilevyt on luotu siten, että yhdistettynä LED 9 mm: n ruudukko säilyy. Piirilevyt liitetään yksinkertaisesti yhteen virtaavan juotteen avulla levyltä toiselle.

Jokaisella LEDillä on oma 100nF kondensaattori sähköistä irrottamista varten ja auttaa toimittamaan virtaa LEDille tarvittaessa.

Kuvassa on kaavio 4x4 pikselin levylle, jossa on ylempi kupari- ja alempi kuparikerros havainnollistamaan sekä LED -asettelua että reunaliittimen asettelua. Silkkipainoon lisättiin merkintöjä, jotka osoittivat tiedonsiirron suunnan liittimien välillä.

Levyissä on myös M3-kiinnitysreiät 18 mm: n ja 18 mm: n välein asennuksen yksinkertaistamiseksi ja levyjen välisten liitosten vahvistamiseksi.

Laserleikatun 3 mm maitomaisen valkoisen akryylilevyn lisääminen kuvan mukaisesti antaa LEDille mukavan hajaantuneen vaikutelman.

Levyt valmistettiin levittämällä juotostahnaa kuparipinnan pohjakiinnitystyynyille kaavaimella. Sitten laitoin komponentit levylle tarkistaakseni oikean suunnan ennen leivontaa leivänpaahtimen uunissa juotoksen virtaamiseksi. Olen käsitellyt tämän tyyppistä DIY -edullista PCB -valmistusta useissa muissa Instructables -rakennelmissani.

Varoitus - ÄLÄ KÄYTÄ uunia, jota käytetään ruoanlaittoon PCB: iden valmistamiseen, koska se voi johtaa saastuneeseen ruokaan. Sain PCB -leivänpaahdin 10 £ (15 dollaria) eBayssa.

Vaihe 2: Ohjaa piirilevyä

Kun LEDit olivat valmiit, halusin sitten mahdollisuuden ohjata LED -valoja mikrokontrollerista. Aloitin Arduino nanon käytön ja tämä toimi hienosti, mutta halusin lisätä valoon lisää toiminnallisuutta ja tästä tuli yhä hankalampaa hakata Arduino -levylle. Siksi päätin luoda uuden mukautetun piirilevyn valon ohjaamiseksi.

Tässä on joitain ominaisuuksia, jotka lisäsin ohjainkorttiin.

• Nopeampi mikro -ohjain, jossa on enemmän ROM- ja RAM -muistia.
• Logiikkatasoinen FET, jonka avulla voin kytkeä LEDit päälle ja pois päältä maailmanlaajuisesti - hyödyllistä käynnistettäessä ja pienitehoisessa käytössä.
• Nopea puskuri muuntaa 3V3 -signaalin mikrokontrollerista 5V: ksi LEDien käyttämiseksi.
• Kytkin antaa käyttäjän ohjata valoa.
• Valotransistori - LEDien kirkkauden skaalaaminen ympäristön valon mukaan.
• Virtalähteen valvonta - jotta emme yrittäneet vetää enemmän virtaa kuin virtalähde voi tarjota.
• Bluetooth -liitin - HC05/HC06.
• WIFI -liitin - ESP8266.
• I2C -liitin.
• Tuleva laajennusliitin.

Levyn kaavio esitetään sekä ylempi ja alempi kuparikerros. Oheisessa BillOfMaterials -asiakirjassa luetellaan komponentit, jotka asensin ohjauspiirilevyyn.

Valoanturi on melko tärkeä suunnittelulle, koska WS2812B -LEDien kirkkaus voi saada nopeasti liikaa katseltavaa ja jopa tuskallista täydellä kirkkaudella. Valoanturin avulla LED -valo kirkastuu automaattisesti, mikä tarkoittaa, että näyttö on aina miellyttävä katsella. Elävä kirkkaassa auringonpaisteessa huoneessa ja silti mukava katsella yövalona pimeässä huoneessa.

Jälleen levyn rakentamiseen juotetahna levitettiin kaavaimella, komponentit asetettiin käsin pinseteillä ja leivottiin sitten luotettavassa leivänpaahtimessa.

Piirilevy saa virtansa 5 V: n tasavirtalähteestä, joka voi tulla joko suoraan verkkotyyppisestä virtalähteestä tai 2A: n USB -latauspistokkeesta.

Kuvassa on myös aiempi yritykseni käyttää Arduinoa.

Vaihe 3: 3D -tulostettu luuranko

Tein alun perin leluja käyttämällä laserleikattuja muovilevyjä hajottimina, mutta tämä jätti melko ruman raon jokaisen paneelin väliin. Päädyin 3D -tulostamaan ympäröivän hajottimen, koska näin sain luoda mukavan saumattoman kääreen kuudelle LED -piirilevylle. Se antoi minulle myös mahdollisuuden pienentää huomattavasti hajottajan paksuutta, mikä tarjoaa paljon terävämmän kokonaisnäytön.

Sisäisesti kuusi LED -piirilevyä pidetään yhdessä käyttämällä 3D -tulostettua luurankoa. Tämä luuranko menee näytön piirilevyjen eri M3 -reikiin pitäen ne mukavassa kuusikulmaisessa kuviossa.

3D -tulostetussa luuranossa on myös reikiä, joiden avulla ohjauspiirilevy voidaan asentaa lähelle laserleikattua paneelia, jolloin kytkin on saavutettavissa ja valoanturi saa hyvän lukeman ympäröivän valon tasosta.

Kun levyt ovat rungon ja hajottajan välissä, voin sitten juottaa levyt helposti yhteen virtaamalla juotetta piirilevyliitäntöjen välissä. Aloitan lisäämällä juotetta kauimpana olevaan tyynyyn ja kiertämällä sitten valoa reunallaan, jotta painovoima voi auttaa juotoksen virtaamisessa viereiseen tyynyyn. Toista nämä kolme liitäntää ja siirry sitten seuraavaan kortti -kortti -liitäntään. Kuudennella liitännällä piirilevyjen välillä kiinnitän vain virta- ja maadoituskiskot, jolloin datayhteys ei ole yhteydessä. Tämä tarjoaa kaksi pyöreää virtaa kullekin levylle kerätäkseen virransa samalla tavalla kuin rengaspää toimii talosi sisäisissä verkkojohdotuksissa.

3D -tulostinta käyttävät myös jotkut välikkeet, joiden avulla ylä- ja alalaserleikatut paneelit voidaan pitää kauniisti paikallaan.

3D -tulostintiedostot on suunniteltu Sketchupilla ja lähde on liitetty.

Vaihe 4: Laserleikattu ylä- ja alaosa

Laserleikatut osat ovat hyvin yksinkertaisia kuusikulmioita, joissa on reikiä kiinnitysruuveja varten.

Yläpaneelissa on pieni reikä valoanturille ja toinen suurempi reikä painokytkimelle. Pohjapaneelissa on reikä USB -virtajohdolle ja kaksi pientä reikää, joiden avulla sidehihnaa voidaan käyttää kaapelin vedonpoistoon.

Näiden osien piirustukset sisältyvät Sketchup -tiedostoon edellisessä vaiheessa.

Vaihe 5: Laiteohjelmisto

Valitsin PIC24FJ256GA702 -laitteen päämikro -ohjaimeksi, koska se toimii melko nopeasti jopa 32 MHz: n taajuudella käyttäen sisäistä oskillaattoriaan ja siinä on tonnia käytettävissä olevaa ohjelmamuistia ja RAM -muistia mukavien animaatioiden luomiseen.

Laiteohjelmiston kehittämiseen käytin Flowcodea, koska sen avulla voin simuloida ja debugata koodia mennessäni, mikä auttoi tuottamaan mukavan tehokkaan koodin, joka toimii suurella nopeudella. Flowcode on saatavana ilmaiseksi täysin avattuna 30 päivän ajan ja sen jälkeen voit ostaa tai kirjautua kokeiluun uudelleen. Sillä on myös mukava verkkoyhteisö, joka on valmis hakeutumaan ja auttamaan, jos törmään seiniin matkan varrella. Jos sanot tämän, kaikki ohjelmistot voidaan tehdä käyttämällä Arduino IDE: tä tai vastaavaa, menetät vain mahdollisuuden simuloida.

Ohjelmoin PICkit 3: n ohjelmoidaksesi PIC: n ohjauspiirilevylleni. Tämä voidaan integroida Flowcodeen, jotta se kääntää ja ohjelmoi PICkitin kautta yhdellä hiiren napsautuksella, kuten Arduinon latauspainike.

Valitsemassani mikrokontrollerissa ei ollut sisäistä EEPROMia, mikä oli aluksi ongelma, koska halusin tallentaa valitun animaatiotilan. Siinä oli kuitenkin käyttäjän ohjelmoitava flash -muisti, joten pystyin saavuttamaan tämän toiminnon liikenneympyrällä.

Luomani Flowcode -ohjelma on liitteenä. Ominaisuudet -ikkunassa voit valita käytettävän näyttökortin koon. eli 4x4 tai 8x8 ja tämä asettaa kuorman parametreja, kuten LEDien lukumäärää jne., jotka ohjaavat sitten erilaisia animaatioita niin, että yhtä ohjelmaa voidaan käyttää molemmissa näyttökokoissa.

Valon käyttöliittymä on melko yksinkertainen. Paina kytkintä alle kolme sekuntia ja valo siirtyy seuraavaan tilaan. Ennen jokaisen tilan alkua tilaindeksi näkyy jokaisessa LED -paneelissa. Paina kytkintä yli kolme sekuntia ja valo sammuu. Kytkimen painaminen uudelleen tuo valon takaisin päälle ja takaisin edelliseen valittuun tilaan. Virran katkeaminen valolle johtaa siihen, että valo jatkaa nykyistä toimintaansa, kun virta palautetaan, mukaan lukien päälle/pois -tila.

Tässä on erilaisia animaatiotiloja, joita valo voi tällä hetkellä tehdä nykyisen laiteohjelmiston kanssa.

1. Väri tahra - sekoitetut värit renkaissa
2. Elämän peli - Elämänmuotoon perustuva simulaatio
3. Pyörivä kuvio - Animoidut kuviot 2, 3 tai 4 väriä
4. Aaltogeneraattori - Värilliset siniaallot
5. Kiinteä väri - Kuusi yksittäistä väripaneelia
6. Varjo - Animoidut paneelin värit Kaikki/Yksittäiset
7. Majakka - Pyörivä yksipaneeli
8. Sormukset - animoidut vaakasuorat renkaat
9. Palo - Animoitu tulitehoste
10. Sade - Animoitu värillinen sadevaikutus
11. Ilotulitus - Animoitu värillinen ilotulitus
12. Vaihto - Animoitu vieritystehoste
13. Snake - Animoituja retrokäärmeitaisteluja
14. Käärmeet - Animoidut pyörivät käärmeet
15. Satunnainen - tilat 1-14, hidas siirtyminen (noin 60 sekuntia)
16. Satunnainen - tilat 1-14, nopea siirtyminen (noin 30 sekuntia)

Jokaisessa tilassa on yksi tai useampi satunnaistettu elementti, mukaan lukien animaation nopeus ja muut parametrit. Joissakin tiloissa on myös satunnaistettuja elementtejä, jotka voivat ajautua tai muuttua ajan myötä, jolloin animaatiot ovat dynaamisempia. Esimerkiksi tulipalossa on satunnaistettu määrä polttoainetta, joka lisätään jokaiseen sykliin. Tällä määrällä on kiinteät ylä- ja alarajat. Ajan myötä nämä rajat voivat kasvaa tai pienentyä, jolloin tulen voimakkuus täyttää näytön tai vajoaa vain alimpiin pikseleihin.

Vaihe 6: Yhteydet

Ohjauskortti on kytketty virtalähteeseen USB A -kaapelilla tai DC -liitäntäkaapelilla, joita molempia voi ostaa erittäin edulliseen hintaan esimerkiksi eBaystä.

Ohjauskortti on kytketty näyttökortin irrotamattomaan IN-liitäntään helppokäyttöisellä reunaliittimellä ja tavallisella 3-suuntaisella servonauhakaapelilla.

Laserleikatut ylä- ja alalevyt pidetään sitten paikallaan käyttämällä M3 -pannun pultteja ja M3 -kierrevälikkeitä.

Tulevat päivitykset

Mahdollisuus lisätä Bluetooth ja WIFI ohjauspaneelille mahdollistaa tulevat päivitykset, kuten animaatiopäivitykset ja älykkään integroinnin esimerkiksi Amazon Alexan kanssa verkkopalveluiden, kuten ITTT: n, kautta. Tämä on asia, jota parhaillaan tutkin.

Olisi mukavaa, jos voisit asettaa lampun värin, animaatiotilan tai jopa näyttää tekstiviestin vain puhumalla älykkäälle avustajalle.

Kiitos, että katsoit rakennustani, ja toivon, että olen inspiroinut sinua seuraamaan jalanjälkiäni tai luomaan jotain vastaavaa.

Make it Glow -kilpailun toinen sija