Musiikki -vuorovaikutteinen pulloteline, jossa on säädettävät valot: 14 vaihetta

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

Jonkin aikaa sitten eräs ystäväni tilasi 16-bittisen LED-renkaan taivuttamaan, ja samalla hän sai idean sijoittaa pullon sen päälle. Kun näin sen, olin hämmästynyt pullon valaisevan valon ulkonäöstä ja muistin Hackadayn käyttäjän Tobias Blumin mahtavan projektin "Mc Lighting":

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Yksi hänen projektinsa osa oli ohjata WS2812-LED-valoja itse kirjoitetun web-käyttöliittymän kautta ilman ulkoisen palvelun käyttöä. Hänen lähestymistapansa LED-renkaan ohjaamiseen innoittamana päätin yhdistää nämä kaksi ideaa ja tuoda ne seuraavalle tasolle. Mielessäni minulla oli pulloteline jopa kolmeen pulloon, jota voit ohjata paikallisen verkkosivun kautta, jossa on useita salamoita tilat, mukaan lukien ne, jotka ovat vuorovaikutuksessa ympäristömusiikin kanssa. Kannettavan laitteen luomiseksi se saa virtansa litiumioniakkuista.

Tässä ohjeessa käyn läpi rakennusprosessin ja opetan sinulle sen taustalla olevan toiminnon. Jälkeenpäin sinun pitäisi pystyä rakentamaan oma versio ja sinulla on idea siitä, kuinka lisätä web -ohjaus projektiin ilman ulkoista palvelua.

Vaihe 1: Rakennusvaihtoehdot

Mitä tulee tämän projektin elektroniikkaan, voit joko käyttää NodeMCU-levyä, joka on helppokäyttöinen ja melko halpa, tai voit rakentaa oman levyn kuten minä. Siitä ei ole erityistä hyötyä, minulla oli vain ESP8226-12E-siru makaamassa ja päätin käyttää sitä, jotta voisin pitää NodeMCU-levyn nopeaa prototyyppiä varten. On vain yksi merkittävä ero: tarvitset 3,3 V: n USB-sarjalevyn ohjelmoidaksesi itse valmistetun ohjainkortin. Siitä huolimatta, että sillä ei ole väliä, minkä tyyppisen valitset, pidä se mielessä, kun kyse on tarvittavista osista.

On kuitenkin vaihtoehto, jolla on suuri ero: musiikkitila. Jos päätät sisällyttää sen, pullotelinettä voidaan käyttää VU-mittarina ja se voi lisäksi muuttaa LED-valojen väriä aina, kun musiikin basso saavuttaa tietyn kynnyksen. Tämä vaatii kuitenkin lisälaitteistoa. Sinun on rakennettava vahvistin, joka vahvistaa lauhduttimen mikrofonikapselin lähtöä ja alipäästösuodattimen bassotaajuuksille. Vaikka tämä saattaa kuulostaa vaikealta, se ei todellakaan ole sitä. Se ei vaadi erityisiä osia, ja suosittelen vahvasti tämän piirin sisällyttämistä, koska se parantaa laitetta melko paljon.

Vaihe 2: Tarvittavat osat ja materiaalit

Tapaus:

Ehkä hankkeen vaikein osa on tämä. Kun halusin kokeilla jotain uutta, päätin käyttää 18 mm paksuja MDF -levyjä ja maalata ne. Verrattuna muihin puulajeihin/-materiaaleihin MDF -levyllä on se etu, että sen pinta voidaan hioa erityisen sileäksi ja siksi sen maali voi näyttää erittäin kiiltävältä. Lisäksi tarvitset 4 mm paksun akryylilasin LED -renkaiden suojukseksi.

Kotelon pituus on 33 cm ja leveys 9 cm, joten suosittelen levyä, jonka mitat ovat seuraavat:

MDF-levy 400 x 250 x 18 mm

LED-rengaskansien halkaisija on noin 70 mm, joten akryylilasilevylläsi on oltava vähintään seuraavat mitat:

Akryylilevy 250 x 100 x 4 mm

Maalaukseen käytin 125 ml valkoista akryylimaalia ja 125 ml kiiltävää kirkasta lakkaa. Lisäksi suosittelen käyttämään vaahtotelaa, koska sen avulla voit levittää maalin tasaisemmin. Hiontaosassa käytin hiekkapaperiarkkia, jonka karkeus oli 180, toisessa 320 ja toisessa 600.

Elektroniikka:

Elektroniikkaa varten tarvitset kolme 16-bittistä WS2812-LED-rengasta. Ole vain varovainen, koska löysin kahdenlaisia 16-bittisiä LED-renkaita, tarvitset niitä, joiden halkaisija on suurempi (noin 70 mm) ja siksi LED-valojen välinen suurempi aukko.

Virtalähteeseen tarvitset litiumioniakun, vastaavan laturin ja kytkimen. Lisäksi tarvitset 3,3 V: n jännitteensäätimen, jolla on alhainen katkaisujännite (LDO) ja kaksi kondensaattoria mikrokontrollerin virransyöttöön. Selitän, miksi tarvitset LDO -säätimen vaiheessa 7.

Jos päätät rakentaa valinnaisen musiikkivahvistimen ja suodatinpiirin, tarvitset Op-vahvistimen ja joitain passiivisia komponentteja. Ja jos päätät luoda oman ohjausyksikön, tarvitset ESP -sirun, murtokortin, joitain vastuksia, painikkeen ja joitain nastoja.

Ja suosittelen voimakkaasti palaa lautaa juottamaan kaiken sen päälle.

LED-rengas

3,7 V: n litiumionikenno (pelastin yhden TW18650-tyypin käyttämättömästä akusta)

Li-Ion laturi

Kytkin (ei mitään erikoista, käytin vanhaa, jonka pelasin rikkoutuneesta kaiutinsarjasta)

LDO -jännitesäädin (lisäksi taulukossa mainitut kondensaattorit: 2 x 1uF keraaminen kondensaattori)

perfboard

Musiikkipiiri (valinnainen):

Kaavion mukaan

Mikro -ohjain:

NodeMCU

ESP8266 12E (sovitinlevy, painike, vastukset ja nastat kaavion mukaan)

USB-sarja (tarvitaan itse valmistetun ohjainkortin ohjelmointiin, jos sinulla on jo sellainen, sinun ei tarvitse hankkia toista)

Vaihe 3: Kotelon jyrsintä

Ystäväni rakensi itselleen MP-CNC: n ja oli niin ystävällinen jyrsimään minulle kaksi MDF-osaa ja kolme akryylirengasta. Puiset osat ovat pillerinmuotoisen laatikon ylä- ja alaosa. Laatikon päällä on kolme paikkaa LED-renkaille ja niiden akryylipeitteille. Koska nämä syvennykset on suunniteltu vain murto -osaa suuremmiksi kuin piirilevyt, ne sopivat ja istuvat paikoilleen ilman liimaa tai ruuveja. Sama koskee akryylipäällysteitä. Koska niiden halkaisija on suurempi kuin LED-renkaiden, ne sijoitetaan LED-valojen yläpuolelle (katso kuva).

Vaihe 4: Viimeistele asia

Olet ehkä huomannut, että juuri nyt puuttuu useita asioita hiottuun tapaukseen. Esimerkiksi renkaan kaapeleiden reiät, reikä USB -liittimelle ja tasku akulle. Lisäksi, jos päätät sisällyttää musiikkipiirin, tarvitaan myös reikä mikrofonille. Lisäksi suosittelen poraamaan reikiä LED-renkaiden alle, jotta voit työntää ne ulos kotelosta. Käytin pyörivää hiontatyökalua edellä kuvattujen reikien lisäämiseen.

Kolmannessa kuvassa näkyy renkaan "huolto" ja kaapelin reiät. Kuten ehkä jo huomasit, tein kaksi kaapelireikää. Tämä ei ollut tarkoituksella. Tämä oli varhaisessa vaiheessa, kun luulin, että renkaiden kulmilla ei olisi merkitystä, mutta ne eivät ole. Asenna kaikki kolme kaapelilla samalle puolelle. Päätin asentaa ne edestä päin.

Tärkeää: Käytä aina pölynaamaria, kun sahaat, porat tai jyrsit MDF -levyä. Sama koskee sen hiontaa.

Vaihe 5: Kotelon viimeistely

Nyt kotelo on maalattu. Ennen kuin teet tämän, suosittelen katsomaan tai lukemaan tästä opetusohjelman, koska tämä osoittautui vaikeammaksi kuin luulin sen olevan. Tämä kattaa kaiken, mitä sinun tarvitsee tietää aiheesta.

Hio ensin MDF -osien ulkopinnat huolellisesti. Käytin tähän hiomapaperia 160. Tämän jälkeen monet opetusohjelmat suosittelevat pinnan tiivistämistä erityisesti reunoilla erityisellä MDF -pohjamaalilla. Ohitin tämän osan, koska pohjamaali on melko kallis, ja vaikka tulos ei ole niin hyvä kuin se olisi voinut, tekisin sen uudelleen.

Tämän jälkeen voit aloittaa pinnan maalaamisen haluamallasi värillä. Päätin maalata omani kirkkaan valkoiseksi. Odota, kunnes väri kuivuu, hio se sitten hienolla hiekkapaperilla (käytin karkeutta 320), pyyhi se pois ja levitä seuraava kerros väriä. Toista tämä prosessi, kunnes olet tyytyväinen värin sameuteen. Laitoin neljä kerrosta väriä.

Viimeisen värikerroksen jälkeen hio se vielä hienommalla hiekkapaperilla kuin ennen (minun tapauksessani karkeus 600) ja poista kaikki pinnalle jäänyt pöly. Tämän jälkeen voit levittää kiiltävän kirkaslakan ensimmäisen kerroksen. Kuten värin kohdalla, levitä niin monta kerrosta kuin haluat tyydyttääksesi. Käytin kolmea ylhäällä ja sivuilla ja kaksi pohjalla. Tuloksen näet yhdestä kuvasta. Vaikka pinta voisi olla tasaisempi (enemmän hiomista ja MDF -pohjamaalia), olen tyytyväinen saavutettuun kiiltovaikutukseen.

Vaihe 6: Renkaiden valmistelu

Ensimmäisen värikerroksen kuivausprosessin rinnalla voit hioa akryylilasirenkaat. Tämän jälkeen nämä renkaat hajauttavat LED-renkaiden lähettämän valon. Tästä huolimatta havaitsin, että näiden renkaiden piirilevyissä on joitain ei -toivottuja reunoja jäljellä tuotantoprosessista, joten sinun on ehkä poistettava sorvaus. Muuten ne eivät sovi koteloon.

Jälkeenpäin johdot on juotettava renkaisiin. Suosittelen joustavan langan käyttöä. Käytin jäykkää ja minulla oli ongelma, että he työnsivät kotelon kaksi osaa erilleen, mikä vaati rumaa taivutusta. Lisäksi jäykkä lanka katkeaa todennäköisemmin, mikä johtaa ilkeään juotosprosessiin, koska sinun on saatava vastaava rengas ja ohjainkortti kotelosta.

Vaihe 7: Virtalähde

Virtalähteenä käytetään yhtä litiumioniakkua. Se ladataan latauspiirin kautta. Tässä piirissä on ylikuormitus- ja ylivirtasuoja. Laitteen sammuttamiseksi on sisäänrakennettu kytkin, joka keskeyttää latauslevyn positiivisen lähdön.

Koska akkukennon enimmäisjännite on 4,2 V, ESP8266 ei voi saada virtaa suoraan. Jännite on liian korkea 3,3 V: n mikrokontrollerille, koska se kestää vain 3,0 - 3,6 V: n jännitteet. LDO (low dropout) -jännitesäädin on jännitesäädin, joka toimii myös silloin, kun tulojännite on lähellä määritettyä lähtöjännitettä. Joten, katkaisujännite 200 mV 3,3 V: n LDO: lle tarkoittaa, että se antaa 3,3 V: n niin kauan kuin tulojännite on yli 3,5 V. Kun se alittaa tämän arvon, lähtöjännite alkaa laskea. Koska ESP8266 toimii 3,0 V: n jännitteillä, se toimii, kunnes LDO: n tulojännite laskee noin 3,3 V: iin (laskeutuminen ei ole lineaarista). Näin voimme ohjata ohjainta akkukennon kautta, kunnes se on täysin tyhjä.

Vaihe 8: Mikrokontrollerikortti

Jos käytät NodeMCU-korttia, tämä vaihe on melko yksinkertainen. Liitä vain 3,3 V: n lähtö ja virtalähteen maadoitus johonkin 3 V: n ja G: n liittimistä. Lisäksi suosittelen juottamaan levyn pahvilevylle, koska se helpottaa kaiken liittämistä.

Jos olet päättänyt rakentaa oman ohjainkortin, ensimmäinen askel on juottaa ESP -siru sovitinlevyyn. Lisää sen jälkeen kaikki komponentit ja liitännät kaavion mukaisesti. Kaksi painiketta tarvitaan ohjaimen nollaamiseen ja vilkkumiseen. Saatat huomata seuraavissa kuvissa, että käytän vain yhtä painiketta. Syy tähän on se, että löysin juuri yhden makaamassa, joten käytän GPIO0 -painikkeen sijasta kahta nastaa ja hyppääjää.

Näet valmis piirini seuraavassa vaiheessa.

Vaihe 9: Musiikkipiiri (valinnainen)

Musiikin sisääntulona käytetään yksinkertaista kondensaattorimikrofonin kapselia. Se saa virtaa virranrajoitusvastuksen kautta, joka on kytketty 3,3 V: n virtakiskoon. Lyhyesti sanottuna kapseli toimii kuin kondensaattori, joten kun ääniaalot osuvat kalvoon, sen kapasiteetti ja analoginen jännite muuttuvat. Tämä jännite on niin alhainen, että tuskin voimme mitata sitä ESP: n analogisesta digitaalimuuntimeen (ADC). Tämän muuttamiseksi vahvistamme signaalin Op-vahvistimella. Vahvistettu lähtöjännite suodatetaan sitten ensimmäisen kertaluvun passiivisella alipäästösuodattimella, jonka rajataajuus on noin 70 Hz.

Jos päätät käyttää NodeMCU-korttia, voit liittää edellä kuvatun piirin lähdön levyn A0-napaan. Jos haluat rakentaa oman ohjainkortin, sinun on lisättävä piiriin jännitteenjakaja. Syynä tähän ovat ADP: n ESP: t, joiden suurin tulojännite on 1 V. NodeMCU: ssa on tämä jännitteenjakaja jo sisäänrakennettu, joten jotta koodi ja vahvistin toimisivat molemmilla levyillä, myös itse tehty yksi tarvitsee sitä.

Vaihe 10: Viimeistele ja asenna elektroniikka

Aseta ensin LED-renkaat kotelon yläosassa oleviin syvennyksiin. Liitä sen jälkeen virtalähde, mikro -ohjain, renkaat ja, jos olet rakentanut sen, vahvistinpiiri kaavion mukaisesti.

Varoitus: Ennen kuin teet niin, tarkista, onko virta katkaistu virtakytkimellä. Unohdin tehdä niin ja paistoin LDO -säätimen juotettaessa. Tämän jälkeen olet valmis asentamaan elektroniikan kotelon sisään.

Aloitin kiinnittämällä akkukennon koteloon kuumalla liimalla. Sen jälkeen laitoin virtapiirin paikalleen ja tarkistin, voinko kytkeä USB -kaapelin. Koska en luottanut siihen, että kuuma liima kestää kaapelin työntämisen voimaa useita kertoja, lyön varovasti ohuita nauloja laturin juotoslevyjen kautta syöttöjännitteelle. Laturin jälkeen liimasin mikrofonikapselin paikalleen.

Myöhemmin käytin joitakin taivutettuja langan tappeja mikro -ohjaimen kiinnittämiseen. Tämän menetelmän avulla voin ottaa ohjaimen pois kotelosta korjattavaksi aina, kun tarvitsen, ilman tarvetta leikata kuumaliimaa ja pilata MDF.

Nyt käytin johtojen kiinnittämiseen joitain nippusiteitä ja taivutettuja langatappeja. Viimeinen asia on laittaa akryyliset peiterenkaat. Ole varovainen tehdessäsi niin, ettet vahingoita maalia, koska tämä on melko tiukka istuvuus. Saatat jopa pienentää akryylirenkaiden sisä- ja/tai ulkohalkaisijaa, kun MDF -levy imee jonkin verran maalia ja siten syvennykset ovat pienentyneet.

Vaihe 11: Mikro -ohjaimen vilkkuminen

Laitteiston rakentamisen päätyttyä jäljellä on vain ohjelmiston vilkkuminen. Käytin siihen Arduino IDE: tä. Mutta ennen kuin voit ohjelmoida ohjaimen, sinun on lisättävä joitain kirjastoja ja valittava oikea levy.

Kirjastot

Voit joko lisätä niitä IDE -kirjastojen hallintaan (Luonnos -> Sisällytä kirjastot -> Mange -kirjastot) tai ladata tai siirtää ne IDE -kirjastokansioosi. Suosittelen ylläpitäjää, koska se on kätevämpää, ja sieltä löydät kaikki tarvittavat kirjastot.

Kristijan Novoselicin DNS -palvelin (tarvitaan WiFiManagerille)

WiFiManager by tzapu ja tablatronix (avaa AP: n, johon voit syöttää paikallisen WiFi -tunnuksesi)

Markus Sattlerin WebSockets (tarvitaan käyttäjän ja laitteen väliseen viestintään)

Adafruit Adafruit NeoPixel (tarvitaan LED-renkaiden ohjaamiseen)

Hallitus

Riippumatta siitä, minkä tyyppistä ohjainkorttia valitsit käyttää, valitse Työkalut -> Taulu -kohdasta NodeMCU 1.0 (ESP -12E -moduuli). Varmista, että salaman koko on 4M (1M SPIFFS) ja latausnopeus 115200.

Vilkkuu

Jos haluat salata NodeMCU-kortin, liitä se tietokoneeseen, valitse oikea portti ja lataa ohjelma. Liitä USB -sarjamuunnin kortin kolmeen nastaan. Yhdistä GND ja GND, RX ja TX sekä TX ja RX. Siirry ohjaimen salamatilaan käynnistämällä se uudelleen RST-painikkeella ja pitämällä samalla GPIO0-painiketta painettuna. Varmista sen jälkeen, että muunninkorttisi on asetettu arvoon 3.3V. Viimeistele prosessi lataamalla ohjelma.

Tärkeää: Käynnistä laite ennen vilkkumista.

Vaihe 12: Lataa verkkosivu

Verkkosivulle tarvittavat tiedostot tallennetaan mikro -ohjaimien flash -muistiin. Ennen ensimmäistä käyttöä ne on ladattava manuaalisesti. Tätä varten kytke laitteeseen virta (ehkä sinun on ensin ladattava se). LEDien pitäisi palaa punaisina (kamerani vuoksi tämä näyttää oranssilta kuvassa), mikä tarkoittaa, että pulloteline ei ole yhteydessä verkkoon. Lyhyen ajan kuluttua WiFi -tukiaseman, jonka nimi on "bottleStandAP", pitäisi avautua. Oletussalasana on "12345678", voit vaihtaa sen ino -tiedostossa. Liitä älypuhelin/tabletti/kannettava tietokone siihen. Ilmoituksen pitäisi avautua ja ohjata sinut verkkosivulle. Jos mitään tällaista ei tapahdu, avaa selain ja kirjoita 192.168.4.1. Napsauta tällä sivulla Määritä WiFi ja kirjoita verkkotietosi. Tämän jälkeen tukiaseman pitäisi sulkeutua ja LEDit muuttavat värinsä vaaleansiniseksi. Tämä tarkoittaa, että laite on muodostanut yhteyden verkkoon.

Nyt sinun on määritettävä laitteiden IP -osoite. Voit tehdä sen kytkemällä sen tietokoneeseen, avaamalla Arduino IDE: n sarjamonitorin (baudinopeus on 115200) ja käynnistä laite uudelleen. Vaihtoehtoisesti voit avata WiFi-reitittimen verkkosivun. Kun tiedät laitteen IP -osoitteen, avaa selaimesi ja kirjoita xxx.xxx.xxx.xxx/upload (jossa xs tarkoittaa alaosan IP -osoitetta). Pura tiedostot.rar -tiedostosta ja lataa ne kaikki. Kirjoita sen jälkeen vain laitteen IP -osoite ja ohjaussivun pitäisi avautua. Ja siihen mennessä olet lopettanut oman pullotelineen rakentamisen. Onnittelut!

Vaihe 13: Verkkosivu

Verkkosivun avulla voit hallita pullotelineesi. Kun avaat pääsivun, näet kolme sinistä ympyrää yläreunassa. Näiden avulla voit valita, minkä renkaan asetuksia haluat muuttaa. Väripyörä muuttaa valittujen renkaiden väriä, kun napsautat sitä. Alla oleva kenttä näyttää valitsemasi värin. Painamalla satunnaispainiketta, valitut soittoäänet asetetaan satunnaiseen väritilaan. Tämä tarkoittaa, että väri muuttuu aina, kun hengitystilan sykli on ohi.

Toisella sivulla voit valita eri tilat. Kiinteät värit ja kiinteä kirkkaus tekevät täsmälleen sen, mitä nimi tarkoittaa. Hengitystila luo "hengityksen" vaikutuksen, mikä tarkoittaa, että renkaiden kirkkaus kasvaa mukautetun ajan aikana maksimiinsa ja laskee sitten minimiinsä. Syklitilassa syttyy vain yksi LED tietyn ajan, syttyy sitten seuraava, sitten seuraava ja niin edelleen. Musiikkikynän tila vaihtaa väriä aina, kun mikrofoni havaitsee signaalin, joka on korkeampi kuin mukautettu kynnys. Ei vain musiikki voi laukaista tämän, esimerkiksi taputus voi myös. VU -mittaritilassa syttyvien merkkivalojen määrä riippuu musiikin basson äänenvoimakkuudesta.

Huomaa: Voit käyttää viivaimia aktivoimatta vastaavia tiloja. Esimerkki: Jos käytät syklitilaa ja muutat kirkkautta kiinteän kirkkauden viivaimen avulla, renkaat pysyvät syklitilassa, mutta muuttavat kirkkautta asettamasi mukaisesti.

Vaihe 14: Miten tämä kaikki toimii?

Toimintaperiaate on melko helppo ymmärtää. Aina kun avaat verkkosivun, ESP8266 lähettää verkkotiedostot laitteellesi. Sitten kun muutat jotain sivulla, erikoismerkki, jota seuraa enimmäkseen kokonaisluku, lähetetään mikrokontrolleriin websocket -yhteyden kautta. Ohjain käsittelee nämä tiedot ja vaihtaa valot vastaavasti.

Web -osa on kirjoitettu html-, css- ja javascript -muodossa. Tämän tehtävän helpottamiseksi tein meille Materialize CSS -kehyksen ja jQueryn. Jos haluat muuttaa verkkosivuston ulkoasua, tutustu kehyksen dokumentaatioon. Vaihtoehtoisesti voit kirjoittaa oman sivusi ja ladata sen. Sinun on vain muodostettava websocket -yhteys ja lähetettävä samat tiedot.