Svetlo animovanej nálady a nočné svetlo: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Keďže som bol fascinovaný hranicou posadnutosti svetlom, rozhodol som sa vytvoriť výber malých modulárnych dosiek plošných spojov, ktoré by bolo možné použiť na vytváranie svetelných displejov RGB akejkoľvek veľkosti. Po vyrobení modulárnej dosky plošných spojov som prišiel na myšlienku usporiadať ich do šesťuholníka a vytvoriť tak 3D displej, ktorý by bolo možné použiť na vytvorenie čohokoľvek od jednoduchého nočného svetla do spálne až po náladové svetlo, ktoré by nebolo príliš vhodné na sedenie na stole. v luxusnej reštaurácii.

Samozrejme, pomocou rovnakých princípov bolo možné vytvoriť aj iné tvary.

Tu sú niektoré z animácií, ktoré momentálne bežia na svetle.

• Oheň
• Dážď
• Had (Retro)
• Hra o život
• Oscilácie priebehov
• Maják
• Točiace sa vzory (holičstvo)

Svetlo je v súčasnej dobe vyrábané v dvoch veľkostiach - Small (96 LED) a Large (384 LEDs), ale toto je možné podľa potreby zväčšiť.

Zásoby

LED WS2812B - AliExpress

DPS - ALLPCB

3 mm čierny laserom rezaný plast - dodávateľ plastových fólií

Biele vlákno pre 3D tlač - Amazon

Elektronické súčiastky - Farnell / Newark

Skrutky M3 a závitové medzikusy - Amazon

Spájkovačka

Toaster Oven - Zostava komponentov na povrchovú montáž

Krok 1: Panelové PCB

Na začiatku cesty som chcel sériu malých plošných spojov, ktoré by mohli obsahovať niekoľko LED pixelov a ktoré by sa dali spojiť veľmi jednoduchým spôsobom bez potreby ďalších káblov alebo konektorov. Vymyslel som veľmi jednoduchý dizajn, ktorý umožňoval vzájomné prepojenie LED diód WS2812B a následné odovzdanie reťaze do ďalšej dosky plošných spojov.

Vytvoril som tri PCB s nasledujúcimi rozmermi pixelov.

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

V tomto projekte sú na výrobu svetiel použité iba dosky 4x4 a 8x8.

LED diódy sú usporiadané v mriežke 9 mm v rozmeroch X aj Y, ktorá je pomerne tesná, ale poskytuje dostatok priestoru na prácu, keď sa vezmú do úvahy hranové konektory dosky plošných spojov. Dosky plošných spojov sú vytvorené tak, aby pri spojení bola zachovaná mriežka LED 9 mm. DPS sú jednoducho spojené dohromady prúdením spájky z jednej dosky na druhú.

Každá LED dióda má vlastný 100nF kondenzátor na elektrické odpojenie a na pomoc dodanie prúdu do LED na požiadanie.

Zobrazená je schéma dosky 4x4 pixelov doplnenej vrchnou medenou a spodnou medenou vrstvou na ilustráciu rozloženia LED a rozloženia okrajových konektorov. Na hodvábnu obrazovku boli pridané značky, aby bolo zrejmé, akým smerom sa prenášajú údaje medzi konektormi.

Dosky sú tiež vybavené montážnymi otvormi M3 s rozstupom 18 mm x 18 mm, aby sa zjednodušila montáž a posilnili prepojenia medzi doskami.

Pridanie laserom rezaného 3 mm mliečneho bieleho akrylového plechu, ako je znázornené na obrázku, poskytuje LED príjemný rozptýlený efekt.

Dosky boli vyrobené nanesením spájkovacej pasty na spodné medené podložky na povrchovú montáž pomocou šablóny. Potom som komponenty umiestnil na dosku a skontroloval správnu orientáciu, než upečiem v hriankovači, aby prúdila spájka. Tento typ DIY nízkonákladovej výroby DPS som pokryl v niekoľkých svojich ďalších zostavách Instructables.

Varovanie - NEPOUŽÍVAJTE žiadnu rúru na varenie PCB na potraviny, pretože to môže viesť ku kontaminovaným potravinám. Na eBay som dostal svoju hriankovačovú rúru na PCB za 10 libier (15 dolárov).

Krok 2: Ovládajte DPS

Keď sú LED diódy hotové, chcel som mať možnosť ovládať LED diódy pomocou mikrokontroléra. Začal som používať nano Arduino a fungovalo to skvele, ale chcel som do svetla pridať ďalšie funkcie a bolo čoraz ťažšie preniknúť na dosku Arduino. Preto som sa rozhodol vytvoriť ďalší vlastný PCB na ovládanie svetla.

Tu sú niektoré z funkcií, ktoré som pridal na svoju dosku ovládača.

• Vysokorýchlostný mikrokontrolér s väčšou pamäťou ROM a RAM.
• Logická úroveň FET, ktorá mi umožňuje globálne zapínanie a vypínanie diód LED - užitočné pri zapnutí a prevádzke s nízkym výkonom.
• Vysokorýchlostná vyrovnávacia pamäť na prevod signálu 3V3 z mikrokontroléra na 5V na pohon LED diód.
• Prepínač umožňuje používateľovi ovládať svetlo.
• Fotografický tranzistor - na úpravu jasu LED diód tak, aby zodpovedali úrovni okolitého svetla.
• Monitorovanie napájania - aby sme sa ubezpečili, že sme sa nepokúšali zapojiť viac prúdu, ako môže napájací zdroj poskytnúť.
• Bluetooth konektor - HC05/HC06.
• WIFI konektor - ESP8266.
• I2C konektor.
• Budúci rozširujúci konektor.

Je znázornená schéma dosky a horná a dolná medená vrstva. Priložený dokument BillOfMaterials uvádza zoznam komponentov, ktoré som namontoval na riadiacu dosku plošných spojov.

Svetelný senzor je pre dizajn dosť dôležitý, pretože jas LED diód WS2812B sa môže veľmi rýchlo pozerať príliš často na pohľad a dokonca je bolestivý pri plnom jase. Vďaka svetelnému senzoru sa jas LED automaticky upraví, čo znamená, že na displej je vždy príjemný pohľad. Živé v jasne slnečnej miestnosti a napriek tomu pohodlné na sledovanie nočného svetla v tmavej miestnosti.

Na stavbu dosky bola spájkovacia pasta opäť nanesená pomocou šablóny, súčiastky umiestnené ručne pinzetou a potom upečené v mojej dôveryhodnej hriankovači.

Doska plošných spojov je napájaná zdrojom 5 V DC, ktorý môže byť napájaný buď priamo z napájacieho zdroja, alebo z 2A zásuvky USB.

Tiež je zobrazený môj predchádzajúci pokus o použitie Arduina.

Krok 3: 3D tlačená kostra

Pôvodne som sa pohrával s používaním laserom rezaných plastových fólií ako difúzorov, ale medzi každým z panelov to zanechalo dosť škaredú medzeru. Skončil som 3D tlač okolitého difuzéra, pretože mi to umožnilo vytvoriť pekný bezšvíkový obal pre šesť LED PCB. Tiež mi to umožnilo výrazne znížiť hrúbku difuzéra, čo poskytuje oveľa ostrejšie celkové zobrazenie.

Vnútorne je šesť LED PCB držaných pohromade pomocou 3D vytlačenej kostry. Táto kostra prechádza do rôznych otvorov M3 na PCB displeja a drží ich v peknom šesťuholníkovom vzore.

3D tlačená kostra má tiež otvory, ktoré umožňujú namontovanie riadiacej dosky plošných spojov v blízkosti horného panelu rezaného laserom, čo umožňuje prístup k prepínaču a svetelnému senzoru dobré čítanie úrovne okolitého svetla.

S doskami v polohe medzi kostrou a difúzorom potom môžem dosky ľahko spájkovať prúdením spájky medzi spojovacími doskami DPS. Začnem pridaním spájky na najvzdialenejšiu podložku a potom otočím svetlo na jej okraji, aby gravitácia pomohla pri prúdení spájky na priľahlú podložku. Opakujte pre tri pripojenia a potom sa presuňte na ďalšie pripojenie doska k doske. Pri šiestom spojení medzi doskami plošných spojov pripájam iba napájaciu a uzemňovaciu lištu, pričom dátové pripojenie je nepripojené. To poskytuje dve kruhové prúdové cesty pre každú dosku na zber ich energie podobne, ako funguje kruhová sieť pre vnútorné sieťové vedenie vášho domu.

3D tlačiareň používa aj rozpery, ktoré umožňujú držanie horného a dolného panelu rezaného laserom pekne na svojom mieste.

Súbory 3D tlačiarne boli navrhnuté pomocou programu Sketchup a zdroj je pripojený.

Krok 4: Laserom vyrezaný vrch a spodok

Laserom rezané diely majú veľmi jednoduché šesťhranné tvary s otvormi na správnom mieste pre montážne skrutky.

Horný panel má malý otvor pre svetelný senzor a ďalší väčší otvor pre tlačidlový spínač. Spodný panel má otvor pre napájací kábel USB a dva malé otvory, ktoré umožňujú použitie sťahovacej pásky, ktorá káblu odľahčí.

Výkresy pre tieto časti sú zahrnuté v súbore Sketchup v predchádzajúcom kroku.

Krok 5: Firmvér

Ako hlavný mikrokontrolér som si vybral zariadenie PIC24FJ256GA702, pretože pomocou vnútorného oscilátora beží pomerne rýchlo až na frekvencii 32 MHz a má veľa dostupnej programovej pamäte a pamäte RAM na vytváranie pekných animácií.

Na vývoj firmvéru som použil Flowcode, ktorý mi umožnil simulovať a ladiť kód za pochodu, čo pomohlo vytvoriť pekný efektívny kód, ktorý beží vysokou rýchlosťou. Flowcode je k dispozícii bezplatne odomknutý na 30 dní a potom sa môžete rozhodnúť kúpiť alebo sa jednoducho znova prihlásiť do skúšobnej verzie. Má tiež príjemnú online komunitu, ktorá je ochotná zapojiť sa a pomôcť, ak narazím na akékoľvek múry. Ak by ste povedali, že všetok softvér je možné vytvoriť pomocou Arduino IDE alebo podobného, stratili by ste schopnosť simulovať.

Použil som PICkit 3 na programovanie PIC na doske mojej riadiacej dosky plošných spojov. Toto môže byť integrované do Flowcode, takže kompiluje a programy prostredníctvom PICkitu jediným kliknutím myši, podobne ako tlačidlo sťahovania v Arduine.

Mikrokontrolér, ktorý som si vybral, nemal vstavanú EEPROM, čo bol spočiatku problém, pretože som chcel uložiť aktuálne zvolený režim animácie. Mal však užívateľsky programovateľnú flash pamäť, a tak som bol schopný dosiahnuť túto funkciu kruhovým objazdom.

Priložený je program Flowcode, ktorý som vytvoril. Okno vlastností vám umožňuje vybrať veľkosť použitej zobrazovacej dosky. tj 4x4 alebo 8x8 a tým sa nastaví množstvo parametrov, ako je počet LED diód atď., ktoré potom riadia rôzne animácie, takže je možné použiť jeden program na obidve veľkosti displeja.

Užívateľské rozhranie svetla je pomerne jednoduché. Stlačte vypínač na menej ako tri sekundy a svetlo sa prepne do nasledujúceho režimu. Pred každým režimom sa na každom paneli LED zobrazí zoznam režimov. Stlačte vypínač na viac ako tri sekundy a svetlo sa vypne. Ďalším stlačením spínača sa svetlo opäť rozsvieti a vráti sa do predchádzajúceho zvoleného režimu. Strata napájania svetla spôsobí, že po obnovení napájania svetlo obnoví svoju súčasnú činnosť, vrátane stavu zapnutia/vypnutia.

Tu sú rôzne režimy animácie, ktoré svetlo v súčasnosti môže vykonávať s týmto firmvérom.

1. Farebný náter - zmiešané farby v krúžkoch
2. Hra o život - simulácia založená na životnej forme
3. Točiace sa vzory - animované vzory s 2, 3 alebo 4 farbami
4. Generátor vĺn - farebné sínusové vlny
5. Opravená farba - Šesť jednotlivých panelov otáčania farieb
6. Shade - Animované farby panelov Všetky/Individuálne
7. Maják - otočný jeden panel
8. Krúžky - Animované horizontálne prstene
9. Fire - Animovaný efekt ohňa
10. Dážď - Animovaný efekt farebného dažďa
11. Fireworks - Efekt animovaného farebného ohňostroja
12. Radenie - efekt animovaného posúvania
13. Snake - Animované retro hadie bitky
14. Hady - Animované rotujúce hady
15. Náhodné - režimy 1 až 14 s pomalým prechodom (približne 60 sekúnd)
16. Náhodné - režimy 1 až 14 s rýchlym prechodom (približne 30 sekúnd)

Každý režim má jeden alebo viac náhodných prvkov vrátane rýchlosti animácie a ďalších parametrov. Niektoré režimy obsahujú aj randomizované prvky, ktoré sa môžu v priebehu času unášať alebo meniť, čo umožňuje dynamickejšie animácie. Napríklad oheň má randomizované množstvo paliva, ktoré sa pridáva do každého cyklu, pričom toto množstvo má stanovené horné a dolné limity. Časom sa tieto limity môžu zvýšiť alebo znížiť, čo umožní, aby intenzita ohňa vyplnila obrazovku alebo klesla len na niekoľko dolných pixelov.

Krok 6: Pripojiteľnosť

Riadiaca doska je pripojená k zdroju napájania pomocou kábla USB A alebo DC zásuvky, ktoré je možné zakúpiť za veľmi nízke ceny na webových stránkach, ako je eBay.

Riadiaca doska je pripojená k nepripojenej zásuvke IN na doske displeja pomocou prístupného konektora na hrane a štandardného trojsmerného servo plochého kábla.

Horné a dolné platne rezané laserom sa potom držia na mieste pomocou skrutiek s panvou M3 a rozperiek so závitom M3.

Budúce vylepšenia

Možnosť pridať Bluetooth a WIFI na moju riadiacu dosku umožňuje budúce inovácie, ako sú aktualizácie animácií a inteligentná integrácia s vecami, ako je Amazon Alexa, prostredníctvom online služieb, ako je ITTT. To je vec, ktorú momentálne skúmam.

Bolo by pekné mať možnosť nastaviť farbu žiarovky, režim animácie alebo dokonca zobraziť textovú správu jednoduchým rozhovorom so svojim inteligentným asistentom.

Ďakujem, že ste sa pozreli na moju stavbu a dúfam, že som vás inšpiroval, aby ste nasledovali moje kroky alebo vytvorili niečo podobné.

Druhé miesto v súťaži Make it Glow