Adresovateľné fľaše na mlieko (LED osvetlenie + Arduino): 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Premeňte fľaše mlieka z OOP na dobre vyzerajúce LED svetlá a použite Arduino na ich ovládanie. Toto recykluje množstvo vecí, hlavne fľaše na mlieko, a používa veľmi malé množstvo energie: diódy LED zjavne rozptýlia menej ako 3 watty, ale sú dostatočne jasné na to, aby ste ich videli. Okrem iného som chcel zistiť, či by som mohol vyrobiť elektronické svetlo je pre väčšinu ľudí prívetivejšie k ľuďom a zistilo sa, že rotačné ovládače sú dobrým spôsobom, ako to dosiahnuť. OOP fľaše na mlieko predstavujú lacný, ale esteticky príjemný spôsob difúzneho LED osvetlenia. Zvlášť, ak nájdete pekné okrúhle:) Modifikácia objektu pomocou LED osvetlenia je nielen šetrná k životnému prostrediu, ale je tiež oveľa jednoduchšia ako stavať dom od začiatku. Pretože LED diódy sú malé, môžete ich umiestniť takmer kdekoľvek a nevytvárajú veľa tepla, pokiaľ sú rozložené a pracujú so správnym napätím. Tento návod sa bude zaoberať predovšetkým fyzickým dizajnom a výrobou a ja budeme predpokladať, že máte základné znalosti o vytváraní elektronických obvodov a LED osvetlení. Pretože presné diódy LED a napájanie, ktoré používate, sa budú pravdepodobne líšiť, pôjdem iba do základov môjho obvodu z hľadiska špecifikácií. Pokúsim sa vás tiež upozorniť na užitočné zdroje a vysvetliť viac o mikrokontroléri Arduino a kóde, ktorý im hovorí, aby pracovali postupne. Elektronika základného LED osvetlenia je skutočne jednoduchá, podobná elektronike na základnej škole, takže pravdepodobne nebude trvať dlho, kým sa vôbec vyberiete.

Krok 1: Nástroje a materiály

Na výrobu samotných svetiel budete potrebovať: OOP fľaše na mlieko List 3 mm priehľadného akrylového 2 -žilového elektrického kábla (alebo bude stačiť reproduktorový drôt - môže to byť dosť ľahké, pretože to bude trvať iba asi 12 V a veľmi malý prúd, v závislosti od toho, ako navrhnete váš obvod). LED diódy Rezistory Spájkovačka Tepelne zmršťovacia bužírka Starý transformátor (nástenná bradavica pre Američanov), plus zásuvka+zástrčka k tomu. Pletený medený drôt Plochý zvonový drôt Zipové kravaty Nástroje, ktoré budete potrebovať: fréza DrillHole (prispôsobená šírke uzáverov fliaš na mlieko - viď. krok 2) Rôzne malé vrtáky Juniorská píla na pílu (v závislosti od toho, čo používate ako puzdro) Skrutkovače Odizolovače drôtov Bočné rezačky/strihače drôtov Spájkovačka Multimetr Tretia ruka (zásadné pre spájkovanie súčiastok dohromady) Odspájkovací knôt (ak zachránite akékoľvek súčiastky z iných zariadení) Krokodílna spona vedie (pre testovanie/prototypovanie). Tiež by ste im mohli chcieť vytvoriť nejaké bývanie. Skúsil som rôzne spôsoby ich zavesenia a usadil som sa na ohnutej časti PVC rúrky zavesenej na strope s otvormi vyvŕtanými pre káble. Skúsil som ich aj zošiť na strop. Môžete ich tiež zavesiť cez kus dosky namontovanej na strope, z potrubia alebo dokonca vytvoriť otvory v samotnom strope, aby sa do nich zmestili drôty a napájali ich z podkrovia. Krok 5 ukazuje a hovorí o niekoľkých z týchto možností. Vyššie uvedené je všetko, čo budete potrebovať na vytvorenie svetiel, ktoré fungujú so základným vypínačom. Na to, aby ste im poskytli pokročilejšie funkcie, ako je blednutie alebo sekvenovanie, budete tiež potrebovať množstvo komponentov, ako sú transitory a mikrokontrolér: vyššie uvedený adaptér Arduino miniMini USB alebo konektor FTDL USB na kolíkový konektor. Konektory kolíkových konektorov Bezpájkovacia doska, bezspájková doska, napäťový regulátor LM317T, tranzistory NP33733 zobrazené nižšie, ale viac o nich a o tom, ako spolupracujú v kroku 6. K dispozícii je tiež kryt pre spínaciu skrinku, ktorý môže byť ľubovoľný. V japonskej miestnosti v Britskom múzeu som videl krásny okrúhly box na sviatosť, ale nedovolili mi ho mať. Nakoniec som použil biely plastový box na karty moo, pretože sa tak dobre hodí k téme:) Keď je taký obvod na mieste, existujú všetky druhy vecí, ktoré môžete arduino naprogramovať. Mám rád kinetické osvetlenie, ale blikajúce vianočné svetlá atď. Sa mi zdajú krikľavé a mechanické. Ich pravidelnosť a konzistencia je chladná a nevítaná (vytvorenie prirodzeného záblesku dobrých vianočných svetiel si musí dať prácu). Nechcem nič honosné (doslova). Chcem jediný, analógový ovládač pre svetlá, ktorý ovláda veľmi málo ľudí a ktorý jednoducho sekvenuje spôsob zapínania a vypínania. Kód pre to, spojený s príjemným ciferníkom a esteticky príjemným hliníkovým gombíkom, z neho robí príjemnú hračku.

Krok 2: Vyrežte a vyvŕtajte Perspex

Najprv rozrežeme niektoré disky z plexiskla, aby sa dostali do uzáverov na fľašiach s mliekom, potom vyvŕtame otvory, cez ktoré môžeme namontovať LED diódy a kábel. Pri použití frézy na vŕtanie otvorov vŕtajte do kusa dreva. Pritlačenie materiálu na niečo také počas rezania pomôže udržať zadný okraj čistý. Mäkké drevo vám tiež dá vedieť, kedy ste celú cestu prešli, pretože môžete skutočne cítiť, ako sa vrták uhryzne, keď sa dostane k drevu. Akonáhle budú vaše kotúče pripravené, urobte dieru vo všetkých vrchoch fliaš na mlieko tak, aby zodpovedali stredu. otvory v perspexe. Musíte tiež vyvŕtať otvory pripravené pre zapojenie a LED diódy. Čo presne tu robíte, závisí od toho, aký druh napájania budete používať a aké obvody k nemu chcete pripojiť. Moje používajú tri LED diódy na svetlo, ktoré som rovnomerne usporiadal okolo disku. Potrebujete pár otvorov, cez ktoré prejdú nohy každej LED diódy, a dva otvory dostatočne veľké na to, aby ste nimi prešli dva pramene kábla. (Vysvetlivky nájdete na obrázku). Nepoužil som na to šablónu ani nič iné, len som to urobil od oka pomocou vŕtačky na batérie, trochy drobností a trpezlivosti. Príležitostne by boli dva otvory príliš ďaleko od seba alebo blízko seba pre nožičky LED, ale pokiaľ budete opatrní, trochu ich ohnutie umožní, aby sa zmestili. Ak to ešte nedáva zmysel, nebojte sa, ďalší krok by mal byť jasný.

Krok 3: Namontujte LED diódy

Teraz vysuňte diódy LED cez otvory a dávajte pozor na polaritu. V zásade ich zapojíme do reťazca, pričom každá negatívna noha na jednej LED sa pripojí k pozitívnej nohe na ďalšej. Koľko z nich zapojíte do reťaze, ak vôbec, závisí od napätia napájania, ktoré používate. Moja je 12 V a moje LED diódy majú napätie dopredu 3,3, takže 9,9 V troch LED diód je maximum, ktoré moje napájanie zvládne. Tiež budú potrebovať odpor, aby obvod napájal 12 V. Rezistor by ste určite mali mať na každej fľaši, pretože ak tak neurobíte, diódy LED sa spália alebo aspoň budú horieť (a budú jasnejšie). Skúsil som to s raným prototypom a bežali dostatočne horúce bez odporu na roztavenie OOP uzáveru fľaše. Túto šikovnú kalkulačku LED môžete použiť na zistenie, čo robiť s vlastným obvodom: https://led.linear1.org/led.wiz Screengrab z neho v tomto kroku ukazuje presne hodnoty, s ktorými som pracoval a výsledný obvod (rezistory sú pridané v nasledujúcom kroku). Akonáhle vaše LED diódy prejdú otvormi a budete si istí, že polarita je správne, začnite krútiť zvody dohromady, ako je znázornené v sekvencii obrázkov pre tento krok. Vodiče najbližšie k otvorom pre káble zostanú nekrútené, pretože budú spájkované s káblom a nie navzájom. Pokračujte v tomto postupe so všetkými z nich a dbajte na to, aby ste spájali iba kladný a záporný pól, nie pos-pos alebo neg-neg. Tiež som sa ubezpečil, že všetky tieto svetlá sú konzistentné. Pri pohľade zhora na ne prúd vždy vstupuje doľava, potom v smere hodinových ručičiek okolo diód LED, ktoré sú uzemnené ľavým otvorom.

Krok 4: Spájkovacie súčiastky

Teraz musíme spájkovať všetko na mieste. Po prvé, spájajte všetky svoje páry skrútených káblov dohromady a potom odstrihnite prebytok. Potom odizolujte dĺžky elektrického kábla a potom ich prevlečte cez otvory v kábloch, ktoré ste vyvŕtali do každého disku. Omotajte káble okolo vodičov LED, pričom živý (hnedý) bude smerovať k dlhému (pozitívnemu) káblu reťazca LED. Omotajte meď okolo vývodov, spájkujte ju na mieste a znova odrežte prebytočný zvod. Kábel prevlečte späť stredovým otvorom, potom nasuňte uzáver fľaše po kábli a cez disk. Na druhom konci spájkujte odpor správnej hodnoty (v mojom prípade 120 ohmov) na kladný kábel. Dĺžka vašich káblov závisí od toho, ako zavesíte svetlá. Ako vidíte na konečnom obrázku tohto kroku, rozhodol som sa použiť pomerne krátke dĺžky ohybu, pretože som vedel, že ich spojím s dlhšími dĺžkami a vyrobím puzdrá, ktoré by skryli kĺby. Je tiež jednoduchšie pracovať s 12 kratšími dĺžkami, ako s 12 oveľa dlhšími.

Krok 5: Prepínače a kryty

V tomto mieste máte sadu svetiel namontovaných v uzáveroch na fľaše na mlieko a navrhnutých tak, aby fungovali s konkrétnym zdrojom napájania. Fľaše na OOP, akonáhle ich označíte a umyjete, sa jednoducho zaskrutkujú späť do uzáverov a budú pôsobiť ako pekne vyzerajúce difuzéry. Svetlá teraz môžete pripojiť jednoduchým spínacím boxom, ako som to urobil na začiatku, alebo sa rozhodnúť robiť niečo zložitejšie, napríklad riadiť ich pomocou rovnakého zdroja napájania, ale aj mikrokontroléra, aby robili zaujímavejšie veci. Z dôvodu časovej tiesne som mal tieto svetlá ako prototyp v rôznych fázach vývoja približne 18 mesiacov, a za ten čas som ich namontoval dvoma rôznymi spôsobmi s tromi rôznymi rozvádzačmi. Tiež som ich dovybavil niekoľkými lepšími LED diódami, ktoré poskytovali mierne modrejšie svetlo a mali rozptýlené kryty. Namiesto podrobného popisu každého kroku každej iterácie som do tohto kroku vložil výber obrázkov s poznámkami, ktoré každý z nich ilustrujú. tento návod sa bude zaoberať najnovším (a najchladnejším) spôsobom, ktorý som sa rozhodol použiť: Namontované v plastovom potrubí a ovládané jednotlivo.

Krok 6: Mikrokontrolér, komponenty, čistenie

Ok, takže skvelé. Teraz máme funkčné svetlá na fľaše na mlieko. Ovládanie zapínania a vypínania však nie je veľmi zaujímavé. Ako je to so stmievaním a sekvenovaním? Na to potrebujeme mikrokontrolér a ja použijem Arduino. Na prácu s ním budeme potrebovať aj veľa komponentov, z ktorých niektoré vyčistím a recyklujem zo starého hardvéru. Na prototypovanie a zaistenie toho, aby som mohol kódovať to, čo som chcel, som použil štandardné Arduino (stále som veľmi úplným nováčikom v tejto veci): https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimilaA kúpil si jeden z nich plus USB adaptér, aby sa dostal do skutočného svetla: https://arduino.cc/en/ V prípade, že ste o nich ešte nepočuli, Arduinos sú krásne malé prototypové platformy, ktoré vám umožnia začať sa lacno učiť o mikrokontroléroch. Programovací jazyk, ktorý im hovorí, čo majú robiť, je tiež pomerne prístupný. Na webových stránkach Arduino je skvelá referencia a veľa dobrých návodov pre začiatočníkov od Limora Friedmana: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePagehttps://www.ladyada.net/learn/arduino/Takže Potrebujem prepracovať svoj okruh, zložitejší na umiestnenie arduino mini. Chcem, aby ich bolo možné zapínať a vypínať podľa odčítania z rotačného potenciometra, čo znamená začlenenie tranzistorov do obvodu, aby sa arduino spustilo ako spínače. Arduino tiež beží na 5 V, takže ak nepoužívam dve stenové bradavice, budem musieť vyrobiť regulovanú dodávku 5 V z existujúceho 12 V. LM317T vyhovuje účtom; použitím iba niekoľkých odporov (podrobnejšie neskôr) to môžem dosiahnuť tak, aby vytlačil správne množstvo napätia pre arduino. Tu je niekoľko odkazov na LM317T: https://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page12.htm Nasledujúce obrázky zahrnujú obrázky, ktoré v skutočnosti vytvoria celkom jednoduchý obvod. Tiež som pridal niekoľko fotografií starého zosilňovača, ktorý som dostal z miestneho trhu za 2 libry. Má krásne hliníkové gombíky, z ktorých každý bude s najväčšou pravdepodobnosťou stáť viac ako 2 libry, a celý rad pekných potenciometrov a robustných prepínačov na spustenie. Upratovanie zo starého zariadenia vám môže zabaliť naozaj pekné staré súčiastky. Niekoľko tipov nájdete na fotografiách.

Krok 7: Tranzistorový obvod

Nemôžem len tak prepnúť svetlá cez arduino, pretože idú na 12v a Arduino na 5v. Tranzistory mi umožňujú použiť menší prúd na zapnutie a vypnutie oveľa väčšieho bez vyprážania Arduina. Keď som prvýkrát oddelil káble svetiel, označil som každý vodič číslom, pričom som vedel, že sa k nim vrátim v určitom okamihu s Arduino. Pretože používam tranzistory NPN, ktoré idú na uzemnený koniec obvodu, budem musieť oddeliť všetky tieto káble a začať spájať +12 V dohromady. Použitím reproduktorového drôtu som sa držal konvencie, že čierna pruhovaná strana každého páru bude živá, zatiaľ čo obyčajná bude zem. Vytváranie a dodržiavanie konvencií, ako je táto, je dôležité, aby ste sa neskôr nestratili. Po oddelení všetkých drôtov som v hornej časti potrubia videl rozstrapkaný otvor na zapojenie. Mal som v úmysle zapečatiť to znova bielou gafferovou páskou s káblami a arduino vo vnútri, ale to sa trochu pokazilo, ako uvidíte neskôr. Prvá vec bolo otestovať môj obvod. Tranzistor má tri kolíky: kolektor, výstup napätia a základňu. Základňa je tá, s ktorou bude Arduino komunikovať prostredníctvom 1K rezistora, kolektor bude odoberať prúd zo zemného spojenia a napätie pôjde na zem. Test funguje. Viac informácií o použití tranzistorov s Arduinos tu: https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads (všimnite si 1K odpor medzi Arduinom a základným kolíkom) aj tu je primer na tranzistoroch: https:// www.mayothi.com/transistors.htmlTakže v zásade:

• Spájkovacie odpory na piny báz tranzistora
• Oddelené uzemnenie pre každé svetlo a číslo, aby ste ich mohli udržiavať v zrozumiteľnom poradí.
• Spojte všetky živé spojenia svetiel dohromady a teplom zmršťujte spoje, keď sú hotové (Toto je skutočne dôležité, pretože drôty budú zabalené späť do potrubia, bolo by príliš pravdepodobné, že by pri zabalení skratovali svetlo. neboli správne izolované). Zostavte spoje do jedného spojenia pre +12v.
• Pripájajte kolektor každého tranzistora k uzemneniu každého svetla a tiež ho zmršťujte.
• Pomocou krátkych kúskov drôtu spojte všetky tranzistorové žiariče dohromady a spojte ich do jedného uzemňovacieho spojenia.

Ďalej budú napojení na komunikáciu.

Krok 8: Komunikačné káble

Odrežte a odizolujte 12 káblov, aby ste ich spájkovali s odpormi na základných kolíkoch tranzistorov. Toto budú káble, ktoré arduino používa na komunikáciu s tranzistormi. Nezabudnite na zmršťovanie tepla. Akonáhle sú káble na mieste, spájkujte ich do kolíkových zásuviek, aby zodpovedali kolíkovým konektorom na Arduino Mini. Na spínanie tranzistorov som ako 12 výstupných pinov použil piny 4 - 13 a piny AD0 (14) a AD1 (15). Pinout pre Arduino Mini nájdete tu: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMini Ak spájate svoje komunikačné vodiče s kolíkovými zásuvkami v správnom poradí, mali by sa zapojiť priamo do Arduina a fungovať ako zamýšľané … moje áno. Fuj. Keď sú zásuvky dokončené, zatiaľ ich prevlečte cez koniec potrubia spolu s živými a uzemňovacími spojeniami, ktoré ste predtým spojili. Ak máte v okolí náhradné kolíkové hlavičky, uľahčujú používanie krokodílových svoriek na testovanie, či všetko stále funguje. Arduinu môžete povedať, aby neustále nastavoval jeden kolík vysoko, a potom sa z neho jedným vodičom dotknite kolíka pre každé svetlo.

Krok 9: Regulácia napätia

Pretože svetlá pracujú z napájania 12 V, pre arduino musí existovať regulátor napätia, ktorý ho zníži na 5 V. Zadajte LM317T, ktorý dáva výstupné napätie v závislosti od odporov, ktorými ho zvyšujete. Rozdiel medzi vstupom a výstupom sa stráca ako teplo, takže niekedy tieto integrované obvody potrebujú chladič. Tu je návod na LM317: https://www.sash.bgplus.com/lm_317/tutorial-full.htmland tu je praktický kalkulačka: https://www.electronics-lab.com/articles/LM317/Po nájdení správnych hodnôt na získanie napätia 5 V pre Arduino spájkujem, chladím a testujem. 5.07v vychádza, nie je to zlé. Teraz viem, že to funguje, môžem to spájkovať do hlavného zväzku káblov, odoberať 12 V, ísť na zem a mať tretí výstup, ktorý pôjde do arduina. Spustím ďalšiu zásuvku záhlavia a vložím na ňu 5v linku zodpovedajúcu 5v kolíku na arduino. Tiež pripájam zem z arduina na rovnakú zásuvku. Skoro čas na testovanie.

Krok 10: Programovanie

Potrebujem najskôr napísať nejaký kód na testovanie a na nahranie do Arduina musím zapojiť prepojovaciu dosku na pripojenie adaptéra USB k Arduino Mini. Pozrite si sprievodcu Arduino mini tu: https:// arduino. cc/sk/Guide/Arduino Min. a výstup pre USB adaptér tu: https://arduino.cc/en/Main/MiniUSBA Po vyskúšaní blikajúcich sekvencií s kódom atď. Usadím sa na niečom takom, ako je ladený a upravený kód na koniec tohto pokynu. Všimnite si tiež, ako sú testy krokodílových svoriek úhľadnejšie, čím viac spájkovania sa vykoná. Je to trochu uspokojujúce a tiež stojí za to testovať, že každé svetlo stále funguje v každej fáze. Testovanie výlučne na konci vo vás zanechá zmätok a nevedieť, kde začať, ak máte problém.

Krok 11: Kabeláž a spínacia skrinka

Teraz k ovládacím prvkom. Keďže chcem, aby boli ovládače oddelené od svetla, budem potrebovať nejaký kábel. Obvod potrebuje živé a pozemné pripojenia a potenciometer bude potrebovať tri pripojenia. Jeden z nich bude živý z Arduina, jeden bude prepojený s analógovým pinom, ktorý arduino použije na čítanie banku. Druhá je zem, takže to znamená, že ku svetlu potrebujem iba štyri jadrá. Keďže nemám žiadny štvoržilový kábel, otočím k sebe dva dlhé drôty reproduktora. Nie dokonalé, ale ani zlé. Môžete to ľahko urobiť, ako je znázornené na nižšie uvedených fotografiách, a to tak, že konce dvoch dĺžok kábla previažete zipsom, jeden koniec vložíte pod niečo dostatočne ťažké, aby ste ho mohli držať, a potom káble spletiete sami. Ovládaciu skrinku vyrobím z prázdny biely plastový box na karty moo, ktorý mám už nejaký čas. Niektoré komponenty, ako napríklad elektrická zásuvka, sú tiež recyklované z predchádzajúcich projektov. Koncová krytka a niektoré zipsy budú slúžiť ako odľahčenie napätia na svetlom konci kábla. Začnem označovať škatuľu pre hrniec a potom sa pustím do spájania káblov hore na svetelnom konci. Odstránením jedného páru, ale nie druhého, keď sú spletené, je ľahké ich identifikovať. Jeden z odizolovaných pôjde na uzemnenie na potenciometri v spínacej skrinke, jeden pôjde na +12v v elektrickej zásuvke. Ďalšie dva budú signalizačné vodiče pripojené k ďalším kolíkom v banke. Na druhom konci jeden z nich prejde na analógový kolík, z ktorého kód oznámi Arduinu, aby z neho odčítal, a jeden do +5v. Opäť sa všetko zmršťovalo, keď bolo na mieste. Obrázky by vám mali lepšie ukázať, ako som vyrobil svoju spínaciu skrinku, ktorá sa takmer katastrofálne pokazila. Skúšal som to najskôr nalepiť a plast sa zdá byť pre superlepidlo nepriepustný … Nakoniec som to roztriedil pomocou niekoľkých gumových podložiek vo vnútri škatule a potom vložením niekoľkých skrutiek do skrinky do počítača, ktoré držali všetky vrstvy krabice. spojte ich a držte hrniec na mieste. Zásuvka tiež potrebovala zapínanie na zips, pretože som nemal žiadne matice, ktoré by na ňu navliekali závit.

Krok 12: Sekvenčné svetlo

Hotovo! Nasledujú ďalšie fotografie a videá a kód je priložený nižšie. Ukázalo sa, že zapojenie bolo príliš veľké na to, aby sa všetko dalo vrátiť späť do potrubia, čo je nešťastné. To znamená, že LM317 a arduino trčia z hornej časti potrubia, pretože sú tak nabité drôtmi a komponentmi. Rozmáčknutím ďalej sa to začalo správať nevyrovnane, takže ich nechám vonku. Keďže bude visieť zo stropu, pochybujem, že budú obzvlášť nápadné. Bol by som však rád, keby som prišiel s riešením, ktoré by vyzeralo dobre a zároveň vyhovovalo všetkým obvodom. Nezáleží na tom, funguje to tak, ako chcem. Jednoduché analógové ovládanie je príjemne ľudské. Všimnite si v kóde, že čísla, pri ktorých sa veci zapínajú a vypínajú, nemajú jednotné rozdiely? Je to preto, že hrniec, ktorý som použil, bol skôr Log než Lineárny, takže rovnomerné rozdelenie prahov viedlo k tomu, že všetka aktivita bola stlačená na jednom konci pohybu hrnca.

Prvá cena v Epilog Challenge