LED dáždnik s Arduino: 14 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

LED dáždnik s Arduino kombinuje dáždnik, maticu LED 8x10 a mikrokontrolér Arduino a vytvára tak ovládateľný, programovateľný zážitok z LED v súkromí vlastného dáždnika. Tento projekt bol inšpirovaný elektrickým dáždnikom od sockmaster a množstvom inštrukcií k matici LED na tomto webe, najmä týmto veľmi kompletným od barney_1.

Pripravte sa na Pimp My Umbrella! Každý, kto realizuje tento projekt, by mal mať prístup k štandardným spájkovacím nástrojom - kliešte, diagonálne rezačky, nožnice na drôty a odstraňovače stripov, spájkovačku a spájku, multimetr - a mať skúsenosti s prácou s Arduinom. Nastavenie Arduina nie je náročné a program obsahujúci niekoľko rôznych animácií LED diód je súčasťou tohto návodu. Video je na ceste! Ukážkový kód (pozri posledný krok) je tiež na ceste. Kód, ktorý mám, nevyužíva tlačidlové prepínače a pracujem na tom.

Krok 1: Diely

Existuje len veľmi málo častí tohto projektu a väčšinou sú generické. Dajú sa ľahko získať od ľubovoľného počtu online predajcov - okrem iného od spoločností Adafruit Industries, DigiKey, Jameco a All Electronics. Náhradník, ktorý sa javí ako rozumný. Elektronika 1 x Mikrokontrolér-Arduino Diecimilia 1 x Dáždnik 1 x MIC2981-8-kanálové, vysokonapäťové, silnoprúdové pole ovládačov zdroja-576-1158-ND1 x Protoshield pre Arduino s malou doskou-Adafruit Industries 80 x LED - je k dispozícii veľa možností 8 x rezistorov - závisí od výberu LED a zdroja napätia Kábel Na tento projekt je potrebných veľa drôtov. Každé rebro dáždnika má čierny drôt (pre katódy diód LED) a každý kruh diód LED okolo dáždnika vyžaduje červený vodič po celej dĺžke (pre anódy diód LED). Niektoré sú potrebné aj na vrátenie koncov reťazcov späť do Arduina. 24 stôp čierny drôt pre katódové reťazce (sledujte rebrá späť do stredu) 70 stôp červený drôt pre anódové krúžky (prstene okolo dáždnika) Rôzne štandardné zástrčky - teplovodne zmršťovacie hadičky 1/16 - je potrebných asi sedem stôp hadice -Off-MomPatience … a spájkovacie schopnosti. Matica diód LED musí byť starostlivo skonštruovaná a anódy a katódy navzájom izolované tepelne zmršťovacou trubicou. To môže chvíľu trvať.

Krok 2: Myšlienky - Forwarned Forearmed

Dáždnik Nepoužívajte svoj najlepší dáždnik! Alebo dokonca najlepší slnečník niekoho iného. Dáždnik je oddaný projektu a hoci by ste mohli vybrať maticu LED, nebudete chcieť, kým nebudete hotoví. Umiestnenie Aj keď diódy LED poskytujú pod dáždnikom prispôsobiteľný zážitok, nie sú zvonku nijako zvlášť viditeľné. /nad dáždnikom. Zvážte, či chcete LED diódy na vonkajšej strane dáždnika. Boli by oveľa viditeľnejšie a inštalácia by bola oveľa jednoduchšia. Na to, aby ste drôty priviedli nadol do Arduina, budete musieť do látky prepichnúť otvory. V tomto prípade štýl prevláda nad hydroizoláciou. LED diódy Vyberte si peknú farbu, než tomu venujete veľa času. LED diódy sú na eBay zjavne lacnejšie ako prostredníctvom katalógov, preto si prečítajte svoje možnosti. Kábel Menší alebo viacžilový drôt je pravdepodobne lepší ako pevný vodič AWG xxx. Použil som pevný drôt, a preto je skladanie dáždnika takmer nemožné. Tiež by som nepoužíval červený drôt na anódové prstence. Vybral by som tmavšiu farbu, ktorá je menej viditeľná.

Krok 3: Úvahy o dizajne

Arduino Na sprístupnenie tohto projektu som sa rozhodol použiť radšej Arduino než iný mikrokontrolér Atmel AVR. Pri Arduine nie je potrebné navrhovať vlastnú dosku a programovanie a prispôsobenie je s platformou Arduino oveľa jednoduchšie. Jedinou nevýhodou Arduina je, že je veľký a nehodí sa dobre do dáždnika. Prínosy však prevažujú nad nákladmi. Tento projekt je založený na Arduino Diecimilia, ale (myslím) pinouty sú v novších verziách rovnaké. V každom prípade, ak sa pustíte do tohto projektu, uistite sa, že dobre rozumiete stavom a kolíkom modelu Arduino, ktorý používate. Vďaka tomu sa budú akékoľvek zmeny medzi tým, čo je tu popísané, a tým, čo musíte urobiť, jednoducho implementovať. MIC2981 Čip MIC2981 od spoločnosti Micrel dokáže napájať 8 reťazcov diód LED. To znamená, že 8 kruhových radov/krúžkov z desiatich LED diód obchádzajúcich dáždnik má svoje anódy spojené s MIC2981 (jeden kolík napájajúci každý rad/krúžok) a diódy LED v reťazcoch pozdĺž rebier (stĺpcov) majú svoje katódy spojené s špendlík na Arduine. To umožňuje možnosť, že 10 diód LED v rade/kruhu súčasne svieti s dostatočným prúdom na ich rovnomerné osvetlenie. Tento čip sa v tomto projekte momentálne nepoužíva. Mám v pláne použiť ho na napájanie a rozjasnenie LED krúžkov. Prototo štít pre Arduino od AdaFruit Industries Tento protoshield som použil s malou doskou, aby som mohol Arduino odpojiť od dáždnika pre iné projekty. Malé nepájivé pole má dostatok miesta na pripojenie potrebné pre tento projekt.

Krok 4: MockUp

Aby som sa uistil, že rozumiem tomu, ako by sa malo pole LED vyrábať, urobil som pole 3x3, aby som zistil, či spájkovanie a programovanie bude fungovať. Oni robili! Preto som sa rozhodol pokračovať v projekte. Ak ste si istí, že rozumiete poli LED, tento krok preskočte. V opačnom prípade investujte pár diód LED, nejaký drôt, zmršťovaciu fóliu a zhruba hodinu do vytvorenia poľa 3x3 a jeho testovania. Podrobnosti o vytváraní poľa sú v nasledujúcich krokoch, ale sú použiteľné pre maketu.

Ak chcete vytvoriť maticu LED 3x3, postupujte a upravte kroky pri vytváraní matice LED, ktoré opisujú úplnú maticu. Nasledujúci vzorový kód pre maketu nevyužíva výhody MIC2981 (napísal som ho skôr, ako som ho mal:-). Každá LED dióda sa postupne rozsvieti. Toto funguje pre pole 3x3, ale nie je dobre škálované. [V skutočnosti sa primerane škáluje na plnú maticu, ale diódy LED sú trochu slabé.]

Krok 5: Vytvorenie matice LED - príprava dielov

LED diódy LED pripravte ohnutím ich káblov. Nasledujúce orientuje LED diódy s plochými hranami otočenými v rovnakom smere. Voľba je ľubovoľná, ale štandardizácia orientácie znižuje riziko chyby. Držte LED diódu plochou stranou (katódovou stranou) otočenou doprava. Ohnite katódu k sebe. To ukazuje katódy na zem, smer, ktorým chce prúdiť elektrický prúd:-). Ohyb vytvorte asi 1-2 mm pod spodkom LED. Vďaka tomu bude LED dióda pyšná na drôt. Potom, čo sú katódy spájkované na mieste, bude anóda ohnutá doľava. Tým sa zabráni zmätku pri spájkovaní. Dva vodiče by mali zvierať pravý uhol s katódou smerujúcou k vám a anódou smerujúcou k vám doľava. Rúrka s tepelnými rúrkami Odrežte dve 1/2 "dlhé kusy 1/16" teplom zmrštiteľnej trubice pre každú LED diódu. To je sto šesťdesiat kusov a len na tieto je potrebných asi sedem stôp. Odrežte ďalších osemnásť (18) kusov pre hlavičky. Drôty Odrežte čierne drôty, ktoré sa rovnajú počtu rebier na dáždniku. Urobte ich dostatočne dlhšími ako rebrá, aby bolo k dispozícii dostatok drôtu na vytvorenie hlavičiek, ktoré sa pripájajú k Arduinu. Okolo dáždnika prechádza 8 krúžkov diód LED (to je počet výstupných kolíkov na MIC2981), takže každý katódový reťazec alebo stĺpček bude pozostávať z 8 diód LED. Rozložte káble a označte miesta pre LED diódy pozdĺž rebier. Rozstup v tomto mieste určuje vzdialenosť medzi sústrednými prstencami. V každom mieste odizolujte malý kúsok izolácie (asi 3 mm). Izoláciu prerežte odizolovacím drôtikom na dvoch miestach, vzdialených od seba asi štvrť palca. Potom izoláciu rozdrvte kliešťami a nožom izoláciu vystrihnite alebo vytiahnite prstami. Do každého otvoreného priestoru vložte malé množstvo spájky. Toto je príprava na spájkovanie LED katód na tieto miesta.

Krok 6: Výroba matice LED - katódových reťazcov

Prvým krokom pri výrobe matice LED je konštrukcia reťazcov pre LED katódy. V predchádzajúcom kroku ste odstrihli desať (alebo počet rebier na vašom dáždniku) čiernych drôtov a odstránili ste izoláciu v miestach, kde sú spájkované LED diódy. V tomto kroku budete spájkovať katódy LED diód.

Na hrot žehličky naneste malú kvapku spájky. Umiestnite LED diódu tak, aby drôt prechádzal medzi dvoma vodičmi LED a naneste horúcu žehličku na spájkovanie katódy. Spájka na žehličke a drôt by mala prúdiť a vytvoriť spojenie. Popáliš si prst a budú ťa tazať. Po spájkovaní orezajte anódu tak, aby bola čo najkratšia. Aby sa zabránilo skratom, každý spájkovací spoj je pokrytý kusom zmršťovacej trubice. Hadičku je potrebné použiť po vytvorení spojenia a pred pripojením ďalšej LED diódy (nejaké nejasnosti? Čoskoro pochopíte:-), takže teraz nasuňte kúsok. Zahrievaním stiahnite na miesto. Opakujte pre zostávajúce LED diódy v reťazci a zvyšné reťazce. Poznámka V tomto návode sú reťaze LED diód, ktoré nasledujú po rebrách dáždnika, označované ako stĺpce a každá končí na kolíku Arduina. K týmto (čiernym) vodičom sú spájkované LED katódy. Krúžky diód LED, ktoré krúžia okolo dáždnika, sa označujú ako rady a každý začína na jednom z výstupných kolíkov MIC2981. Na tieto (červené) vodiče sú spájkované LED anódy.

Krok 7: Výroba matice LED - anódových krúžkov

Tento krok je najdlhší a najviac frustrujúci. Vyrazte si do práce niekoľko dní, alebo pokiaľ môžete prevziať jedálenský stôl.

LED matica je dokončená spájkovaním anód diód LED na katódových reťazcoch s kruhovými radmi/krúžkami červených vodičov. Meranie v tomto štádiu je o niečo komplikovanejšie ako pre katódové reťazce, pretože každý krúžok má iný polomer a rozstup LED je pre každý krúžok odlišný. Vypočítajte správnu dĺžku umiestnením každého prstenca na dáždnik a zmerajte vzdialenosť medzi rebrami dáždnika. Toto meranie tiež použijete na určenie rozstupov na krúžku. Túto vzdialenosť vynásobte počtom rebier a potom vypočítajte dĺžku návratu. Každý prsteň musí mať návrat k Arduinu. Najvzdialenejší prsteň má najdlhšiu návratnosť a výnosy sa postupne znižujú, pretože prstene sú menšie. Odrežte osem (8) kúskov červeného drôtu príslušnej dĺžky. Rovnako ako v predchádzajúcom kroku označte vodiče v správnych rozstupoch, rozdrvte a odstráňte izoláciu a do každého otvoru vložte kúsok spájky. Katódové reťazce sedia na vrchu červených vodičov (preto je ohyb v kábli LED o niečo nižší). Predtým, ako prejdete na ďalší reťazec, spájkujte ako predtým a na každý spoj naneste zmršťovaciu hadičku. Horúce lepte drôty na týchto spojoch, aby ste zaistili LED diódy pred stresom a zlomením. To je mimoriadne dôležité, pretože zapracovanie matrice do dáždnika výrazne zaťažuje kĺby. Na konci tohto kroku by ste mali mať kruhovú sústavu diód LED s dvoma sadami vodičov (jeden čierny a jeden červený), ktoré sa vracajú do stredu kruhu. V nasledujúcom kroku urobíte kolíkové hlavičky na pripojenie týchto vodičov k Arduinu a ovládaču.

Krok 8: Vytvorenie matice LED - dokončená matica

V tomto mieste by ste mali mať hotovú maticu LED. Katódy spájkované na čierne drôty, anódy na červené. Mal by mať tvar dáždnika. Vaše prsty sú pravdepodobne spálené. Vaša rodina si myslí, že ste blázon.

Maketa verzie je uvedená nižšie. Plná verzia je prinajlepšom nepraktická a neprestal som fotografovať. Pozrite sa na obrázky dáždnika s nainštalovanou maticou a uvidíte hotovú maticu LED.

Krok 9: Vytvorenie matice LED - záhlavia a odpory pinov

Pred orezaním červeného a čierneho vodiča na dĺžku určte, kde a ako budete prichytávať Arduino k dáždniku. Mal by sa zmestiť do otvoreného priestoru v hornej časti. Akonáhle je to určené, odrežte drôty na dĺžku a spájkujte ich s hlavičkami.

Kúsky zmršťovacej trubice nasuňte na osem červených drôtov, spájkujte ich s 8-kolíkovým konektorom a hadičky zmršťujte za tepla. Uistite sa, že spojenia robíte logickým spôsobom. Za najmenší vnútorný krúžok považujem rad 1, aby sa prichytil ku kolíku 1 na hlavičke a príslušnému kolíku na MIC2981. Ak urobíte chybu, môžete buď preložiť vodiče, alebo opraviť kód. Nerobte chybu. [Spojil som anódové drôty k sebe a bol som lenivý rozlúštiť logické poradie. Ukazuje sa, že ovládanie v kóde je rovnako jednoduché. Pozrite si poznámky v časti programovania.] Podobne vytvorte záhlavia pre katódové reťazce. Tentoraz však umiestnenie pinov na Arduine diktuje, že vytvoríte dve hlavičky. Musíte tiež spájkovať jeden odpor v rade. Rezistor závisí od diódy LED a napätia-správnu hodnotu nájdete v online kalkulačke odporu LED. Každá hlavička by mala mať päť (5) pinov. Uistite sa, že spojenia robíte logickým spôsobom. Spoje za horúca lepte, pretože sa budú ohýbať a namáhať. Nasledujúci obrázok je maketa.

Krok 10: Tlačidlo na zmenu programov

Na prepínanie medzi programami slúži tlačidlový spínač. Na Arduine spustí prerušenie, ktoré zvýši číslo programu. Arduino Diecimilia (a ďalšie; overte si svoju verziu) má dve externé prerušenia, ktoré je možné povoliť na digitálnych pinoch 2 a 3 pomocou funkcie attachInterrupt (prerušenie, funkcia, režim). Rezervujte digitálny kolík 3 pre tlačidlový spínač. Digitálne piny 0, 1 a 2 a 4, 5, 6, 7, 8 zostanú ako bloky pre anódové piny.

Prerušenie je nastavené tak, aby sa spustilo, keď kolík 3 klesne. Preto ho musíte držať vysoko, kým nestlačíte tlačidlo, pri ktorom kolík klesne. Na to, aby bol kolík držaný vysoko, to vyžaduje 10K pull-up odpor. Pozrite si obrázok na breadboarde a prečítajte si o výsuvných a sťahovacích odporoch.

Krok 11: Breadboarding

Tento projekt používa Protoshield od spoločnosti Adafruit Industries s malou doskou (aj keď akékoľvek nastavenie, ktoré sa zmestí do dáždnika, by malo fungovať). Malý nepájivý panel má sedemnásť (17) riadkov a tento projekt ich všetky používa! Všimnite si toho, že zobrazený nepájivý panel neobsahuje MIC2981. Ja nemam. Ešte. Dáždnik funguje aj bez neho, takže som sa rozhodol napísať tento návod skôr, ako ho dostanem.

Možných je mnoho rôznych konfigurácií, preto ich použite ako sprievodcu. Všimnite si však umiestnenia tlačidlového spínača. Dva piny na Arduine je možné (ľahko) nakonfigurovať ako prerušenia a k jednému z nich sa musí pripojiť tlačidlový spínač. Nasledujúci obrázok je BEZ čipu MIC2981. Keď dostanem časť, nahrám obrázok a podľa toho upravím dosku.

Krok 12: Testovanie matice LED

Na testovanie je pravdepodobne v hre neskoro, ale lepšie neskoro, ako príliš neskoro. Pred inštaláciou matice LED do dáždnika (ďalší krok) zapojte maticu do Arduina a spustite nižšie uvedený testovací kód. Kód len prejde každou LED diódou a otestuje ho. Ak sú niektoré pripojenia zlé alebo sú poškodené diódy LED, opravte ich, kým je všetko prístupné.

Toto je tiež čas na určenie, ktorý pin zodpovedá ktorému riadku alebo stĺpcu. Ak ste boli pri vytváraní záhlaví kolíkov opatrní, už to poznáte. V opačnom prípade to budete musieť zistiť spomalením animácie a určením toho, ktorý pin riadi riadok alebo stĺpec. V kóde nastavíte pole, ktoré obsahuje čísla pinov v správnom poradí.

Krok 13: Zostavenie diód LED v dáždniku

Keď je matica LED kompletná a kolíkové hlavičky a odpory na svojom mieste, je čas dokončiť montáž. LED matica musí byť umiestnená medzi tkaninou dáždnika a rebrami. Tkanina dáždnika je natiahnutá cez rebrá a obvykle je prišitá na jednom mieste ku každému rebru. To bude musieť byť strihané, než bude možné celú LED maticu posunúť nahor medzi rebrá a tkaninu. Po umiestnení matice LED znova ušite, čo ste odstrihli. To zaistí matricu v dáždniku. Neušívajte znova, ak si myslíte, že by ste chceli odstrániť diódy LED. Neviem si predstavit preco.

Toto je veľmi časovo náročný proces. Ak ste ešte LED žiarovky nelepili za tepla, urobte to teraz. Ak to neurobíte, určite počas inštalácie zlomíte niekoľko LED diód. Pracoval som s dáždnikom zaveseným na metle zavesenej medzi dvoma stoličkami (bez obrázku:-). Dáždnik bol otvorený gravitáciou a tkanina nebola napnutá. Mohol som sa pohybovať. Začnite posunutím celého stĺpca pod jedno z rebier. Prejdite dopredu a nasledujúci stĺpec. Opakujte. Je to únavný proces. Keď konečne umiestnite LED diódy, uistite sa, že rebrá spočívajú na teplom zmrštiteľnej hadičke. Tým sa minimalizuje pravdepodobnosť oderu. Dáždnik sa nezatvorí pekne. Myslím, že som to mal spomenúť skôr. Aj keď som to ešte neurobil, chystám sa všiť niekoľko slučiek okolo LED diód a do švu látky, aby držali na mieste. Pozrite sa pozorne na švy panelov a uvidíte kúsok materiálu, do ktorého sa môžete ušiť.