Šesťstranné LED kocky s plošnými spojmi s WIFI a gyroskopom - PIKOCUBE: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Dobrý deň, tvorcovia, je to výrobca moekoe!

Dnes vám chcem ukázať, ako postaviť skutočnú kocku LED na základe šiestich dosiek plošných spojov a 54 diód LED. Okrem svojho vnútorného gyroskopického senzora, ktorý dokáže detekovať pohyb a polohu kociek, je kocka dodávaná s ESP8285-01F, ktorý je zatiaľ najmenším WiFi MCU, aký poznám. Rozmery MCU sú iba 10 x 12 milimetrov. Každý jeden plošný spoj má rozmery 25 x 25 milimetrov a obsahuje deväť mini LED pixelov WS2812-2020. Vedľa ovládača je vo vnútri kocky 150mAh batéria Lipo a nabíjací obvod. Ale o tom neskôr …

Ak hľadáte ešte menšiu kocku, pozrite sa na prvú verziu, ktorú som vytvoril na svojom webe. Je odliaty v epoxidovej živici!

Pikocube verzia 1

Krok 1: Inšpirujte sa

Užite si video!

V tomto videu nájdete takmer všetko pre kocku. Ďalšie informácie, návrh, súbory plošných spojov a kódy nájdete v nasledujúcich krokoch.

Krok 2: Návrh DPS

Ako možno viete, môj obľúbený softvér pre návrh DPS je Autodesk EAGLE. Preto som ho použil aj pre tento projekt.

Začal som používať dva rôzne návrhy DPS, pretože nechcem, aby bola kocka väčšia, ako musí. Vonkajšie tvary oboch PCB sú len štvorce s rozmermi 25 x 25 milimetrov. Zvláštnosťou týchto dosiek plošných spojov sú tri kastlované otvory na každej strane, ktoré distribuujú tri signály +5 V, GND a signál LED po celej kocke. Poradie PCB je znázornené v jednej zo schém vyššie. Dúfam, že si dokážete predstaviť, že farebné strany k sebe patria, keď je kocka zložená ako kocka. Šípky označujú signálnu čiaru WS2812.

K tomuto kroku sú pripojené schémy, dosky a kusovníky oboch PCB.

Krok 3: DPS a komponenty

Celá kocka pozostáva z dvoch rôznych typov PCB. Prvý z nich je dodávaný s nabíjacím obvodom a konektorom pre batériu Lipo a druhý obsahuje MCU, snímač a obvod zopnutia napájania. Dosky plošných spojov sú samozrejme vybavené iba raz. Všetko ostatné obsahuje iba deväť diód LED na vonkajšej strane kocky.

Zvláštnosťou PCB sú prešpikované otvory na každej strane. Na jednej strane sa tieto otvory/spájkovacie podložky používajú na to, aby kocka vyzerala ako kocka a držala všetko na svojom mieste, a na druhej strane prenáša výkon pre diódy LED aj signál WS2812. Latter je komplikovanejší, pretože musí byť v konkrétnom poradí. Každá doska plošných spojov má iba jeden vstupný a jeden výstupný signál a aby som v jednom bode prerušil jeden signál, pridal som niekoľko spájkovacích prepojok SMD.

Časti, ktoré budete potrebovať k doske MCU:

• WiFi MCU ESP8285-01F
• Gyroskop ADXL345
• SMD kondenzátory 0603 (100n, 1 µ, 10 µ)
• Rezistory SMD 0603 (600, 1k, 5k, 10k, 47k, 100k, 190k, 1M)
• SMD dióda SOD123 1N4148
• SMD LED 0805
• SMD Mosfet (IRLML2244, IRLML2502)
• SMD LDO MCP1700
• Tlačidlo SMD 90 stupňov
• WS2812 2020 LED

Časti, ktoré budete potrebovať k napájacej doske:

• IC nabíjačky MCP73831
• SMD kondenzátory 0603 (100n, 1 µ, 10 µ)
• Rezistory SMD 0603 (1k, 5k, 10k)
• SMD dióda MBR0530
• SMD LED 0805
• SMD Mosfet (IRLML2244)
• JST 1,25 mm 2P konektor
• WS2812 2020 LED

Krok 4: Zostavenie kocky

Všetky podrobnosti o montáži kocky by ste mali nájsť vo vyššie uvedenom videu.

Zostavenie kocky nie je najľahšie, ale aby to bolo o niečo jednoduchšie, navrhol som malú spájkovaciu pomôcku, kde je možné spájkovať najmenej tri zo šiestich dosiek plošných spojov. Ak to urobíte dvakrát, získate dve hrany DPS, ktoré je potrebné prepojiť, keď všetko funguje. Áno, uistite sa, že všetko funguje. Zatiaľ som to netestoval, ale odpájanie jedného DPS z kocky môže byť náročné.

Pred pripojením konektora batérie nezabudnite spájkovať tri PCB dohromady. V opačnom prípade musíte upraviť súbor.stl s malým otvorom, do ktorého zapadá zdvihák.

Krok 5: Arduino kód

Kocka začne s vypnutým WiFi, aby ušetrilo trochu energie, čo sa nazýva spánok modemu. Pokiaľ ide o technický list ESP, MCU v režime spánku modemu spotrebuje iba 15 mA, zatiaľ čo v normálnom režime potrebuje asi 70 mA. Dobré pre zariadenia napájané batériami, ako je toto. Aby ste to dosiahli, budete potrebovať nasledujúcu časť kódu pred zavolaním funkcie nastavenia.

void preinit () {

ESP8266WiFiClass:: preinitWiFiOff (); }

Ďalším stlačením tlačidla môžete WiFi prebudiť zavolaním na štandardnú funkciu WiFi.begin () alebo v tomto prípade na Blynk.begin (), čo je výzva na nastavenie aplikácie, ktorú som si vybral na ovládanie kocky.

Prenesenie niektorých animácií na kocku je len malá matematika. Konverzia matice na pixel na konkrétnej vonkajšej stene sa vykonáva pomocou tejto jednoduchej pomocnej funkcie:

int get_pixel (int mat, int px, int py) {

// začiatok v ľavom hornom rohu návrat (px + py * 3) + mat * 9; }

Pokiaľ ide o prehľad pixelov plošných spojov v kroku 2, prvá matica je horná, druhá smeruje spredu, ďalšie sú okolo kocky idúcej správnym smerom a posledná matica je spodná.

Pri použití priloženého kódu musíte upraviť poverenia WiFi, aby zodpovedali vašej sieti. Pre správne použitie s aplikáciou Blynk APP nezabudnite pred otvorením skice vložiť oba súbory (BLYNK.ino a druhý, v ktorom je Blynk) do rovnakého priečinka. Skica obsahuje dve rôzne karty. Druhý súbor, ktorý v skutočnosti nič nerobí, nemusí byť vybavený ďalšou záložkou. Je to len na uspanie kocky, keď nebolo stlačené tlačidlo. V opačnom prípade kocka nespí a bude neustále čerpať prúd.

Krok 6: APLIKÁCIA

Ako už bolo povedané, kocka sa začína jediným stlačením tlačidla. Ale s funkciou WiFi sa to vôbec nezačne. Ďalším stlačením, keď je kocka už zapnutá, sa spustí WiFi a pripojí sa k vopred definovanej sieti. Na zadnej strane môžete na ovládanie kocky používať BlynkAPP. Funkčnosť môžete samozrejme rozšíriť, existuje veľa možností pre túto vec …

Tu je znázornený jednoduchý príklad rozloženia v aplikácii Blynk. Skladá sa z dvoch SLIDER (jas a rýchlosť animácie), dvoch STYLOVANÝCH TLAČIDIEL (zmena vzoru animácie a vypnutie kocky), jedného KROKU na zmenu režimu kocky, LED diódy, ktorá ukazuje, ktorá strana s kockami je hore a v neposlednom rade GAUGE pre ukazujúci stav batérie. Všetky tieto widgety využívajú virtuálne piny na komunikáciu APP-MCU. Niečo na čítanie virtuálnych pinov cez MCU je volanie tejto funkcie, zatiaľ čo V1 odkazuje na použitý virtuálny pin a param.asInt () obsahuje aktuálnu hodnotu pinu. Funkcia obmedzenia slúži len na obmedzenie vstupných hodnôt (bezpečnosť na prvom mieste: D).

BLYNK_WRITE (V1) {

// StepH t = milis (); current_mode = constrain (param.asInt (), 0, n_modes - 1); }

Na zápis virtuálneho pinu do aplikácie Blynk môžete použiť nasledujúcu funkciu:

int data = getBatteryVoltage ();

Blynk.virtualWrite (V2, údaje);

Viac informácií o tom získate vo skici Arduina!

Krok 7: Bavte sa

Navrhovanie a stavanie kocky ma veľmi bavilo! Napriek tomu som s tým mal určité problémy. Prvá z nich je, že som chcel použiť obvod prevodníka zosilnenia v prvej verzii kocky, aby som zaistil, že LED diódy WS2812 budú bežať pri 5V. Našťastie budú fungovať aj pri napätí Lipo okolo 3, 7 V, pretože zosilňovač zosilňovača bol príliš hlučný a rušil signál LED, čo má za následok nechcenú blinky kocku.

Druhým obrovským problémom je, že som chcel využiť možnosť bezdrôtového nabíjania, a to aj pre druhú verziu. Našťastie som pridal niekoľko nabíjacích podložiek, ktoré sú prístupné zvonku kocky, pretože indukčný výkon je narušený rovinami GND dosky plošných spojov a komponentov. Preto musím vytvoriť nabíjací stojan s 3D tlačou, aby bolo možné kocku vložiť a niektoré kontakty pritlačiť na kocku.

Dúfam, že sa vám páčilo čítanie tohto návodu a možno nájdete spôsob, ako si postaviť vlastnú kocku!

Neváhajte sa pozrieť na môj Instagram, web a kanál YouTube, kde nájdete ďalšie informácie o kocke a ďalších úžasných projektoch!

Ak máte otázky alebo vám niečo chýba, dajte mi vedieť v komentároch nižšie!

Príjemnú zábavu pri tvorbe!:)

Prvá cena v súťaži PCB Design Challenge