Animirano svjetlo raspoloženja i noćno svjetlo: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Imajući fascinaciju koja graniči sa opsesijom svjetlom, odlučio sam stvoriti izbor malih modularnih PCB -a koji bi se mogli koristiti za stvaranje RGB svjetlosnih prikaza bilo koje veličine. Nakon što sam napravio modularnu PCB ploču, došao sam na ideju da ih rasporedim u šesterokut za stvaranje 3D ekrana koji bi se mogao koristiti za stvaranje bilo čega, od jednostavnog noćnog svjetla za spavaću sobu do svjetla za raspoloženje koje ne bi bilo previše na mjestu, sjelo je za stol u vrhunskom restoranu.

Naravno, i drugi oblici se mogu stvoriti koristeći iste principe.

Evo nekih animacija koje se trenutno prikazuju na svjetlu.

• Vatra
• Kiša
• Zmija (retro)
• Igra života
• Oscilacije valnog oblika
• Lighthouse
• Predenje (brijačnica)

Svjetlo je trenutno stvoreno u dvije veličine - maloj (96 LED) i velikoj (384 LED diode), ali se to može povećati prema potrebi.

Supplies

WS2812B LED diode - AliExpress

PCB - ALLPCB

3 mm crna laserski rezana plastika - dobavljač plastičnih ploča

Bijela nit za 3D štampanje - Amazon

Elektroničke komponente - Farnell / Newark

M3 vijci i odstojnici s navojem - Amazon

Lemilica

Toster Pećnica - Sklop komponenata za površinsko montiranje

Korak 1: Panelne PCB ploče

Na početku putovanja želio sam niz malih PCB -a koji mogu ugostiti brojne LED piksele i spojiti ih na vrlo jednostavan način bez potrebe za dodatnim žicama ili konektorima. Došao sam do vrlo jednostavnog dizajna koji je omogućio da se LED diode WS2812B spoje zajedno, a zatim proslijede lanac na sljedeću PCB.

Napravio sam tri PCB -a sa sljedećim dimenzijama piksela.

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

Za ovaj projekt samo se ploče 4x4 i 8x8 koriste za stvaranje svjetala.

LED diode su raspoređene u mreži od 9 mm u X i Y dimenzijama koje su prilično usko povezane, ali pružaju dovoljno prostora za rad uzimajući u obzir rubne priključke PCB -a. PCB -i su stvoreni tako da se, kada se spoje, održava LED mreža od 9 mm. PCB -i su jednostavno povezani zajedno lemljenjem s jedne ploče na drugu.

Svaka LED dioda ima svoj 100nF kondenzator za električno odvajanje i za napajanje LED diode na zahtjev.

Prikazana je shema za ploču od 4x4 piksela zajedno s gornjim i donjim bakrenim slojevima za ilustraciju LED rasporeda i rasporeda rubnih konektora. Svilene ekrane dodale su oznake kako bi postalo očigledno smjer prijenosa podataka između konektora.

Ploče također sadrže rupe za montažu M3 na nagibu 18 x 18 mm radi pojednostavljivanja montaže i jačanja veza među pločama.

Dodavanjem laserski izrezanog 3 mm mliječno -bijelog akrilnog lima, kako je prikazano, LED diode dobivaju lijep difuzni efekat.

Ploče su proizvedene nanošenjem paste za lemljenje na donje bakrene jastučiće za montažu površine pomoću šablone. Zatim sam stavio komponente na ploču provjeravajući njihovu ispravnu orijentaciju prije nego što sam ih pekao u tosteru da istekne lem. O ovoj vrsti DIY jeftine proizvodnje PCB -a govorio sam u nekoliko mojih drugih verzija Instructables.

Upozorenje - NEMOJTE KORISTITI bilo koju pećnicu koja se koristi za hranu za kuhanje PCB -a jer to može dovesti do kontaminirane hrane. Dobio sam svoju PC toster pećnicu za 10 funti (15 dolara) na eBayu.

Korak 2: Upravljajte PCB -om

Sa gotovim LED diodama tada sam želio mogućnost upravljanja LED diodama s mikrokontrolera. Počeo sam koristiti Arduino nano i ovo je odlično funkcioniralo, ali htio sam svjetlu dodati još neke funkcionalnosti, a to je postajalo sve neugodnije za hakiranje Arduino ploče. Stoga sam odlučio stvoriti još jednu prilagođenu PCB ploču za pogon svjetla.

Evo nekih funkcija koje sam dodao svojoj kontrolnoj ploči.

• Brži mikrokontroler sa više ROM -a i RAM -a.
• FET logičke razine koji mi omogućuje globalno uključivanje i isključivanje LED dioda - korisno pri uključivanju i pri radu male snage.
• Bafer velike brzine za pretvaranje 3V3 signala iz mikrokontrolera u 5V za pogon LED dioda.
• Prebacite se kako biste omogućili korisniku da kontrolira svjetlo.
• Foto tranzistor - za prilagođavanje svjetline LED dioda tako da odgovara nivou ambijentalnog osvjetljenja.
• Nadzor napajanja - kako bismo bili sigurni da nismo pokušali povući više struje nego što napajanje može dati.
• Bluetooth konektor - HC05/HC06.
• WIFI konektor - ESP8266.
• I2C konektor.
• Konektor za proširenje budućnosti.

Prikazana je shema ploče, kao i gornji i donji sloj bakra. U priloženom dokumentu BillOfMaterials navedene su komponente koje sam postavio na upravljačku ploču.

Senzor svjetla prilično je važan za dizajn jer svjetlina LED dioda WS2812B može vrlo brzo dobiti previše za gledanje, pa čak i bolna pri punoj svjetlini. Imajući senzor za svjetlo, LED svjetlina se automatski mijenja, što znači da je zaslon uvijek ugodan za gledanje. Živopisno u svijetloj prostoriji obasjanoj suncem, a opet ugodno za gledanje kao noćno svjetlo u zamračenoj prostoriji.

Opet za izradu ploče, lemna pasta je nanesena šablonom, komponente su ručno postavljene pincetom, a zatim su pečene u mojoj pouzdanoj toster pećnici.

PCB se napaja putem 5V DC napajanja, koje može doći direktno iz mrežnog napajanja ili putem 2A USB utičnice za punjač.

Prikazan je i moj raniji pokušaj korištenja Arduina.

Korak 3: 3D štampani kostur

Prvobitno sam se igrao koristeći laserski rezane plastične ploče kao difuzore, ali to je ostavilo prilično ružan razmak između svake ploče. Završio sam 3D štampanjem okolnog difuzora jer mi je to omogućilo da napravim lijepu, bešavnu omotnicu za šest LED PCB -a. To mi je također omogućilo da značajno smanjim debljinu difuzora što pruža znatno oštriji ukupni prikaz.

Unutra se šest LED štampanih ploča drže zajedno pomoću 3D štampanog kostura. Ovaj kostur ulazi u različite rupe M3 na PCB -ima zaslona držeći ih u lijepom šesterokutnom uzorku.

3D štampani kostur takođe ima rupe koje omogućavaju da se kontrolna štampana ploča montira blizu gornje ploče za lasersko sečenje, omogućavajući da prekidač bude dostupan i da senzor svetlosti dobro očita nivo ambijentalnog svetla.

Sa pločama na poziciji između kostura i difuzora, tada mogu lako lemiti ploče tekućim lemljenjem između priključnih pločica na PCB -u. Započinjem dodavanjem lema na najudaljeniji jastučić, a zatim rotiram svjetlo na njegovu rubu kako bi gravitacija pomogla pri pretakanju lemljenja na susjedni jastučić. Ponovite za tri veze, a zatim prijeđite na sljedeću vezu do ploče. Na šestom spoju između PCB -a samo pričvršćujem olovne i uzemljene šine ostavljajući podatkovnu vezu nepovezanu. Ovo osigurava dva puta kružne struje za svaku ploču kako bi prikupili svoju snagu, slično onome kako glavni prsten radi za unutrašnje ožičenje vaše kuće.

3D štampač koristi i neke odstojnike koji omogućuju da gornji i donji panel za lasersko rezanje lijepo stoje.

Datoteke 3D štampača su dizajnirane pomoću programa Sketchup i izvor je priložen.

Korak 4: Lasersko izrezivanje vrha i dna

Laserski izrezani dijelovi su vrlo jednostavnih šesterokutnih oblika s rupama na pravom mjestu za pričvrsne vijke.

Na gornjoj ploči nalazi se mali otvor za svjetlosni senzor i još jedan veći otvor za pritisni prekidač. Dok se na donjoj ploči nalazi otvor za USB kabel za napajanje, kao i dvije male rupice koje omogućuju upotrebu veznog pojasa za ublažavanje naprezanja kabela.

Crteži za ove dijelove su uključeni u datoteku Sketchup u prethodnom koraku.

Korak 5: Firmware

Za svoj glavni mikrokontroler odabrao sam uređaj PIC24FJ256GA702 koji radi prilično brzo na do 32MHz koristeći svoj unutarnji oscilator i ima tone dostupne programske memorije i RAM -a za stvaranje lijepih animacija.

Za razvoj firmvera koristio sam Flowcode jer mi je omogućio da simuliram i otklonim greške koda dok sam išao, što je pomoglo u stvaranju lijepog efikasnog koda koji radi velikom brzinom. Flowcode je dostupan besplatno potpuno otključan 30 dana, a nakon toga možete izabrati da kupite ili se jednostavno ponovo prijavite na probni period. Takođe ima i lijepu mrežnu zajednicu koja je spremna da se uključi i pomogne mi ako usput udarim u zidove. Rekavši ovo, sav softver se može napraviti pomoću Arduino IDE -a ili sličnog, samo biste izgubili sposobnost simulacije.

Koristio sam PICkit 3 za programiranje PIC-a na upravljačkoj ploči. Ovo se može integrirati u Flowcode tako da kompilira i programira putem PICkita jednim pritiskom miša, slično gumbu za preuzimanje u Arduinu.

Mikrokontroler koji sam odabrao nije imao ugrađeni EEPROM što je u početku predstavljalo problem jer sam htio spremiti trenutno odabrani način animacije. Međutim, imao je fleš memoriju koju je mogao programirati korisnik, pa sam uspio postići ovu funkcionalnost na kružni način.

U prilogu je program Flowcode koji sam stvorio. Prozor svojstava vam omogućava da odaberete veličinu korišćene ploče ekrana. 4x4 ili 8x8 i ovo postavlja hrpu parametara kao što su broj LED dioda itd. koji zatim pokreću različite animacije tako da se jedan program može koristiti na obje veličine ekrana.

Korisničko sučelje za svjetlo je prilično jednostavno. Pritisnite prekidač na manje od tri sekunde i lampica prelazi u sljedeći način rada. Prije početka svakog načina rada indeks načina rada prikazan je na svakoj LED ploči. Pritisnite prekidač duže od tri sekunde i lampica će se isključiti. Daljnjim pritiskom na prekidač svjetlo će se ponovo upaliti i vratiti u prethodno odabrani način rada. Gubitak napajanja svjetlom rezultirat će time da svjetlo nastavi sa radom sada kada se napajanje vrati, uključujući status uključivanja/isključivanja.

Evo različitih načina animacije koje svjetlo trenutno može raditi s postojećim firmverom.

1. Razmaz boja - Pomiješane boje u prstenovima
2. Igra života - simulacija zasnovana na životnom obliku
3. Predenje uzoraka - Animirani uzorci u 2, 3 ili 4 boje
4. Generator valova - Obojeni sinusni valovi
5. Fiksna boja - Šest pojedinačnih panela u boji koji se rotiraju
6. Nijansa - Animirane boje panela Sve/Pojedinačno
7. Svjetionik - Rotirajuća pojedinačna ploča
8. Prstenovi - Animirani vodoravni prstenovi
9. Vatra - Animirani efekat vatre
10. Kiša - Animirani efekat kiše u boji
11. Vatromet - animirani efekt vatrometa u boji
12. Pomicanje - Animirani efekt pomicanja
13. Zmija - Animirane retro bitke zmija
14. Zmije - Animirane rotirajuće zmije
15. Nasumično - Načini 1 do 14 sa sporim prijelazom (približno 60 sekundi)
16. Nasumično - Načini 1 do 14 s brzim prijelazom (približno 30 sekundi)

Svaki način ima jedan ili više randomiziranih elemenata uključujući brzinu animacije i druge parametre. Neki načini također sadrže nasumične elemente koji se mogu pomaknuti ili mijenjati tijekom vremena omogućavajući dinamičnije animacije. Na primjer, vatra ima nasumičnu količinu goriva koja se dodaje u svakom ciklusu. Ta količina ima fiksne gornje i donje granice. Vremenom se ova ograničenja mogu povećati ili smanjiti dopuštajući intenzitet vatre da ispuni ekran ili potone na samo nekoliko piksela dolje.

Korak 6: Povezivanje

Upravljačka ploča je spojena na napajanje pomoću USB A kabela ili kabela za DC utičnicu, a oboje se može kupiti po vrlo niskim cijenama na web lokacijama poput eBaya.

Upravljačka ploča je spojena na nepovezanu IN utičnicu ploče ekrana pomoću pristupačnog ruba konektora i standardnog trosmjernog servo vrpčnog kabela.

Gornje i donje ploče za lasersko rezanje tada se drže u položaju pomoću vijaka s glavom M3 i odstojnika s navojem M3.

Buduće nadogradnje

Mogućnost dodavanja Bluetootha i WIFI -a na moju kontrolnu ploču omogućuje buduće nadogradnje, poput ažuriranja animacije i pametne integracije sa stvarima kao što je Amazon Alexa putem mrežnih usluga poput ITTT -a. Ovo je nešto što trenutno istražujem.

Bilo bi lijepo da možete postaviti boju lampe, način animacije ili čak prikazati tekstualnu poruku samo razgovarajući sa svojim pametnim pomoćnikom.

Hvala što ste pogledali moju građu i nadam se da sam vas inspirirao da krenete mojim stopama ili stvorite nešto slično.

Drugoplasirani na takmičenju Make it Glow