Šumski požar: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ovaj projekt inspiriran je mističnim požarom u igri prijestolja, zelenkastom tekućinom, koja je, kad se zapalila, eksplodirala u zelenom plamenu. Projekt se koncentrira na korištenje RGB SMD5050 LED traka za prilagođene efekte boje. Tri staklena predmeta opremljena su sa po šest RGB LED dioda. Arduino Uno stvara svjetlosne uzorke poput treperenja poput vatre. RGB LED diode potrebne su za stvaranje gradijentnog uzorka boja od tamnozelene do svijetlozelene pa sve do najsvjetlije bijele. Jednostavna zelena LED dioda nije dovoljna, potrebne su joj crvena i plava komponenta za stvaranje svijetlo bijele boje. Kao bonus, ovaj hardver može proizvesti bilo koje druge boje. Stakleni predmeti potrebni su za prelamanje svjetla i prikrivanje stvarnog izvora svjetlosti, odnosno male LED trake RGB SMD5050 vrlo tehničkog izgleda.

Ideja se može proširiti na onoliko objekata koliko želite i na sve dinamičke boje koje želite. Ova instrukcija opisuje kako sam implementirao postavku sa tri staklena objekta sa sljedećim shemama boja. Shema požara se vidi u uvodnom videu. Ostatak šema vidi se u videu na stranici 6 ovog uputstva.

• Požar. Igra prijestolja inspirisala je vatru poput spektakla.
• Atraktor jednoroga. Spektakl koji bledi kroz dugine boje.
• Blink. Nasumična promjena boje u dvije različite brzine.
• Fade. Lagana promjena slučajnih boja u dvije različite brzine.
• Žive boje. Obojajte svoje objekte svjetlom koje blago oscilira oko jedne posebne boje.
• Svijeće. Neka vaše LED diode imitiraju prirodni plamen svijeće.

Podešavanje

U osnovnom podešavanju napredujete kroz šest shema boja jednim pritiskom na dugme. Dvostruki klik će preći unutar jedne sheme boja s jedne postavke na drugu, ako je primjenjivo. Postavke u boji mogu se dodati uređivanjem programa Arduino.

U budućoj proširenoj verziji, dugme je zamenjeno ESP8266 pločom, koja će biti povezana sa veb stranicom, koja će kontrolisati šeme boja. Web stranica se zauzvrat može kontrolirati preglednikom mobilnog uređaja. To daje mnogo više raznolikosti u prilagođavanju stvari:

• postavite brzinu i smjer promjene
• postavite boju za treperenje svijeća
• postavite svjetlinu i zasićenje boja

Ova instrukcija se fokusira na osnovno podešavanje, koje uključuje samo dugme kao korisničko sučelje.

Korak 1: Šta vam treba

• Jeftina RGB LED traka koju možete izrezati na kraće trake
• Jedinica za napajanje, po mogućnosti 12 V 1.5 Stvar koja se isporučuje s RGB LED trakom
• Arduino UNO ili slično
• Dva ULN2803AP IC: s
• Jednostavnim pritiskom na dugme
• Perma-Proto matična ploča
• Žica
• Kutija za elektroniku
• Neki stakleni predmeti koji će biti osvijetljeni RGB LED trakama
• Alati (skidač žice, lemilica, lemljenje …)

LED traka

Kupio sam jeftinu LED traku koja se sastoji od nekih 90 RGB SMD LED dioda. Mala jedinica pokreće LED diode, mijenjajući njihovu boju. Uređaj je daljinski upravljan i traka može mijenjati boje na različite načine. Ali cijela traka ima istu boju. Zabavno je to što možete izrezati traku na male trake koje sadrže samo tri rgb diode u svakoj traci. Svaka traka, bez obzira koliko duga bila, mora biti napajana sa 12 V. Svaka sekcija od tri rgb LED diode ima svoj set otpornika koji vode računa o padu napona na LED diodama. Morate osigurati samo 12 V i dovoljno ampera, pa, miliampera. Za ovaj projekt koristim tri trake LED trake, po 6 jedinica u svakoj, i 12 V 1.0 A jedinicu za napajanje. Upravljačka jedinica i daljinski upravljač nisu potrebni.

ULN2803AP

Jednom LED diodi treba samo malo struje. Obično možete upaliti LED diodu direktno s Arduino podatkovnog pina, sve dok imate otpornik koji spušta podatkovni pin 5 V na nekih 3 V za LED. Ali jedna RGB SMD5050 LED dioda sastoji se od tri LED diode, crvene, grene i plave. I za ovaj projekt koristim trake sa 6 RGB SMD5050 LED dioda. Jedan pin podataka za Arduino Uno kontrolira 6 LED dioda. Samo to bi nazdravilo pin -u podataka, ako bi moć paljenja LED dioda dolazila iz pin -a za podatke. Ali u svemu će biti devet takvih pinova podataka i to će zasigurno biti previše strujno za Arduino. Zato se ULN2803AP uključuje. ULN2803AP je integrirani čip sa 8 darlington tranzistora. Treba mi 9, pa koristim samo dva čipa ULN2803AP. Ostaje mi 7 rezervnih tranzistora, ako želim proširiti projekt na pet objekata.

Jedna jedina LED dioda unutar RGB SMD5050 LED -a troši 20 mA. Šest od njih bi značilo 120 mA. Jedan pin (jedan darlington tranzistor) u ULN2803 može potopiti 500 mA. Ali cijeli čip može podnijeti maksimalno 1,44 W topline koju proizvodi struja. 120 mA proizvodi 0,144 W. Stavljam pet linija na jedan od čipova ULN2803 i četiri linije na drugi. To će biti 0,72 W na jednom čipu i 0,58 W na drugom čipu. Tako da bih trebao biti u redu. Korištenje svih 8 linija ULN2803 sa po 120 mA na svakoj zagrijalo bi čip sa 1,2 W. On bi se zagrijao, ali bi to i dalje tolerirao.

Jednostavno objašnjeno, RGB SMD LED traka dobiva 12 V iz izvora napajanja. Sa LED trake struja iz svake od tri LED boje u boji ide na svoj pin u ULN2803AP i dalje u GND. Krug je zatvoren i LED svijetli. Ali ULN2803AP se uključuje/isključuje pomoću 5 V podatkovnih signala iz Arduina. Ovi signali će izvući samo nekoliko miliampera iz Arduina.

Stakleni predmeti i LED trake

Imao sam ove čudne staklene predmete koji su namijenjeni za čajne svjetiljke. Izrezao sam ploče od brezovih trupaca na koje mogu stajati i imati na što zalijepiti LED trake. Napravio sam neke nabore na trakama kako bih ih pretvorio u prstenove, gdje su pojedinačne LED jedinice okrenute prema gore. Budite oprezni s naborima kako ne biste izrezali linije.

Korak 2: Upute za korisnika

Uređaj će imati jednostavno korisničko sučelje. Uključuje se uključivanjem izvora napajanja u zidnu utičnicu i počinje s prvom shemom boja, a to je Wildfire. Isključuje se isključivanjem. Klik na gumb prelazi na sljedeću shemu boja. Dupli klik će se kretati kroz pod šeme svake šeme boja. Implementirat ću sljedeće sheme boja:

1. Požar. Igra prijestolja inspirisala je vatru poput spektakla, gdje zeleni plamen putuje od jednog staklenog predmeta do drugog. Ovaj efekt će izgledati najspektakularnije kada su stakleni predmeti postavljeni okomito jedan prema drugom. Tri različite podsheme su implementirane sa različitim tempom plamena.
2. Atraktor jednoroga. Spektakl koji bledi kroz dugine boje. Blijeđenje se događa rotirajuće, kao da se svaka boja pomiče s jednog staklenog predmeta na sljedeći. Podsheme će imati različite brzine slabljenja.
3. Blink. Nasumična promjena boje u dvije različite brzine. Podsheme će imati različite palete (samo potpuno zasićene boje, pola zasićene boje, boje sa samo polovine kruga boja)
4. Fade. Lagana promjena slučajnih boja u dvije različite brzine. Slični podscemi kao u #3.
5. Žive boje. Obojajte svoje objekte svjetlom koje blago oscilira oko jedne posebne boje. Podsheme će postaviti boje na crvenu, narandžastu, žutu, zelenu, plavu, indigo ili ljubičastu. Oscilacija se događa unutar sektora od 10 stepeni oko odabrane boje. Tri staklena objekta imaju istu odabranu boju, ali svaki objekt ima svoju nasumično promjenjivu frekvenciju osciliranja, koja cijelom setu daje živu živu boju.

6. Svijeće. Neka vaše LED diode imitiraju prirodni plamen svijeće. Tri podsheme:

   1. "što je moguće mirnije"
   2. "negdje otvoren prozor"
   3. "bila je mračna i olujna noć"

Korak 3: Nekoliko riječi o RGB bojama

U ovom odjeljku raspravljam o svom viđenju RGB prostora boja. Ovaj odjeljak možete sasvim preskočiti. Dajem samo pozadinu zašto se prema bojama RGB LED dioda ponašam isto.

Dakle, RGB LED ima samo crveno, zeleno i plavo svjetlo. Njihovim miješanjem stvorit će se sve boje koje ljudsko oko može prepoznati (gotovo). Količina svakog dijela - crvenog, zelenog ili plavog - je u digitalnom svijetu obično definirana brojevima od 0 do 255. Potpuno zasićenoj boji potrebna je jedna od komponenti boje koja je nula, a jedna komponenta boje 255. U ovom slučaju ima smisla da u našem digitalnom svijetu imamo samo 1530 različitih potpuno zasićenih boja.

Jedan od načina modeliranja RGB prostora je kocka. Jedan vrh kocke je crn. Iz tog vrha možemo putovati po crvenom, plavom ili zelenom rubu. Svaka točka u kocki je boja definirana njenim crvenim, zelenim i plavim koordinatama. Putujući do najudaljenijeg vrha od crnog vrha, dolazimo do bijelog vrha. Fokusirajući se na šest vrhova, isključujući crni i bijeli, možemo oblikovati putanju koja prelazi svih šest vrhova slijedeći rubove. Svaka ivica ima 256 tačaka ili boja. Svaki vrh dijele dva ruba, tako da je ukupan broj točaka 6 * 255 = 1530. Slijedeći ovu putanju prolazi svih 1530 potpuno zasićenih boja u spektru boja. Ili duga. Vrhovi predstavljaju boje crvenu, žutu, zelenu, cijan, plavu i magenta.

Svaka druga točka u kocki predstavlja boju koja nije potpuno zasićena.

• Ili se tačka nalazi unutar kocke, što znači da se sve crvene, zelene i plave koordinate razlikuju od nule. Zamislite dijagonalu od crnog do bijelog vrha kao liniju svih sivih nijansi. I sve "ne potpuno zasićene boje" unutar kocke blijede od pune zasićenosti na rubu prema ovoj dijagonali "nulte zasićenosti".
• Ili tačka leži na jednoj od tri ravne površine kocke koje dodiruju crni vrh. Takva boja mogla bi se smatrati potpuno zasićenom, ali zatamnjenom. Što ga više zatamnjujete, to više gubi percipiranu zasićenost boje.

Umjesto da puteljak sa šest rubova oko kocke opisuje sve potpuno zasićene boje, možemo postaviti ovih 1530 boja u krug, gdje imamo 255 različitih boja u sektoru od 60 stupnjeva - poput blijeđenja iz crvene u žutu dodavanjem zelene boje. Prolazak kroz sve boje u krugu boja je poput klizanja tri kontrolera u boji, jedan za redom, dok se druga dva nalaze u suprotnim, većini pozicija. Budući da ću u nekim shemama boja koristiti krug boja ili spektar duginih boja, definirat ću boju (nijansu) kao točku u krugu, koristeći vlastitu ljestvicu 1530:

Standardna ljestvica 360 mjerila 1530

========== ================ crvena 0 0 narandžasta 128 30 žuta 256 60 zelena 512 120 tirkizna 768 180 plava 1024 240 indigo 1152 270 ljubičasta 1280 300 ružičasta 1408 330

Ova skala 1530 pojednostavljuje pretvaranje duginih boja u vrijednosti za RGB LED diode.

Zašto 255 boja u svakom odjeljku? Zašto ne 256? Pa, 256 -ta boja jednog sektora je prva boja sljedećeg sektora. Ne možete dvaput izbrojati tu boju.

Ipak, nekoliko riječi o PWM -u

Tipična LED dioda dizajnirana je tako da sjajno svijetli pri danom naponu. Snižavanje tog napona moglo bi smanjiti svjetlinu, ali sama LED nije dizajnirana da se priguši samo padom napona. Na pola napona možda se uopće neće ni uključiti. Umjesto toga, zatamnjenje se postiže prebacivanjem između punog napona i nultog napona. Što je prebacivanje brže, ljudsko oko može manje prepoznati treperenje. Ako je LED pola puta uključen, a pola isključen, ljudsko oko percipira svjetlost kao da sija s pola efekta potpuno svijetle LED diode. Podešavanje omjera između vremena potpunog efekta i vremena nultog efekta je ono što zatamnjuje LED. Ovo je PWM, ili modulacija širine impulsa.

Jeftina RGB SMD LED traka koju sam kupio za ovaj projekt uključuje uređaj koji se brine za PWM. U ovom projektu umjesto toga stvaram PWM s Arduino UNO. RGB prostor boja, kao što je tipično implementirano na ekranu računara, teoretska je struktura, gdje se zamišlja da svaki kanal u boji ima vrijednost od 0 do 255, a svjetlina kanala linearno slijedi vrijednost. Grafička kartica računara može nadoknaditi bilo koju skraćenicu iz ovog linearnog očekivanja koju stvarne LED diode mogu imati. Bez obzira na to da li SMD LED diode korištene u ovom projektu slijede linearno korištene vrijednosti PWM -a nisu u opsegu ovog projekta. PWM vrijednost 255 stvara najsjajnije svjetlo. Ali vrijednost 128 možda nije svjetlina percipirana kao polovina svjetline 255. A 192 se možda ne može percipirati kao svjetlina tačno u sredini 255 i 128.

Korak 4: Sheme

Ovdje predstavljam sheme elektronike. Fotografija prikazuje kako moja veza izgleda. Lemio sam čipove, žice i dugme na perma proto ploču. Do sada su komponente samo spojene sa žicama, ali ostavljam vama da osmislite kako ih smjestiti u lijepu kutiju i kako izvući žice na LED trake. Ako nađete 4 -žični ravni kabel, upotrijebite ga jer jednoj LED traci trebaju 4 žice. Imao sam samo 3 -žični ravni kabel, pa mi je trebala dodatna žica, zbog čega je izgledalo pomalo ružno.

Korak 5: Kôd

Kôd je napisan za Arduino Uno. Uno ima samo 6 pinova sposobnih za PWM, ali meni treba 9 njih. Zato koristim posebnu PWM biblioteku koju je napisao Brett Hagman. Ovo se mora instalirati u vaš Arduino IDE.

wildfire.ino je glavna datoteka projekta, uključuje funkcije setup () i loop (), kao i neke druge uobičajene funkcije za sve sheme.

wildfire.h je uobičajena datoteka zaglavlja.

Različite datoteke sheme mogu se zalijepiti kao zasebne kartice u projektu.

Korak 6: Na djelu

Korak 7: Dalji razvoj

• Zamijenite sučelje s jednim gumbom ESP8266 kako biste omogućili bežični kontakt sa Android telefonom, gdje je korisničko sučelje web stranica za kontrolu shema.
• U traci je ostalo još 70 RGB SMD LED dioda koje ćete koristiti. To je 24 trake sa po 3 u svakoj. Još 24 kanala zahtijevaju novi pristup. Biće mu potrebni Arduino Mega 2560 i još neki ULN2803AP čipovi, alternativno dvije 16 -kanalne servo ploče, koje se često koriste za LED diode.
• Neiskorišteni su i daljinski upravljač za originalnu LED traku, kao i njen prijemnik. Nisam još otvorio prijemnik, ali možda bi se mogao nekako ponovo upotrijebiti. Moglo bi se dopustiti da Arduino otme njegove logike i da mu dostavi numeričke podatke za kontrolu svjetlosne emisije.