Světlo animované nálady a noční osvětlení: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

S fascinací, která hraničí s posedlostí světlem, jsem se rozhodl vytvořit výběr malých modulárních desek plošných spojů, které by bylo možné použít k vytváření světelných displejů RGB jakékoli velikosti. Když jsem vyrobil modulární desku plošných spojů, narazil jsem na myšlenku uspořádat je do šestiúhelníku a vytvořit 3D displej, který by bylo možné použít k vytvoření čehokoli, od jednoduchého nočního světla po ložnici až po náladové světlo, které by nebylo příliš vhodné na stůl. ve špičkové restauraci.

Samozřejmě lze pomocí stejných principů vytvořit i jiné tvary.

Zde jsou některé animace, které aktuálně běží na světle.

• oheň
• Déšť
• Had (Retro)
• Hra o život
• Oscilace křivek
• Maják
• Točivé vzory (holičství)

Světlo je v současné době vytvořeno ve dvou velikostech - malé (96 LED) a velké (384 LED), ale toto lze podle potřeby zvětšit.

Zásoby

LED WS2812B - AliExpress

DPS - ALLPCB

3mm černý laserem řezaný plast - dodavatel plastového plechu

Bílé vlákno pro 3D tisk - Amazon

Electronic Components - Farnell / Newark

Šrouby M3 a závitové mezikusy - Amazon

Páječka

Toustovač - sestava součásti pro povrchovou montáž

Krok 1: Panelové desky plošných spojů

Na začátku cesty jsem chtěl řadu malých desek plošných spojů, které by mohly hostit řadu LED pixelů a spojovat je velmi jednoduchým způsobem bez potřeby dalších vodičů nebo konektorů. Přišel jsem s velmi jednoduchým designem, který umožňoval spojit LED diody WS2812B dohromady a poté předat řetěz na další desku plošných spojů.

Vytvořil jsem tři DPS s následujícími rozměry pixelů.

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

Pro tento projekt se k vytvoření světel používají pouze desky 4x4 a 8x8.

LED diody jsou uspořádány v mřížce 9 mm v rozměrech X i Y, což je poměrně úzké spojení, ale poskytuje dostatek prostoru pro práci při zohlednění konektorů na desce plošných spojů. Desky plošných spojů jsou vytvořeny tak, aby při spojení byla zachována mřížka LED 9 mm. DPS jsou jednoduše spojeny dohromady prouděním pájky z jedné desky na druhou.

Každá LED má vlastní 100nF kondenzátor pro elektrické oddělení a pomáhá dodávat proud do LED na vyžádání.

Zobrazeno je schéma pro desku 4x4 pixelů doplněnou horní měděnou a spodní měděnou vrstvou, která ilustruje jak rozložení LED, tak rozložení okrajových konektorů. Na hedvábnou obrazovku byla přidána označení, aby bylo zřejmé směr přenosu dat mezi konektory.

Desky mají také montážní otvory M3 s roztečí 18 mm na 18 mm pro zjednodušení montáže a posílení propojení mezi deskami.

Přidání laserem řezaného 3 mm mléčně bílého akrylového plechu, jak je znázorněno, poskytuje pěkný rozptýlený efekt LED diod.

Desky byly vyrobeny pomocí aplikace pájecí pasty na spodní měděné podložky pro povrchovou montáž pomocí šablony. Poté jsem umístil komponenty na desku a zkontroloval správnou orientaci, než jsem v mé toustovací peci protékal pájkou. Pokryl jsem tento typ nízkonákladové výroby desek plošných spojů v několika mých dalších sestavách Instructables.

Varování - NEPOUŽÍVEJTE žádnou troubu, která se používá k vaření PCB, protože by to mohlo vést ke kontaminaci potravin. Na eBay jsem dostal svou topinkovačovou desku na PCB za 10 liber (15 dolarů).

Krok 2: Ovládejte PCB

Když byly LED diody hotové, chtěl jsem možnost ovládat LED diody pomocí mikrokontroléru. Začal jsem používat Arduino nano a fungovalo to skvěle, ale chtěl jsem do světla přidat další funkce a to bylo čím dál nepříjemnější proniknout na desku Arduino. Proto jsem se rozhodl vytvořit další vlastní PCB pro řízení světla.

Zde jsou některé z funkcí, které jsem přidal na svoji řídicí desku.

• Vyšší rychlost mikrokontroléru s více ROM a RAM.
• Logická úroveň FET, která mi umožňuje globálně zapínat a vypínat diody LED - užitečné při zapnutí a provozu s nízkým výkonem.
• Vysokorychlostní vyrovnávací paměť pro převod signálu 3V3 z mikrokontroléru na 5V pro napájení LED diod.
• Přepínač umožňuje uživateli ovládat světlo.
• Photo Transistor - pro přizpůsobení jasu LED diod tak, aby vyhovovaly úrovním okolního osvětlení.
• Monitorování napájení - abychom se ujistili, že jsme se nepokusili zapojit více proudu, než může poskytnout napájení.
• Bluetooth konektor - HC05/HC06.
• WIFI konektor - ESP8266.
• Konektor I2C.
• Budoucí rozšiřující konektor.

Je znázorněno schéma desky a také horní a spodní měděné vrstvy. Přiložený dokument BillOfMaterials uvádí seznam součástí, které jsem namontoval na řídicí desku plošných spojů.

Světelný senzor je pro konstrukci poměrně důležitý, protože jas LED diod WS2812B může být velmi rychlý a příliš bolestivý při plném jasu. Světelný senzor umožňuje automatické přizpůsobení jasu LED, což znamená, že na displej je vždy příjemný pohled. Živý v jasně sluncem osvětlené místnosti a přesto pohodlný na sledování nočního světla v potemnělé místnosti.

Znovu na stavbu desky byla pájecí pasta nanesena pomocí šablony, součásti umístěny ručně pinzetou a poté upečeny v mé důvěryhodné toustovací peci.

Deska plošných spojů je napájena zdrojem 5 V DC, který může být napájen buď přímo ze síťového napájecího zdroje, nebo pomocí 2A USB nabíjecí zásuvky.

Zobrazen je také můj dřívější pokus o použití Arduina.

Krok 3: 3D tištěná kostra

Původně jsem si pohrával s používáním laserem řezaných plastových desek jako difuzorů, ale mezi každým z panelů to zanechalo docela ošklivou mezeru. Skončil jsem 3D tisk okolního difuzoru, protože mi to umožnilo vytvořit pěkný bezešvý obal pro šest LED PCB. Také mi to umožnilo výrazně snížit tloušťku difuzoru, což poskytuje mnohem ostřejší celkové zobrazení.

Interně je šest LED DPS drženo pohromadě pomocí 3D tištěného skeletu. Tato kostra přechází do různých otvorů M3 na deskách plošných spojů a drží je v pěkném šestiúhelníkovém vzoru.

3D vytištěná kostra má také otvory, které umožňují montáž řídicí desky plošných spojů v blízkosti horního panelu řezaného laserem, což umožňuje přístup k přepínači a světelnému senzoru dobré čtení úrovně okolního světla.

S deskami v poloze mezi kostrou a difuzorem pak mohu desky snadno pájet pomocí tekoucí pájky mezi spojovacími podložkami DPS. Začnu přidáním pájky na nejvzdálenější podložku a poté otočím světlo na jejím okraji, aby gravitace pomohla s proudem pájky na sousední podložku. Opakujte pro tři připojení a poté přejděte k dalšímu připojení desky k desce. Na šestém spojení mezi deskami plošných spojů připojuji pouze napájecí a zemnící lištu, přičemž datové připojení není připojeno. To poskytuje dvě kruhové proudové cesty pro každou desku, aby sbíraly svou energii podobně, jako funguje kruhová síť pro vnitřní síťové vedení vašeho domu.

Pomocí 3D tiskárny je také několik distančních podložek, které umožňují držení horního a dolního panelu řezaného laserem pěkně na svém místě.

Soubory 3D tiskárny byly navrženy pomocí aplikace Sketchup a zdroj je připojen.

Krok 4: Laserem řezané horní a dolní části

Laserem řezané díly mají velmi jednoduché šestiúhelníkové tvary s otvory na správném místě pro upevňovací šrouby.

Na horním panelu je malý otvor pro světelný senzor a další větší otvor pro spínač. Zatímco spodní panel obsahuje otvor pro napájecí kabel USB a dva malé otvory, které umožňují použití stahovacího pásku k zajištění odlehčení tahu kabelu.

Výkresy těchto částí jsou zahrnuty v souboru Sketchup v předchozím kroku.

Krok 5: Firmware

Jako hlavní mikrokontrolér jsem si vybral zařízení PIC24FJ256GA702, protože pomocí interního oscilátoru běží poměrně rychle až na 32 MHz a má spoustu dostupné programové paměti a paměti RAM pro vytváření pěkných animací.

K vývoji firmwaru jsem použil Flowcode, protože mi umožnil simulovat a ladit kód, jak jsem šel, což pomohlo vytvořit pěkný efektivní kód, který běží vysokou rychlostí. Flowcode je k dispozici zdarma zcela odemčený po dobu 30 dnů a poté se můžete rozhodnout koupit nebo se jednoduše znovu přihlásit do zkušební verze. Má také pěknou online komunitu, která je ochotná zapojit se a pomoci, kdybych narazil na jakékoli zdi po cestě. Když řekneme, že veškerý software může být vytvořen pomocí Arduino IDE nebo podobného, ztratili byste schopnost simulovat.

Použil jsem PICkit 3 k programování PIC na palubě mé řídicí desky plošných spojů. To lze integrovat do Flowcode, takže se kompiluje a programuje pomocí PICkitu jediným kliknutím myši, podobně jako tlačítko pro stahování v Arduinu.

Mikrokontrolér, který jsem vybral, neměl vestavěnou EEPROM, což byl zpočátku problém, protože jsem chtěl uložit aktuálně vybraný režim animace. Nicméně to mělo uživatelsky programovatelnou flash paměť, a tak jsem byl schopen dosáhnout této funkce kruhovým objezdem.

Přiložený program Flowcode, který jsem vytvořil. Okno vlastností umožňuje vybrat velikost použité zobrazovací desky. tj. 4x4 nebo 8x8 a tím se nastaví množství parametrů, jako je počet LED diod atd., které pak řídí různé animace, takže lze použít jeden program na obou velikostech displeje.

Uživatelské rozhraní světla je poměrně jednoduché. Stiskněte spínač na méně než tři sekundy a světlo přejde do dalšího režimu. Před každým spuštěním režimu se na každém panelu LED zobrazí index režimu. Stiskněte spínač na více než tři sekundy a světlo zhasne. Dalším stisknutím spínače se světlo znovu rozsvítí a vrátí do předchozího zvoleného režimu. Ztráta napájení světla způsobí, že světlo obnoví svůj současný provoz, když je napájení obnoveno, včetně stavu zapnutí/vypnutí.

Zde jsou různé režimy animace, které světlo aktuálně dokáže s aktuálním firmwarem.

1. Barevný nátěr - Smíšené barvy v prstenech
2. Hra o život - simulace založená na formě života
3. Točivé vzory - Animované vzory o 2, 3 nebo 4 barvách
4. Generátor vln - barevné sinusové vlny
5. Opravená barva - šest jednotlivých barevně rotujících panelů
6. Odstín - Barvy animovaného panelu Vše/Jednotlivec
7. Maják - otočný jeden panel
8. Kroužky - Animované horizontální prsteny
9. Fire - Animovaný efekt ohně
10. Rain - Animovaný efekt barevného deště
11. Fireworks - Efekt animovaného barevného ohňostroje
12. Řazení - Animovaný efekt posouvání
13. Snake - Animované retro hadí bitvy
14. Hadi - Animovaní rotující hadi
15. Náhodné - režimy 1 až 14 s pomalým přechodem (přibližně 60 sekund)
16. Náhodné - režimy 1 až 14 s rychlým přechodem (přibližně 30 sekund)

Každý režim má jeden nebo více náhodných prvků včetně rychlosti animace a dalších parametrů. Některé režimy také obsahují randomizované prvky, které se mohou v čase unášet nebo měnit, což umožňuje dynamičtější animace. Například oheň má randomizované množství paliva, které se přidává v každém cyklu, toto množství má pevně stanovené horní a dolní limity. Časem se tyto limity mohou zvyšovat nebo snižovat, což umožňuje, aby intenzita ohně zaplnila displej nebo klesla jen na několik dolních pixelů.

Krok 6: Připojení

Řídicí deska je připojena k napájecímu zdroji pomocí kabelu USB A nebo kabelu DC zásuvky, oba lze zakoupit za velmi nízké ceny na stránkách, jako je eBay.

Řídicí deska je připojena k nepřipojené zásuvce IN desky displeje pomocí přístupného konektoru na hraně a standardního 3pásmového kabelu serva.

Horní a spodní destičky řezané laserem se poté přidržují v poloze pomocí šroubů s válcovou hlavou M3 a rozpěrných závitů M3.

Budoucí upgrady

Možnost přidat Bluetooth a WIFI na můj ovládací panel umožňuje budoucí upgrady, jako jsou aktualizace animací a chytrá integrace s věcmi, jako je Amazon Alexa, prostřednictvím online služeb, jako je ITTT. To je věc, kterou právě vyšetřuji.

Bylo by hezké mít možnost nastavit barvu lampy, režim animace nebo dokonce zobrazit textovou zprávu pouhým rozhovorem se svým chytrým asistentem.

Děkuji, že jste se podívali na moji stavbu a doufám, že jsem vás inspiroval, abyste šli ve mých šlépějích nebo vytvořili něco podobného.

Runner Up in the Make it Glow Contest