Počítač s dálkovým ovládáním: 8 kroků (s obrázky)

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

Nedávno jsem narazil na problém, že moje lenost se pro mě doma stala obrovským problémem. Jakmile jdu spát, rád bych na své PC umístil nějaké pěkné LED světlo s některými hrami. Ale … Pokud chci tyto věci vypnout, musím pokaždé VSTÁVAT a vypínat je ručně. Proto jsem se rozhodl vybudovat kompletní ovladač pro celou plochu počítače, kde budu moci zapínat a vypínat monitory a světlo, upravovat hlasitost reproduktorů a jas osvětlení LED pásky stisknutím odpovídajícího tlačítka na dálkovém ovladači.

Projekt je ovladač PC stolu / pracovního stolu, který je ovládán IR dálkovým ovladačem. V dnešní době je k dispozici spousta typů IR dálkových ovladačů, ale to není problém. Tento ovladač je nastavitelný a lze jej spárovat s jakýmkoli typem infračerveného dálkového ovladače, který podporuje správný protokol pro náš použitý senzor (toto probereme později).

Ovládací stůl s ovládacím počítačem obsahuje:

1. Řízení napájení střídavým proudem: Zapínání/vypínání monitoru připojeného k 220VAC
2. DC Power Control: Zapínání/vypínání monitoru připojeného ke stejnosměrnému napájení (až 48V)
3. Ovládání hlasitosti zvuku: Kompletní ovládání stereofonní hlasitosti předávané reproduktorům
4. Ovládání osvětlení LED páskem: Kompletní ovládání jasu osvětlení LED pásků

Zařízení má správně navržené uživatelské rozhraní a nastavitelné mechanické oddíly, které usnadňují jeho sestavení a použití:

1. Displej: Stav všech ovládaných systémů v reálném čase je zobrazen na LCD displeji 16x4
2. RGB LED: Pro dodatečnou zpětnou vazbu pro systém je účelem uživatele potvrdit, že je přijat signál přijatý z IR dálkového ovladače
3. Systém párování: Zařízení obsahuje jediné tlačítko, které je nutné pro proces párování stisknout. Když je zahájen proces párování, můžeme spárovat jakýkoli IR dálkový ovladač s naším zařízením podle pokynů zobrazených na displeji.

Poté, co jsme probrali základy, pojďme to postavit!

Krok 1: Vysvětlení

Obsluhu zařízení lze považovat za jednoduchou, protože není dostatečně složitá. Jak je vidět na blokovém diagramu, „mozek“je mikrokontrolér AVR, zatímco všechny ostatní části jsou ovládány tímto „mozkem“. Abychom si v mysli uspořádali celý obrázek, popišme si design blok po bloku:

Napájecí jednotka: Zdrojem energie pro zařízení, které bylo vybráno, je LED páskový napájecí zdroj, který je schopen poskytovat vstup 24VDC do systému. Mikrokontrolér, relé, digitální potenciometry a audio zesilovače fungují na 5V, proto byl do konstrukce přidán převodník DC-DC. Hlavním důvodem DC-DC namísto lineárního regulátoru je ztrátový výkon a nedostatečná účinnost. Předpokládejme, že používáme klasický LM7805 s 24V vstupem a 5V výstupem. Když proud dosáhne významných hodnot, výkon, který se rozptýlí ve formě tepla na lineárním regulátoru, bude obrovský a může se přehřívat, což způsobí šumění zvukových obvodů:

Pout = Pin + Pdiss, takže při 1A dosáhneme: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19 W (ztrátového výkonu).

Mikrokontrolér: Abych mohl napsat kód co nejrychleji, zvolil jsem ATMEGA328P na bázi AVR, který je široce používán v deskách Arduino UNO. Podle požadavků na design použijeme téměř veškerou periferní podporu: přerušení, časovače, UART, SPI a další. Protože se jedná o hlavní blok v systému, propojuje se všemi částmi zařízení

• Uživatelské rozhraní: Přední panel zařízení obsahuje všechny součásti, se kterými by měl uživatel komunikovat:

  1. IR senzor: Senzor pro dekódování IR dálkových dat.
  2. Tlačítko: Je nutné pro párování IR dálkového ovladače se zařízením
  3. RGB LED: Estetická příloha poskytující zpětnou vazbu o přijímání informací systémem
  4. LCD: Grafické znázornění toho, co se děje uvnitř zařízení

Ovládání monitorů: Aby bylo zařízení schopné přepínat výkon na monitorech PC, je třeba se vypořádat s velkými hodnotami napětí. Například moje monitory Samsung vůbec nesdílejí konfiguraci napájení: jeden je napájen 220 V AC, zatímco druhý je napájen vlastním napájecím zdrojem 19,8 V. Řešením tedy byl reléový obvod pro každé z napájecích vedení monitoru. Tato relé jsou řízena MCU a jsou zcela oddělena, což činí přenos výkonu monitoru nezávislý na každém monitoru

Ovládání světla: Mám LED pásek, který je dodáván s připojeným napájecím zdrojem 24 V DC, který se používá jako vstup napájecího zdroje systému. Vzhledem k tomu, že je nutné vést velký proud LED páskem, jeho mechanismus jasu zahrnuje obvod omezovače proudu založený na MOSFET, který pracuje v lineární oblasti aktivní zóny

Ovládání hlasitosti: Tento systém je založen na procházení zvukových signálů na levém i pravém kanálu děličem napětí, kde se aplikované napětí mění pohybem stěrače digitálního potenciometru. Existují dva základní obvody LM386, kde na každém vstupu je jeden dělič napětí (Tomu se budeme věnovat později). Vstup a výstup jsou 3,5 mm stereo konektory

Zdá se, že jsme pokryli všechny integrální části obvodů. Přejdeme k elektrickému schématu…

Krok 2: Díly a nástroje

Vše, co potřebujeme k vybudování projektu:

Elektronické komponenty

1. Společné součásti:

   • Rezistory:

     1. 6 x 10 tis
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1 K.
     5. 2 x 1 mil
     6. 2 x 10R
     7. Kondenzátory:
     8. 1. 1 x 68 nF
        2. 2 x 10 uF
        3. 4 x 100 nF
        4. 2 x 50 nF
        5. 3 x 47uF

     9. Různé:

        1. Diody: 2 x 1N4007
        2. Trimmer: 1 x 10 tis
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Integrované obvody:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Zvukový zesilovač: 2 x LM386
         • Duální digitální potenciometr: 1 x MCP4261
         • Jeden digitální potenciometr: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (lze nahradit jakýmkoli zařízením DC-DC 5V)
         • Operační zesilovač: 1 x LM358
         • Relé: 5V tolerantní duální SPDT
         • Externí 24V napájecí zdroj

     11. Uživatelské rozhraní:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR senzor: 1 x CDS-IR
         • Tlačítko: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontakty)

     12. Konektory:

         • Svorkovnice: 7 x 2-kontaktní TB
         • Konektory deska-vodič: 3 x 4 kontaktní kabel + konektory pouzdra
         • Zvuk: 2 x 3,5 mm konektory jack
         • Výstup PSU: 2 x 220VAC napájecí konektory (samec)
         • DC Jack: 2 x Male DC Jack konektory
         • LED pásek a externí napájecí zdroj: 1 x 4-kontaktní konektory montované na desku-vodič + kabel

     Mechanické součásti

     1. Filament 3D tiskárny - PLA+ jakékoli barvy
     2. 4 šrouby o průměru 5 mm
     3. Deska prototypů nejméně 9 x 15 cm
     4. Zásoba nepoužitých vodičů

     Nástroje

     1. 3D tiskárna (použil jsem Creality Ender 3 s připojenou skleněnou postelí)
     2. Pistole na horké lepidlo
     3. Pinzeta
     4. Kleště
     5. Řezačka
     6. Externí 24V napájecí zdroj
     7. Osciloskop (volitelný)
     8. AVR ISP Programmer (pro MCU Flashing)
     9. Elektrický šroubovák
     10. Páječka
     11. Generátor funkcí (volitelně)

Krok 3: Elektrická schémata

Schematický diagram je rozdělen na oddělené obvody, což nám může usnadnit pochopení jeho fungování:

Mikrokontrolérová jednotka

Toto je ATMEGA328P na bázi AVR, jak bylo popsáno výše. Používá interní oscilátor a pracuje na frekvenci 8 MHz. J13 je konektor programátoru. Ve světě AVR je spousta programátorů, v tomto projektu jsem použil ISP Programmer V2.0 od eBay. J10 je řada UART TX a primárně se používá pro účely ladění. Při konstrukci procedury zpracování přerušení je někdy dobré vědět, co nám systém musí sdělit zevnitř. D4 je RGB LED, která je napájena přímo z MCU, kvůli nízkým hodnotám proudu. Kolík PD0 je připevněn k tlačítku typu SPST s externím výsuvem.

IR senzor

IR senzor použitý v tomto projektu je univerzální IR pinový senzor pro všeobecné použití, který je k dispozici na eBay, za velmi přátelské ceny. Pin výstupního signálu IR je připojen ke vstupnímu pinu přerušení (INT1) MCU,

LCD

Display je jednoduchá implementace displeje 1604A se 4bitovým přenosem dat. Všechny ovládací/datové piny jsou svázány s MCU. Je důležité si uvědomit, že LCD je připojen k základní desce pomocí dvou konektorů J17, J18. Aby bylo možné zapnout/vypnout modul LCD, je k dispozici jediný přepínač BJT, který přepíná uzemnění pro LCD.

Zdroj napájení

Všechny vnitřní obvody, kromě LED pásku, pracují na 5V. Jak již bylo zmíněno dříve, 5V napájecí zdroj je jednoduchý modul DC-DC (zde mi eBay pomohl najít řešení), který převádí 24V na 5V, bez problému s ohřevem, který by mohl nastat na lineárním regulátoru. K přemostění se používají kondenzátory C [11..14], které jsou pro tento návrh nezbytné kvůli spínacímu šumu přítomnému na napájecích vedeních DC -DC - na vstupu i na výstupu.

Ovládání monitoru

Ovládací obvody monitoru jsou pouze reléové spínací systémy. Vzhledem k tomu, že mám dva monitory, jeden je napájen z 220 VAC a druhý z 19,8 V, je vyžadována jiná implementace: Každý výstup MCU je připojen k 2N2222 BJT a cívka relé je připojena jako zátěž od 5 V do sběrného kolíku BJT. (Nezapomeňte připojit reverzní diodu pro příslušný proudový výboj!). Při 220 V AC relé přepíná linky LINE a NEUTRAL a při 19,8 V relé spíná pouze stejnosměrné napájecí vedení - protože má vlastní napájení, zemnící linky jsou společné pro oba obvody.

Ovládání hlasitosti zvuku

Chtěl jsem použít zvukové zesilovače LM386 jako vyrovnávací paměti pro děliče napětí pro pečlivý přenos zvukového signálu. Každý kanál - levý i pravý, pochází ze vstupu 3,5 mm audio jack. Protože LM386 implementuje při konfiguraci minimálních dílů standardní zisk G = 20, existuje pro oba kanály odpor 1MOhm. Tímto způsobem můžeme snížit celkové množství energie pro vstupní kanály do reproduktorového systému:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1,1M.

A celkový zisk je: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

Dělič napětí je jednoduchá digitální potenciometrová síť, kde stěrač předává signál do vyrovnávací paměti LM386 (U2 je IC). Zařízení sdílí SPI pro všechny periferní obvody, kde jsou pro každý z nich odděleny pouze POVOLIT řádky. MCP4261 je 100K 8bitový lineární digitální potenciometr IC, takže každý krok zvýšení hlasitosti je vyjádřen: dR = 100 000 /256 ~ 390Ohm.

Piny A a B pro každý LEVÝ a PRAVÝ kanál jsou svázány s GND a 5V. V poloze stěrače ve spodní části tedy prochází celý zvukový signál do GND prostřednictvím hlasitosti zařízení 1MOhm MUTING.

Ovládání jasu LED pásku:

Myšlenka ovládání jasu je podobná ovládání hlasitosti, ale zde máme problém: digitální potenciometr může vysílat pouze signály, jejichž amplitudy nepřesahují 5V na GND. Jde tedy o to umístit za dělič napětí digitálního potenciometru jednoduchý vyrovnávací paměť Op-Amp (LM358). a řídicí napětí vázané přímo na tranzistor PMOS.

X9C104P je jediný 8bitový digitální potenciometr s hodnotou 100 kOhm. Výpočet napětí brány můžeme získat podle pouze algebraických pravidel pro tok proudu:

V (brána) = V (stěrač) * (1 + R10/R11) = 2V (stěrač) ~ 0 - 10V (což stačí k zapnutí/vypnutí a ovládání jasu)

Krok 4: Vytvoření 3D přílohy

Pro kryt zařízení jsem použil FreeCAD v0.18, což je skvělý nástroj i pro nováčky, jako jsem já.

Typ skříně

Chtěl jsem vytvořit krabici, kde je jediná skořepina, která bude vlnit pájecí desku. Přední panel obsahuje všechny části uživatelského rozhraní a zadní panel obsahuje všechny konektory ke stolní elektronice. Tyto panely jsou vloženy přímo do hlavního pláště pomocí sestavy 4 šroubů v horním krytu.

Rozměry

Pravděpodobně nejdůležitější krok v pořadí. Je třeba vzít v úvahu všechny příslušné vzdálenosti a mezní oblasti. Jak je vidět na obrázcích, nejprve byly pořízeny rozměry na předním a zadním panelu:

Přední panel: Ořezové oblasti pro LCD, přepínač, LED a IR senzor. Všechny tyto rozměry jsou odvozeny z datového listu výrobce pro každou část. (V případě, že chcete použít jinou část, je třeba uklidit všechny oblasti řezu.

Zadní panel: dva otvory pro 3,5mm audio konektory, dva 220V 3řádkové napájecí konektory, dva samčí konektory pro napájení stejnosměrným proudem a další otvory pro LED pásek a napájení zařízení

Horní skořepina: Tato skořepina se používá pouze k připojení všech částí k sobě. Protože přední a zadní panel jsou vloženy do spodního pláště.

Spodní skořepina: Základna pro zařízení. Drží panely, elektronickou pájenou desku a šrouby připevněné k hornímu krytu.

Navrhování dílů

Po vytvoření panelů můžeme přejít ke spodnímu plášti. Po každém kroku se doporučuje zajistit úplné usazení dílů. Spodní skořepina je jednoduchý extrudovaný tvar založený na obdélnících se symetrickými kapsami poblíž okrajů skořepiny (viz obrázek 4).

Po kroku kapsy je třeba vytvořit 4šroubové základny pro připevnění krytu. Byly navrženy jako vložení primitivních válců různého poloměru, kde je po operaci XOR k dispozici vyříznutý válec.

Nyní máme kompletní spodní skořepinu. Aby bylo možné vytvořit správný kryt, je nutné udělat v horní části skořepiny náčrt a vytvořit stejné body válce (připojil jsem pouze body k vrtání, ale existuje možnost vytvářet otvory s pevnými průměry).

Poté, co je celý kryt zařízení kompletní, jej můžeme zkontrolovat sestavením dílů dohromady.

Krok 5: 3D tisk

Konečně jsme tady a můžeme vykročit k tisku. Pro tento projekt jsou podle mého návrhu k dispozici soubory STL. U těchto souborů může být problém s tiskem, protože nejsou zohledněny žádné tolerance. Tyto tolerance lze upravit v aplikaci kráječe (použil jsem Ultimaker Cura) pro soubory STL.

Popisované části byly vytištěny na Creality Ender 3 se skleněným ložem. Podmínky nejsou daleko od standardních, ale měly by být vzaty v úvahu:

• Průměr trysky: 0,4 mm
• Hustota výplně: 50%
• Podpora: Vůbec není potřeba připevnění podpory
• Doporučená rychlost: 50 mm/s pro projekt

Jakmile jsou části skříně vytištěny, je třeba je zkontrolovat v reálném životě. Pokud s připojováním částí skříně nejsou žádné problémy, můžeme přistoupit ke kroku montáže a pájení.

V prohlížeči instrukcí je nějaký problém s prohlížečem STL, proto doporučuji jej nejprve stáhnout:)

Krok 6: Montáž a pájení

Proces pájení je náročný, ale pokud sekvenci rozdělíme do různých obvodů, bude pro nás mnohem snazší ji dokončit.

1. Obvod MCU: Nejprve by měl být připájen pomocí konektoru pro programování. V této fázi můžeme skutečně vyzkoušet jeho provoz a konektivitu.
2. Audio obvod: Druhý. Nezapomeňte na pájecí desku připevnit svorkovnice. Je velmi důležité izolovat zpětnou cestu zvukových obvodů od digitálních - zejména digitálních integrovaných obvodů potenciometru, protože jsou hlučné.
3. Monitorovací obvody: Podobně jako u zvukových obvodů nezapomeňte na I/O porty připojit svorkovnici.
4. Konektory a panel uživatelského rozhraní: Poslední věci, které by měly být připojeny. Panel uživatelského rozhraní je připojen k pájecí desce pomocí konektoru Board-To-Wire, kde jsou dráty připájeny přímo do vnějších částí.

Po procesu pájení následuje jednoduchá posloupnost uchycení mechanických dílů. Jak bylo uvedeno výše, v rozích je třeba nasadit 4 šrouby (použil jsem šrouby o průměru 5 mm). Poté je třeba k vnějšímu světu připojit součásti uživatelského rozhraní a konektory zadního panelu. Preferovaným nástrojem je horká lepicí pistole.

Bude velmi užitečné zkontrolovat umístění dílů v tištěné příloze. Pokud vše vypadá dobře, můžeme přistoupit ke kroku programování.

Krok 7: Programování

Tento krok je zábavný. Protože existuje celá řada věcí, které musí fungovat, použijeme celkem 5 služeb MCU: externí přerušení, periferie SPI, UART pro protokolování, časovače pro přesné počítání a EEPROM pro ukládání našich IR dálkových kódů.

EEPROM je nezbytným nástrojem pro naše uložená data. Aby bylo možné ukládat IR dálkové kódy, je nutné provést sekvenci stisknutí tlačítek. Po každé sekvenci si systém zapamatuje kódy nezávislé na stavu, zda je zařízení napájeno nebo ne.

V dolní části tohoto kroku najdete celý projekt Atmel Studio 7 archivovaný jako RAR.

Programování provádí AVR ISP Programmer V2, 0, pomocí jednoduché aplikace s názvem ProgISP. Je to velmi přátelská aplikace s kompletním uživatelským rozhraním. Stačí vybrat správný soubor HEX a stáhnout jej do MCU.

DŮLEŽITÉ: Před jakýmkoli programováním MCU se ujistěte, že jsou definována všechna příslušná nastavení podle požadavků na design. Stejně jako vnitřní hodinová frekvence - ve výchozím nastavení má rozdělovací pojistku aktivní při továrním nastavení, takže musí být naprogramována na logiku VYSOKÁ.

Krok 8: Párování a testování

Po veškeré těžké práci, která byla provedena, jsme konečně tady:)

Aby bylo možné zařízení používat správně, je potřeba sekvence párování, takže si zařízení „zapamatuje“připojený IR dálkový ovladač, který by byl použit. Kroky párování jsou následující:

1. Zapněte zařízení, počkejte na inicializaci displeje hlavního uživatelského rozhraní
2. Stiskněte tlačítko poprvé
3. Než počítadlo dosáhne nuly, stiskněte tlačítko znovu
4. Stiskněte příslušnou klávesu, u které chcete mít konkrétní funkci, podle zařízení
5. Restartujte zařízení a ujistěte se, že nyní reaguje na definované klíče.

A to je vše!

Doufám, že tento návod bude užitečný, Děkuji za přečtení!