Adresovatelné lahve na mléko (LED osvětlení + Arduino): 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Vytvořte z lahví na OOP mléko dobře vypadající LED světla a ovládejte je pomocí Arduina. To recykluje řadu věcí, hlavně lahví na mléko, a využívá velmi nízké množství energie: LED diody zjevně pohlcují méně než 3 watty, ale jsou dostatečně jasné, aby byly vidět. elektronické světlo je přátelštější k lidem než většina ostatních a osvědčeným způsobem jsou rotační ovladače. Láhve na mléko z OOP představují levný, ale esteticky příjemný způsob difuzního LED osvětlení. Zvláště pokud najdete hezké kulaté:) Modifikace objektu pomocí LED osvětlení je nejen šetrná k životnímu prostředí, ale také mnohem přímočařejší než stavba pouzdra od nuly. Protože jsou LED diody malé, můžete je umístit téměř kamkoli a nevytvářejí mnoho tepla, pokud jsou rozloženy a běží na správném napětí. Tento návod se bude zabývat hlavně fyzickým designem a výrobou a já předpokládáme, že máte základní znalosti o vytváření elektronických obvodů a LED osvětlení. Vzhledem k tomu, že přesné diody LED a napájecí zdroj, který používáte, se pravděpodobně budou lišit, půjdu pouze do základů mého obvodu, pokud jde o specifikace. Pokusím se vás také upozornit na užitečné zdroje a vysvětlit více o mikrokontroléru Arduino a kódu, který jim říká, aby pracovaly postupně. Elektronika základního LED osvětlení je opravdu jednoduchá, podobná elektronice na základní škole, takže pravděpodobně nebude trvat dlouho, než to vůbec vyzvednete.

Krok 1: Nástroje a materiály

K výrobě samotných světel budete potřebovat: PPE láhve na mléko List 3 mm čirého akrylového 2 žilového elektrického kabelu (nebo reproduktorový kabel bude stačit - může to být docela lehký provoz, protože to bude trvat jen asi 12 V a velmi malý proud, v závislosti na tom, jak navrhujete váš obvod) LED diody Rezistory Pájka Smršťovací bužírka Starý transformátor (bradavice u Američanů) plus zásuvka+zástrčka k tomu krok 2) Různé drobné vrtáky Juniorská pila na kov (podle toho, co používáte jako pouzdro) Šroubováky Odizolovací kleště Boční řezačky/drátové nůžky Páječka Multimetr Třetí ruka (zásadní pro pájení součástí dohromady) Odpájecí knot (pokud zachráníte jakékoli součásti z jiných zařízení) Krokodýlí sponka vede (pro Testování/prototypování). Můžete jim také chtít vytvořit nějaké bydlení. Zkoušel jsem různé způsoby jejich zavěšení a usadil jsem se na ohnuté části PVC trubky zavěšené na stropě s otvory vyvrtanými pro kabely. Také jsem je zkusil sešít ke stropu. Můžete je také zavěsit kusem desky namontovaným na stropě, z potrubí, nebo dokonce udělat otvory ve stropě samotném, aby se do nich vešly dráty a poháněly je z podkroví. Krok 5 ukazuje několik z těchto možností a hovoří o nich. Výše uvedené je vše, co potřebujete k vytvoření některých světel, která fungují se základním vypínačem. Abyste jim poskytli pokročilejší funkce, jako je blednutí nebo sekvencování, budete také potřebovat spoustu komponentů, jako jsou transitory a mikrokontrolér: výše uvedený adaptér Arduino miniMini USB nebo konektor FTDL USB na vývod záhlaví. Zásuvky konektoru pájky Bezpájková propojovací deska LM317T regulátor napětí BC337 NPN tranzistory Vše zobrazeno níže, ale více o nich a o tom, jak spolupracují v kroku 6. K dispozici je také skříň pro spínací skříňku, což může být cokoli, co se vám líbí. V japonské místnosti v Britském muzeu jsem viděl krásnou kulatou krabici svátosti, ale nedovolili mi to. Nakonec jsem použil bílou plastovou krabičku moo karty, protože se tak dobře hodí k tématu:) Když je takový obvod na místě, existují všechny druhy věcí, které můžete naprogramovat arduino. Mám rád kinetické osvětlení, ale blikající vánoční osvětlení atd. Považuji za křiklavé a mechanické. Jejich pravidelnost a konzistence je chladná a nevítaná (musí to dát práci, aby se vytvořil naturalistický záblesk dobrých vánočních světel). Nechci nic honosného (doslova). Chci jediné, analogové ovládání pro světla, které se cítí velmi ovládané lidmi, které jednoduše sekvenuje způsob jejich zapnutí a vypnutí. Kód pro to, spojený s příjemným ciferníkem a esteticky příjemným hliníkovým knoflíkem z něj dělá příjemnou hračku.

Krok 2: Vyřízněte a vyvrtejte Perspex

Nejprve uřízneme některé disky z plexiskla, které se dostanou dovnitř víček na lahve od mléka, a poté vyvrtáme otvory, přes které můžeme namontovat LED diody a kabel. Při použití řezačky otvorů vyvrtejte do kusu dřeva. Přitlačení materiálu na něco takového během řezání pomůže udržet zadní okraj čistý. Měkké dřevo vám také dá vědět, když jste prošli celou cestu, protože můžete opravdu cítit, jak se vrták kousne, jak se dostane do dřeva. Jakmile budou vaše kotouče připraveny, udělejte do všech vrchů lahví mléka díru tak, aby odpovídala středu Také musíte vyvrtat otvory připravené pro zapojení a LED diody. Co přesně zde děláte, závisí na tom, jaký druh napájecího zdroje budete používat a jaké obvody k němu chcete připojit. Moje používají tři LED diody na světlo, které jsem rovnoměrně rozmístil kolem disku. Potřebujete pár otvorů, kterými protáhnete nohy každé LED diody, a dva otvory dostatečně velké, aby prošly dva prameny vašeho kabelu. (Vysvětlivky viz obrázek). Nepoužil jsem k tomu žádnou šablonu ani nic, jen jsem to udělal okem pomocí vrtačky na baterie, několika drobností a trpělivosti. Občas by byly dva otvory příliš daleko od sebe nebo blízko sebe pro nohy LED, ale pokud budete opatrní, trochu ohýbání jim umožní, aby se vešly. Pokud to ještě nedává smysl, nebojte se, další krok by měl být jasný.

Krok 3: Namontujte LED diody

Nyní protáhněte LED diody otvory a dávejte pozor na polaritu. V zásadě je zapojíme do řetězce, přičemž každá záporná noha na jedné LED se připojí k kladné noze další. Kolik takto zapojíte, pokud vůbec, závisí na napětí napájecího zdroje, který používáte. Moje je 12 V a moje LED diody mají dopředné napětí 3,3, takže 9,9 voltů tří LED je maximum, které moje dodávka zvládne. Budou také potřebovat odpor, aby obvod dosáhl napětí 12 V. Rozhodně byste na každé lahvi měli mít odpor, protože pokud tak neučiníte, diody LED se spálí nebo alespoň poběží horké (a jasnější). Zkoušel jsem to s raným prototypem a běžely dostatečně horké bez odporu, aby roztavily OOP víčka láhve. Pomocí této šikovné kalkulačky LED můžete zjistit, co dělat s vlastním obvodem: https://led.linear1.org/led.wiz Screengrab z něj v tomto kroku ukazuje přesně hodnoty, se kterými jsem pracoval, a výsledný obvod (rezistory jsou přidány v dalším kroku). Jakmile vaše LED diody projdou otvory a jste si jisti, že polarita je správně, začněte kroutit vodiče dohromady, jak je znázorněno v sekvenci obrázků pro tento krok. Vodiče, které jsou nejblíže kabelovým otvorům, zůstanou nezkroucené, protože budou připájeny ke kabelu spíše než k sobě navzájem. Pokračujte ve všech těchto postupech a ujistěte se, že spojujete pouze kladný a záporný pól, nikoli pos-pos nebo neg-neg. Také jsem se ujistil, že všechna tato světla jsou konzistentní. Při pohledu dolů na ně proud vždy vstupuje vlevo, pak ve směru hodinových ručiček kolem LED diod, které jsou uzemněny levým otvorem.

Krok 4: Pájecí součásti

Nyní musíme pájet vše na místě. Nejprve zapájejte všechny páry zkroucených vodičů k sobě, poté odřízněte přebytečné kusy. Poté odizolujte délky elektrického kabelu a poté je protáhněte otvory pro kabely, které jste vyvrtali do každého disku. Omotejte kabely kolem vodičů LED, přičemž živý (hnědý) bude veden k dlouhému (kladnému) kabelu řetězce LED. Omotejte měď kolem vodičů, připájejte ji na místo a znovu odřízněte veškerý přebytečný kabel. Zkraťte kabel zpět středovým otvorem, poté zasuňte uzávěr lahve dolů po kabelu a přes disk. Na druhý konec připájejte odpor správné hodnoty (v mém případě 120 ohmů) na kladný kabel. Délka vašich kabelů závisí na tom, jak budete věšet světla. Jak vidíte na konečném obrázku tohoto kroku, rozhodl jsem se použít poměrně krátké délky ohybu, protože jsem věděl, že je spojím s delšími délkami a vyrobím pouzdra, která by skryla klouby. Je také snazší pracovat s 12 kratšími délkami než s 12 mnohem delšími.

Krok 5: Přepínače a pouzdra

V tomto okamžiku máte sadu světel namontovaných v uzávěrech lahví na mléko a navrženou tak, aby fungovala s konkrétním napájecím zdrojem. Láhve OOP, jakmile je označíte a umyjete, se jednoduše zašroubují zpět do víček a budou fungovat jako hezky vypadající difuzéry. Nyní můžete světla rozsvítit jednoduchým spínacím boxem, jako jsem to udělal na začátku, nebo se rozhodnout dělat něco složitějšího, třeba řídit je pomocí stejného napájecího zdroje, ale také mikrokontroléru, aby to dělalo zajímavější věci. Kvůli časové tísni jsem měl tato světla jako prototyp v různých fázích vývoje asi 18 měsíců, a za tu dobu jsem je namontoval dvěma různými způsoby se třemi různými spínacími skříňkami. Také jsem je dovybavil lepšími LED diodami, které poskytovaly mírně modřejší světlo a rozptýlené kryty. Spíše než podrobně popisuji každý krok každé iterace, vložil jsem do tohoto kroku výběr obrázků s poznámkami, které je ilustrují. tento návod se bude zabývat nejnovějším (a nejúžasnějším) způsobem, který jsem se rozhodl použít: Namontovaný v plastové trubce a ovládaný jednotlivě.

Krok 6: Mikrokontrol, komponenty, úklid

Dobře, takže skvělé. Nyní máme funkční osvětlení lahví mléka. Ovládání on-off ale není příliš zajímavé. A co stmívání a sekvenování? K tomu potřebujeme mikrokontrolér a já budu používat Arduino. K práci s ním budeme potřebovat také spoustu komponent, z nichž některé budu uklízet a recyklovat ze starého hardwaru. Použil jsem standardní Arduino pro prototypování a ujistil jsem se, že mohu kódovat to, co jsem chtěl (jsem stále velmi hodně nováček v této věci): https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimilaA koupil jeden z nich plus USB adaptér, aby šel ve skutečném světle: https://arduino.cc/en/ Main/ArduinoBoardMini Pokud jste o nich ještě neslyšeli, Arduinos jsou krásné malé prototypové platformy, které vám umožní levně začít učit o mikrokontrolérech. Programovací jazyk, který jim říkal, co mají dělat, je také docela dostupný. Na webových stránkách Arduino je skvělá reference a spousta dobrých návodů pro začátečníky od Limora Friedmana: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePagehttps://www.ladyada.net/learn/arduino/Takže potřebuji přepracovat svůj okruh, složitější pro umístění arduino mini. Chci, aby je bylo možné zapínat a vypínat podle odečtu z rotačního potenciometru, což znamená začlenit do obvodu tranzistory, aby arduino spouštělo jako spínače. Arduino také běží na 5v, takže budu muset vyrobit regulovanou dodávku 5v z mého stávajícího 12v, pokud nepoužívám dvě bradavice na zdi. LM317T se hodí k účtu; použitím jen několika odporů s ním (podrobně popsáno později) mohu dosáhnout toho, aby vytlačil správné množství napětí pro arduino. Zde je několik odkazů na LM317T: https://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page12.htm Níže jsem zahrnoval některé obrázky komponent, které ve skutečnosti vytvoří celkem jednoduchý obvod. Také jsem přidal několik fotografií starého zesilovače, který jsem dostal z místního trhu za 2 libry. Má krásné hliníkové knoflíky, které by s největší pravděpodobností stály více než 2 libry, a celou řadu pěkných potenciometrů a robustních přepínačů pro spuštění. Uklízení ze starého vybavení vám může dát spoustu opravdu pěkných starých komponent. Několik tipů najdete na fotografiích.

Krok 7: Tranzistorový obvod

Nemohu jednoduše přepnout světla přes arduino, protože běží na 12v a Arduino běží na 5v. Tranzistory mi umožňují použít menší proud k zapnutí a vypnutí mnohem většího, aniž bych smažil Arduino. Když jsem poprvé oddělil kabeláž světel, označil jsem každý vodič číslem, protože jsem věděl, že se k nim vrátím v určitém okamžiku s Arduinem. Protože používám NPN tranzistory, které jdou na zemní konec obvodu, budu muset všechny tyto kabely oddělit a začít spojovat ty +12v dohromady. Pomocí reproduktorového drátu jsem se držel konvence, že černě pruhovaná strana každého páru bude živá, zatímco prostá bude země. Vytváření a dodržování konvencí, jako je tato, je důležité, aby se později neztratily. Po oddělení všech vodičů jsem v horní části trubky vyřezal roztrhaný otvor pro zapojení. Chtěl jsem to zalepit bílou gafferovou páskou s kabeláží a arduinem uvnitř, ale to se trochu pokazilo, jak uvidíte později. První věcí bylo otestovat můj obvod. Tranzistor má tři piny: kolektor, napěťový výstup a základnu. Základna je ta, se kterou bude Arduino mluvit přes 1K odpor, kolektor odebírá proud ze zemního spojení a napětí jde na zem. Test funguje. Další informace o používání tranzistorů s Arduinos zde: https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads (všimněte si 1K rezistoru mezi Arduinem a základním kolíkem) zde je také primer na tranzistorech: https:// www.mayothi.com/transistors.html Takže v podstatě:

• Pájecí odpory na piny základny tranzistoru
• Oddělené uzemnění pro každé světlo a číslo, abyste je mohli udržovat ve srozumitelném pořadí.
• Spojte všechna živá připojení pro světla dohromady, smršťujte je přes spoje, když jsou hotové (To je opravdu důležité, protože dráty budou zabaleny zpět do potrubí, bylo by příliš pravděpodobné, že by při zabalení zkrátily světlo, pokud jsou zabaleny nebyly řádně izolovány). Sestavte spoje do jediného připojení pro +12v.
• Připájejte kolektor každého tranzistoru k uzemnění každého světla a také jej smršťujte.
• Pomocí krátkých kousků drátu spojte všechny tranzistorové zářiče dohromady a sestavte je do jediného uzemnění.

Dále budou připojeni ke komunikaci.

Krok 8: Komunikační kabely

Odřízněte a odizolujte 12 kabelů, aby se pájily k rezistorům na základních pinech tranzistorů. To budou kabely, které arduino používá k rozhovoru s tranzistory. Nezapomeňte na heatshrink. Jakmile jsou kabely na svém místě, připájejte je do pinových zásuvek tak, aby odpovídaly konektorům na Arduino Mini. Jako 12 výstupních pinů pro spínání tranzistorů jsem použil piny 4 - 13 a piny AD0 (14) a AD1 (15). Pinout pro Arduino Mini najdete zde: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMini Pokud pájíte své komunikační vodiče do pinových zásuvek ve správném pořadí, měly by se zapojit přímo do Arduina a fungovat jako zamýšleno … moje ano. Fuj. Když jsou zásuvky hotové, provlékněte je prozatím koncem potrubí spolu s živými a uzemňovacími přípojkami, které jste dříve spojili. Pokud máte kolem sebe nějaké náhradní kolíkové hlavičky, usnadňují používání krokodýlích spon k testování, že vše stále funguje. Arduinu můžete přikázat, aby neustále nastavoval jeden pin vysoko, a pak se z něj pomocí jednoho vývodu dotkněte kolíku pro každé světlo.

Krok 9: Regulace napětí

Vzhledem k tomu, že světla běží z napájecího zdroje 12 V, musí existovat regulátor napětí, který jej pro arduino sníží na 5 V. Zadejte LM317T, který poskytuje výstupní napětí v závislosti na odporech, kterými jej zvětšíte. Rozdíl mezi vstupem a výstupem se ztrácí jako teplo, takže někdy tyto integrované obvody potřebují chladič. Zde je návod k LM317: https://www.sash.bgplus.com/lm_317/tutorial-full.htmland zde je praktický kalkulačka: https://www.electronics-lab.com/articles/LM317/ Jakmile jsem našel ty správné hodnoty, aby to bylo 5v pro Arduino, pájím, zahřívám a testuji. 5.07v vychází, není to špatné. Teď vím, že to funguje, mohu to pájet do hlavního svazku kabelů, odebírat 12 V, jít na Zemi a mít třetí výstup, který půjde do arduina. Spouštím další zásuvku záhlaví a dávám na ni 5v linku odpovídající 5v pinu na arduino. Také připojuji uzemnění z arduina na stejné zásuvce. Téměř čas na otestování.

Krok 10: Programování

Potřebuji nejprve napsat nějaký testovací kód a pro nahrání do Arduina musím zapojit prkénko pro připojení USB adaptéru k Arduino Mini. Viz průvodce Arduino mini zde: https:// arduino. cc/en/Guide/ArduinoMinia a pin pro USB adaptér zde: https://arduino.cc/en/Main/MiniUSBAPo vyzkoušení blikajících sekvencí s kódem atd. konec tohoto pokynu. Všimněte si také toho, jak jsou testy krokodýlích klipů úhlednější, čím více pájení se provádí. Je to trochu uspokojující a také velmi užitečné vyzkoušet, že každé světlo stále funguje v každé fázi. Testování pouze na konci vás nechá zmatenými a nevíte, kde začít, pokud máte problém.

Krok 11: Kabeláž a spínací skříňka

Nyní k ovládacím prvkům. Protože chci, aby ovládání bylo oddělené od světla, budu potřebovat nějaký kabel. Obvod potřebuje živé a pozemní připojení a potenciometr bude potřebovat tři připojení. Jeden z nich bude živý z Arduina, jeden s připojením k analogovému pinu, který arduino použije ke čtení potu. Druhá je země, takže to znamená, že potřebuji jen čtyři jádra, která jdou ke světlu. Protože nemám žádný čtyřžilový kabel, stočím dvě dlouhé délky reproduktorového drátu dohromady. Ne dokonalé, ale ani špatné. Můžete to snadno provést, jak je znázorněno na níže uvedených fotografiích, a to tak, že konce dvou délek kabelu zavážete zipem, jeden konec umístíte pod něco dostatečně těžkého, abyste ho udrželi, a poté kabely opletete sami. Ovládací skříňku vyrobím z prázdný bílý plastový box na karty moo, který mám už nějakou dobu. Některé součásti, například napájecí zásuvka, jsou také recyklovány z předchozích projektů. Koncová krytka a některé zipy budou sloužit jako odlehčení tahu na světelném konci kabelu. Začnu označovat krabici pro hrnec a poté nastavím připojení kabelů nahoru na světelný konec. Sejmutím jednoho páru, ale ne druhého, když jsou spleteni, je snadné je identifikovat. Jeden z odizolovaných půjde na zem na potenciometru ve spínací skříňce, jeden půjde na +12v do zásuvky. Další dva budou signalizační vodiče připojené k dalším kolíkům v banku. Na druhém konci jeden z nich půjde na analogový pin, ze kterého kód řekne arduinu, aby odebral hodnotu, a jeden na +5v. Opět platí, že vše se smršťovalo, když bylo na místě. Obrázky by vám měly lépe ukázat, jak jsem vytvořil svůj spínací box, který se téměř katastrofálně pokazil. Zkoušel jsem to nejprve slepit a plast se zdá být nepropustný pro superlepidlo … nakonec jsem to roztřídil pomocí několika gumových podložek uvnitř krabice a poté vložením několika šroubů do skříně počítače, ačkoli všechny vrstvy krabice držely držte je pohromadě. Napájecí zásuvka také potřebovala zapínání na zip, protože jsem neměl žádné matice, které by na ni navlékaly nit.

Krok 12: Sekvenční světlo

Hotovo! Další fotografie a videa budou připraveny a kód je přiložen níže. Ukázalo se, že kabeláž byla příliš velká na to, aby se všichni mohli vrátit zpět do potrubí, což je nešťastné. To znamená, že LM317 a arduino vyčnívají z horní části potrubí, protože jsou tak plné drátů a komponent. Začalo je mačkat dál, aby se chovalo nevyrovnaně, takže je nechám venku. Protože bude viset ze stropu, pochybuji, že budou obzvlášť nápadné. Rád bych však přišel s řešením, které by vypadalo dobře a zároveň vyhovovalo všem obvodům. Nevadí, ale funguje to tak, jak chci. Jednoduché analogové ovládání působí příjemně lidským dojmem. Všimli jste si v kódu, že čísla, na kterých se věci zapínají a vypínají, nemají jednotné rozdíly? Je to proto, že hrnec, který jsem použil, byl spíše Log než Lineární, takže rovnoměrné rozdělení prahů mělo za následek, že veškerá aktivita byla zmáčknuta na jednom konci cesty hrnce.

První cena v Epilog Challenge