Анимированный свет настроения и ночник: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Обладая увлечением, граничащим с одержимостью светом, я решил создать набор небольших модульных печатных плат, которые можно было бы использовать для создания световых дисплеев RGB любого размера. Сделав модульную печатную плату, я наткнулся на идею расположить их в виде шестиугольника, чтобы создать трехмерный дисплей, который можно было бы использовать для создания чего угодно, от простого ночника в спальне до светильника для настроения, который был бы не слишком неуместным на столе. в элитном ресторане.

Конечно, другие формы также могут быть созданы с использованием тех же принципов.

Вот некоторые из анимаций, которые в настоящее время работают на свету.

• Огонь
• Дождь
• Змея (Ретро)
• Игра Жизни
• Колебания формы волны
• Маяк
• Выкройки для прядения (парикмахерская)

В настоящее время создается свет двух размеров - малый (96 светодиодов) и большой (384 светодиода), но при необходимости его можно увеличивать.

Запасы

Светодиоды WS2812B - AliExpress

Печатные платы - ALLPCB

Пластик для лазерной резки черного цвета толщиной 3 мм - поставщик пластиковых листов

Белая нить для 3D-печати - Amazon

Электронные компоненты - Фарнелл / Ньюарк

Болты M3 и резьбовые втулки - Amazon

Паяльник

Тостер-печь - сборка компонентов для поверхностного монтажа

Шаг 1: панельные печатные платы

Начиная путь, мне нужен был ряд небольших печатных плат, на которых можно было разместить несколько светодиодных пикселей и которые можно было бы очень просто соединить вместе без дополнительных проводов или разъемов. Я придумал очень простую конструкцию, которая позволяла соединять светодиоды WS2812B вместе, а затем передавать цепь на следующую печатную плату.

Я создал три печатные платы со следующими размерами пикселей.

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

В этом проекте для создания светильников используются только доски 4x4 и 8x8.

Светодиоды расположены сеткой 9 мм как по оси X, так и по оси Y, что довольно тесно связано, но дает достаточно места для работы с учетом краевых разъемов печатной платы. Печатные платы созданы таким образом, чтобы при соединении оставалась 9-миллиметровая сетка светодиодов. Печатные платы просто соединены друг с другом с помощью проточного припоя с одной доски на другую.

Каждый светодиод имеет собственный конденсатор емкостью 100 нФ для электрической развязки и подачи тока на светодиод по запросу.

Показана схема пиксельной платы 4x4 в комплекте с верхним медным и нижним медным слоями, чтобы проиллюстрировать как расположение светодиодов, так и расположение краевых разъемов. Маркировки были добавлены к трафаретной печати, чтобы сделать это очевидным направление передачи данных между разъемами.

Платы также имеют монтажные отверстия M3 с шагом 18 мм на 18 мм для упрощения монтажа и усиления межплатных соединений.

Добавление 3-миллиметрового акрилового листа молочно-белого цвета, вырезанного лазером, как показано на рисунке, обеспечивает приятный рассеянный эффект для светодиодов.

Платы были изготовлены путем нанесения паяльной пасты на нижние медные контактные площадки для поверхностного монтажа по трафарету. Затем я разместил компоненты на плате, проверяя правильность ориентации, прежде чем запекать в тостере, чтобы припой растекся. Я рассмотрел этот тип изготовления недорогих печатных плат своими руками в нескольких других моих сборках Instructables.

Предупреждение - ЗАПРЕЩАЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ какие-либо духовки, которые используются для приготовления пищи, так как это может привести к загрязнению пищи. Я купил свой тостер на печатной плате за 10 фунтов стерлингов (15 долларов США) на eBay.

Шаг 2: плата управления

Закончив со светодиодами, я захотел иметь возможность управлять светодиодами с микроконтроллера. Я начал использовать Arduino nano, и это отлично сработало, но я хотел добавить больше функций к свету, и это становилось все более и более неудобным для взлома на плате Arduino. Поэтому я решил создать еще одну специальную печатную плату для управления светом.

Вот некоторые из функций, которые я добавил на свою плату контроллера.

• Более высокоскоростной микроконтроллер с большим объемом ПЗУ и ОЗУ.
• Полевой транзистор логического уровня, позволяющий мне глобально включать и выключать светодиоды - полезно при включении питания и для работы с низким энергопотреблением.
• Высокоскоростной буфер для преобразования сигнала 3V3 от микроконтроллера в 5V для управления светодиодами.
• Переключитесь, чтобы позволить пользователю управлять светом.
• Фототранзистор - для масштабирования яркости светодиодов в соответствии с уровнем окружающего освещения.
• Мониторинг источника питания - чтобы убедиться, что мы не пытались потреблять больше тока, чем может обеспечить источник питания.
• Разъем Bluetooth - HC05 / HC06.
• Разъем WIFI - ESP8266.
• Разъем I2C.
• Разъем будущего расширения.

Схема платы показана, а также верхний и нижний слои меди. В прилагаемом документе BillOfMaterials перечислены компоненты, которые я установил на плату управления.

Датчик освещенности очень важен для дизайна, поскольку яркость светодиодов WS2812B может очень быстро стать слишком большой, чтобы смотреть на нее, и даже болезненной при полной яркости. Наличие датчика освещенности позволяет автоматически масштабировать яркость светодиода, что означает, что на дисплей всегда приятно смотреть. Яркие в яркой залитой солнцем комнате, но при этом удобные для просмотра, как ночник в затемненной комнате.

Опять же, чтобы построить плату, паяльная паста наносилась с помощью трафарета, компоненты помещались вручную с помощью пинцета, а затем запекались в моей верной духовке с тостером.

Плата питается от источника постоянного тока 5 В, который может поступать либо напрямую от сетевого блока питания, либо через гнездо зарядного устройства USB на 2 А.

Также показана моя более ранняя попытка использовать Arduino.

Шаг 3: 3D-печать скелета

Первоначально я играл с использованием вырезанных лазером пластиковых листов в качестве диффузоров, но это оставило довольно уродливый зазор между каждой из панелей. Я закончил 3D-печатью окружающего диффузора, поскольку это позволило мне создать красивую бесшовную оболочку для шести светодиодных печатных плат. Это также позволило мне значительно уменьшить толщину диффузора, что обеспечивает более четкое изображение в целом.

Внутри шесть светодиодных печатных плат скреплены вместе с помощью каркаса, напечатанного на 3D-принтере. Этот каркас входит в различные отверстия M3 на плате дисплея, удерживая их в красивом шестиугольном узоре.

Каркас, напечатанный на 3D-принтере, также имеет отверстия, позволяющие установить плату управления рядом с верхней панелью, вырезанной лазером, что обеспечивает доступ к переключателю и датчику освещенности для получения точных показаний уровня внешней освещенности.

Установив платы между каркасом и диффузором, я могу легко спаять платы вместе, пропуская припой между контактными площадками печатной платы. Я начинаю с добавления припоя к самой дальней контактной площадке, а затем поворачиваю свет на ее краю, чтобы гравитация помогала течению припоя к соседней контактной площадке. Повторите эти действия для трех соединений, а затем перейдите к следующей плате для соединения платы. На шестом соединении между печатными платами я прикрепляю только шины питания и заземления, оставляя соединение для передачи данных неподключенным. Это обеспечивает два круговых пути тока для каждой платы для сбора энергии аналогично тому, как работает кольцевая сеть для внутренней сетевой проводки вашего дома.

Кроме того, в 3D-принтере используются прокладки, позволяющие удерживать верхнюю и нижнюю панели, вырезанные лазером, на месте.

Файлы 3D-принтера были разработаны с использованием Sketchup, и источник прилагается.

Шаг 4: лазерная резка сверху и снизу

Детали, вырезанные лазером, имеют очень простую форму шестигранника с отверстиями в нужном месте для крепежных болтов.

На верхней панели есть небольшое отверстие для светового датчика и еще одно отверстие большего размера для кнопочного переключателя. В то время как нижняя панель имеет отверстие для кабеля питания USB, а также два небольших отверстия, позволяющих использовать стяжную ленту для снятия натяжения кабеля.

Чертежи этих деталей включены в файл Sketchup на предыдущем шаге.

Шаг 5: Прошивка

В качестве основного микроконтроллера я выбрал устройство PIC24FJ256GA702, поскольку оно работает довольно быстро с частотой до 32 МГц, используя свой внутренний генератор, и имеет тонны доступной программной памяти и оперативной памяти для создания хороших анимаций.

Для разработки прошивки я использовал Flowcode, поскольку он позволял мне моделировать и отлаживать код по ходу работы, что помогло создать хороший эффективный код, работающий на высокой скорости. Flowcode доступен бесплатно в полностью разблокированном виде в течение 30 дней, после чего вы можете выбрать покупку или просто снова подписаться на пробную версию. У него также есть хорошее онлайн-сообщество, которое готово внести свой вклад и помочь, если я наткнусь на какие-либо стены на своем пути. Сказав, что все программное обеспечение может быть создано с использованием Arduino IDE или аналогичного, вы просто потеряете возможность моделирования.

Я использовал PICkit 3 для программирования PIC на борту моего управления PCB. Его можно интегрировать в Flowcode, чтобы он компилировался и программировался через PICkit одним щелчком мыши, аналогично кнопке загрузки в Arduino.

Выбранный мной микроконтроллер не имел встроенной EEPROM, что изначально было проблемой, так как я хотел сохранить текущий выбранный режим анимации. Однако у него была программируемая пользователем флеш-память, и поэтому я смог добиться этой функции окольными путями.

Созданная мной программа Flowcode прилагается. Окно свойств позволяет вам выбрать размер используемого дисплея. то есть 4x4 или 8x8, и это устанавливает множество параметров, таких как количество светодиодов и т. д., которые затем управляют различными анимациями, так что одну программу можно использовать на обоих размерах дисплея.

Пользовательский интерфейс для света довольно прост. Нажмите переключатель менее чем на три секунды, и индикатор перейдет в следующий режим. Перед запуском каждого режима на каждой светодиодной панели отображается индекс режима. Нажмите выключатель более чем на три секунды, и свет погаснет. Дальнейшее нажатие переключателя вернет свет обратно в предыдущий выбранный режим. Потеря мощности к свету приведет к тому, что свет возобновит свою текущую работу при восстановлении питания, включая состояние включения / выключения.

Вот различные режимы анимации, которые светильник в настоящее время может использовать с данной прошивкой.

1. Цветной мазок - Смешанные цвета в кольцах
2. Game of Life - моделирование на основе форм жизни
3. Шаблоны прядения - Анимированные шаблоны 2, 3 или 4 цветов
4. Генератор волн - цветные синусоидальные волны
5. Фиксированный цвет - шесть отдельных сменных цветных панелей
6. Тень - Анимированные цвета панели Все / Индивидуально
7. Маяк - Вращающаяся одинарная панель
8. Кольца - Анимированные горизонтальные кольца
9. Огонь - Анимированный эффект огня
10. Дождь - Анимированный цветной эффект дождя
11. Фейерверк - анимированный цветной фейерверк.
12. Сдвиг - анимированный эффект прокрутки
13. Змея - Анимированные битвы змей в стиле ретро
14. Змеи - Анимированные вращающиеся змеи
15. В случайном порядке - режимы с 1 по 14 с медленным переходом (около 60 секунд)
16. В случайном порядке - режимы с 1 по 14 с быстрым переходом (около 30 секунд)

Каждый режим имеет один или несколько случайных элементов, включая скорость анимации и другие параметры. В некоторых режимах также представлены рандомизированные элементы, которые могут дрейфовать или меняться со временем, что позволяет создавать более динамичную анимацию. Например, огонь имеет произвольное количество топлива, которое добавляется в каждом цикле, это количество имеет фиксированные верхний и нижний пределы. Со временем эти пределы могут увеличиваться или уменьшаться, позволяя интенсивности огня заполнять дисплей или уменьшаться до нескольких нижних пикселей.

Шаг 6: подключение

Плата управления подключается к источнику питания с помощью кабеля USB A или кабеля с разъемом постоянного тока, которые можно купить по очень низким ценам на таких сайтах, как eBay.

Плата управления подключается к неподключенному разъему IN на плате дисплея с помощью доступного краевого разъема и стандартного трехканального ленточного кабеля сервопривода.

Затем верхняя и нижняя пластины, вырезанные лазером, удерживаются на месте с помощью болтов M3 с полукруглой головкой и распорных втулок с резьбой M3.

Будущие обновления

Возможность добавления Bluetooth и WIFI на мою панель управления позволяет в будущем производить обновления, такие как обновления анимации и интеллектуальную интеграцию с такими вещами, как Amazon Alexa, через онлайн-сервисы, такие как ITTT. Это то, что я сейчас исследую.

Было бы неплохо иметь возможность устанавливать цвет лампы, режим анимации или даже отображать текстовое сообщение, просто поговорив со своим умным помощником.

Спасибо, что посмотрели на мою сборку, и я надеюсь, что вдохновил вас пойти по моим стопам или создать что-то подобное.

Финалист конкурса Make it Glow