Улучшение фиброоптической рождественской елки: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

У нас уже несколько лет есть одна из тех рождественских елок с оптоволоконным кабелем. В основании находится галогенная лампа-рефлектор на 12 В, а цветной диск с приводом от двигателя помещается между лампой и основанием дерева. Лампа и двигатель питаются от сетевого адаптера 12 В переменного тока типа «настенный куб». Но цвета довольно размытые и повторяются каждые 10 секунд или около того, а некоторые люди с похожими деревьями находят мотор немного шумным. Меня поразило, что в наши дни мы могли бы добиться большего!

После замены лампочки на 7-пиксельное кольцо Neopixel, управляемое Arduino Pro Mini, теперь ему больше не нужен цветной диск или двигатель, приводящий его в движение, и он дает гораздо более насыщенные цвета, используя меньше электроэнергии. Видео не совсем верно передает цвета - высокая контрастность светодиодов на любом фоне затрудняет их эффективное фотографирование.

Скетч Arduino, который я написал, включает в себя 2 программы, которые чередуются каждые 5-10 минут. В одном из них все неопиксели следуют одной и той же случайной последовательности цветов, но каждый немного отстает от предыдущего, создавая эффект цветов, перемещающихся по дереву. С другой стороны, все 21 цветной светодиод (один красный, один зеленый и один синий в каждом Neopixel) появляются и исчезают в случайном порядке, создавая очень приятное отображение интенсивных и постоянно меняющихся цветов.

Поскольку ваше дерево вряд ли будет таким же, как мое, и вы, возможно, не захотите приводить его в действие таким же образом, я не могу дать подробных инструкций для полного новичка, но, надеюсь, вы научитесь чему-то, адаптируя их к своему дереву.

Тебе понадобится:

• Кольцо Adafruit Jewel Neopixel или дальневосточный эквивалент.
• Arduino Pro Mini или Nano (это должна быть деталь на 5 В)
• Если вы используете Pro Mini, адаптер FTDI USB - последовательный.
• Картон, контактная полоса, паяльник, припой, соединительный провод и т. Д.

Вы можете использовать одну из плат ATTiny85 (Trinket, Lily Tiny, Gemma) вместо Pro Mini или Nano, но на ней может не хватить места для полного скетча с обеими программами - см. Шаг 5.

Если вы повторно используете имеющийся адаптер переменного тока 12 В, вам понадобятся:

• Выпрямительные диоды 1N4004 - 4 шт.
• Электролитический конденсатор 1000 мкФ 35 В
• Модуль понижающего импульсного регулятора 5 В (подойдет тот, который основан на микросхеме LM2596), или разобрать старую автомобильную спутниковую навигацию или зарядное устройство USB, дающее 5 В, как это сделал я.

Иначе:

Повторно используйте старое зарядное устройство USB на 5 В, например зарядное устройство Apple или Blackberry, или приобретите новое

Шаг 1. Разберите свое дерево

Как вы увидите на фотографиях, у моего дерева есть круглая основа, в которой находятся работы, с отверстием в вершине, в которое попадает само дерево.

Разобрать основание должно быть несложно. У меня просто 3 винта внизу. Снимите их, и крышка сразу снимется. Убедитесь, что он работает так же, как мой, с галогенной лампой с отражателем, мотором и цветным диском.

Снимите лампу (2 винта удерживают стопорное кольцо) и цветной диск (закрепленный одной гайкой в верхней части шпинделя).

Проследите за проводкой, чтобы увидеть, как это работает. Преобразование будет самым простым, если вы сможете собрать новую электронику в виде модуля для непосредственной замены лампы, вставки в ее гнездо и получения питания от нее. Вероятно, вы захотите отключить двигатель и, возможно, удалить его совсем.

Шаг 2: Сборка электроники

На фото показан конечный результат до замены крышки.

Электроника состоит из 3 частей:

Кольцо Arduino и Neopixel

и если вы используете существующий сетевой адаптер на 12 В переменного тока:

• Выпрямительные диоды и сглаживающий конденсатор 1N4004
• Понижающий регулятор DC-DC.

Я опишу каждый по очереди, но сначала подумайте, как вы собираетесь их установить, чтобы они соответствовали лампочке.

Я припаял полоску с штырями шириной 3 штыря со удаленным средним штырем к нижней части куска картона. Он подходит к патрону лампы.

Я позаботился о том, чтобы картон был той же высоты, что и лампочка, а верхняя часть картона была такой же ширины, как диаметр лампы. Таким образом, картон мог напрямую заменить лампочку, удерживая ее наверху с кольцом, которое использовалось для фиксации лампочки.

Шаг 3. Кольцо Arduino и Neopixel

Если ваш Arduino поставляется без готовых к пайке контактных полосок, вы можете установить его прямо на плату, пропустив короткие отрезки оголенного провода через контакты на Arduino и через плату, припаянную с обеих сторон. Для программирования Arduino Pro Mini требуется 6-контактная контактная полоса, припаянная к контактным площадкам последовательного порта.

Вам нужно только подключить контакты + 5V, GND и D8 к Arduino, но в любом случае прорежьте дорожки на плате между двумя рядами контактов для безопасности. Это позволит вам припаять еще один или два контакта, чтобы закрепить его, не создавая коротких замыканий.

Я использовал 3 куска толстой медной проволоки как для поддержки кольца Neopixel, так и для соединения его с платой.

Кольцо Neopixel имеет 4 соединения: Vcc, Gnd, D-In и D-Out. Мы используем только первые 3 из них.

Установив кольцо Neopixel, как показано, используйте короткие отрезки соединительного провода для подключения Vcc к выводу Arduino + 5V, Gnd к выводу Arduino Gnd и D-In к выводу Arduino D8 или D1, если вы используете один из Платы ATTiny85.

Убедитесь, что проводники платы, которые вы припаяли к кольцу Neopixel, не создают нежелательных соединений с Arduino, и при необходимости обрежьте их, чтобы разорвать любые такие соединения.

Шаг 4: блок питания

Если вы используете источник питания 5 В, все, что вам нужно, это подключить положительное соединение к Vcc / + 5 В, а отрицательное - к Gnd на Arduino и кольце Neopixel, и вы можете перейти к программированию.

Источник питания 12 В переменного тока сначала должен быть выпрямлен с помощью 4 диодов (переходящих в постоянный ток), а затем сглажен электролитическим конденсатором.

Я установил диоды и конденсатор на той же доске, что и Arduino. На фотографиях медные полоски проходят вертикально.

Установите 4 диода, как показано, попеременно. Положительный конец каждого диода отмечен белой полосой. Отрежьте каждую из 4 медных полосок между двумя концами каждого диода.

12 В переменного тока поступает через белые провода от контактов, которые вставляются в патрон лампы. Со стороны переменного тока диоды подключены в соседние пары, как показано белыми линиями, каждый входной провод переменного тока идет к одному положительному концу и одному отрицательному концу диода.

На другом конце диоды соединены положительными концами вместе (красные линии) и отрицательными концами вместе (синие линии).

Припаяйте конденсатор к полосам, отмеченным красным и синим. Я припаял его дальше к плате, затем согнул выводы, чтобы конденсатор аккуратно сидел над диодами.

Очень важно: одна сторона конденсатора помечена отрицательным знаком (знаком минус). Вы должны соединить это с полосой, отмеченной синим!

Теперь вы можете подключить красный и синий к положительному и отрицательному входам понижающего преобразователя DC-DC соответственно.

Если вы используете понижающий преобразователь с регулируемым выходом, обязательно измерьте выходное напряжение с помощью мультиметра и отрегулируйте его до 5 В, прежде чем идти дальше, иначе вы можете повредить свое кольцо Arduino и Neopixel.

Наконец, подключите положительный и отрицательный выходы преобразователя к Vcc или 5V и Gnd на кольце Arduino и Neopixel.

Возможно, вы сможете установить небольшой DC-DC преобразователь на монтажную плату вместе с другими компонентами, но мой был слишком большим, поэтому мне пришлось соединить его с помощью гибких проводов и привязать к паре удобных столбов.

Шаг 5: программирование

Если у вас его еще нет, вам необходимо загрузить и установить Arduino IDE. Это бесплатно. Убедитесь, что у вас установлена последняя версия (1.6.13 или новее - некоторые более ранние версии содержат ошибки, на которые у меня ушло много времени).

В папке Arduino (по умолчанию в Windows это в Мои документы) создайте папку с именем Neopix_colours3. Скопируйте в эту папку файл Neopix_colurs3.ino.

Теперь запустите Arduino IDE и найдите эскиз Neopix_colours3 в своем альбоме.

Если вы используете плату ATTiny85, может не хватить места для полного скетча. Закомментируйте определение FUNCTION_1 или FUNCTION_2 в начале эскиза. В качестве альтернативы вы можете втиснуть весь эскиз, если пожертвуете загрузчиком и запрограммируете его с помощью другого Arduino.

В разделе «Инструменты» выберите плату, которую вы используете (Pro Mini или Nano, или что-то еще). Если вы используете Pro Mini, подключите адаптер FTDI к Arduino (убедитесь, что он правильный) и подключите его к USB-порту на вашем компьютере. В случае с Nano вы просто подключаете его к компьютеру с помощью USB-кабеля.

На вашем компьютере зайдите в Диспетчер устройств - порты (COM и LPT) и проверьте, какой COM-порт был назначен для Arduino. Установите это в Инструменты - Порт.

Теперь вы можете загрузить эскиз и проверить, что он работает. Неопиксели очень яркие, поэтому рекомендуется накрыть их листом бумаги, чтобы защитить глаза, или временно изменить определение BRILL в эскизе с 255 на 50.

Скетч, который я загрузил, начинается с программы 1, а затем случайным образом переключается между двумя программами каждые 5-10 минут. Если вы предпочитаете тот или иной вариант, найдите строку

функция = 1;

в конце функции setup (). Замените 1 на -1 или -2, чтобы зафиксировать его в программе 1 или программе 2. Вы можете изменить минимальное и максимальное время (в миллисекундах), в течение которого выполняется каждая программа, найдя и изменив определения MINCHGTIME и MAXCHGTIME.

Когда вы будете счастливы, соберите все снова, расслабьтесь и наслаждайтесь!