Адресные бутылки для молока (светодиодное освещение + Arduino): 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Превратите молочные бутылки из СИЗ в красивые светодиодные фонари и используйте Arduino для управления ими. Это перерабатывает ряд вещей, в основном бутылки из-под молока, и потребляет очень мало энергии: светодиоды, по-видимому, рассеивают менее 3 Вт, но достаточно яркие, чтобы их можно было видеть. Электронный свет кажется более удобным для человека, чем большинство других, и обнаруженные поворотные контроллеры - хороший способ сделать это. Бутылки для молока PPE - дешевый, но эстетичный способ рассеять светодиодное освещение. Особенно, если вы найдете красивые круглые:) Модифицировать объект со светодиодным освещением не только экологически безопасно, но и намного проще, чем построить жилье с нуля. Поскольку светодиоды крошечные, вы можете разместить их практически где угодно, и они не выделяют много тепла, если они распределены и работают при правильном напряжении. Это руководство будет касаться в основном физического проектирования и производства, и я Предположим, у вас есть базовые знания в области создания электронных схем и светодиодного освещения. Поскольку точные светодиоды и источник питания, которые вы используете, вероятно, будут отличаться, я остановлюсь только на основах моей схемы с точки зрения технических характеристик. Я также постараюсь указать вам на полезные ресурсы и подробнее рассказать о микроконтроллере Arduino и коде, который говорит им работать последовательно. Электроника базового светодиодного освещения действительно проста, похожа на электронику начальной школы, поэтому, вероятно, не будет вам понадобится много времени, чтобы понять это.

Шаг 1. Инструменты и материалы

Для изготовления самих светильников вам понадобятся: СИЗ бутылки для молока Лист 3-миллиметрового прозрачного акрилового 2-жильного электрического кабеля (или провод динамика подойдет - он может быть довольно легким, поскольку потребляет всего около 12 В и очень небольшой ток, в зависимости от того, как вы проектируете. Свою цепь). СветодиодыРезисторыПаяльникТеплоусадочная трубка Старый трансформатор (настенная бородавка для американцев) плюс розетка + вилка, чтобы к нему идти. Плетеный медный проводМонтажный провод со сплошным сердечником Застежки-молнии Инструменты, которые вам понадобятся: Резак для сверл (соответствует ширине крышек для бутылок с молоком - см. Шаг 2) Крошечные сверла в ассортименте Юниорская ножовка (в зависимости от того, что вы используете в качестве корпуса) Отвертки для зачистки проводов Боковые кусачки / кусачки для проводов Паяльник Мультиметр Третья рука (жизненно важна для пайки компонентов) Фитиль для распайки (если вы собираете какие-либо компоненты из других устройств) Выводы с зажимом типа «крокодил» (для Тестирование / прототипирование) Вы также можете сделать для них какое-то жилье. Я пробовал разные способы их подвешивания и остановился на изогнутом отрезке ПВХ-трубы, подвешенном к потолку с просверленными отверстиями для кабелей. Я также пробовала прикрепить их к потолку. Вы также можете повесить их через кусок доски, установленный на потолке, из кабелепровода или даже сделать отверстия в самом потолке, чтобы разместить провода и запитать их с чердака. Шаг 5 показывает и рассказывает о некоторых из этих вариантов. Выше все, что вам нужно, чтобы сделать несколько источников света, которые будут работать с основным переключателем включения / выключения. Чтобы предоставить им более продвинутые функции, такие как затухание или упорядочение, вам также понадобится множество компонентов, таких как транзиторы и микроконтроллер: USB-адаптер Arduino miniMini для вышеуказанного или FTDL USB для вывода разъема. показано ниже, но подробнее о них и о том, как они работают вместе, на шаге 6. Также есть корпус для распределительной коробки, который может быть любым, что вам нравится. Я видел красивую круглую коробку для причастий в японской комнате Британского музея, но мне не дали ее. В конце концов, я использовал белую пластиковую коробку для карточек мычания, потому что она очень хорошо вписывается в тему:) Имея такую схему, вы можете запрограммировать для нее все виды вещей, которые вы можете запрограммировать на Arduino. Мне нравится кинетическое освещение, но мерцающие рождественские огни и т. Д. Я нахожу безвкусными и механическими. Их регулярность и последовательность холодны и неприветливы (нужно потрудиться, чтобы создать натуралистичный отблеск хороших рождественских огней). Я не хочу ничего кричащего (буквально). Мне нужен единый аналоговый элемент управления освещением, который кажется очень управляемым человеком, который просто определяет, как они включаются и выключаются. Код для этого в сочетании с приятным на ощупь циферблатом и эстетичной алюминиевой ручкой превращает его в приятную игрушку.

Шаг 2: вырежьте и просверлите плексиглас

Прежде всего, мы собираемся вырезать несколько дисков из плексигласа, чтобы они вошли внутрь крышек бутылок с молоком, затем просверлим отверстия, через которые мы сможем установить светодиоды и кабель. Используя резак, просверлите кусок дерева. Прижимайте материал к чему-то вроде этого во время резки, чтобы задний край оставался аккуратным. Мягкая древесина также дает вам знать, когда вы прошли весь путь, так как вы действительно можете почувствовать, как меняются режущие кромки сверла по мере того, как они достигают древесины. отверстия в плексигласе. Также нужно просверлить готовые отверстия для проводки и светодиодов. Что именно вы здесь делаете, зависит от того, какой источник питания вы будете использовать и какие схемы вы хотите к нему подключить. Я использую по три светодиода на каждую лампу, которые я расположил равномерно вокруг диска. Вам понадобится пара отверстий, чтобы пропустить ножки каждого светодиода, и два отверстия, достаточно большие, чтобы пропустить через них две жилы кабеля. (См. Пояснительные примечания на картинке.) Я не использовал для этого шаблон или что-то еще, я просто делал это на глаз, используя дрель для батареи, некоторые мелочи и терпение. Иногда два отверстия могут быть слишком далеко друг от друга или близко друг к другу для ножек светодиода, но если вы будете осторожны, небольшой изгиб позволит им поместиться. Если это еще не имеет смысла, не волнуйтесь, следующий шаг должен прояснить это.

Шаг 3: Установите светодиоды

Теперь вставьте светодиоды в отверстия, соблюдая полярность. По сути, мы собираемся соединить их гирляндой, при этом каждая отрицательная ветвь одного светодиода будет подключаться к положительной клемме следующего. Количество таких цепей зависит от напряжения источника питания, который вы используете. У меня 12 В, а прямое напряжение моих светодиодов составляет 3,3, так что 9,9 В для трех светодиодов - это максимум, с которым может справиться мой источник питания. Им также понадобится резистор, чтобы довести схему до 12 В. У вас обязательно должен быть резистор на каждой бутылке, потому что в противном случае светодиоды перегорят или, по крайней мере, станут горячими (и ярче). Я пробовал это с ранним прототипом, и они достаточно сильно нагрелись без резистора, чтобы расплавить СИЗ крышки бутылки. Вы можете использовать этот удобный светодиодный калькулятор, чтобы решить, что делать с вашей собственной схемой: https://led.linear1.org / led.wiz На снимке экрана на этом этапе показаны именно те значения, с которыми я работал, и полученная схема (резисторы добавляются на следующем этапе). Как только светодиоды пройдут через отверстия и вы уверены, что полярность соблюдена. правильно, начните скручивать выводы вместе, как показано в последовательности изображений для этого шага. Провода, ближайшие к отверстиям кабеля, оставляют раскрученными, потому что они будут припаяны к кабелю, а не друг к другу. Продолжайте делать это со всеми из них, убедившись, что подключаете только положительный к отрицательному, а не положительный или отрицательный. Я также убедился, что все эти огни согласованы. Если смотреть на них сверху вниз, ток всегда идет слева, а затем по часовой стрелке вокруг светодиодов, которые заземлены через левое отверстие.

Шаг 4: припой компонентов

Теперь нам нужно спаять все на месте. Прежде всего, спаяйте все пары скрученных выводов вместе, затем отрежьте лишнее. Затем снимите отрезки электрического кабеля и проденьте их через отверстия для кабелей, просверленные в каждом диске. Оберните кабели вокруг выводов светодиодов так, чтобы напряжение (коричневый) было подключено к длинному (положительному) выводу цепочки светодиодов. Оберните медь вокруг проводов, припаяйте ее на место и снова отрежьте лишний провод. Сдвиньте кабель обратно через центральное отверстие, затем сдвиньте колпачок бутылки вниз по проводу и над диском. На другом конце припаяйте резистор правильного номинала (в моем случае 120 Ом) к плюсовому кабелю. Длина ваших кабелей зависит от того, как вы собираетесь вешать фары. Как вы можете видеть на последнем изображении этого шага, я решил использовать довольно короткие отрезки гибкости, потому что знал, что буду соединять их с отрезками большей длины и делать корпуса, которые будут скрывать стыки. Также легче работать с 12 более короткими длинами, чем с 12 гораздо более длинными.

Шаг 5: переключатели и корпуса

На данный момент у вас есть набор ламп, установленных в крышках бутылок с молоком и предназначенных для работы от определенного источника питания. Бутылки СИЗ, после того как вы удалите этикетку и вымоете их, просто вкрутятся обратно в крышки и будут действовать как красивые диффузоры. Теперь вы можете подключить свет с помощью простой коробки переключения, как я это сделал вначале, или выбрать сделать что-то более сложное, например, управлять ими, используя тот же источник питания, но также и микроконтроллер, чтобы они могли делать более интересные вещи. Из-за нехватки времени у меня эти фонари были в качестве прототипа на разных этапах разработки около 18 месяцев, и за это время я смонтировал их двумя разными способами с тремя разными распределительными коробками. Я также модернизировал их некоторыми лучшими светодиодами, которые давали немного более голубой свет и имели рассеянные корпуса. Вместо того, чтобы детализировать каждый шаг каждой итерации, я поместил на этом шаге набор изображений с примечаниями, иллюстрирующими каждый из них. в этом руководстве мы расскажем о последнем (и самом крутом) способе их использования: установка в пластиковую трубу и индивидуальное управление.

Шаг 6: микроконтроль, компоненты, очистка

Хорошо, отлично. У нас есть работающие лампы для бутылок с молоком. Но двухпозиционное управление не очень интересно. А как насчет диммирования и секвенирования? Для этого нам понадобится микроконтроллер, и я собираюсь использовать Arduino. Нам также понадобится набор компонентов для работы с ним, некоторые из которых я буду собирать и перерабатывать со старого оборудования. Я использовал стандартный Arduino для прототипирования и убедился, что могу кодировать то, что хочу (я все еще очень новичок в таких вещах): https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimila И купил один из них плюс USB-адаптер, чтобы увидеть настоящий свет: https://arduino.cc/en/ Главная / ArduinoBoardMini Если вы еще не слышали о них, Arduinos - это прекрасные небольшие платформы для прототипирования, которые позволяют вам недорого начать изучение микроконтроллеров. Язык программирования, на котором они говорят, что делать, тоже довольно доступен. Есть отличная ссылка на веб-сайте Arduino и куча хороших руководств для начинающих от Лимора Фридмана: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePagehttps://www.ladyada.net/learn/arduino/ Итак, я нужно перепроектировать мою схему, более сложную, чтобы разместить Arduino mini. Я хочу, чтобы он мог включать и выключать их в соответствии с показаниями поворотного потенциометра, что означает включение транзисторов в схему для Arduino, чтобы запускать их как переключатели. Arduino также работает от 5 В, поэтому мне нужно будет производить регулируемый источник питания 5 В из моего существующего 12 В, если я не использую две настенные бородавки. LM317T отвечает всем требованиям; Используя всего несколько резисторов (подробнее позже), я могу заставить его выдавать нужное количество напряжения для Arduino. Вот некоторые ссылки на LM317T: https://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page12.htm Я включил несколько изображений компонентов ниже, которые на самом деле собираются сформировать довольно простую схему. Я также включил несколько фотографий старого усилителя, который я купил на местном рынке за 2 фунта. У него красивые алюминиевые ручки, которые, скорее всего, будут стоить более 2 фунтов каждая, а также целая куча хороших потенциометров и массивных переключателей в придачу. Собирая мусор из старого оборудования, вы можете получить действительно хорошие старые компоненты почти бесплатно. Посмотрите фотографии, чтобы получить несколько советов.

Шаг 7: схема транзистора

Я не могу просто включить свет через Arduino, потому что они работают от 12 В, а Arduino - от 5 В. Транзисторы позволяют мне использовать меньший ток для включения и выключения гораздо большего, не перегревая Arduino. В первый раз, когда я разделил проводку для ламп, я пометил каждый провод номером, зная, что вернусь к ним. с Arduino в какой-то момент. Поскольку я использую транзисторы NPN, которые подключаются к заземляющему концу схемы, мне нужно будет разделить все эти кабели и начать сращивать +12 В. Используя провод динамика, я придерживался соглашения, согласно которому сторона с черной полосой каждой пары должна быть под напряжением, а обычная - с землей. Чтобы не заблудиться позже, важно соблюдать такие условности и придерживаться их. После того, как я отсоединил все провода, я выпилил рваное отверстие в верхней части трубы для проводки. Я намеревался заклеить его белой клейкой лентой с проводкой и ардуино внутри, но это пошло не так, как вы увидите позже. Первым делом было протестировать мою схему. Транзистор имеет три контакта: коллектор, выход напряжения и базу. База - это та, с которой Arduino будет разговаривать через резистор 1 кОм, коллектор будет принимать ток от заземления, а выходное напряжение идет на землю. Тест работает. Более подробная информация об использовании транзисторов с Arduinos здесь: https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads (обратите внимание на резистор 1K между Arduino и базовым выводом), а также руководство по транзисторам: https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads..mayothi.com / transistors.htmlИтак, в основном:

• Припаяйте резисторы к выводам базы транзистора
• Отдельное заземление для каждого светильника и количество, чтобы вы могли держать их в понятном порядке.
• Соедините все токоведущие соединения для светильников вместе, термоусаживая соединения, когда они будут выполнены (это действительно важно, так как провода будут упакованы обратно в трубу, было бы слишком вероятно, что они закоротят свет при упаковке, если они не были должным образом изолированы). Соберите соединения до единого соединения для + 12В.
• Припаяйте коллектор каждого транзистора к заземлению каждого светильника, сделав так же термоусадку.
• Используйте короткие кусочки провода, чтобы соединить все эмиттеры транзисторов вместе, чтобы получить единое заземление.

Затем они будут подключены для общения.

Шаг 8: Коммуникационные кабели

Отрежьте и зачистите 12 кабелей, чтобы припаять их к резисторам на базовых выводах транзисторов. Это будут кабели, которые Arduino использует для связи с транзисторами. Не забудьте о термоусадке: как только кабели будут вставлены на место, припаяйте их к контактным разъемам, чтобы они соответствовали разъемам на Arduino Mini. Я использовал контакты 4-13 и контакты AD0 (14) и AD1 (15) в качестве 12 выходных контактов для переключения транзисторов. Вы можете найти распиновку для Arduino Mini здесь: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMini Если вы припаяете свои коммуникационные провода к штыревым разъемам в правильном порядке, они должны подключиться прямо к Arduino и работать как задумал… мой сделал. Уф. Теперь, когда розетки готовы, проденьте их через конец трубы вместе с соединениями под напряжением и заземлением, которые вы сращивали ранее.. Вы можете указать Arduino, чтобы он все время устанавливал высокий уровень для одного контакта, а затем, используя один вывод от него, касался контакта для каждого источника света по очереди.

Шаг 9: Регулировка напряжения

Поскольку лампы работают от источника питания 12 В, для Arduino необходим регулятор напряжения, понижающий его до 5 В. Введите LM317T, который дает выходное напряжение в зависимости от резисторов, которыми вы его увеличиваете. Разница между входом и выходом проявляется в виде тепла, поэтому иногда этим микросхемам требуется радиатор. Вот учебник по LM317: https://www.sash.bgplus.com/lm_317/tutorial-full.htmland вот удобный калькулятор: https://www.electronics-lab.com/articles/LM317/ Как только я нашел нужные значения, чтобы получить 5 В для Arduino, я паял, термоусаживал и тестировал. Выходит 5.07в, неплохо. Теперь я знаю, что это работает, я могу припаять его к основному жгуту проводов, взять 12 В, заземлить и иметь третий выход, который пойдет на Arduino. Я запускаю еще один разъем, помещая на него линию 5 В, соответствующую контакту 5 В на Arduino. Я также подключаю землю от Arduino к тому же разъему. Самое время проверить это.

Шаг 10: программирование

Мне нужно сначала написать код для тестирования, а чтобы загрузить его в Arduino, мне нужно подключить макет для подключения USB-адаптера к Arduino Mini. См. Руководство по Arduino mini здесь: https:// arduino. cc / en / Guide / ArduinoMini и распиновка для USB-адаптера здесь: https://arduino.cc/en/Main/MiniUSBAПосле тестирования последовательностей прошивки с кодом и т. д. я остановился на чем-то вроде отлаженного и измененного кода в конец этого поучительного. Также обратите внимание на то, насколько аккуратнее становятся тесты зажимов типа «крокодил», чем больше выполняется пайка. Это отчасти удовлетворительно, а также очень полезно проверить, что каждый источник света по-прежнему работает на каждом этапе. Тестирование только в конце оставит вас в недоумении, и вы не будете знать, с чего начать, если у вас действительно есть проблема.

Шаг 11: Кабели и распределительная коробка

Теперь о элементах управления. Поскольку я хочу, чтобы элементы управления были отделены от источника света, мне понадобится кабель. Цепи нужны соединения под напряжением и заземление, а для потенциометра потребуется три соединения. Один из них будет работать от Arduino, другой - с подключением к аналоговому выводу, который Arduino будет использовать для чтения потенциометра. Другой - земля, так что мне нужно всего четыре жилы, идущие к свету. Поскольку у меня нет четырехжильного кабеля, я скручиваю вместе два длинных провода динамика. Не идеально, но неплохо. Вы можете легко сделать это, как показано на фотографиях ниже, завязав молнией концы двух отрезков кабеля, поместив один конец под что-то достаточно тяжелое, чтобы удерживать его, а затем сплести кабели самостоятельно. пустая белая пластиковая коробка для карточек мычания, которую я держу довольно давно. Некоторые компоненты, такие как розетка, также переработаны из предыдущих проектов. Заглушка и несколько стяжек будут служить для снятия натяжения на светлом конце кабеля. Я начинаю размечать коробку для горшка, а затем настраиваюсь на подсоединение кабелей к световому концу. Если снять одну пару, но не другую, когда они переплетены, их легко идентифицировать. Один из зачищенных пойдет на массу на потенциометре в распределительной коробке, другой - на + 12В на розетке. Два других будут сигнальными проводами, подключенными к другим контактам потенциометра. На другом конце один из них будет подключаться к аналоговому контакту, с которого код сообщает Arduino, что нужно считывать показания, а другой - к + 5В. Опять же, все тепло сжалось, когда было на месте. Фотографии должны лучше показать вам, как я сделал свою распределительную коробку, которая чуть не вышла из строя. Сначала я попытался приклеить его, и пластик, кажется, непроницаем для суперклея … в конце концов, я отсортировал его, используя пару резиновых прокладок внутри коробки, а затем прикрутил пару винтов к корпусу ПК через все слои коробки, чтобы удерживать их вместе и держите горшок на месте. Разъем питания также нуждался в стяжке, так как у меня не было гаек, чтобы нарезать на нем резьбу.

Шаг 12: Последовательный свет

Законченный! Еще больше фотографий и видео, а код прилагается ниже. Оказалось, что проводка была слишком большой, чтобы все снова было вставлено в трубу, что прискорбно. Это означает, что LM317 и Arduino торчат из верхней части трубы, потому что она забита проводами и компонентами. Их дальнейшее раздавливание привело к тому, что он начал вести себя хаотично, поэтому я собираюсь оставить их снаружи. Поскольку он будет свисать с потолка, я сомневаюсь, что они будут особенно заметны. Тем не менее, мне бы хотелось придумать решение, которое оставалось бы красивым, вмещая при этом все схемы, но неважно, оно работает так, как я хочу. Простое аналоговое управление приятно по-человечески. Заметили в коде, что числа, при которых включаются и выключаются устройства, не имеют одинаковых различий? Это потому, что горшок, который я использовал, оказался логарифмическим, а не линейным, поэтому равномерное распределение порогов привело к тому, что вся активность была сжата на одном конце хода горшка.

Первый приз в конкурсе Epilog Challenge