Рождественская открытка и орнамент, которые можно взломать: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Праздничные открытки, которые мигают и пищат, всегда завораживали нас. Это наша взломанная DIY-версия, сделанная с ATtiny13A и несколькими светодиодами - нажмите кнопку, чтобы воспроизвести короткое световое шоу в дереве. В этом году мы отправляем их друзьям и родственникам. Это подарок ручной работы, который можно взломать, и создавать его было очень весело. Это руководство объясняет наш дизайн, после чего вы можете взять файлы с открытым исходным кодом и создать свои собственные.

Открытка также является данью уважения мерцающему набору украшений для рождественской елки Веллемана и отсылкой к «Обещанию Адафрута». (Знаете ли вы, что у Веллемана есть комплект часов с трубкой никси? Действительно!)

Вы можете купить копию нашей карты в Seeed Studio. Собранные карты стоят (15 долларов), а набор для любителей приключений - 12 долларов. Вы также можете увидеть эту статью с исходным форматированием на сайте DangerousPrototypes.com.

Шаг 1. Аппаратное обеспечение - ATtiny13A

Схема и печатная плата были сделаны с помощью бесплатной версии Cadsoft Eagle. Загрузите последние файлы дизайна и прошивку на странице проекта Google Code.

АВР ATTINY-13A

Небольшой микроконтроллер ATMEL ATtiny13A (IC1) является мозгом схемы. Один контакт (PWM) мигает светом, большинство других контактов используются для программирования и питания. Вы можете получить аналогичные эффекты с таймером 555 или дискретными компонентами, но наша цель - узнать о новом семействе микроконтроллеров и упростить взлом.

ATtiny требуется подтягивающий резистор 10 кОм (R1), чтобы удерживать контакт сброса на высоком уровне, а мини-тактильный переключатель (S1) сбрасывает ATtiny, временно подключая контакт сброса к земле. Конденсатор емкостью 0,1 мкФ (C1) отделяет микросхему от источника питания.

Шаг 2: Аппаратное обеспечение - Программирование и аккумулятор

Микроконтроллеры ATtiny программируются через шестиконтактное соединение для системного программирования (ISP). Заголовок ISP ориентирован на обратную сторону карты. Мы сделали программный зонд, чтобы не припаивать штыревой контакт к плате.

Питание осуществляется от 20-миллиметрового литиевого батарейного элемента (BAT1) на 3 В на задней стороне печатной платы. Держатель должен работать с монетными ячейками 2025 или 2032. ATtiny будет работать в диапазоне напряжений до 1,8 вольт.

Шаг 3. Аппаратное обеспечение - Древовидные светодиоды

Светодиоды деревьев

Наши крошечные мерцающие рождественские елки - это светодиоды 0805 для поверхностного монтажа (LED1-10). Каждый светодиод имеет токоограничивающий резистор (R3-12). Мы использовали резисторы на 390 Ом, примерно на 3 мА при 3 В и 8 мА при 5 В во время разработки. Все 10 светодиодов вместе потребляют около 30 мА при питании от батареи.

30 мА - это слишком большой ток для подачи или потребления на выводах ATtiny. Вместо этого NPN-транзистор (T1) переключает заземление светодиодов. Транзисторам также требуется базовый резистор (R2), чтобы ограничить силу тока, снимаемого с вывода микроконтроллера. Светодиоды должны быть подключены в правильном направлении, иначе они не будут гореть. Светодиоды в сквозных отверстиях обычно имеют один более длинный вывод, который указывает на положительную сторону питания (анод). Светодиоды SMD имеют зеленый край, а иногда и стрелку на задней панели, чтобы указать заземление (катод). На этой диаграмме показана правильная ориентация каждого светодиода, заземление должно указывать в том же направлении, что и стрелка.

Шаг 4: Оборудование - печатная плата и список деталей

Схема и печатная плата были сделаны с помощью бесплатной версии Cadsoft Eagle. Загрузите последние файлы дизайна и прошивку на странице проекта Google Code. Мы изготовили печатные платы с помощью услуги Propaganda от Seeed Studio, дополнительные платы из нашего заказа находятся в магазине Seeed. Мы ожидали зеленых печатных плат, но получили черные - финальные платы будут красными.

Мы использовали переходные отверстия, компоненты и шелкографию, чтобы создать рождественскую тему. Это наша первая попытка, может быть, это станет праздничной традицией, которую мы улучшаем из года в год. На последней печатной плате должны быть видимы серебряные переходные отверстия на дереве, мы не сделали их достаточно большими на прототипе. Мы также удалили год, поэтому, если он не будет доставлен к Рождеству, его можно будет использовать позже.

Это двухслойная печатная плата с деталями с двух сторон. Мы начали с передней панели, припаяв большие детали, такие как микроконтроллер (IC1) и переключатель (S1), а затем добавили пассивные элементы меньшего размера, такие как резисторы и конденсаторы. Батарейный отсек находится на задней стороне печатной платы, мы припаяли его в последнюю очередь, чтобы рабочая поверхность оставалась ровной и стабильной, пока мы работали с лицевой стороной.

Если вы припаиваете печатную плату самостоятельно, убедитесь, что у вас есть пинцет с заостренными концами для размещения и удержания компонентов. Вам также понадобится флюс, чтобы все текло, и медный фитиль, чтобы убрать лишний припой. Во всем остальном мы используем Blu-Tack.

Список деталей

Имя	Количество	Стоимость (размер)
IC1	1	AVR ATtiny13A (SOIC-8)
C1	1	Конденсатор 0,1 мкФ (0805)
Т1	1	NPN 200ma + 100hfe + транзистор (SOT23)
R1	1	Резистор 10 000 Ом (10 кОм) (0805)
R2-R12	10	Резистор 390 Ом (390R) (0805)
LED1-10	10	Светодиоды, разные цвета (0805)
S1	1	Мини-тактильный переключатель (SMD)
ЛЕТУЧАЯ МЫШЬ	1	Держатель батареи 20 мм (SMD)
КЛЕТКА	1	Батарея 20 мм (CR-2025)

Шаг 5: Прошивка

Прошивка написана на C с использованием компилятора AVR-GCC с открытым исходным кодом с AVRStudio. Загрузите последние файлы дизайна и прошивку на странице проекта Google Code. Запрограммируйте прошивку через 6-контактный заголовок программирования ISP с помощью чего-то вроде STK500 или USBtinyISP. Кстати, мы очень рады использовать компилятор с открытым исходным кодом для этого проекта.

Когда питание подается на схему, ATtiny запускает простую программу, которая генерирует импульсные огни рождественской елки. Когда программа завершается, микросхема находится в спящем режиме до тех пор, пока не будет сброшена нажатием кнопки или заменой батареи.

Программа затухания использует программную широтно-импульсную модуляцию для уменьшения яркости светодиодов. ATtiny13A имеет аппаратный ШИМ, но он выводит на контакты ISP, которые уже заняты. Можно использовать кнопки программирования совместно с другими функциями, если мы не были готовы к этому в этом проекте.

Когда программа завершится, микросхема просто засыпает навсегда. Это отличается от многих программ микроконтроллера, которые выходят из спящего режима при прерывании смены вывода. Нажатие кнопки сбрасывает ATtiny и снова запускает программу.

Шаг 6: продвижение вперед

У нас есть много идей для будущих праздничных открыток - несколько светодиодных каналов, светодиоды с изменением цвета, звук, управление акселерометром, емкостное сенсорное управление, ЖК-экраны, электронная бумага, празднично вырезанные печатные платы и многое другое. В этом проекте мы не использовали загрузчик, но вот обсуждение возможных вариантов.

Что бы вы сделали? Есть ли у вас какие-нибудь хитрости для этой карты или идеи для будущих карт?

У Seeed Studio карта есть в сборе или в комплекте. В комплект входят детали для поверхностного монтажа размером 0805, это не для всех. Это наш первый проект, который предлагается в виде комплекта, и мы очень рады видеть, сколько людей интересуются комплектом для поверхностного монтажа. Это будет очень ограниченный тираж, вероятно, всего 100-200, так что приобретайте его пораньше!

• Создайте свою собственную карту из наших файлов дизайна и прошивки с открытым исходным кодом.
• Собранная карта стоит 15 долларов в Seeed Studio. Плата будет красной. Прошивка запрограммирована, батарея в комплекте.
• Комплект стоит 12 долларов в Seeed Studio. Плата будет красной. Прошивка запрограммирована, батарея в комплекте.

Мы хотели бы, чтобы заказы были доставлены к Рождеству, но есть большая вероятность, что этого не произойдет. Seeed Studio уже работает над небольшим количеством карточек, что должно помочь ускорить доставку. Надеюсь, они прибудут к Рождеству, но доставка будет очень трудной. Мы будем публиковать производственные обновления по мере их поступления.

С праздником серебристого, припаянного!