Светодиодный зонт с Arduino: 14 шагов (с изображениями)

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

Светодиодный зонт с Arduino сочетает в себе зонт, светодиодную матрицу 8x10 и микроконтроллер Arduino, чтобы создать управляемый, программируемый светодиодный опыт в уединении вашего собственного зонта. Этот проект был вдохновлен электрическим зонтом от sockmaster и рядом инструкций по светодиодной матрице на этом сайте, в частности, очень полной от barney_1.

Приготовьтесь прокачать мой зонтик! Любой, кто занимается этим проектом, должен иметь доступ к стандартным паяльным инструментам - плоскогубцам, кусачкам, кусачкам и инструментам для снятия изоляции, паяльнику и припоям, мультиметру - и иметь опыт работы с Arduino. Настройка Arduino несложна, и в это руководство включена программа, включающая несколько различных анимаций светодиодов. Видео уже в пути! Также готовится пример кода (см. Последний шаг). Код, который у меня есть, не использует кнопочный переключатель, и я сейчас над этим работаю.

Шаг 1: Детали

В этом проекте очень мало частей, и они в основном общие. Их можно легко получить в любом количестве интернет-магазинов, среди которых Adafruit Industries, DigiKey, Jameco и All Electronics. Заменить, как кажется разумным. Электроника 1 микроконтроллер - Arduino Diecimilia 1 x Umbrella 1 x MIC2981 - 8-канальный, высоковольтный, сильноточный массив драйверов источника - 576-1158-ND 1 x Protoshield для Arduino с крошечной макетной платой - Adafruit Industries 80 x Светодиод - возможно множество вариантов. 8 резисторов - зависит от выбора светодиода и напряжения источника. Провод Для этого проекта требуется много проводов. Каждое ребро зонта имеет черный провод (для катодов светодиодов), а для каждого круга светодиодов вокруг зонта требуется красный провод полной длины (для анодов светодиодов). Некоторым также необходимо вернуть концы цепей обратно в Arduino. 24-футовый черный провод для катодных цепей (следуйте ребрам назад к центру) 70-футовый красный провод для анодных колец (кольца вокруг зонта) Разное Стандартные штекерные разъемы - термоусадочные трубки 1/16 дюйма - требуется около семи футов трубки Тактильный переключатель - Терпение от матери… и навыки пайки. Матрица светодиодов должна быть тщательно сконструирована, а аноды и катоды изолированы друг от друга термоусадочными трубками. Это может занять некоторое время.

Шаг 2: Мысли запоздалые - предупрежден значит вооружен

Зонт Не используйте свой лучший зонтик! Или даже лучший чужой зонт. Зонт привержен проекту, и, хотя вы можете вынуть светодиодную матрицу, вы не захотите этого к тому времени, когда закончите. Размещение Хотя светодиоды обеспечивают индивидуальный подход под зонтиком, они не особенно видны снаружи / над зонтом. Подумайте, хотите ли вы, чтобы светодиоды были на внешней стороне зонта. Они были бы намного более заметными, и установка была бы намного проще. Вам придется проделать отверстия в ткани, чтобы пропустить провода в Arduino. Стиль в этом случае важнее гидроизоляции. Светодиоды Прежде чем тратить много времени на изготовление этой вещи, выберите красивый цвет. Светодиоды на eBay, очевидно, дешевле, чем в каталогах, поэтому изучите свои варианты. Провод Меньшего сечения или многожильный провод, вероятно, лучше, чем одножильный провод AWG xxx. Я использовала прочную проволоку, поэтому сложить зонт практически невозможно. Кроме того, я бы не стал использовать красный провод для анодных колец. Я бы выбрал более темный цвет, менее заметный.

Шаг 3. Рекомендации по дизайну

Arduino Я решил использовать Arduino, а не другой микроконтроллер Atmel AVR, чтобы сделать этот проект доступным. С Arduino нет необходимости разрабатывать специальную плату, а программирование и настройка на платформе Arduino намного проще. Единственным недостатком Arduino является то, что он большой и плохо помещается в зонтик. Однако преимущества перевешивают затраты. Этот проект основан на Arduino Diecimilia, но (я думаю) распиновка такая же в более новых версиях. В любом случае, если вы беретесь за этот проект, убедитесь, что у вас есть четкое представление о состояниях и выводах модели Arduino, которую вы используете. Это позволит легко реализовать любые изменения между тем, что здесь описано, и тем, что вам нужно сделать. Микросхема MIC2981 от Micrel может питать 8 цепочек светодиодов. Это означает, что 8 круглых рядов / колец из десяти светодиодов, идущих вокруг зонта, имеют свои аноды, подключенные к MIC2981 (один вывод для питания каждого ряда / кольца), а катоды светодиодов в цепочках вдоль ребер (столбцов) подключены к штифт на Arduino. Это допускает возможность того, что 10 светодиодов в ряду / кольце одновременно будут гореть с достаточным током для равномерного освещения. Этот чип в настоящее время не используется в этом проекте. У меня есть планы использовать его для питания и яркости светодиодных колец. Proto Shield для Arduino от AdaFruit Industries Я использовал этот протощит с крошечной макетной платой, чтобы можно было отсоединить Arduino от зонта для других проектов. На крошечной макетной плате достаточно места для соединений, необходимых для этого проекта.

Шаг 4: макет

Чтобы убедиться, что я понял, как следует изготавливать массив светодиодов, я сделал массив 3x3, чтобы посмотреть, будут ли работать пайка и программирование. Они сделали! Поэтому я решил продолжить работу над проектом. Если вы уверены, что разбираетесь в светодиодной матрице, пропустите этот шаг. В противном случае вложите пару светодиодов, немного проводов, термоусадочную пленку и час или около того на создание массива 3x3 и его тестирование. Подробности создания массива описаны в следующих шагах, но они применимы к макету.

Чтобы создать светодиодную матрицу 3x3, выполните и измените шаги Создание светодиодной матрицы, которые описывают полную матрицу. В приведенном ниже примере кода для макета не используется MIC2981 (я написал его до того, как он появился у меня:-). Каждый светодиод загорается по очереди. Это работает для массива 3x3, но плохо масштабируется. [На самом деле, он достаточно хорошо масштабируется до полной матрицы, но светодиоды немного тусклые.]

Шаг 5: Изготовление светодиодной матрицы - Подготовка деталей

Светодиоды Подготовьте светодиоды, согнув их провода. Следующее позволяет ориентировать светодиоды плоскими краями в одном направлении. Выбор произвольный, но стандартизация ориентации снижает риск ошибки. Держите светодиод плоской стороной (катодной стороной) вправо. Согните катод на себя. Это указывает на заземление катодов, направление, в котором должно течь электричество:-). Сделайте изгиб примерно на 1-2 мм ниже нижней части светодиода. Это позволит светодиоду гордо стоять на проводе. Анод будет изогнут влево после того, как катоды будут припаяны на место. Это предотвратит путаницу при пайке. Два вывода должны образовывать прямой угол с катодом, направленным к вам, и анодом, направленным влево. Трубка для термоусадки Отрежьте два куска термоусадочной трубки 1/16 дюйма длиной 1/2 дюйма для каждого светодиода. Это сто шестьдесят штук, и только для них требуется около семи футов. Отрежьте еще восемнадцать (18) частей для жаток. Проволока Отрежьте черные провода, количество которых равно количеству ребер зонтика. Сделайте их достаточно длиннее, чем ребра, чтобы было достаточно проводов для создания заголовков, которые подключаются к Arduino. Зонтик окружен 8 кольцами светодиодов (это количество выходных контактов MIC2981), поэтому каждая катодная цепочка или столбец будет состоять из 8 светодиодов. Разложите провода и отметьте места для светодиодов вдоль ребер. Расстояние в этой точке определяет расстояние между концентрическими кольцами. Снимите небольшой кусок изоляции (около 3 мм) в каждой точке. Разрежьте изоляцию с помощью приспособлений для зачистки проводов в двух местах на расстоянии примерно четверти дюйма друг от друга. Затем раздавите изоляцию плоскогубцами и вырежьте изоляцию канцелярским ножом или вытащите ее пальцами. В каждое открытое пространство положите небольшое количество припоя. Это подготовка к припайке катодов светодиодов к этим точкам.

Шаг 6: Изготовление светодиодной матрицы - катодные цепи

Первым шагом в изготовлении светодиодной матрицы является создание цепочек для светодиодных катодов. На предыдущем шаге вы перерезали десять (или столько же ребер на зонте) черных проводов и сняли изоляцию в местах пайки светодиодов. На этом этапе вы припаяете катоды светодиодов.

Нанесите небольшую каплю припоя на кончик утюга. Расположите светодиод так, чтобы провод проходил между двумя выводами светодиода, и нанесите горячий утюг, чтобы припаять катод. Припой на железе и проводе должен течь, чтобы образовалось соединение. Вы обожжете себе палец, и они будут терзать вас. После пайки обрежьте анод так, чтобы он был как можно короче. Чтобы предотвратить короткое замыкание, каждое паяное соединение закрывается куском термоусадочной трубки. Трубку необходимо установить после того, как будет выполнено соединение, и до того, как будет присоединен следующий светодиод (какая-то путаница? Вы скоро поймете:-), так что наденьте кусок сейчас. Нагрейте до усадки. Повторите эти действия для остальных светодиодов в цепочке и остальных цепочек. Примечание. В этой инструкции цепочки светодиодов, которые следуют за ребрами зонта, называются столбцами, и каждая заканчивается на штыре Arduino. К этим (черным) проводам припаяны светодиодные катоды. Кольца светодиодов, которые окружают зонтик, называются рядами, и каждое начинается с одного из выходных контактов MIC2981. К этим (красным) проводам припаяны аноды светодиодов.

Шаг 7: Изготовление светодиодной матрицы - анодные кольца

Этот шаг самый длинный и самый неприятный. Выделяйте время, которое вы работаете в течение нескольких дней, или до тех пор, пока вы можете занять стол в обеденном зале.

Светодиодная матрица завершается припаиванием анодов светодиодов на катодных цепочках к круглым рядам / кольцам красных проводов. Измерение на этом этапе несколько сложнее, чем для катодных цепей, потому что каждое кольцо имеет разный радиус и расстояние между светодиодами для каждого кольца разное. Вычислите правильную длину, определив место падения каждого кольца на зонт, и измерьте расстояние между ребрами зонта. Вы также будете использовать это измерение для определения расстояния на кольце. Умножьте это расстояние на количество ребер, а затем рассчитайте длину возврата. Каждое кольцо должно иметь возврат к Arduino. Самое дальнее кольцо имеет самый длинный возврат, и возврат становится все короче по мере того, как кольца становятся меньше. Отрежьте восемь (8) кусков красной проволоки соответствующей длины. Как и в предыдущем шаге, отметьте провода на правильном расстоянии, раздавите и удалите изоляцию, а также добавьте немного припоя в каждое отверстие. Катодные цепи располагаются поверх красных проводов (поэтому изгиб провода светодиода немного ниже). Припаяйте, как раньше, и наденьте термоусадочную трубку на каждое соединение, прежде чем переходить к следующей цепи. Склейте провода в этих местах соединения горячим клеем, чтобы защитить выводы светодиода от напряжения и поломки. Это чрезвычайно важно, так как вставка матрицы в зонт создает значительную нагрузку на суставы. В конце этого шага у вас должен быть круговой массив светодиодов с двумя наборами проводов (один черный, один красный), возвращающихся к середине круга. На следующем этапе вы создадите контактные заголовки, чтобы прикрепить эти провода к Arduino и драйверу.

Шаг 8: Изготовление светодиодной матрицы - готовая матрица

На этом этапе у вас должна быть готовая светодиодная матрица. Катоды припаяны к черным проводам, аноды к красным. Он должен иметь форму зонтика. Ваши пальцы, вероятно, обожжены. Ваша семья считает вас сумасшедшим.

Версия макета показана ниже. Полная версия в лучшем случае громоздка, и я не прекращал фотографировать. Посмотрите фотографии зонта с установленной матрицей, чтобы увидеть готовую светодиодную матрицу.

Шаг 9: Изготовление светодиодной матрицы - разъемы контактов и резисторы

Прежде чем обрезать красный и черный провода до нужной длины, определите, где и как вы собираетесь прикрепить Arduino к зонту. Он должен уместиться на открытом пространстве вверху. После определения обрежьте провода до нужной длины и припаяйте их к разъемам.

Наденьте куски термоусадочной трубки на восемь красных проводов, припаяйте их к 8-контактному разъему и усадите трубку. Убедитесь, что все соединения логичны. Я считаю, что самое маленькое внутреннее кольцо - это ряд 1, поэтому оно прикрепляется к контакту 1 на заголовке и соответствующему контакту на MIC2981. Если вы допустили ошибку, вы можете либо перепаять провода, либо исправить код. Не ошибись. [Я связал анодные провода вместе, и мне было лень разбираться в логическом порядке. Оказывается, управлять им в коде так же легко. См. Примечания в разделе программирования.] Аналогичным образом сделайте заголовки для катодных цепей. Однако на этот раз расположение выводов на Arduino требует создания двух заголовков. Вы также должны припаять один резистор в линию. Резистор зависит от светодиода и напряжения - обратитесь к онлайн-калькулятору светодиодных резисторов, чтобы узнать правильное значение. Каждый заголовок должен иметь пять (5) контактов. Убедитесь, что все соединения логичны. Склейте соединения горячим способом, так как они будут изгибаться и подвергаться нагрузкам. На картинке ниже показан макет.

Шаг 10: кнопочный переключатель для изменения программ

Кнопочный переключатель используется для переключения между программами. Он запускает прерывание на Arduino, которое увеличивает номер программы. Arduino Diecimilia (и другие; проверьте свою версию) имеет два внешних прерывания, которые можно включить на цифровых выводах 2 и 3 с помощью функции attachInterrupt (прерывание, функция, режим). Зарезервируйте цифровой контакт 3 для кнопочного переключателя. Это оставляет цифровые выводы 0, 1 и 2 и 4, 5, 6, 7, 8 в качестве блоков для анодных выводов.

Прерывание запускается, когда на выводе 3 появляется низкий уровень. Следовательно, его необходимо удерживать высоко, пока кнопка не будет нажата, при этом штифт опустится в низкое положение. Для этого требуется подтягивающий резистор 10 кОм, чтобы удерживать контакт на высоком уровне. Посмотрите изображение макета и прочтите о подтягивающих и понижающих резисторах.

Шаг 11: макетирование

В этом проекте используется Protoshield от Adafruit Industries с крошечной макетной платой (хотя любая установка, которая помещается в зонтик, должна работать). На крошечной макетной плате семнадцать (17) рядов, и в этом проекте используются их все! Обратите внимание, что показанная макетная плата не включает MIC2981. У меня его нет. Пока что. Зонт работает без него достаточно хорошо, поэтому я решил написать это руководство, прежде чем его приобретать.

Возможно множество различных конфигураций, поэтому используйте это как руководство. Однако обратите внимание на расположение кнопочного переключателя. Два контакта на Arduino можно (легко) настроить как прерывания, и кнопочный переключатель должен подключаться к одному из них. Изображение ниже БЕЗ микросхемы MIC2981. Я загружу изображение, когда получу деталь, и соответствующим образом модифицирую макет.

Шаг 12: Тестирование светодиодной матрицы

Вероятно, уже поздно рассматривать возможность тестирования, но лучше поздно, чем слишком поздно. Перед установкой светодиодной матрицы в зонтик (следующий шаг) подключите матрицу к Arduino и запустите тестовый код, приведенный ниже. Код просто проходит через каждый светодиод и проверяет его. Если какие-либо соединения плохие или светодиоды сломаны, исправьте их сейчас, пока все доступно.

Это также время, чтобы определить, какой вывод соответствует какой строке или столбцу. Если вы были осторожны при создании заголовков контактов, вы уже знаете. В противном случае вам нужно будет выяснить это, замедлив анимацию и определив, какая булавка управляет какой строкой или столбцом. Вы устанавливаете массив в коде, который содержит номера контактов в правильном порядке.

Шаг 13: Сборка светодиодов в зонте

Когда светодиодная матрица собрана, а штыревые разъемы и резисторы на месте, пора закончить сборку. Светодиодная матрица должна располагаться между тканью зонта и ребрами. Ткань зонта натягивается на ребра и обычно пришивается в одном месте к каждому ребру. Его придется разрезать, прежде чем вся светодиодная матрица сможет скользить между ребрами и тканью. После размещения светодиодной матрицы заново прошейте то, что вы вырезали. Это закрепит матрицу в зонте. Не шейте заново, если считаете, что можете удалить светодиоды. Не представляю почему.

Это очень трудоемкий процесс. Если вы еще не приклеили провода светодиодов горячим клеем, сделайте это сейчас. Если вы этого не сделаете, вы наверняка сломаете несколько светодиодов во время установки. Я работал с зонтом, висящим на палке от метлы, подвешенной между двумя стульями (без изображения:-). Зонт удерживался открытым под действием силы тяжести, и ткань не была сильно натянута. Я мог передвигаться. Начните с того, что вставьте всю колонну под одно из ребер. Переместите его и следующий столбец. Повторить. Это утомительный процесс. Когда вы наконец установите светодиоды, убедитесь, что ребра упираются в термоусадочную трубку. Это минимизирует вероятность истирания. Зонт плохо закрывается. Полагаю, мне следовало упомянуть об этом раньше. Хотя я еще не сделал этого, я собираюсь вшить несколько петель вокруг светодиодов и в шов ткани, чтобы удерживать их на месте. Внимательно посмотрите на швы панелей, и вы увидите немного материала, в который можно вшить.