Κινούμενο φως διάθεσης & νυχτερινό φως: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Έχοντας μια γοητεία που συνορεύει με την εμμονή με το φως, αποφάσισα να δημιουργήσω μια επιλογή από μικρά αρθρωτά PCB που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία φωτεινών οθονών RGB οποιουδήποτε μεγέθους. Έχοντας κάνει το αρθρωτό PCB, έπεσα στην ιδέα να τα διαμορφώσω σε ένα εξάγωνο για να δημιουργήσω μια τρισδιάστατη οθόνη που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει οτιδήποτε, από ένα απλό νυχτερινό φως κρεβατοκάμαρας έως ένα φως διάθεσης που δεν θα ήταν πολύ παράταιρο καθισμένος σε ένα τραπέζι σε εστιατόριο υψηλού επιπέδου.

Φυσικά, άλλα σχήματα θα μπορούσαν επίσης να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας τις ίδιες αρχές.

Ακολουθούν ορισμένες από τις κινούμενες εικόνες που εκτελούνται αυτήν τη στιγμή στο φως.

• Φωτιά
• Βροχή
• Φίδι (ρετρό)
• Game Of Life
• Ταλαντώσεις κυματομορφής
• Φάρος
• Μοτίβα περιστροφής (κουρείο)

Αυτή τη στιγμή το φως δημιουργείται σε δύο μεγέθη - Μικρό (96 LED) και Μεγάλο (384 LED), αλλά αυτό μπορεί να κλιμακωθεί όπως απαιτείται.

Προμήθειες

LEDs WS2812B - AliExpress

PCB - ALLPCB

Προμηθευτής 3mm Black Laser Cut Plastic - Plastic Sheet Supplier

Λευκό τρισδιάστατο νήμα εκτύπωσης - Amazon

Ηλεκτρονικά εξαρτήματα - Farnell / Newark

Μ3 μπουλόνια και διαχωριστικά νημάτων - Amazon

Συγκολλητικό σίδερο

Φούρνος τοστιέρα - Συναρμολόγηση εξαρτήματος επιφανειακής τοποθέτησης

Βήμα 1: Πίνακας PCB

Ξεκινώντας το ταξίδι, ήθελα μια σειρά από μικρά PCB που θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν έναν αριθμό εικονοστοιχείων LED και να ενωθούν μεταξύ τους με έναν πολύ απλό τρόπο, χωρίς να χρειάζονται επιπλέον καλώδια ή συνδετήρες. Καταλήξαμε σε έναν πολύ απλό σχεδιασμό που επέτρεπε τα LED WS2812B να είναι αλυσοδεμένα μεταξύ τους και στη συνέχεια να περάσουν την αλυσίδα στο επόμενο PCB.

Δημιούργησα τρία PCB με τις ακόλουθες διαστάσεις pixel.

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

Για αυτό το έργο μόνο οι πίνακες 4x4 και 8x8 χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των φώτων.

Οι λυχνίες LED είναι διατεταγμένες σε πλέγμα 9mm και στις δύο διαστάσεις Χ και Υ, το οποίο είναι αρκετά δεμένο, αλλά παρέχει αρκετό χώρο για εργασία όταν λαμβάνονται υπόψη οι συνδετήρες των ακμών PCB. Τα PCB δημιουργούνται έτσι ώστε όταν συνδέονται μεταξύ τους να διατηρείται το πλέγμα LED 9mm. Τα PCB συνδέονται απλά μεταξύ τους μέσω ροής συγκόλλησης από τη μία πλακέτα στην άλλη.

Κάθε LED διαθέτει τον δικό του πυκνωτή 100nF για ηλεκτρική αποσύνδεση και παροχή ρεύματος στο LED κατόπιν παραγγελίας.

Εμφανίζεται το σχηματικό σχήμα για την πλακέτα εικονοστοιχείων 4x4 με την επάνω στρώση χαλκού και κάτω χαλκού για να απεικονίσει τόσο τη διάταξη LED όσο και τη διάταξη σύνδεσης ακμής. Προστέθηκαν σημάδια στη μεταξωτή οθόνη για να καταστεί προφανής η κατεύθυνση της μεταφοράς δεδομένων μεταξύ των συνδετήρων.

Οι σανίδες διαθέτουν επίσης οπές στερέωσης M3 σε βήμα 18mm επί 18mm για απλοποίηση της τοποθέτησης και ενίσχυση των συνδέσεων μεταξύ των πλακών.

Η προσθήκη λέιζερ κοπής 3mm γαλακτώδους λευκού ακρυλικού φύλλου, όπως φαίνεται, παρέχει ένα ωραίο διάχυτο αποτέλεσμα στα LED.

Οι σανίδες κατασκευάστηκαν με την εφαρμογή πάστας συγκόλλησης στα κάτω επιθέματα στήριξης επιφάνειας χαλκού χρησιμοποιώντας ένα διάτρητο. Στη συνέχεια τοποθέτησα τα εξαρτήματα στον πίνακα ελέγχοντας για σωστό προσανατολισμό πριν ψήσω στο φούρνο τοστιέρα μου για να ρέει η συγκόλληση. Έχω καλύψει αυτόν τον τύπο κατασκευής χαμηλού κόστους PCB DIY σε πολλές άλλες κατασκευές Instructables.

Προειδοποίηση - ΜΗΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΕ κανέναν φούρνο που χρησιμοποιείται για τρόφιμα για το μαγείρεμα PCB, καθώς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μολυσμένα τρόφιμα. Πήρα τον φούρνο τοστιέρα μου για £ 10 (15 $) στο eBay.

Βήμα 2: Έλεγχος PCB

Με τις λυχνίες LED που έγιναν, τότε ήθελα τη δυνατότητα ελέγχου των LED από έναν μικροελεγκτή. Ξεκίνησα να χρησιμοποιώ ένα Arduino nano και αυτό λειτούργησε υπέροχα, αλλά ήθελα να προσθέσω περισσότερη λειτουργικότητα στο φως και αυτό γινόταν όλο και πιο άβολο να σπάσω στον πίνακα Arduino. Ως εκ τούτου, αποφάσισα να δημιουργήσω ένα άλλο προσαρμοσμένο PCB για να οδηγήσω το φως.

Εδώ είναι μερικές από τις δυνατότητες που πρόσθεσα στον πίνακα ελέγχου.

• Μικροελεγκτής υψηλότερης ταχύτητας με περισσότερη ROM και RAM.
• Λογικό επίπεδο FET που μου επιτρέπει να ανάβω και να σβήνω τα LED καθολικά - χρήσιμο κατά την ενεργοποίηση και για λειτουργία χαμηλής ισχύος.
• Ρυθμιστικό υψηλής ταχύτητας για τη μετατροπή σήματος 3V3 από τον μικροελεγκτή σε 5V για οδήγηση των LED.
• Εναλλαγή για να επιτρέπει στον χρήστη να ελέγχει το φως.
• Photo Transistor - για να κλιμακώσετε τη φωτεινότητα των LED για να ταιριάζουν με τα επίπεδα φωτισμού περιβάλλοντος.
• Παρακολούθηση τροφοδοσίας - για να διασφαλίσουμε ότι δεν προσπαθήσαμε να τραβήξουμε περισσότερο ρεύμα από ό, τι μπορεί να προσφέρει το τροφοδοτικό.
• Σύνδεση Bluetooth - HC05/HC06.
• Συνδετήρας WIFI - ESP8266.
• Συνδετήρας I2C.
• Future Expansion Connector.

Το σχήμα για τον πίνακα εμφανίζεται καθώς και τα πάνω και κάτω στρώματα χαλκού. Το συνημμένο έγγραφο BillOfMaterials απαριθμεί τα εξαρτήματα που έχω τοποθετήσει στο PCB ελέγχου.

Ένας αισθητήρας φωτός είναι αρκετά σημαντικός για το σχεδιασμό, καθώς η φωτεινότητα των LEDs WS2812B μπορεί πολύ γρήγορα να γίνει πάρα πολύ για να φανεί και ακόμη και επώδυνη σε πλήρη φωτεινότητα. Ο αισθητήρας φωτός επιτρέπει τη φωτεινότητα της λυχνίας LED σε αυτόματη κλίμακα, πράγμα που σημαίνει ότι η οθόνη είναι πάντα ευχάριστη. Ζωντανό σε ένα φωτεινό δωμάτιο με ηλιοφάνεια και όμως ακόμα άνετο να το βλέπεις σαν ένα νυχτερινό φως σε ένα σκοτεινό δωμάτιο.

Και πάλι για την κατασκευή της σανίδας, η πάστα συγκόλλησης εφαρμόστηκε χρησιμοποιώντας ένα στένσιλ, εξαρτήματα τοποθετημένα στο χέρι με τσιμπιδάκια και στη συνέχεια ψημένα στον αξιόπιστο φούρνο τοστιέρα μου.

Το PCB τροφοδοτείται μέσω τροφοδοσίας 5V DC, αυτό μπορεί είτε να προέρχεται απευθείας από τροφοδοτικό τύπου ρεύματος είτε μέσω πρίζας φορτιστή USB 2Α.

Επίσης εμφανίζεται η προηγούμενη προσπάθειά μου χρησιμοποιώντας Arduino.

Βήμα 3: Σκελετός με 3D εκτύπωση

Αρχικά έπαιξα με τη χρήση πλαστικών φύλλων κομμένων με λέιζερ ως διαχύτες, αλλά αυτό άφησε ένα μάλλον άσχημο κενό ανάμεσα σε κάθε ένα από τα πάνελ. Κατέληξα στην τρισδιάστατη εκτύπωση του περιβάλλοντος διαχύτη καθώς αυτό μου επέτρεψε να δημιουργήσω ένα ωραίο άνευ ραφής περιτύλιγμα για τα έξι LED PCB. Μου επέτρεψε επίσης να μειώσω κατά πολύ το πάχος του διαχύτη που παρέχει μια πολύ πιο ευκρινή συνολική οθόνη.

Εσωτερικά, τα έξι LED PCB συγκρατούνται χρησιμοποιώντας έναν τρισδιάστατο εκτυπωμένο σκελετό. Αυτός ο σκελετός μπαίνει στις διάφορες οπές Μ3 στα PCB της οθόνης που τα κρατάνε με ένα ωραίο εξάγωνο μοτίβο.

Ο σκελετός με τρισδιάστατη εκτύπωση διαθέτει επίσης τρύπες που επιτρέπουν την τοποθέτηση του PCB ελέγχου κοντά στο επάνω πάνελ κοπής λέιζερ, επιτρέποντας στον διακόπτη να είναι προσβάσιμος και στον αισθητήρα φωτός να έχει καλή ανάγνωση του επιπέδου φωτισμού περιβάλλοντος.

Με τις σανίδες στη θέση μεταξύ του σκελετού και του διαχύτη, μπορώ στη συνέχεια να κολλήσω εύκολα τις σανίδες μεταξύ τους με ροή συγκόλλησης μεταξύ των μαξιλαριών σύνδεσης PCB. Ξεκινάω προσθέτοντας κόλληση στο πιο απομακρυσμένο μαξιλάρι και στη συνέχεια περιστρέφω το φως στην άκρη του για να επιτρέψω στη βαρύτητα να βοηθήσει στην πράξη της ροής της συγκόλλησης στο διπλανό μαξιλάρι. Επαναλάβετε για τις τρεις συνδέσεις και, στη συνέχεια, μεταβείτε στον επόμενο πίνακα για σύνδεση. Στην έκτη σύνδεση μεταξύ PCB συνδέω μόνο τις ράγες τροφοδοσίας και γείωσης αφήνοντας τη σύνδεση δεδομένων ασύνδετη. Αυτό παρέχει δύο κυκλικές διαδρομές ρεύματος για κάθε πλακέτα για να συλλέξει την ισχύ της παρόμοια με τη λειτουργία ενός κύριου δακτυλίου για την εσωτερική καλωδίωση του σπιτιού σας.

Χρησιμοποιώντας επίσης τον τρισδιάστατο εκτυπωτή, υπάρχουν μερικά διαχωριστικά για να επιτρέψετε στο επάνω και στο κάτω μέρος τα πάνελ κοπής με λέιζερ να συγκρατηθούν όμορφα στη θέση τους.

Τα αρχεία του 3D εκτυπωτή σχεδιάστηκαν χρησιμοποιώντας το Sketchup και η πηγή επισυνάπτεται.

Βήμα 4: Laser Cut Top and Bottom

Τα μέρη κοπής με λέιζερ είναι πολύ απλά σχήματα εξάγωνου με τρύπες στη σωστή θέση για τα μπουλόνια στερέωσης.

Ο επάνω πίνακας διαθέτει μια μικρή τρύπα για τον αισθητήρα φωτός και μια άλλη μεγαλύτερη τρύπα για το διακόπτη ώθησης. Ενώ ο κάτω πίνακας διαθέτει μια τρύπα για το καλώδιο τροφοδοσίας USB, καθώς και δύο μικρές οπές που επιτρέπουν τη χρήση μιας ταινίας για την ανακούφιση της καταπόνησης του καλωδίου.

Τα σχέδια για αυτά τα μέρη περιλαμβάνονται στο αρχείο Sketchup στο προηγούμενο βήμα.

Βήμα 5: Υλικολογισμικό

Διάλεξα τη συσκευή PIC24FJ256GA702 ως τον κύριο μικροελεγκτή μου, καθώς λειτουργεί αρκετά γρήγορα έως και 32MHz χρησιμοποιώντας τον εσωτερικό ταλαντωτή του και έχει τόνους διαθέσιμης μνήμης προγράμματος και RAM για τη δημιουργία ωραίων κινούμενων εικόνων.

Για την ανάπτυξη του υλικολογισμικού χρησιμοποίησα το Flowcode καθώς μου επέτρεψε να προσομοιώσω και να διορθώσω τον κώδικα καθώς προχωρούσα, κάτι που βοήθησε στην παραγωγή ωραίου αποδοτικού κώδικα που τρέχει με μεγάλη ταχύτητα. Το Flowcode είναι διαθέσιμο δωρεάν, πλήρως ξεκλειδωμένο για 30 ημέρες και μετά από αυτό μπορείτε να επιλέξετε να αγοράσετε ή απλώς να εγγραφείτε ξανά στη δοκιμή. Έχει επίσης μια ωραία διαδικτυακή κοινότητα που είναι πρόθυμη να επικοινωνήσει και να βοηθήσει αν χτυπήσω τους τοίχους στην πορεία. Λέγοντας ότι όλο το λογισμικό θα μπορούσε να γίνει χρησιμοποιώντας το Arduino IDE ή παρόμοιο, απλώς θα χάσετε τη δυνατότητα προσομοίωσης.

Χρησιμοποίησα ένα PICkit 3 για να προγραμματίσω το PIC επί του σκάφους του PCB ελέγχου μου. Αυτό μπορεί να ενσωματωθεί στο Flowcode, ώστε να μεταγλωττίζεται και να προγραμματίζεται μέσω του PICkit με ένα μόνο κλικ του ποντικιού, παρόμοιο με το κουμπί λήψης στο Arduino.

Ο μικροελεγκτής που επέλεξα δεν είχε ενσωματωμένο EEPROM, το οποίο αρχικά ήταν πρόβλημα καθώς ήθελα να αποθηκεύσω την τρέχουσα επιλεγμένη λειτουργία κινούμενης εικόνας. Ωστόσο, είχε προγραμματιζόμενη μνήμη flash από τον χρήστη και έτσι μπόρεσα να επιτύχω αυτήν τη λειτουργικότητα με κυκλικό τρόπο.

Επισυνάπτεται το πρόγραμμα Flowcode που δημιούργησα. Το παράθυρο ιδιοτήτων σας επιτρέπει να επιλέξετε το μέγεθος της χρησιμοποιούμενης πλακέτας οθόνης. δηλ. 4x4 ή 8x8 και αυτό δημιουργεί ένα φορτίο παραμέτρων όπως αριθμός LED κλπ που στη συνέχεια οδηγούν τις διάφορες κινούμενες εικόνες έτσι ώστε ένα πρόγραμμα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στα δύο μεγέθη οθόνης.

Η διεπαφή χρήστη για το φως είναι αρκετά απλή. Πατήστε το διακόπτη για λιγότερο από τρία δευτερόλεπτα και το φως μετακινείται στην επόμενη λειτουργία. Πριν ξεκινήσει κάθε λειτουργία, ο δείκτης λειτουργίας εμφανίζεται σε κάθε πίνακα LED. Πατήστε το διακόπτη για περισσότερα από τρία δευτερόλεπτα και το φως σβήνει. Ένα περαιτέρω πάτημα του διακόπτη θα φέρει το φως ξανά και ξανά στην προηγούμενη επιλεγμένη λειτουργία. Η απώλεια ισχύος στο φως θα έχει ως αποτέλεσμα το φως να συνεχίσει την τρέχουσα λειτουργία του όταν αποκατασταθεί η ισχύς, συμπεριλαμβανομένης της κατάστασης ενεργοποίησης/απενεργοποίησης.

Ακολουθούν οι διάφορες λειτουργίες κίνησης που μπορεί να κάνει το φως με το τρέχον υλικολογισμικό.

1. Επικάλυψη χρώματος - Ανάμεικτα χρώματα σε δαχτυλίδια
2. Παιχνίδι ζωής - προσομοίωση βασισμένη στη μορφή ζωής
3. Μοτίβα περιστροφής - Κινούμενα σχέδια 2, 3 ή 4 χρωμάτων
4. Κυματογεννήτρια - Έγχρωμα ημιτονοειδή κύματα
5. Σταθερό χρώμα - Έξι μεμονωμένα πλαίσια περιστροφής χρώματος
6. Σκιά - Κινούμενα χρώματα πίνακα Όλα/Ατομικά
7. Φάρος - Περιστρεφόμενο μονό πάνελ
8. Δαχτυλίδια - Κινούμενα οριζόντια δαχτυλίδια
9. Φωτιά - Κινούμενο εφέ φωτιάς
10. Βροχή - Κινούμενο εφέ έγχρωμης βροχής
11. Πυροτεχνήματα - κινούμενα χρωματιστά εφέ πυροτεχνημάτων
12. Μετατόπιση - Κινούμενο εφέ κύλισης
13. Φίδι - Κινούμενες ρετρό μάχες φιδιού
14. Φίδια - Κινούμενα περιστρεφόμενα φίδια
15. Τυχαία - Λειτουργίες 1 έως 14 με αργή μετάβαση (περίπου 60 δευτερόλεπτα)
16. Τυχαία - Λειτουργίες 1 έως 14 με γρήγορη μετάβαση (περίπου 30 δευτερόλεπτα)

Κάθε λειτουργία έχει ένα ή περισσότερα τυχαία στοιχεία, συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας κίνησης και άλλων παραμέτρων. Ορισμένες λειτουργίες διαθέτουν επίσης τυχαιοποιημένα στοιχεία που μπορεί να παρασύρονται ή να ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου επιτρέποντας πιο δυναμικές κινούμενες εικόνες. Για παράδειγμα, η φωτιά έχει μια τυχαία ποσότητα καυσίμου που προστίθεται σε κάθε κύκλο, αυτή η ποσότητα έχει σταθερά ανώτερα και κατώτερα όρια. Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα όρια μπορούν να αυξηθούν ή να μειωθούν επιτρέποντας στην ένταση της φωτιάς να γεμίσει την οθόνη ή να βυθιστεί στα ελάχιστα εικονοστοιχεία.

Βήμα 6: Συνδεσιμότητα

Ο πίνακας ελέγχου είναι συνδεδεμένος στο τροφοδοτικό χρησιμοποιώντας καλώδιο USB A ή καλώδιο πρίζας DC, και τα δύο μπορούν να αγοραστούν για πολύ χαμηλές τιμές σε ιστότοπους όπως το eBay.

Ο πίνακας ελέγχου είναι συνδεδεμένος στην ασύρματη υποδοχή IN της πλακέτας οθόνης χρησιμοποιώντας έναν σύνδεσμο προσβάσιμου άκρου και ένα τυπικό καλώδιο σερβο κορδέλας 3 κατευθύνσεων.

Οι επάνω και κάτω πλάκες κοπής με λέιζερ στη συνέχεια διατηρούνται στη θέση τους χρησιμοποιώντας μπουλόνια κεφαλής Μ3 και αποστάτες με σπείρωμα Μ3.

Μελλοντικές αναβαθμίσεις

Η δυνατότητα προσθήκης Bluetooth και WIFI στον πίνακα ελέγχου μου επιτρέπει μελλοντικές αναβαθμίσεις, όπως ενημερώσεις κινούμενων σχεδίων και έξυπνη ενσωμάτωση με πράγματα όπως το Amazon Alexa μέσω διαδικτυακών υπηρεσιών, όπως το ITTT. Αυτό είναι κάτι που ερευνώ αυτήν τη στιγμή.

Θα ήταν ωραίο να μπορείτε να ορίσετε το χρώμα της λάμπας, τη λειτουργία κινούμενης εικόνας ή ακόμα και να εμφανίσετε ένα μήνυμα κειμένου μόνο μιλώντας με τον έξυπνο βοηθό σας.

Ευχαριστώ που είδατε την κατασκευή μου και ελπίζω να σας έχω εμπνεύσει να ακολουθήσετε τα βήματά μου ή να δημιουργήσετε κάτι παρόμοιο.

Δευτέρα στο διαγωνισμό Make it Glow