Νυχτερινό φως Neopixel: 14 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ακολουθήστε περισσότερα από τον συγγραφέα:

Δίνω κάποια εργαστήρια ηλεκτρονικών σε λίγες εβδομάδες, με επίκεντρο ένα φθηνό, αλλά χρήσιμο έργο του πραγματικού κόσμου. Όταν προσπαθούσα να βρω κάτι για να φτιάξω, ήθελα να περιλαμβάνει έναν μικροελεγκτή, NeoPixel LED (επειδή, είναι υπέροχα), να είναι απομακρυσμένα ελεγχόμενος και να επιτρέπει διαφορετικές επιλογές κατασκευής. Έπρεπε επίσης να είναι πλήρως προσομοιώσιμο στο Tinkercad. Αυτό είναι το έργο που εξελίχθηκε.

Συσκευάζει μερικές πραγματικά υπέροχες δυνατότητες σε μια μικρή συσκευή, είναι προσαρμόσιμο και είναι αρκετά απλό στην κατασκευή.

Λίστα μερών:

• Εκτυπωμένη πλακέτα κυκλώματος (OSHPARK)
• Δαχτυλίδι NeoPixel 12 (Adafruit)
• Μικροελεγκτής ATtiny85 (DigiKey)
• Στερεό πυρήνα 22 καλωδίων (DigiKey, Amazon, Radio Shack, κ.λπ.)
• (προαιρετικά) δέκτης υπέρυθρων (DigiKey)
• (προαιρετικός, αλλά συνιστάται ιδιαίτερα) ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1μF (DigiKey)
• (προαιρετικό) Πλήκτρο (Jameco)
• (προαιρετικό) 2 x Αρσενική κεφαλίδα 3 ακίδων (DigiKey)
• (προαιρετικό) 2 x βραχυκυκλωτήρας Shunt (DigiKey)
• (προαιρετικό) Υποδοχή DIP 8 ακίδων (DigiKey)
• (προαιρετικό) Κεφαλίδα 4 ακίδων δεξιάς γωνίας (DigiKey)
• (προαιρετικό) τηλεχειριστήριο IR (Amazon)
• Ταινία Gorilla (Amazon)
• Τροφοδοσία τοίχου USB (Amazon)

Λίστα εργαλείων:

• Συγκολλητικό σίδερο & συγκόλληση
• Κόφτης καλωδίων
• Απογυμνωτής καλωδίων
• Πένσα
• Ψαλίδι

Βήμα 1: Σχεδιασμός και Προσομοίωση

Όπως ανέφερα νωρίτερα, ήθελα να χρησιμοποιήσω το δωρεάν Tinkercad για αυτό το έργο. Αποφάσισα να σχεδιάσω πλήρως και να το δοκιμάσω εκεί πριν αγγίξω οποιαδήποτε πραγματικά ηλεκτρονικά. Αυτό μου επέτρεψε να βεβαιωθώ ότι όλα (συμπεριλαμβανομένου του υλικολογισμικού ATtiny85) θα λειτουργούσαν. Εδώ είναι αυτό το εικονικό κύκλωμα. Μπορείτε να πατήσετε "Έναρξη προσομοίωσης" παρακάτω για να το δοκιμάσετε.

Βήμα 2: Τα απαραίτητα μέρη

Αυτό το έργο έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει την ευελιξία στον τρόπο κατασκευής του. Έτσι, ανάλογα με το τι θέλετε να κάνετε με αυτό, μπορεί να μην χρειάζεστε όλα τα μέρη. Υπάρχουν τρία μέρη (και σύρμα) που είναι απολύτως απαραίτητα. Είναι δυνατό να χτίσετε κάτι λειτουργικό μόνο με αυτά.

Δαχτυλίδι Neopixel 12 - ο δακτύλιος έχει δώδεκα NeoPixels που μπορούν να ελεγχθούν ξεχωριστά για να έχουν σχεδόν οποιοδήποτε χρώμα.

ATtiny85 - αυτός είναι ο μικροελεγκτής (μικροσκοπικός υπολογιστής) που κάνει τα NeoPixels να χορεύουν και διασυνδέεται με πολλά από τα προαιρετικά εξαρτήματα (δέκτης υπέρυθρων ακουστικών, κουμπί, κ.λπ.).

Εκτυπωμένη πλακέτα κυκλώματος - η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) παρέχει όλες τις ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των χρησιμοποιούμενων τμημάτων και είναι η άκαμπτη ραχοκοκαλιά της συσκευής. Το αρχείο συμπιεσμένου gerber που αποστέλλεται σε κατασκευαστή PCB βρίσκεται σε αυτήν τη σελίδα. Υπάρχουν πολλοί κατασκευαστές χαρτονιών εκεί έξω. Ακολουθεί ο σύνδεσμος για να παραγγείλετε τον πίνακα από το OSHPARK.

Στερεό πυρήνα 22 καλωδίων - το σύρμα χρησιμοποιείται για τη σύνδεση του δακτυλίου NeoPixel στο PCB.

Βήμα 3: Τα προαιρετικά μέρη

Υπάρχει μια σειρά προαιρετικών τμημάτων που ίσως θελήσετε να συμπεριλάβετε. Να γιατί μπορεί να τα θέλετε.

Δέκτης υπέρυθρων ακτίνων - ο δέκτης υπέρυθρων είναι ένα μόνο στοιχείο που επιτρέπει στον έλεγχο της συσκευής από ένα τυπικό φορητό τηλεχειριστήριο IR (σκεφτείτε το τηλεχειριστήριο τηλεόρασης). Τα τηλεχειριστήρια από διαφορετικούς κατασκευαστές εκπέμπουν διαφορετικά σήματα, οπότε το υλικολογισμικό μπορεί να χρειαστεί να τροποποιηθεί για να αναγνωρίσει το τηλεχειριστήριό σας, εάν δεν είναι ένα από αυτά που χρησιμοποιούσα.

Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1μF - ο πυκνωτής λειτουργεί ως ένα είδος προσωρινής μπαταρίας που μπορεί να παρέχει πρόσθετη ισχύ όταν το απαιτούμενο ηλεκτρικό ρεύμα στη συσκευή αλλάξει απότομα (τα NeoPixels μεταβαίνουν από απενεργοποίηση σε πλήρη ενεργοποίηση, για παράδειγμα). Μπορεί επίσης να εξισορροπήσει την τάση στη συσκευή όταν χρησιμοποιείτε ένα φθηνό τροφοδοτικό USB. Εάν χρησιμοποιείτε μια αξιοπρεπή πηγή τροφοδοσίας USB, τότε αυτό μπορεί να μείνει εκτός.

Κουμπί - το κουμπί σάς επιτρέπει να ελέγχετε τη συσκευή (μαντέψτε τι;) πιέζοντας το κουμπί.

Αρσενικές κεφαλίδες 3 ακίδων και βραχυκυκλωτήρες - αυτές μπορούν να τοποθετηθούν αντί για το κουμπί ώθησης για να επιτρέψουν τη διαμόρφωση της συσκευής, με βάση τον τρόπο τοποθέτησης των βραχυκυκλωτήρων διακλάδωσης. Η αρσενική κεφαλίδα 3 ακίδων συνδέεται μόνιμα (συγκολλάται) στον πίνακα και ο βραχυκυκλωτήρας διακλάδωσης προσαρμόζεται με πίεση στην κεφαλίδα και μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί και να επανατοποθετηθεί. Εάν χρησιμοποιείται μία κεφαλίδα, τότε ο βραχυκυκλωτήρας μπορεί να επιλέξει ανάμεσα σε δύο διαφορετικές λειτουργίες. Εάν χρησιμοποιούνται και οι δύο κεφαλίδες, τότε είναι δυνατές τέσσερις λειτουργίες.

Υποδοχή DIP 8 ακίδων - η πρίζα επιτρέπει στον μικροελεγκτή (ATtiny85) να αφαιρεθεί και να αντικατασταθεί έτσι ώστε να μπορεί να επαναπρογραμματιστεί αργότερα αν θέλετε να αλλάξετε τον τρόπο λειτουργίας της συσκευής. Εάν γνωρίζετε ότι δεν θα χρειαστεί ποτέ να επαναπρογραμματίσετε τον μικροελεγκτή, τότε αυτό δεν χρειάζεται.

Κεφαλίδα 4 ακίδων δεξιάς γωνίας-η κεφαλίδα ορθής γωνίας χρησιμοποιείται εάν θέλετε η υποδοχή USB να κολλήσει απευθείας από το πίσω μέρος της συσκευής, αντί από το πλάι.

Βήμα 4: Προγραμματίστε τον μικροελεγκτή

Δεν πρόκειται να μπω σε πολλές λεπτομέρειες σχετικά με τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή, επειδή οι οδηγίες βρίσκονται εύκολα αλλού (συμπεριλαμβάνω έναν σύνδεσμο παρακάτω). Χρησιμοποίησα έναν πίνακα Arduino UNO για να λειτουργήσω ως συσκευή προγραμματισμού για τον ελεγκτή χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που περιγράφεται σε αυτό το Εγχειρίδιο. Σε αυτό, εμφανίζει την ακόλουθη αντιστοίχιση από καρφίτσες Arduino σε καρφίτσες ATtiny για προγραμματισμό:

• Arduino +5V → ATtiny Pin 8
• Arduino Ground → ATtiny Pin 4
• Arduino Pin 10 → ATtiny Pin 1
• Arduino Pin 11 → ATtiny Pin 5
• Arduino Pin 12 → ATtiny Pin 6
• Arduino Pin 13 → ATtiny Pin 7

Μπορείτε να βρείτε τον πηγαίο κώδικα για το νυχτερινό φως (https://github.com/cacklestein/led-night-light).

Βήμα 5: Συναρμολόγηση του πίνακα (προαιρετικό αρχικό βήμα)

Τα μέρη πρέπει να προστεθούν στον πίνακα με μια συγκεκριμένη σειρά για να διευκολύνουν τα πράγματα. Εάν είστε καλά με τη θέση της υποδοχής USB στην πλακέτα, μπορείτε να παραλείψετε το υπόλοιπο αυτού του βήματος και να προχωρήσετε στο επόμενο μέρος της διάταξης. Ωστόσο, εάν θέλετε ο σύνδεσμος να βγει στο πίσω μέρος του πίνακα, τώρα είναι η ώρα να προσθέσετε την κεφαλίδα ορθής γωνίας.

Ξεκινήστε αποσυνδέοντας προσεκτικά τη σύνδεση USB από την υπόλοιπη πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Κρατήστε το μεγαλύτερο μέρος της σανίδας με το ένα χέρι και χρησιμοποιήστε πένσα με τη μία άκρη ακριβώς δίπλα στη γραμμή διάτρησης των μικροσκοπικών οπών για να αφαιρέσετε προσεκτικά τη γλωττίδα. Αφήστε την καρτέλα στην άκρη. θα το χρειαστείτε σε μεταγενέστερο βήμα.

Τοποθετήστε την κεφαλίδα δεξιάς γωνίας στην πίσω πλευρά του πίνακα όπως φαίνεται στην εικόνα. Το πίσω μέρος του πίνακα είναι η πλευρά με το μεταξωτό "123D CIRCUITS" (ή ίσως θα έπρεπε να πω "123D CIRC", επειδή μόλις διακόψατε το "UITS").

Συγκολλήστε την κεφαλίδα στη θέση της, εφαρμόζοντας συγκόλληση στην επάνω πλευρά του πίνακα.

Χρησιμοποιώντας καλές μηχανές κοπής σύρματος, σφίξτε τα καλώδια της κεφαλίδας που προεξέχουν από την επάνω πλευρά του πίνακα όσο το δυνατόν πιο κοντά στον πίνακα. Αυτό είναι σημαντικό επειδή αυτοί οι οδηγοί είναι αδιαθεσία κάπου στο κέντρο του τόπου όπου θα πάει τελικά το ATtiny85.

Βήμα 6: Προσθέστε την υποδοχή μικροελεγκτή

Τώρα ήρθε η ώρα να κολλήσετε είτε την πρίζα 8 ακίδων DIP--είτε το ATtiny85 στη θέση του. Συνιστώ ανεπιφύλακτα τη χρήση της πρίζας, επειδή επιτρέπει την εύκολη αφαίρεση και επανασύνδεση του ATtiny85 σε περίπτωση που θέλετε να κάνετε αλλαγές στο πρόγραμμα αργότερα. Τοποθετήστε την πρίζα (ή το ATtiny85 με τον πείρο 1 πλησιέστερα στην άκρη του πίνακα) μέσα από τις αντίστοιχες 8 οπές στην πάνω πλευρά του πίνακα. Η επάνω πλευρά είναι αυτή χωρίς την εκτύπωση "123D Circuits". Αναποδογυρίστε τη σανίδα και τοποθετήστε την επίπεδη στο τραπέζι ή σε άλλο χώρο εργασίας για να κρατήσετε τη πρίζα στη θέση της. Συγκολλήστε τις καρφίτσες στον πίνακα. Εάν προσθέσατε την κεφαλίδα ορθής γωνίας 4 ακίδων στο προηγούμενο βήμα, τότε αυτές οι ακίδες θα είναι κάπως παρεμποδιστικές. Γωνιάστε το σίδερο για συγκόλληση κάτω από αυτά.

Βήμα 7: Προσθέστε περισσότερα πράγματα

Τώρα ήρθε η ώρα να προσθέσετε το κουμπί ή τις επικεφαλίδες (τους), το δέκτη IR και τον πυκνωτή.

Εάν θέλετε να έχετε το κουμπί ώθησης, τοποθετήστε τις 4 ακίδες μέσα από τις οπές κάτω από την υποδοχή μικροελεγκτή στην επάνω πλευρά του πίνακα. Θα παρατηρήσετε ότι υπάρχουν 6 τρύπες. Μην ανησυχείτε για αυτό. Οι δύο τρύπες στη μέση δεν θα χρησιμοποιηθούν. Γυρίστε τον πίνακα και κολλήστε το κουμπί στη θέση του.

Αν θέλετε να χρησιμοποιήσετε αντίστροφα τα jumper, τοποθετήστε τις δύο κεφαλίδες 3 ακίδων (μικρότερη πλευρά των πείρων προς τα κάτω) σε αυτές τις οπές στην επάνω πλευρά. Και πάλι, αναποδογυρίστε τον πίνακα και κολλήστε τους πείρους στη θέση τους.

Στη συνέχεια, τοποθετήστε τον δέκτη υπερύθρων μέσα από τις 3 οπές στην επάνω πλευρά του πίνακα. Αντιστοιχίστε τον προσανατολισμό του με το περίγραμμα της μεταξοτυπίας. τοποθετήστε το όσο πιο μακριά θα προχωρήσει και λυγίστε το προς τα πίσω έτσι ώστε η μικρή πλευρά της φυσαλίδας να κοιτάζει προς τα πάνω μακριά από τον πίνακα. Γυρίστε το χαρτόνι από πάνω και κολλήστε το στη θέση του. Χρησιμοποιήστε κοπτικά σύρματος για να αφαιρέσετε το υπερβολικό μήκος των πείρων από την κάτω πλευρά μετά τη συγκόλληση.

Τέλος, προσθέστε τον πυκνωτή. Οι ακίδες του ταιριάζουν στις υπόλοιπες δύο οπές πάνω από τον δέκτη υπερύθρων. Η λευκή λωρίδα στο πλάι του πυκνωτή ('-' αρνητική πλευρά) βλέπει μακριά από την υποδοχή ATtiny85. Και πάλι, αναποδογυρίστε τη σανίδα, κολλήστε τα καλώδια στη θέση τους και κόψτε την περίσσεια με κοπτικά σύρματος.

Βήμα 8: Προσθέστε το δαχτυλίδι NeoPixel

Ο δακτύλιος NeoPixel είναι προσαρτημένος χρησιμοποιώντας 4 κομμάτια καλωδίου στερεού πυρήνα 22 μετρητών, με την μόνωση να αφαιρείται. Ξεκινήστε κόβοντας ένα τμήμα σύρματος τουλάχιστον 4 ίντσες σε μήκος. Χρησιμοποιήστε απογυμνωτές σύρματος για να αφαιρέσετε ΟΛΗ τη μόνωση.

Κόψτε αυτό το σύρμα σε 4 ίσα μήκη. Λυγίστε κάθε σύρμα σε σχήμα "L" περίπου 1/4 ίντσα από το ένα άκρο.

Με την κάτω πλευρά της σανίδας στραμμένη προς τα πάνω, εισάγετε αυτά τα καλώδια στις οπές στις 4 γωνίες της σανίδας. Το λυγισμένο τμήμα θα τους εμποδίσει να γλιστρήσουν σε όλη τη διαδρομή. Κολλήστε τα στη θέση τους και κόψτε το λυγισμένο περίσσευμα από την κάτω πλευρά με κοπτικά σύρματος.

Αναποδογυρίστε την πλακέτα και περάστε προσεκτικά τα καλώδια μέσα από τις 4 οπές του δακτυλίου NeoPixel με τα NeoPixels στραμμένα μακριά από την πλακέτα κυκλώματος. Προσέξτε να αντιστοιχίσετε τις οπές του δακτυλίου NeoPixel με αυτές στην πλακέτα κυκλώματος. Τα ονόματα των οπών είναι τυπωμένα σε κάθε μία. Αντιστοιχίστε PWR, GND, IN και OUT.

Σπρώξτε τον δακτύλιο προς τα κάτω όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πλακέτα. Τα πράγματα μπορεί να είναι λίγο σφιχτά, ειδικά γύρω από τον πυκνωτή και τον αισθητήρα IR. Εάν το δαχτυλίδι δεν θα φτάσει μέχρι κάτω, μην το ιδρώνετε.

Κρατώντας το δαχτυλίδι τόσο κοντά όσο θα πάει στην πλακέτα, λυγίστε τα καλώδια προς τα έξω για να συγκρατηθούν τα πράγματα στη θέση τους.

Συγκολλήστε το δακτύλιο στα καλώδια και κόψτε το πλεονάζον σύρμα με κοπτήρες.

Βήμα 9: Προσθέστε την καρτέλα Connector USB (προαιρετικό βήμα)

Εάν επιλέξατε να έχετε το βύσμα σύνδεσης USB κατευθείαν από το πίσω μέρος, τώρα είναι η ώρα να το συνδέσετε στην κεφαλίδα ορθής γωνίας 4 ακίδων που προσθέσατε νωρίτερα.

Τοποθετήστε τις τρύπες της γλωττίδας που αφαιρέσατε νωρίτερα στην κεφαλίδα ορθής γωνίας, έτσι ώστε οι 4 χάλκινες επαφές USB να βλέπουν στην πλευρά "CIRC" του πίνακα και η πλευρά "UITS" της καρτέλας να βλέπει στην πλευρά "123D" Το

Συγκολλήστε αυτό στη θέση του.

Βήμα 10: Προσθέστε το ATtiny85

Εάν συγκολλήσατε την πρίζα 8 ακίδων DIP στη θέση της, τώρα είναι η ώρα να τοποθετήσετε το ATtiny85 σε αυτό.

Ευθυγραμμίστε το ATtiny85 έτσι ώστε η γωνία με την τελεία να είναι πλησιέστερα στη λευκή κουκίδα στην πλακέτα κυκλώματος. Πιέστε προσεκτικά το ATtiny85 στη θέση του, βεβαιωθείτε ότι όλες οι ακίδες πηγαίνουν εκεί που πρέπει.

Βήμα 11: Πυκνώστε τη σύνδεση USB

Συνήθως, οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων που θα λάβετε θα είναι λίγο λεπτότερες από ό, τι αναμένεται για μια υποδοχή USB. Μια απλή λύση σε αυτό είναι να κόψετε ένα μικρό τετράγωνο Gorilla Tape και να το προσθέσετε στο πίσω μέρος της υποδοχής USB (στο πλάι χωρίς τις επαφές χαλκού USB!). Το Gorilla Tape είναι περίπου δύο φορές πιο παχύ από την κανονική κολλητική ταινία και λειτούργησε τέλεια για μένα.

Βήμα 12: Δοκιμάστε το

Συνδέστε το νέο σας νυχτερινό φως σε τροφοδοτικό USB προσαρμογέα τοίχου ή άλλη διαθέσιμη πρίζα USB (στον υπολογιστή σας κ.λπ.). Αν όλα πήγαν καλά, θα πρέπει να ανάψει! Εάν προσθέσατε τον προαιρετικό δέκτη IR και έχετε τηλεχειριστήριο που λειτουργεί με το υλικολογισμικό (όπως το τηλεχειριστήριο Apple TV στις εικόνες), μπορείτε να αλλάξετε τη λειτουργία εμφάνισης.

Εναλλακτικά, εάν εγκαταστήσατε το κουμπί, μπορείτε να το πατήσετε για να αλλάξετε τις λειτουργίες.

Αν αντίθετα, εγκαταστήσατε τις επικεφαλίδες του jumper junter, τότε οι jumper του shunt μπορούν να τοποθετηθούν για να αλλάξετε τη λειτουργία εμφάνισης εκκίνησης.

Βήμα 13: Ρυθμίσεις Shunt Jumper

Εάν επιλέξατε να εγκαταστήσετε τις κεφαλίδες του jumper junter, τότε μπορείτε να ορίσετε τη λειτουργία εκκίνησης, με βάση το πού είναι τοποθετημένοι οι jumper του shunt:

Αριστερή θέση A + Δεξιά θέση A: Περιστρεφόμενη λειτουργία ουράνιου τόξου

Αριστερή θέση B + Δεξιά θέση A: Λειτουργία αλλαγής χρώματος

Αριστερή θέση Α + Δεξιά θέση Β: Τυχαία κατάσταση αφρώδους

Αριστερή θέση B + Δεξιά θέση B Αλλαγή μονόχρωμης λειτουργίας

Βήμα 14: Χρήση τηλεχειριστηρίου

Βρήκα ένα φθηνό τηλεχειριστήριο στο EBay που έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με έγχρωμο φωτισμό LED. Φαινόταν μια φυσική τακτοποίηση. Έγραψα τους κωδικούς που δημιουργούνται από κάθε κουμπί και έθεσα το υλικολογισμικό να λειτουργεί ανάλογα. Η παραπάνω εικόνα δείχνει τι κάνουν τα διαφορετικά κουμπιά.

Εάν δεν έχετε αυτό το τηλεχειριστήριο, μπορείτε να βρείτε τους κωδικούς που σχετίζονται με τα περισσότερα άλλα τηλεχειριστήρια χρησιμοποιώντας τον ίδιο ακριβώς πηγαίο κώδικα Arduino, αλλά σε ένα πραγματικό Arduino, αντί για το ATtiny85. Το πρόγραμμα εξάγει έναν κωδικό που σχετίζεται με οποιοδήποτε πάτημα κουμπιού των περισσότερων τηλεχειριστηρίων στη σειριακή κονσόλα. Για να το κάνετε αυτό, συνδέστε τη μονάδα δέκτη IR στις υποδοχές κεφαλίδας ψηφιακών ακίδων 2, 3 και 4, με τον φακό να κοιτάζει προς τον υπόλοιπο πίνακα.

Στην παραπάνω εικόνα, ο κωδικός 0xFD00FF αντιστοιχεί στο απομακρυσμένο κουμπί λειτουργίας DFRobot IR. Ακολουθεί ο κώδικας που τρέχει στο Tinkercad. Για να το δοκιμάσετε, κάντε κλικ στο "Code", ακολουθούμενο από "Serial Monitor", ακολουθούμενο από το "Start Simulation". Σε εκείνο το σημείο, μπορείτε να ξεκινήσετε να πατάτε κουμπιά στο εικονικό τηλεχειριστήριο για να δείτε την έξοδο κειμένου της σειριακής κονσόλας:

Καταγράψτε τα για κάθε κουμπί του τηλεχειριστηρίου σας. Στη συνέχεια, μπορείτε να τροποποιήσετε τον πηγαίο κώδικα για να προσθέσετε τους κωδικούς κουμπιών για το τηλεχειριστήριό σας.