Φως Χριστουγεννιάτικου Δέντρου που ελέγχεται από ένα παιχνίδι: 12 βήματα (με εικόνες)

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

Χαιρετισμούς δημιουργούς!

Έρχονται Χριστούγεννα και νέα χρονιά. Σημαίνει γιορτινή διάθεση, δώρα και, φυσικά, χριστουγεννιάτικο δέντρο διακοσμημένο με έντονα πολύχρωμα φώτα.

Για μένα, τα φώτα των χριστουγεννιάτικων δέντρων μαζικής αγοράς είναι πολύ βαρετά. Για να ευχαριστήσω τα παιδιά, έφτιαξα μια μοναδική διακόσμηση χριστουγεννιάτικου δέντρου που ελέγχεται από ένα παιχνίδι.

Σε αυτό το εγχειρίδιο, θα σας πω πώς μπορείτε να το φτιάξετε.

Βήμα 1: Η ιδέα

Η ιδέα είναι να βάλετε ένα παιχνίδι, για παράδειγμα, ένα μαλακό, κάτω από το χριστουγεννιάτικο δέντρο και να το κάνετε έξυπνο. Θέλω ένα παιχνίδι να διαβάζει το χρώμα οποιουδήποτε συνημμένου αντικειμένου και να ζωγραφίζει ένα δέντρο σε αυτό το χρώμα. Έτσι, θα είναι ένα διασκεδαστικό παιχνίδι για παιδιά που μπορούν να χρησιμοποιήσουν διαφορετικά πράγματα για να βάψουν το χριστουγεννιάτικο δέντρο σε διαφορετικά χρώματα.

Βήμα 2: Προετοιμασία. Λωρίδα LED

Πρώτον, πρέπει να βρω μια αντικατάσταση για τα συνηθισμένα χριστουγεννιάτικα λαμπάκια.

Τα νέα φώτα πρέπει να είναι φωτεινά, χρωματιστά και το πιο σημαντικό να είναι εύκολο να προγραμματιστούν.

Για τα χριστουγεννιάτικα φώτα, επέλεξα προγραμματιζόμενη προγραμματιζόμενη ψηφιακή ταινία RGB ws2812b LED. Αυτές οι λωρίδες LED είναι πολύ δημοφιλείς, μπορείτε να τις βρείτε οπουδήποτε. Είναι εύκολο να συνδεθούν με διάφορους ελεγκτές Arduino. Τέτοια LED πωλούνται σε κασέτες πολλών δεκάδων τεμαχίων και τροφοδοτούνται από 5 12 ή 24 V DC. Μπορείτε να συνδέσετε πολλές κασέτες στη σειρά και να διαχειριστείτε έναν τεράστιο αριθμό LED.

Βρήκα μερικές τέτοιες λωρίδες στο σπίτι. Οι λωρίδες μου έχουν 50 LED το καθένα και κινούνται από 5 V DC.

2 x WS2812B Προ-συγκολλημένοι κόμβοι ενότητας LED String 18 $

Εδώ είναι μια πιθανή αντικατάσταση από το κατάστημα Amazon:

• WS2812b 5m 60leds/pixels/m Ευέλικτη λωρίδα LED με ατομική διεύθυνση
• ALITOVE 16,4ft WS2812B Ατομικά διευθυνσιοδοτούμενο φως λωρίδας LED

Οι ταινίες LED έχουν πολλές ποικιλίες. Διαφέρουν στον αριθμό των LED, την απόσταση μεταξύ των LED, την ομαδοποίηση, την τάση τροφοδοσίας κ.λπ. Επιλέξτε αυτό που θέλετε.

Για το παιχνίδι μου, ετοίμασα ένα μικρό χριστουγεννιάτικο δέντρο, οπότε 100LED είναι αρκετά για μένα.

Βήμα 3: Προετοιμασία. Παιχνίδι

Βρείτε το παιχνίδι και αποφασίστε πού θα τοποθετήσετε τον ελεγκτή λωρίδας LED.

Αυτό το βήμα είναι το πιο σημαντικό γιατί το αποτέλεσμα θα αξιολογηθεί από παιδιά =).

Σε ένα κοντινό κατάστημα παιχνιδιών, βρήκα μια υπέροχη αρκούδα για το νέο έτος. Μπορείτε να βελτιώσετε ένα παιχνίδι που έχετε ήδη.

Αποφάσισα να καλύψω τον ελεγκτή λωρίδας LED με ένα ύφασμα και να το ράψω για να φέρει πόδια. Θέλω η αρκούδα να μοιάζει να κρατάει ένα δώρο.

Αγόρασα δύο κομμάτια υφάσματος με αστεία σχέδια. Το ένα είναι μαλακό για το υπόστρωμα και το δεύτερο είναι λεπτό για το ανώτερο στρώμα.

Βήμα 4: Προετοιμασία. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ

Χρειάζεστε κάποια ηλεκτρονικά εξαρτήματα για να κάνετε το παιχνίδι πιο έξυπνο.

Χρησιμοποιώ σανίδες και ασπίδες Arduino από το κατάστημα Amperka. Όσο για μένα, είναι πολύ βολικά λόγω μιας αρθρωτής δομής. Οι μονάδες μπορούν εύκολα να συνδυαστούν χωρίς συγκόλληση.

Μπορεί να δυσκολευτείτε να τα αγοράσετε, οπότε συμπεριλαμβάνω συνδέσμους με πιθανή αντικατάσταση.

Ελεγκτής

Χρησιμοποιώ τον πίνακα ανάπτυξης ESP-12 βασισμένος στο τσιπ ESP8266. Αυτοί οι πίνακες είναι εξαιρετικά μικροσκοπικοί και έχουν αρκετή λειτουργικότητα. Καλή επιλογή για μικρά έργα που απαιτούν περιορισμένο χώρο, ακόμη και αν δεν χρησιμοποιείτε WiFi και δεν συνδέεστε στο Διαδίκτυο.

1 x Υποδοχή Wi-Fi Amperka ~ 19 $

Χρησιμοποιώ αυτόν τον πίνακα ανάπτυξης γιατί είναι συμβατός με άλλες μονάδες του ίδιου κατασκευαστή.

Επίσης, έχει τετράγωνη μορφή! Θα πρέπει να χωράει εύκολα σε ένα μικρό παρόν κουτί για την αρκούδα.

Πιθανή αντικατάσταση:

• ESP-12E NODEMCU
• WEMOS D1 MINI

Αισθητήρας χρώματος

Για τον προσδιορισμό του χρώματος χρησιμοποιώ την πλακέτα διάσπασης αισθητήρα χρώματος Amperka Troyka TCS34725. Ο αισθητήρας μου είναι συμβατός με την πλακέτα ελέγχου, αλλά μπορεί να αντικατασταθεί με αυτόν:

1 x RGB Color Sensor με φίλτρο IR και λευκό LED - TCS34725 ~ 8 $

Αυτός ο αισθητήρας χρησιμοποιεί διεπαφή I2C για επικοινωνία. Διαθέτει ενσωματωμένο φωτεινό LED και εκτεταμένες ρυθμίσεις, όπως αύξηση χρώματος ή ενσωμάτωση χρώματος για πιο ακριβή αναγνώριση.

Κουμπί

Ένα απλό κουμπί συμβατό με Arduino. Το χρησιμοποιώ ως αισθητήρα αφής, ειδοποιώντας τον ελεγκτή ότι είναι απαραίτητο να διαβάσει το χρώμα ενός νέου στοιχείου.

1 x μονάδα κουμπιού Amperka Troyka ~ 1 $

Πιθανή αντικατάσταση:

• Adafruit Push-button Power Switch Breakout
• Κουμπί ηλεκτρονικής μονάδας κουμπιών

Μετατροπέας τάσης AC-DC

Για να τροφοδοτήσω τη λωρίδα LED και τον ελεγκτή, αγόρασα το τροφοδοτικό AC-DC 5V 8A.

Τροφοδοτικό 1 x 5V 8.0A 40W ~ 16 $

Η λωρίδα LED μου τροφοδοτείται από 5V. Το ρεύμα 8Α είναι αρκετό για έναν τεράστιο αριθμό LED. Τροφοδοτώ επίσης τον ελεγκτή ESP από αυτό το τροφοδοτικό. Φροντίστε να αγοράσετε τροφοδοτικά σε μονωμένα περιβλήματα, χωρίς ανοιχτά τακάκια επαφής!

Πιθανή αντικατάσταση:

• Μετατροπέας τροφοδοσίας προσαρμογέα ALITOVE 5V 8A 40W AC σε DC
• MEAN WELL πρωτότυπο LPV-60-5 5V 8A meanwell LPV-60 5V 40W

Προαιρετικός:

Μετατροπέας τάσης DC-DC και πρόγραμμα οδήγησης WS2812b

Για τους ελεγκτές Arduino, το καλώδιο σήματος της λωρίδας LED ws2812b μπορεί να συνδεθεί απευθείας με ακίδες στην πλακέτα του ελεγκτή. Οι περισσότερες ακίδες καρτών ανάπτυξης ESP8266 δεν είναι συμβατές με λογική 5V. Είναι καλύτερα τώρα να συνδέσετε απευθείας τη λωρίδα LED σε τέτοιους ελεγκτές. Για να λύσω αυτό το πρόβλημα, χρησιμοποιώ αυτήν την ενότητα.

1 x Πρόγραμμα οδήγησης ταινίας Amperka Troyka ws2812 LED ~ 9 $

Χρησιμοποιώ αυτήν την ενότητα επειδή προσαρμόζεται εύκολα στον ελεγκτή μου. Επίσης, η μονάδα διαθέτει λογικό buffer 5 Volt και μετατροπέα τάσης DC-DC 5 ή 3.3V. Με αυτόν τον τρόπο ο ελεγκτής ESP μπορεί να τροφοδοτηθεί από ένα καλώδιο μαζί με λωρίδα LED 12 ή 24V.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ

Συναρμολόγηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Συνδέσα τα εξαρτήματά μου όπως φαίνεται στο συνημμένο διάγραμμα.

Το σχήμα μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τα στοιχεία σας, αλλά το νόημα παραμένει το ίδιο.

• Συνδέστε ένα κουμπί στο χειριστήριο. Το συνέδεσα στην ακίδα A2 Esp8266. Εάν δεν χρησιμοποιείτε μονάδα, μπορείτε να συνδέσετε ένα κοινό στιγμιαίο κουμπί μέσω μιας αντίστασης.
• Συνδέστε έναν αισθητήρα χρώματος στο χειριστήριο. Οι πίνακες διαχωρισμού αισθητήρων χρώματος TCS34725 επικοινωνούν χρησιμοποιώντας το δίαυλο I2C. Συνδέστε τις καρφίτσες SDA και SCL μεταξύ του αισθητήρα και του ελεγκτή. Εάν η πλακέτα αισθητήρα σας διαθέτει ακίδα LED για τον έλεγχο της ενσωματωμένης λυχνίας LED, συνδέστε την. Συνδέσα τον πείρο LED με τον πείρο A0 Esp8266.
• Συνδέστε το ένα άκρο της λωρίδας LED στο χειριστήριο. Η λωρίδα LED ws2812b συνδέεται με έναν ελεγκτή χρησιμοποιώντας τον πείρο DI. Η λογική τάση για λωρίδες LED ws2812b είναι 5V. Εάν χρησιμοποιείτε πίνακες τύπου Arduino, μπορείτε να συνδέσετε τον πείρο DI απευθείας στον πείρο του ελεγκτή. Η λογική τάση επιπέδου για τους περισσότερους πίνακες Esp8266 είναι 3,3V, οπότε χρησιμοποιήστε έναν μετατροπέα λογικού επιπέδου ή το πρόγραμμα οδήγησης λωρίδας LED. Συγκόλλησα καλώδιο DI Strip στην πλακέτα οδηγού και ένωσα την πλακέτα οδηγού στον πείρο A5 Esp8266.
• Συνδέστε ένα άλλο άκρο της λωρίδας LED στο τροφοδοτικό. Αυτό με την καρφίτσα DO. Εάν είναι απαραίτητο, κολλήστε το βύσμα στην παροχή ρεύματος. Μην ξεχάσετε να απομονώσετε τα καλώδια.

Η λωρίδα LED ws2812b τροφοδοτείται από 5V. Τροφοδοτούσα τόσο τη λωρίδα όσο και τον ελεγκτή από ένα μόνο τροφοδοτικό AC-DC 5V. Εάν η λωρίδα LED σας λειτουργεί 12 ή 24V, χρησιμοποιήστε τον μετατροπέα υποβάθμισης τάσης για να τροφοδοτήσετε όλα τα ηλεκτρονικά από το ενιαίο τροφοδοτικό.

Βήμα 6: XOD

Ας προγραμματίσουμε τον ελεγκτή.

Όπως και στα προηγούμενα έργα μου, χρησιμοποιώ το περιβάλλον οπτικού προγραμματισμού XOD για υλικολογισμικό ελεγκτή.

Έχω δημοσιεύσει μερικές βιβλιοθήκες που θα χρειαστείτε για να δημιουργήσετε ένα πρόγραμμα. Έτσι, φροντίστε να τα προσθέσετε στο χώρο εργασίας XOD.

• gabbapeople/christmas -tree - Η βιβλιοθήκη περιέχει ws2811 πρόγραμμα οδήγησης Neopixel και το περιτύλιγμα για έναν αισθητήρα χρώματος tcs34725.
• gabbapeople/color - Βιβλιοθήκη για εργασία με χρώμα σε XOD.

Στη συνέχεια, θα περιγράψω πώς να προγραμματίσετε αυτήν τη συσκευή σε XOD.

Βήμα 7: Προγραμματισμός

Εδώ είναι οι κόμβοι που χρειάζεστε:

Ο κόμβος tsc-color-sensor.

Αυτός είναι ο πρώτος κόμβος που τοποθετείται στο έμπλαστρο. Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της τιμής χρώματος από τον αισθητήρα. Ο κόμβος χρησιμοποιεί τη διεπαφή I2C για την ανταλλαγή δεδομένων.

Ο αισθητήρας χρώματος ανιχνεύει το χρώμα της επιφάνειας στην κλίμακα RGB. Το χρώμα είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ μιας πηγής φωτός, ενός αντικειμένου και ενός παρατηρητή. Σε περίπτωση ανακλώμενου φωτός, το φως που πέφτει σε ένα αντικείμενο ανακλάται ή απορροφάται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας. Οι περισσότεροι αισθητήρες χρώματος περιέχουν έναν λευκό εκπομπό φωτός και τρεις αισθητήρες έντασης φωτός με έγχρωμα φίλτρα.

• Οι ακίδες εισόδου LED και LUM είναι για την ενσωματωμένη λυχνία LED στην πλακέτα διάσπασης του αισθητήρα. Αυτό το ενσωματωμένο LED είναι ένας πομπός φωτός του αισθητήρα. Σύμφωνα με το σχέδιό μου, έβαλα την τιμή A0 στον πείρο LED και έβαλα την τιμή 1 φωτεινότητας στον πείρο LUM.
• Το pin pin ορίζει την τιμή χρόνου ενσωμάτωσης. Αυτός ο παράγοντας περιγράφει έναν αριθμό κύκλων για την ενσωμάτωση ενός χρώματος. Πιθανές τιμές IT είναι 1, 10, 20, 42, 64, 256.
• Η τιμή καρφιτσών GAIN είναι συντελεστής ενίσχυσης. Αυτός ο συντελεστής ενισχύει το χρώμα. Μπορείτε να βελτιώσετε την τιμή χρώματος κατά 4, 16 ή 60 φορές. Δεν μπορείτε να ενισχύσετε το χρώμα. Στη συνέχεια, η τιμή στον πείρο GAIN πρέπει να είναι ίση με 1. Πήρα το πιο ακριβές αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας την τιμή 20 IT και την τιμή 60 GAIN.
• Ο πείρος INIT ενεργοποιεί την προετοιμασία του αισθητήρα και ρυθμίζει προσαρμοσμένους παράγοντες. Αλλάζω την τιμή του ININ pin σε On boot.
• Ο πείρος UPD ενεργοποιεί την ανάγνωση νέου αισθητήρα. Αφήστε αυτή την τιμή να είναι συνεχής.

Ο κόμβος tcs-color εξάγει μια τιμή χρώματος σε μια μορφή προσαρμοσμένου τύπου χρώματος.

Ο κόμβος ws2811

Αυτός ο κόμβος χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της λωρίδας ή της μήτρας LED.

• Ο πείρος DI είναι για τον αριθμό θύρας της πλακέτας στον οποίο είναι συνδεδεμένη η λωρίδα ή η μήτρα LED. Σύμφωνα με το σχέδιό μου, του έβαλα την τιμή Α5.
• Τοποθετήστε τον αριθμό των LED που χρησιμοποιούνται στην καρφίτσα SIZE. Έχω 2 λωρίδες led 50 διόδων συνδεδεμένες μεταξύ τους, οπότε ορίζω την τιμή SIZE σε 100.
• Ο ακροδέκτης Β ορίζει τη συνολική φωτεινότητα για όλα τα LED σε εύρος από 0 έως 100. Ρυθμίζω τη φωτεινότητα σε 80.

Αυτός ο κόμβος προετοιμάζει τη λωρίδα ή τη μήτρα LED και κατασκευάζει έναν προσαρμοσμένο τύπο ws2811 για περαιτέρω λειτουργίες.

Ο κόμβος για όλα τα χρώματα

Όταν είναι εγκατεστημένος ο κόμβος ws2811, μπορείτε να ελέγξετε τη λωρίδα LED χρησιμοποιώντας διαφορετικούς λειτουργικούς κόμβους.

• χρώμα-όλα. Ο κόμβος βάφει όλα τα LED στη λωρίδα ή τη μήτρα σε ένα επιλεγμένο χρώμα.
• χρώμα-εικονοστοιχείο Ο κόμβος χρωματίζει συγκεκριμένα LED στη λωρίδα στο επιλεγμένο χρώμα. Τοποθετήστε τον αριθμό pixel στην καρφίτσα PN.
• χρώμα-ν-εικονοστοιχεία. Ο κόμβος χρωματίζει μια ομάδα LED N στο επιλεγμένο χρώμα. Καθορίστε τον αριθμό LED έναρξης της ομάδας χρησιμοποιώντας τον πείρο STRT. Καθορίστε την ευταξία μιας ομάδας στο pin STEP. Για παράδειγμα, για να βάψετε κάθε δεύτερη λυχνία LED ξεκινώντας από τον αριθμό 30 και τελειώνοντας με τον αριθμό 70, βάλτε τις ακόλουθες τιμές: STRT = 30; Ν = 40 (70 - 30); ΒΗΜΑ = 2.

Σε αυτό το έργο, ελέγχω όλα τα LED ταυτόχρονα και χρησιμοποιώ τον κόμβο all-color.

Συνδέω τον πρώτο πείρο εισόδου του κόμβου all-color με τον πείρο εξόδου του κόμβου ws2811. Στη συνέχεια, συνδέω τον πείρο εισόδου CLR που παίρνει την τιμή χρώματος με τον πείρο εξόδου του αισθητήρα.

Ένας παλμός στην καρφίτσα SET του κόμβου all-color ενεργοποιεί ένα νέο σύνολο χρωμάτων.

Ο κόμβος του κουμπιού

Χρησιμοποιώ το κουμπί για να ενημερώσω τον ελεγκτή για ένα νέο αντικείμενο μπροστά από τον αισθητήρα χρώματος. Για αυτό, τοποθετώ τον κόμβο κουμπιού πάνω στο έμπλαστρο και συνδέω τον ακροδέκτη PRS εξόδου του με τον πείρο SET του κόμβου "όλα τα χρώματα". Με αυτόν τον τρόπο, κάνοντας κλικ στο κουμπί δημιουργείται ένα σήμα παλμού για να αλλάξει το χρώμα.

Επισυνάπτω το κουμπί στον πείρο A2 Esp8266, οπότε έβαλα την τιμή A2 στον πείρο PORT.

Ο κόμβος καθαρισμού

Ο αισθητήρας χρώματος μπορεί να εξάγει τιμές χρωμάτων σε ένα τεράστιο εύρος. Αλλά η λωρίδα LED δεν είναι σε θέση να εμφανίζει ενδιάμεσες αποχρώσεις. Για να το λύσω αυτό χρησιμοποιώ μόνο τα λεγόμενα καθαρά χρώματα. Έχουν μια αυθαίρετη απόχρωση, αλλά έχουν πάντα τον κορεσμό τους στο μέγιστο. Για να καθαρίσω μια τιμή χρώματος, τοποθετώ τον κόμβο καθαρισμού μεταξύ tsc-color-sensor και color-all κόμβων.

Το έμπλαστρο είναι έτοιμο. Μπορείτε να πατήσετε Ανάπτυξη, να επιλέξετε τον τύπο πλακέτας και να το ανεβάσετε στη συσκευή.

Βήμα 8: Συναρμολόγηση. Πλαίσιο

Μπορώ να ξεκινήσω να δημιουργώ μια μαλακή θήκη, διασφαλίζοντας ότι η συσκευή λειτουργεί όπως θα έπρεπε.

Ως πλαίσιο, εκτύπωσα ένα μοτίβο του κουτιού σε χοντρό χαρτόνι.

Στη συνέχεια, λύγισε τις πλευρές του κουτιού και έκανε μια τετράγωνη τρύπα για τον αισθητήρα χρώματος.

Σημείωση:

Έφτιαξα αυτήν τη θήκη ειδικά για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματά μου, τα οποία πιθανότατα διαφέρουν από τα δικά σας. Η θήκη δεν είναι καθολική, εκτός από αυτό μπορείτε να έχετε ένα εντελώς διαφορετικό παιχνίδι. Χρησιμοποιήστε λοιπόν τη φαντασία!

Βήμα 9: Συναρμολόγηση. Υφασμα

Έβαλα δύο διαφορετικά υφάσματα το ένα πάνω στο άλλο.

Μαλακό παχύ ύφασμα είναι για όγκο και λεπτό για εμφάνιση. Και στα δύο υφάσματα, έκανα επίσης μια τρύπα για τον αισθητήρα.

Στερέωσα το πλαίσιο από χαρτόνι στο ύφασμα με συνηθισμένη κολλητική ταινία. Με τον ίδιο τρόπο, στερέωσα τις άκρες της τρύπας.

Στη συνέχεια έκοψα επιπλέον κομμάτια υφάσματος και έραψα με το χέρι το περίγραμμα της τρύπας από μέσα.

Πρέπει να πω, δεν είμαι ο καλύτερος ράφτης, οπότε μην κρίνετε την ποιότητα. =)

Βήμα 10: Συναρμολόγηση. Μαλακή θήκη

Τέντωσα το ύφασμα και το στερέωσα με την ίδια κολλητική ταινία. Η ταινία θα παραμείνει στο εσωτερικό της θήκης και δεν θα είναι ορατή.

Στη συνέχεια, τοποθέτησα τη συσκευή σε ένα πλαίσιο και την έραψα εντελώς γύρω από το περίγραμμα, εκτός από μια γωνία όπου πηγαίνουν τα καλώδια.

Βήμα 11: Συναρμολόγηση. Παιχνίδι και συσκευή

Έραψα τη συσκευή μου στα πόδια ενός αρκουδάκι.

Wantedθελα να φαίνεται ότι κρατάει ένα μικρό χριστουγεννιάτικο δώρο.

Βήμα 12: Αποτέλεσμα

Μόλις προγραμματιστεί η συσκευή και στερεωθεί στο παιχνίδι, μπορείτε να συνδέσετε τη λωρίδα LED και να βάλετε το παιχνίδι κάτω από το δέντρο!

Συνδέστε χρωματιστά αντικείμενα στο δώρο αρκουδάκια και το δέντρο θα βαφτεί στο ίδιο χρώμα!

Εγγραφείτε Αν σας αρέσει αυτό το μίνι έργο! =)

Θα υπάρχουν πολλές διαφορετικές αστείες οδηγίες.