Анимирана светлина за настроение и нощна светлина: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Имайки очарование, което граничи с манията по светлината, реших да създам селекция от малки модулни печатни платки, които могат да се използват за създаване на RGB светлинни дисплеи от всякакъв размер. След като направих модулната печатна платка, се натъкнах на идеята да ги подредя в шестоъгълник, за да създам 3D дисплей, който да може да се използва за създаване на всичко - от обикновена нощна светлина за спалня до осветление за настроение, което не би било твърде неуместно, седнало на маса в ресторант от висок клас.

Разбира се, други форми също могат да бъдат създадени с помощта на същите принципи.

Ето някои от анимациите, работещи в момента на светлината.

• Пожар
• Дъжд
• Змия (ретро)
• Игра на живота
• Трептения на формата на вълната
• фар
• Въртящи се модели (бръснарница)

В момента светлината е създадена в два размера - малък (96 светодиода) и голям (384 светодиода), но това може да бъде увеличено според нуждите.

Консумативи

WS2812B светодиоди - AliExpress

ПХБ - ALLPCB

3 мм черна лазерно нарязана пластмаса - доставчик на пластмасови листове

Бяла нишка с 3D печат - Amazon

Електронни компоненти - Farnell / Newark

Болтове M3 и дистанционни елементи с резба - Amazon

Поялник

Тостерна фурна - монтаж на компоненти за повърхностно монтиране

Стъпка 1: Панелни печатни платки

Започвайки пътуването, исках набор от малки печатни платки, които биха могли да съдържат редица LED пиксели и да бъдат съединени по много прост начин, без да са необходими допълнителни проводници или конектори. Измислих много прост дизайн, който позволяваше светодиодите WS2812B да бъдат свързани заедно и след това да преминат по веригата към следващата печатна платка.

Създадох три печатни платки със следните размери на пикселите.

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

За този проект само 4x4 и 8x8 дъски се използват за създаване на светлини.

Светодиодите са подредени в мрежа от 9 мм както в X, така и в Y размери, което е сравнително плътно, но осигурява достатъчно място за работа, когато се вземат предвид ръбовите съединители на печатната платка. Печатните платки са създадени така, че когато се съединят, светодиодната 9 мм решетка се поддържа. ПХБ са просто свързани помежду си чрез течащ спойка от една платка към друга.

Всеки светодиод има свой собствен 100nF кондензатор за електрическо отделяне и за подпомагане на подаването на ток към светодиода при поискване.

Показана е схемата за 4х4 пикселна платка, пълна с горния меден и долния меден слой, за да илюстрира както LED разположението, така и разположението на крайния конектор. Към копринения екран бяха добавени маркировки, за да стане очевидна посоката на пренос на данни между конекторите.

Дъските също разполагат с монтажни отвори М3 на стъпка 18 мм на 18 мм, за да се опрости монтажът и да се засилят връзките между платките.

Добавянето на лазерно изрязан 3 мм млечнобял акрилен лист, както е показано, осигурява приятен разсеян ефект на светодиодите.

Дъските са произведени чрез нанасяне на спояваща паста върху долните медни подложки за повърхностно монтиране с помощта на шаблон. След това поставих компонентите върху дъската, проверявайки за правилна ориентация, преди да изпека в моята тостерна фурна, за да тече спойка. Разгледах този тип производство на нискотарифни печатни платки „направи си сам“в няколко от другите си сборки с инструкции.

Предупреждение - НЕ ИЗПОЛЗВАЙТЕ фурна, която се използва за храна за готвене на печатни платки, тъй като това може да доведе до замърсена храна. Получих тостерната си фурна за печатни платки за £ 10 ($ 15) в eBay.

Стъпка 2: Контролирайте печатната платка

С направените светодиоди след това исках възможността да управлявам светодиодите от микроконтролер. Започнах да използвам Arduino nano и това работи чудесно, но исках да добавя още малко функционалност към светлината и това ставаше все по -неудобно за хакване на дъската на Arduino. Затова реших да създам друга персонализирана печатна платка, която да управлява светлината.

Ето някои от функциите, които добавих към контролната си платка.

• Микроконтролер с по -висока скорост с повече ROM и RAM.
• FET на логическо ниво, което ми позволява да включвам и изключвам светодиодите в световен мащаб - полезно при включване и за работа с ниска мощност.
• Високоскоростен буфер за преобразуване на 3V3 сигнал от микроконтролера в 5V за задвижване на светодиодите.
• Превключете, за да позволите на потребителя да контролира светлината.
• Фототранзистор - за мащабиране на яркостта на светодиодите, за да отговаря на нивата на околната светлина.
• Мониторинг на захранването - за да сме сигурни, че не сме се опитали да изтеглим повече ток, отколкото може да осигури захранването.
• Bluetooth конектор - HC05/HC06.
• WIFI конектор - ESP8266.
• I2C конектор.
• Бъдещ разширителен конектор.

Схемата за дъската е показана, както и горният и долният меден слой. Приложеният документ BillOfMaterials изброява компонентите, които монтирах на контролната платка.

Светлинният сензор е доста важен за дизайна, тъй като яркостта на светодиодите WS2812B може много бързо да получи твърде много за гледане и дори болезнена при пълна яркост. Наличието на светлинен сензор позволява яркостта на светодиода да се мащабира автоматично, което означава, че дисплеят винаги е приятен за гледане. Ярко в светла слънчева стая и все пак удобна за гледане като нощна светлина в затъмнена стая.

Отново за изграждане на дъската, спояващата паста беше нанесена с помощта на шаблон, компоненти, поставени на ръка с пинсети и след това изпечени в моята надеждна тостерна фурна.

Печатната платка се захранва от 5V DC захранване, което може да дойде или директно от захранващ тип от мрежата, или чрез 2A USB гнездо за зарядно устройство.

Показан е и по -ранният ми опит да използвам Arduino.

Стъпка 3: 3D отпечатан скелет

Първоначално си играех с лазерно нарязани пластмасови листове като дифузори, но това остави доста грозна празнина между всеки от панелите. В крайна сметка 3D принтирах околния дифузьор, тъй като това ми позволи да създам хубава безшевна обвивка за шестте LED печатни платки. Това също ми позволи значително да намаля дебелината на дифузора, което осигурява много по -рязък цялостен дисплей.

Вътре шестте LED платки се държат заедно с помощта на 3D отпечатан скелет. Този скелет влиза в различните дупки M3 на платките на дисплея, като ги държи в хубав шестоъгълен модел.

3D отпечатаният скелет също има отвори, позволяващи контролната платка да бъде монтирана близо до горния панел за лазерно изрязване, което позволява превключвателят да бъде достъпен и сензорът за светлина да получи добро отчитане на нивото на околната светлина.

Когато платките са в позиция между скелета и дифузора, тогава лесно мога да запоя дъските заедно, като теча спойка между свързващите подложки на печатната платка. Започвам с добавяне на спойка към най -отдалечената подложка и след това завъртам светлината по ръба й, за да позволя на гравитацията да помогне с акта на преливане на спойката към съседната подложка. Повторете за трите връзки и след това преминете към следващата връзка към платката. При шестото свързване между печатни платки свързвам само захранващите и заземителните релси, оставяйки връзката за данни несвързана. Това осигурява две кръгови токови траектории за всяка платка, за да съберат своята мощност, подобно на това как един пръстен работи за вътрешното окабеляване на вашата къща.

3D принтерът също използва някои дистанционни елементи, които позволяват горните и долните лазерно изрязани панели да се държат добре на място.

Файловете на 3D принтера са проектирани с помощта на Sketchup и източникът е прикачен.

Стъпка 4: Лазерно изрязване отгоре и отдолу

Лазерно изрязаните части са с много прости шестоъгълни форми с отвори на правилното място за монтажните болтове.

Горният панел разполага с малък отвор за сензора за светлина и друг по -голям отвор за натискащия превключвател. Докато долният панел има отвор за USB захранващия кабел, както и два малки отвора, позволяващи да се използва обвързваща лента за осигуряване на облекчение на кабела.

Чертежите за тези части са включени във файла Sketchup в предишната стъпка.

Стъпка 5: Фърмуер

Избрах устройството PIC24FJ256GA702 за свой основен микроконтролер, тъй като той работи доста бързо на честота до 32MHz с помощта на своя вътрешен осцилатор и има тонове налична програмна памет и RAM за създаване на хубави анимации.

За да разработя фърмуера, използвах Flowcode, тъй като ми позволи да симулирам и отстранявам грешки в кода, което ми помогна да създам приятен ефективен код, който работи с висока скорост. Flowcode е достъпен безплатно напълно отключен за 30 дни и след това можете да изберете да закупите или просто да се регистрирате отново за пробния период. Той също така има хубава онлайн общност, която има желание да се включи и да помогне, ако ударя някоя стена по пътя. Казвайки това, целият софтуер може да бъде направен с помощта на Arduino IDE или подобен, просто бихте загубили способността да симулирате.

Използвах PICkit 3 за програмиране на PIC на борда на моята контролна платка. Това може да бъде интегрирано в Flowcode, така че да компилира и програмира чрез PICkit с едно щракване на мишката, подобно на бутона за изтегляне в Arduino.

Микроконтролерът, който избрах, нямаше вграден EEPROM, което първоначално беше проблем, тъй като исках да запазя избрания в момента режим на анимация. Въпреки това той имаше програмируема от потребителя флаш памет и затова успях да постигна тази функционалност по обиколен начин.

Приложена е програмата Flowcode, която създадох. Прозорецът със свойства ви позволява да изберете размера на използваната дисплейна дъска. 4x4 или 8x8 и това задава множество параметри като брой светодиоди и т.н., които след това управляват различните анимации, така че една програма да може да се използва и на двата размера на дисплея.

Потребителският интерфейс за светлината е сравнително прост. Натиснете превключвателя за по -малко от три секунди и светлината преминава към следващия режим. Преди всеки режим да стартира, индексът на режима се показва на всеки LED панел. Натиснете превключвателя за повече от три секунди и светлината се изключва. По -нататъшното натискане на превключвателя ще върне светлината отново и обратно към предишния избран режим. Загубата на захранване на светлината ще доведе до възстановяване на текущата работа на светлината при възстановяване на захранването, включително състоянието на включване/изключване.

Ето различните режими на анимация, които светлината в момента може да прави с настоящия фърмуер.

1. Цветна намазка - Смесени цветове в пръстени
2. Игра на живота - Симулация, базирана на форма на живот
3. Въртящи се модели - Анимирани модели с 2, 3 или 4 цвята
4. Генератор на вълни - цветни синусоиди
5. Фиксиран цвят - Шест отделни цветни панели, въртящи се
6. Shade - Анимирани цветове на панела Всички/Индивидуално
7. Lighthouse - въртящ се един панел
8. Пръстени - анимирани хоризонтални пръстени
9. Огън - Анимиран ефект на огън
10. Дъжд - Анимиран цветен ефект на дъжд
11. Фойерверки - Анимиран ефект на цветни фойерверки
12. Преместване - Анимиран ефект на превъртане
13. Змия - Анимирани ретро битки със змии
14. Змии - Анимирани въртящи се змии
15. Случайни - Режими 1 до 14 с бавен преход (приблизително 60 секунди)
16. Случайни - Режими 1 до 14 с бърз преход (приблизително 30 секунди)

Всеки режим има един или повече рандомизирани елементи, включително скорост на анимация и други параметри. Някои режими също включват рандомизирани елементи, които могат да се движат или да се променят във времето, което позволява по -динамични анимации. Например огънят има произволно количество гориво, което се добавя за всеки цикъл, това количество има фиксирани горни и долни граници. С течение на времето тези граници могат да се увеличават или намаляват, което позволява интензивността на огъня да запълни дисплея или да потъне само до най -долните пиксели.

Стъпка 6: Свързване

Контролната платка е свързана към захранването с помощта на USB A кабел или кабел за DC гнездо, като и двете могат да бъдат закупени на много ниски цени на сайтове като eBay.

Контролната платка е свързана към несвързания IN гнездо на платката за дисплея с помощта на достъпен ръб конектор и стандартен 3-пътен серво лентов кабел.

След това горните и долните лазерно изрязани плочи се задържат в положение с помощта на болтове с глава M3 и разделители с резба M3.

Бъдещи надстройки

Наличието на опция за добавяне на Bluetooth и WIFI към моя контролен панел позволява бъдещи надстройки като актуализации на анимация и интелигентна интеграция с неща като Amazon Alexa чрез онлайн услуги като ITTT. Това е нещо, което в момента разследвам.

Би било хубаво да можете да зададете цвета на лампата, режима на анимация или дори да покажете текстово съобщение само като говорите с вашия интелигентен асистент.

Благодаря, че разгледахте моята конструкция и се надявам да съм ви вдъхновил да следвате моите стъпки или да създадете нещо подобно.

Вицешампион в конкурса Make it Glow