Музикално взаимодействаща стойка за бутилки с регулируеми светлини: 14 стъпки

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

Преди време един мой приятел поръча 16-битов LED пръстен, с който да се поразрови, и докато го прави, му хрумна идеята да постави бутилка отгоре. Когато го видях, бях очарован от вида на светлината, осветяваща колбата, и си спомних за страхотния проект „Mc Lighting“от потребителя на Hackaday Тобиас Блум:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Един от аспектите на неговия проект беше да контролира светодиодите WS2812 чрез самостоятелно написан уеб интерфейс без използване на външни услуги. Вдъхновен от неговия подход за управление на LED пръстен, реших да комбинирам тези две идеи и да ги изведа на следващото ниво. В съзнанието ми имах стойка за бутилки за до три бутилки, контролируема чрез локална уеб страница, включваща няколко светкавици режими, включително такива, които взаимодействат с околната музика. За да се създаде преносимо устройство, то се захранва от Li-Ion батерийна клетка.

В тази инструкция ще премина през процеса на изграждане и ще ви науча за нейната основна функция. След това трябва да можете да създадете своя собствена версия и да имате представа как да добавите уебконтрол към проект, без да използвате външна услуга.

Стъпка 1: Опции за изграждане

Що се отнася до електрониката на този проект, можете или да използвате NodeMCU платка, която е лесна за използване и доста евтина, или можете да изградите своя собствена дъска като мен. Няма особена полза от това, просто имах чип ESP8226-12E, който лежеше наоколо и реших да го използвам, за да мога да запазя платката NodeMCU за бързо прототипиране. Има само една основна разлика: имате нужда от 3.3V USB към серийна платка, за да програмирате самостоятелно изработената контролна платка. Въпреки това няма значение какъв тип ще изберете, имайте го предвид, когато става въпрос за необходимите части.

Има опция, която прави голяма разлика обаче: музикалният режим. Ако решите да го включите, стойката за бутилки може да се използва като VU-метър и освен това е в състояние да промени цвета на светодиодите, когато басът на музиката достигне даден праг. Това обаче изисква допълнителен хардуер. Трябва да изградите усилвател, който усилва изхода на капсула с кондензационен микрофон и нискочестотен филтър за басовите честоти. Въпреки че това може да звучи трудно, всъщност не е така. Не изисква никакви специални части и силно препоръчвам да включите тази схема, тъй като подобрява доста устройството.

Стъпка 2: Необходими части и материали

Случаят:

Може би най -трудната част от този проект е случаят. Тъй като исках да опитам нещо ново, реших да използвам MDF плочи с дебелина 18 мм и да ги боядисам. В сравнение с други видове дърво/материали, MDF има предимството, че повърхността му може да се шлайфа особено гладко и следователно боята върху него може да изглежда изключително лъскава. Освен това имате нужда от малко акрилно стъкло с дебелина 4 мм като капак на LED пръстените.

Калъфът е с дължина 33 см и ширина 9 см, затова препоръчвам чиния със следните размери:

MDF плоча 400 x 250 x 18 мм

Капаците на LED пръстените имат диаметър около 70 мм, така че вашата плоча от акрилно стъкло трябва да има поне следните размери:

Акрилна плоча 250 x 100 x 4 мм

За боядисването си взех 125 мл бяла акрилна боя и 125 мл гланцово прозрачно покритие. Освен това ви препоръчвам да използвате валяк от пяна, тъй като това ви позволява да нанасяте боята по -равномерно. За шлайфащата част използвах лист шкурка със зърно 180, един с 320 и един с 600.

Електроника:

За електрониката се нуждаете от три 16-битови WS2812 LED пръстена. Просто бъдете внимателни, тъй като открих два вида 16-битови LED пръстени, имате нужда от тези с по-голям диаметър (около 70 мм) и следователно по-голямата разлика между светодиодите.

За захранването се нуждаете от литиево-йонна батерийна клетка, съответно зарядно устройство и превключвател. Освен това се нуждаете от регулатор на напрежение 3.3 V с ниско напрежение на отпадане (LDO) и два кондензатора за захранване на микроконтролера. Обяснявам защо имате нужда от LDO регулатор на стъпка 7.

Ако решите да изградите опционален музикален усилвател и филтърна верига, имате нужда от Op-Amp и някои пасивни компоненти. И ако решите да създадете свой собствен контролен блок, имате нужда от чип ESP, пробивна платка, някои резистори, бутон и някои щифтове.

И силно препоръчвам парче перфориран плот, за да запоите всичко върху него.

LED пръстен

3.7V литиево-йонна клетка (спасих една от типа TW18650 от неизползвана батерия)

Литиево-йонно зарядно устройство

Превключвател (Нищо особено, използвах стар, който спасих от счупен комплект високоговорители)

LDO регулатор на напрежението (допълнително споменатите в листа с данни кондензатори: 2 x 1uF керамичен кондензатор)

перфборд

Музикална верига (по избор):

Според схематично

Микроконтролер:

NodeMCU

ESP8266 12E (адаптерна плоча, бутон, резистори и щифтове според схемата)

USB към сериен (необходим за програмиране на собствено изработена контролна платка, ако вече имате такава, няма нужда да получавате друга)

Стъпка 3: Фрезоване на кутията

Един мой приятел си направи MP-CNC и беше толкова мил, че ми фрезова двете части от MDF и трите акрилни пръстена. Дървените части са горната и долната част на кутия с форма на хапче. На върха на кутията има три места за LED пръстените и техните акрилни капаци. Тъй като тези задълбочения са проектирани да бъдат само с част по -големи от печатните платки, те се поставят и седят на място, без да е необходимо лепило или винтове. Същото важи и за акрилните покрития. Тъй като имат по-голям диаметър от светодиодните пръстени, те се поставят на ръба над светодиодите (вижте снимката).

Стъпка 4: Завършете случая

Може би сте забелязали, че в момента има няколко неща, които липсват в делото. Неща като отвори за кабелите на пръстена, отвор за USB гнездото и джоб за батерията. Освен това, ако решите да включите музикалната верига, е необходима и дупка за микрофона. Освен това ви препоръчвам да пробиете дупки под LED-пръстените, за да можете да ги избутате от кутията. Използвах ротационен шлифовъчен инструмент, за да добавя гореописаните отвори.

На третата снимка можете да видите "поддръжката" и отворите за кабела за пръстена. Както може би вече сте забелязали, създадох две дупки за кабели. Това не беше нарочно. Това беше на ранен етап, когато мислех, че ъглите на пръстените ще бъдат маловажни, но не са. Монтирайте и трите с кабелите им от една и съща страна. В крайна сметка ги монтирах към предната страна.

Важно: Винаги носете маска за прах, когато режете, пробивате или фрезовате MDF. Същото важи и за шлайфането му.

Стъпка 5: Завършване на случая

Сега случаят се боядисва. Преди да направите това, ви препоръчвам да гледате или прочетете урок по този въпрос, тъй като това се оказа по -трудно, отколкото си мислех. Това покрива всичко, което трябва да знаете по темата.

Първо, добре шлайфайте външните части на MDF. Използвах хартия за песъчинки 160 за това. След това много уроци препоръчват запечатването на повърхността, особено по краищата, със специален грунд от MDF. Пропуснах тази част, тъй като грундът е доста скъп и въпреки че резултатът не е толкова добър, колкото би могъл да бъде, бих го направил отново.

След това можете да започнете да боядисвате повърхността в желания от вас цвят. Реших да нарисувам моя в чисто бяло. Изчакайте цветът да изсъхне, след това го шлайфайте с фина шкурка (използвах песъчинка 320), избършете го с прах и нанесете следващия слой цвят. Повторете този процес, докато не сте доволни от непрозрачността на оцветяването. Нанесох четири слоя цвят.

След финалния слой цвят го шлайфайте с още по -фина шкурка от преди (в моя случай песъчинката 600) и отстранете целия прах, останал по повърхността. След това можете да нанесете първия слой от лъскавия прозрачен лак. Както при цвета, нанесете колкото се може повече слоеве, за да ви задоволи. Използвах три за горната и страничната част и две за долната част. Можете да видите резултата на една от снимките. Въпреки че повърхността може да бъде по -гладка (повече шлайфане и грунд от MDF), аз съм доволен от постигнатия ефект на гланц.

Стъпка 6: Подготовка на пръстените

Успоредно с процеса на сушене на първия слой цвят можете да шлайфате пръстените от акрилно стъкло. След това тези пръстени разсейват светлината, излъчвана от LED-пръстените. Говорейки за това, изпитах, че печатните платки на тези пръстени имат някои нежелани ръбове, останали от производствения процес, така че може да се наложи да ги отстраните. В противен случай те няма да се поберат в калъфа.

След това някои проводници трябва да бъдат запоени към пръстените. Препоръчвам ви да използвате гъвкав проводник. Използвах твърд такъв и имах проблема, че раздалечиха двете части на кутията, което изискваше грозно огъване. Освен това по -вероятно е твърдият проводник да се скъса, което води до неприятен процес на запояване, тъй като трябва да извадите съответния пръстен и платката на контролера от кутията.

Стъпка 7: Захранване

Като източник на захранване се използва единична литиево-йонна батерия. Зарежда се чрез веригата на зарядното устройство. Тази схема има защита срещу претоварване и претоварване. За да изключите устройството, е вграден превключвател, който прекъсва положителния изход на платката на зарядното устройство.

Тъй като максималното напрежение на клетката на батерията е 4.2V, ESP8266 не може да се захранва директно. Напрежението е твърде високо за 3.3V микроконтролера, тъй като той преживява само напрежения между 3.0V - 3.6V. Регулаторът на напрежение с ниско отпадане (LDO) е регулатор на напрежението, който работи дори когато входното напрежение е близо до посоченото изходно напрежение. И така, отпадащо напрежение от 200 mV за 3.3V LDO означава, че то извежда 3.3V, стига входното напрежение да е над 3.5V. Когато подцени тази стойност, изходното напрежение започва да намалява. Тъй като ESP8266 работи с напрежение до 3.0V, то работи, докато входното напрежение на LDO спадне до около 3.3V (спускането не е линейно). Това ни позволява да захранваме контролера чрез клетката на батерията, докато се разреди напълно.

Стъпка 8: Микроконтролерна платка

Ако използвате NodeMCU платка, тази стъпка е доста проста. Просто свържете изхода 3.3V и земята на захранването към един от 3V и G щифтове на платките. Освен това препоръчвам запояване на дъската върху парче перфорирана дъска, тъй като това улеснява свързването на всичко.

В случай, че сте решили да изградите своя собствена контролна платка, първата стъпка е да запоите ESP чипа към адаптерната плоча. След това добавете всички компоненти и връзки, както е показано на схемата. Двата бутона са необходими за нулиране и мигане на контролера. На следващите снимки може да забележите, че използвам само един бутон. Причината за това е, че току -що намерих един лежащ наоколо, така че вместо бутона за GPIO0 използвам два щифта и джъмпер.

Можете да видите моята завършена схема на следващата стъпка.

Стъпка 9: Музикална верига (по избор)

Като вход за музиката се използва проста капсула с кондензационен микрофон. Захранва се чрез ограничаващ тока резистор, свързан към захранващата шина 3.3V. Накратко, капсулата работи като кондензатор, така че когато звуковите вълни ударят диафрагмата, нейният капацитет и аналогично на това напрежението му се променят. Това напрежение е толкова ниско, че трудно можем да го измерим с аналогово -цифровия преобразувател на ESP (ADC). За да променим това, усилваме сигнала с Op-Amp. След това усиленото изходно напрежение се филтрира от пасивен нискочестотен филтър от първи ред с гранична честота около 70Hz.

Ако решите да използвате NodeMCU платка, можете да свържете изхода на гореописаната схема към щифта A0 на платката. Ако искате да изградите своя собствена платка за управление, трябва да добавите делител на напрежение към веригата. Причината за това са ESP бордови ADC, които имат максимално входно напрежение 1V. NodeMCU вече има вграден този делител на напрежение, така че за да може кодът и усилвателят да функционират и на двете платки, той също се нуждае от него.

Стъпка 10: Завършете и монтирайте електрониката

Първо поставете светодиодните пръстени в определените вдлъбнатини в горната част на кутията. След това свържете захранването, микроконтролера, пръстените и ако сте го изградили, схемата на усилвателя според схемата.

Предупреждение: Преди да направите това, проверете отново, ако сте изключили захранването с превключвателя. Забравих да го направя и пържех LDO регулатор по време на запояване. След това сте готови да монтирате електрониката в кутията.

Започнах, като прикрепих батерията към кутията с малко горещо лепило. След това позиционирах веригата на зарядното устройство и проверих дали мога да включа USB кабел или не. Тъй като не се доверявах на горещото лепило, за да издържи силата на натискане на кабела няколко пъти, внимателно забих тънки пирони през запояващите подложки на зарядното за входното напрежение. След зарядното устройство залепих капсулата на микрофона на място.

След това използвах няколко огънати телени щифтове, за да фиксирам микроконтролера. Този метод ми позволява да изваждам контролера от кутията за ремонт, когато е необходимо, без да е необходимо да прорязвам горещо лепило и да разрушавам MDF.

Сега използвах някои кабелни връзки и огънати щифтове за монтиране на проводниците. Последното нещо, което трябва да направите, е да поставите акрилните покривни пръстени. Бъдете внимателни, докато го правите, за да не повредите боята, тъй като това е доста плътно. Може дори да сте намалили вътрешния и/или външния диаметър на акрилните пръстени, тъй като MDF плочата абсорбира малко боя и така задълбочаването стана малко по -малко.

Стъпка 11: Мига на микроконтролера

След приключване на хардуерното изграждане остава само мигането на софтуера. Използвах Arduino IDE за това. Но преди да можете да програмирате контролера, трябва да добавите някои библиотеки и да изберете правилната платка.

Библиотеки

Можете или да използвате библиотечния мениджър на IDE (Sketch -> Include Libraries -> Mange Libraries), за да ги добавите, или да ги изтеглите и преместите в папката на библиотеката на IDE. Препоръчвам мениджъра, тъй като е по -удобен и там можете да намерите всички необходими библиотеки.

DNSServer от Кристиян Новоселич (необходимо за WiFiManager)

WiFiManager от tzapu и tablatronix (отваря точка за достъп, където можете да въведете идентификационните данни на вашия локален WiFi)

WebSockets от Markus Sattler (необходимо за комуникацията между потребителското устройство и стойката)

Adafruit NeoPixel от Adafruit (необходимо за управление на LED пръстените)

Борд

Без значение какъв тип контролна платка сте избрали да използвате, под Инструменти -> Избор на платка NodeMCU 1.0 (ESP -12E модул). Уверете се, че размерът на светкавицата е зададен на 4M (1M SPIFFS) и скоростта на качване на 115200.

Мига

За да мигате платката NodeMCU, просто я свържете към компютъра си, изберете правилния порт и качете програмата. Мигането на самоизработената платка на контролера е малко по-сложно. Свържете вашия USB към сериен конвертор към трите пина на платката. Свържете GND и GND, RX и TX, и TX и RX. За да влезете в режим на светкавица на контролера, рестартирайте го с бутона RST и докато го държите, натиснете бутона GPIO0. След това се уверете, че конверторната ви платка е настроена на 3.3V. Завършете процеса, като качите програмата.

Важно: Включете устройството си, преди да мигате.

Стъпка 12: Качете уеб страницата

Файловете, необходими за уеб страницата, се съхраняват във флаш паметта на микроконтролерите. Преди първата употреба трябва ръчно да ги качите. За да направите това, включете устройството (може би първо трябва да го заредите). Светодиодите трябва да светят червено (поради моята камера това изглежда като оранжево на снимката), което означава, че стойката за бутилки не е свързана към мрежа. След кратко време трябва да се отвори точка за достъп WiFi, наречена „bottleStandAP“. Паролата по подразбиране е "12345678", можете да я промените във файла ino. Свържете вашия смартфон/таблет/лаптоп към него. Трябва да се появи известие и да ви препрати към уеб страница. Ако нищо подобно не се случи, просто отворете браузъра си и въведете 192.168.4.1. На тази страница щракнете върху Конфигуриране на WiFi и въведете идентификационните си данни за мрежите. След това точката за достъп трябва да се затвори и светодиодите да променят цвета си на светло синьо. Това означава, че устройството е успешно свързано с вашата мрежа.

Сега трябва да определите IP адреса на устройството. За да направите това, можете да го свържете към компютъра си, да отворите серийния монитор на Arduino IDE (скорост на предаване е 115200) и да рестартирате устройството. Като алтернатива можете да отворите уеб страницата на вашия WiFi-рутер. След като знаете IP на устройството, отворете браузъра си и въведете xxx.xxx.xxx.xxx/upload (където xs означава IP на бутилките). Извлечете файловете от.rar и ги качете всички. След това просто въведете IP на вашето устройство и контролната страница трябва да се отвори. И с това завършихте изграждането на собствена поставка за бутилки. Честито!

Стъпка 13: Уеб страницата

Уеб страницата ви позволява да контролирате стойката си за бутилки. Когато отворите главната страница, можете да видите три сини кръга в горната част на средата. Те ви позволяват да изберете настройките на пръстена, които искате да промените. Цветното колело променя цвета на избраните пръстени, когато щракнете върху него. Полето по -долу ви показва избрания от вас цвят. Чрез натискане на бутона за произволен избор избраните пръстени се настройват в режим на случаен цвят. Това означава, че цветът се променя всеки път, когато цикълът на режима на дишане приключи.

На втората страница можете да изберете различните режими. Фиксираният цвят и фиксираната яркост правят точно това, което подсказва името им. Режимът на вдишване създава ефект на "дишане", което означава, че яркостта на пръстените се увеличава с времето по избор до максималния си размер, след което намалява до минимум. Режимът на цикъл свети само един светодиод за дадено време, след това свети следващия, след това следващия и така нататък. Режимът на музикалния праг променя цвета, когато микрофонът открие сигнал, по -висок от прага, зададен по избор. Не само музиката може да предизвика това, апликирането например може също. В режим VU метър броят на светодиодите, които светят, зависи от силата на баса на музиката.

Забележка: Можете да използвате линийките, без да активирате съответните режими. Например: Ако използвате режима на цикъл и промените яркостта чрез линийката с фиксирана яркост, пръстените ще останат в режим на цикъл, но ще променят яркостта си според това, което сте задали.

Стъпка 14: Как работи всичко това?

Функционалният принцип е доста лесен за разбиране. Всеки път, когато отворите уеб страницата, ESP8266 изпраща уеб файловете до вашето устройство. След това, когато промените нещо на страницата, специален знак, последван предимно от цяло число, се изпраща към микроконтролера чрез връзка с websocket. След това контролерът обработва тези данни и съответно променя светлините.

Уеб частта е написана на html, css и javascript. За да улесня тази задача, ни направих от рамката Materialize CSS и jQuery. Ако искате да промените облика на уебсайта, погледнете документацията на рамката. Като алтернатива можете просто да напишете своя собствена страница и да я качите. Просто трябва да установите връзка с websocket и да изпратите същите данни.