Компютърно бюро с дистанционно управление: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Наскоро срещнах проблем, че мързелът ми стана огромен проблем у дома. Веднага щом си лягам, обичам да поставя хубава LED светлина с няколко серии, които играят на моя компютър. Но … Ако искам да изключвам тези неща, трябва всеки път да СТАВАМ и да ги изключвам на ръка. По този начин реших да създам пълен контролер за целия работен плот на компютъра, където мога да включвам и изключвам монитори, да настройвам силата на звука на високоговорителите и яркостта на осветлението на LED лентата, като натискам съответния бутон на дистанционното.

Проектът е кутия за контролер за бюро за компютър / работна маса, която се управлява от IR дистанционно. В наши дни има много видове IR дистанционни управления, но това не е проблем. Този контролер е регулируем и може да бъде сдвоен с всеки тип IR дистанционно управление, което поддържа правилния протокол за използвания от нас сензор (това ще обсъдим по -късно).

Контролираното бюро за компютърно бюро е:

1. Управление на променливотоковото захранване: Включване/изключване на захранването на монитора, който е включен към 220VAC
2. DC Power Control: Включване/изключване на захранването на монитора, който е включен в DC захранване (до 48V)
3. Контрол на силата на звука: Пълен контрол на стерео силата на звука, който се предава на високоговорителите
4. Контрол на осветлението на LED ленти: Пълен контрол на яркостта на осветлението на LED лентата

Устройството има правилно проектиран потребителски интерфейс и регулируеми механични отделения, които го правят лесен за изграждане и лесен за използване:

1. Дисплей: Състоянието в реално време на всички контролирани системи е представено на 16x4 LCD дисплея
2. RGB LED: За допълнителна обратна връзка за системата, целта на това е да се потвърди за потребителя, че има приет сигнал, получен от IR дистанционното управление
3. Система за сдвояване: Устройството съдържа един бутон, който трябва да бъде натиснат за процеса на сдвояване. Когато процесът на сдвояване е иницииран, можем да сдвоим всяко IR дистанционно към нашето устройство, като следваме инструкциите, показани на дисплея.

След като разгледаме основите, нека го изградим!

Стъпка 1: Обяснение

Работата на устройството може да се разглежда като проста, поради липсата на сложност на дизайна. Както може да се види в блоковата диаграма, "мозъкът" е микроконтролерът AVR, докато всички останали части се контролират от този "мозък". За да организираме цялата картина в ума си, нека опишем дизайна блок по блок:

Захранващ блок: Източник на захранване за избраното устройство е захранването с LED лента, което е в състояние да осигури 24VDC вход към системата. Микроконтролерът, релетата, цифровите потенциометри и аудио усилвателите работят на 5V, като по този начин DC-DC понижаващият преобразувател беше добавен към дизайна. Основната причина за DC-DC вместо линеен регулатор е разсейването на мощността и липсата на ефективност. Да приемем, че използваме класическия LM7805 с 24V вход и 5V изход. Когато токът достигне значителни стойности, мощността, която ще се разсейва под формата на топлина на линейния регулатор, ще бъде огромна и може да прегрее, придавайки бръмчене на шум към аудио веригите:

Pout = Pin + Pdiss, така че при 1A постигаме: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (с разсеяна мощност).

Микроконтролер: За да напиша кода възможно най -бързо, избрах AVM базиран ATMEGA328P, който се използва широко в дъските на Arduino UNO. Според изискванията за проектиране ще използваме почти цялата периферна поддръжка: Прекъсвания, таймери, UART, SPI и така нататък. Тъй като е основен блок в системата, той се свързва с всички части в устройството

• Потребителски интерфейс: Предният панел на устройството съдържа всички части, с които потребителят трябва да взаимодейства:

  1. IR сензор: Сензор за декодиране на IR данни от разстояние.
  2. Бутон: Изисква се за сдвояване на IR дистанционното към устройството
  3. RGB LED: Естетично прикачване за предоставяне на обратна връзка за получаване на информация от системата
  4. LCD: Графично представяне на случващото се вътре в устройството

Контрол на мониторите: За да може устройството да превключва захранването на мониторите на компютъра, е необходимо да се справят с големи стойности на напрежението. Например, моите монитори на Samsung изобщо не споделят конфигурация на захранване: единият се захранва от 220VAC, докато други се захранват от собствено захранване от 19.8V. По този начин решението беше към релейна верига за всяка от захранващите линии на монитора. Тези релета се управляват от MCU и са напълно разделени, което прави предаването на мощност на монитора независимо за всеки монитор

Контрол на светлината: Имам LED лента, която се доставя с включеното захранване от 24VDC, което се използва като вход за системно захранване. Тъй като е необходимо да се проведе голям ток през LED лентата, нейният механизъм за яркост включва верига за ограничаване на тока, базирана на MOSFET, която работи в линейна област на активна зона

Контрол на силата на звука: Тази система се основава на предаване на аудио сигнали както по ЛЯВ, така и надясно по делителите на напрежението, където приложеното напрежение се променя чрез движение на чистачките на цифровия потенциометър. Има две основни схеми на LM386, където на всеки вход има по един делител на напрежение (това ще разгледаме по -късно). Входът и изходът са 3,5 мм стерео жакове

Изглежда, че сме обхванали всички неразделни части от схемите. Нека преминем към електрическите схеми …

Стъпка 2: Части и инструменти

Всичко необходимо за изграждането на проекта:

Електронни компоненти

1. Общи компоненти:

   • Резистори:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2 x 1M
     6. 2 x 10R
     7. Кондензатори:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100nF
        4. 2 x 50nF
        5. 3 x 47uF

     9. Разни:

        1. Диоди: 2 x 1N4007
        2. Тример: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Интегрални схеми:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Аудио усилвател: 2 x LM386
         • Двоен цифров потенциометър: 1 x MCP4261
         • Единичен цифров потенциометър: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (Може да бъде заменен от всяко DC-DC 5V приятелско устройство)
         • Op-усилвател: 1 x LM358
         • Релета: 5V Толерантен двоен SPDT
         • Външно 24V захранване

     11. Потребителски интерфейс:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR сензор: 1 x CDS-IR
         • Бутон: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 контакта)

     12. Съединители:

         • Клемни блокове: 7 x 2-контакт TB
         • Съединители платка към проводник: 3 x 4 контактни кабела + съединители на корпуса
         • Аудио: 2 x 3,5 мм конектора за женски жак
         • Изходящо захранване: 2 x 220VAC конектора за захранване (мъжки)
         • DC жак: 2 x конектора за DC DC жак
         • LED лента и външно захранване: 1 x 4-контактна платка към проводник сглобени конектори + кабел

     Механични компоненти

     1. Нишка за 3D принтер - PLA+ от всеки цвят
     2. 4 винта с диаметър 5 мм
     3. Най -малко 9 x 15 cm дъска за прототипиране
     4. Запас от неизползвани проводници

     Инструменти

     1. 3D принтер (използвал съм Creality Ender 3 с прикрепено легло от стъкло)
     2. Пистолет за горещо лепило
     3. Пинсети
     4. Клещи
     5. Фреза
     6. Външно 24V захранване
     7. Осцилоскоп (по избор)
     8. AVR ISP програмист (за мигане на MCU)
     9. Електрическа отвертка
     10. Поялник
     11. Генератор на функции (по избор)

Стъпка 3: Електрически схеми

Схематичната диаграма е разделена на отделни вериги, което може да ни улесни да разберем нейната работа:

Блок за микроконтролер

Това е ATMEGA328P базиран на AVR, както беше описано по -горе. Той използва вътрешен осцилатор и работи на 8MHz. J13 е конектор за програмист. В света на AVR има много програмисти, в този проект използвах ISP Programmer V2.0 от eBay. J10 е UART TX линия и се използва предимно за отстраняване на грешки. Когато изграждате процедура за обработка на прекъсвания, понякога е добре да знаете каква система трябва да ни каже отвътре. D4 е RGB LED, който се задвижва директно от MCU, поради ниските си токови стойности. ПИН PD0 е прикрепен към бутон от тип SPST с външно издърпване.

IR сензор

Инфрачервеният сензор, който се използва в този проект, е трижилен инфрачервен сензор с общо предназначение, който се предлага в eBay на много приятелски цени. Изводът на изходния IR сигнал е свързан към входния извод за прекъсване (INT1) на MCU,

LCD

Дисплеят е проста реализация на дисплей 1604A, с 4-битово предаване на данни. Всички пинове за управление/данни са свързани към MCU. Важно е да се отбележи, че LCD е прикрепен към основната платка чрез два конектора J17, J18. За да включите/изключите LCD модула, има един превключвател BJT, превключващ заземяващата линия за LCD.

Захранване

Всички вътрешни вериги, с изключение на LED лентата, работят при 5V. Както бе споменато по-рано, 5V източник на захранване е прост DC-DC модул (Тук eBay ми помогна да намеря решението), който преобразува 24V в 5V, без проблем с отоплението, което може да възникне на линейния регулатор. Кондензаторите C [11..14] се използват за байпас и са необходими за този дизайн поради шума от превключване, присъстващ на DC -DC захранващи линии - както входни, така и изходни.

Контрол на монитора

Контролните вериги на монитора са просто релейни комутационни системи. Тъй като имам два монитора, единият се захранва от 220VAC, а вторият е от 19.8V, е необходимо различно изпълнение.: Всеки MCU изход е свързан към 2N2222 BJT, а релейната бобина е прикрепена като товар от 5V към щифт на колектора BJT. (Не забравяйте да свържете обратен диод за подходящ токов разряд!). При 220VAC релето превключва линиите LINE и NEUTRAL, а при 19.8V релето превключва само DC захранващата линия - тъй като има собствено захранване, заземяващите линии се споделят и за двете вериги.

Контрол на силата на звука

Исках да използвам аудио усилватели LM386 като буфери за разделителите на напрежението, за внимателно предаване на аудио сигнал. Всеки канал - ляв и десен идва от 3,5 мм вход за аудио жак. Тъй като LM386 реализира при минимална конфигурация на части стандартно усилване от G = 20, има резистор от 1MOhm за двата канала. По този начин можем да намалим общото количество енергия за входните канали към системата високоговорители:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1.1M.

А общата печалба е: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1.9

Делителят на напрежение е проста мрежа с цифров потенциометър, където чистачката предава сигнала към буфера LM386 (U2 е IC). Устройството споделя SPI за всички периферни вериги, където само ENABLE линии са разделени за всеки от тях. MCP4261 е 100K 8-битов линеен цифров потенциометър IC, така че всяка стъпка в увеличаването на обема се изразява: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Изводи A и B за всеки ляв и десен канал са свързани към GND и 5V. По този начин в позицията на чистачката в долната част преминава целият аудио сигнал към GND чрез 1MOhm резистор MUTING силата на звука на устройството.

Контрол на яркостта на LED лентата:

Идеята за контрол на яркостта е подобна на контрола на силата на звука, но тук имаме проблем: цифровият потенциометър може да предава само сигнали, чиито амплитуди не надвишават 5V към GND. По този начин идеята е да се постави прост буфер с Op-Amp (LM358) след делителя на напрежението на цифровия потенциометър. и управляващо напрежение, свързано директно към PMOS транзистор.

X9C104P е единичен 8-битов цифров потенциометър със стойност 100KOhm. Можем да получим изчисление за напрежението на портата, следвайки само алгебрични правила за токов поток:

V (порта) = V (чистачка) * (1 + R10/R11) = 2V (чистачка) ~ 0 - 10V (което е достатъчно за включване/изключване и контрол на яркостта)

Стъпка 4: Създаване на 3D корпус

За заграждане на устройства използвах FreeCAD v0.18, който е чудесен инструмент дори за начинаещи като мен.

Тип на корпуса

Исках да създам кутия, в която има една -единствена обвивка, която да заварява споената дъска. Предният панел съдържа всички части на потребителския интерфейс, а задният панел съдържа всички съединители към настолната електроника. Тези панели се вкарват директно в основната обвивка с 4-винтов монтаж в горния капак.

Размери

Вероятно най -важната стъпка в последователността. Необходимо е да се вземат предвид всички подходящи разстояния и пресечни области. Както се вижда на снимките, преди всичко взетите размери са на предния и задния панел:

Преден панел: Изрязващи области за LCD, Switch, LED и IR сензор. Всички тези размери са получени от листа с данни на производителя за всяка част. (В случай, че искате да използвате различна част, трябва да успокоите всички области на изрязване.

Заден панел: Два отвора за 3.5 мм аудио жакове, Два 220V 3-линейни конектора за захранване, Два мъжки жака за DC захранване и допълнителни отвори за LED лентата и захранване към устройството

Горна обвивка: Тази обвивка се използва само за свързване на всички части заедно. Тъй като предният и задният панел са поставени в долната обвивка.

Долен корпус: Основата за устройството. Той държи панелите, електронно споената дъска и винтовете, прикрепени към горния капак.

Проектиране на частите

След като панелите са създадени, можем да преминем към долната обвивка. Препоръчва се след всяка стъпка да се осигури цялостно настаняване на частите. Долната обвивка е проста екструдирана форма, базирана на правоъгълник, със симетрични джобове в близост до ръбовете на черупката (виж снимка 4).

След стъпването в джоба е необходимо да се създадат основи с 4 винта за закрепване на капака. Те са проектирани като вмъкване на примитивни цилиндри с различен радиус, където изрязан цилиндър е на разположение след операция XOR.

Сега имаме пълна долна обвивка. За да се създаде подходящ капак, е необходимо да се направи скица в горната част на корпуса и да се създадат същите точки на цилиндъра (прикрепил съм само точки за пробиване, но има възможност за създаване на отвори с фиксиран диаметър).

След като целият корпус на устройството е завършен, можем да го проверим, като сглобим частите заедно.

Стъпка 5: 3D печат

И накрая, ние сме тук и можем да пристъпим към отпечатването. Има налични STL файлове за този проект, въз основа на моя дизайн. Възможно е да има проблем с тези файлове за отпечатване, тъй като няма отклонения, взети под внимание. Тези допустими отклонения могат да се регулират в приложението за нарязване (използвал съм Ultimaker Cura) за STL файловете.

Описаните части са отпечатани на Creality Ender 3 със стъклено легло. Условията не са далеч от стандартните, но трябва да се имат предвид:

• Диаметър на дюзата: 0,4 мм
• Плътност на пълнене: 50%
• Поддръжка: Няма нужда от прикачване на поддръжка
• Препоръчителна скорост: 50 mm/s за проекта

Веднага след като частите на корпуса бъдат отпечатани, трябва да ги проверите в реалния живот. Ако няма проблеми при закрепването на части на корпуса, можем да преминем към стъпката на сглобяване и запояване.

Има някакъв проблем със STL визуализатора в инструкциите, затова предлагам първо да го изтеглите:)

Стъпка 6: Монтаж и запояване

Процесът на запояване е тежък, но ако разделим последователността на различни вериги, ще бъде много по -лесно да я завършим.

1. MCU схема: Първо трябва да бъде запоена с женския конектор за програмиране. На този етап можем действително да тестваме неговата работа и свързаност.
2. Аудио схема: Втората. Не забравяйте да прикрепите клемни блокове към споената платка. Много е важно да изолирате пътя на връщане на аудио схемите от цифровите - особено цифровите интегрални интегрални схеми, поради тяхната шумна природа.
3. Схеми на монитора: Подобно на аудио веригата, не забравяйте да прикрепите клемен блок към I/O портовете.
4. Конектори и UI панел: Последните неща, които трябва да бъдат свързани. Панелът на потребителския интерфейс е свързан към споената платка чрез конектор Board-To-Wire, където проводниците са запоени директно във външните части.

След процеса на запояване има проста последователност от прикачване на механични части. Както беше забелязано по -горе, трябва да поставите 4 винта (използвах такива с диаметър 5 мм) в ъглите, които присъстват на кутията. След това е необходимо да се прикрепят UI части и конектори на задния панел към външния свят. Предпочитан инструмент е пистолет за горещо лепило.

Ще бъде много полезно да проверите дали частите се намират в отпечатаната кутия. Ако всичко изглежда добре, можем да преминем към стъпката за програмиране.

Стъпка 7: Програмиране

Тази стъпка е забавна. Тъй като има различни неща, които трябва да работят, ние ще използваме общо 5 услуги на MCU: Външно прекъсване, SPI периферни устройства, UART за регистриране, таймери за прецизно броене и EEPROM за съхраняване на нашите IR дистанционни кодове.

EEPROM е основен инструмент за нашите съхранявани данни. За да съхранявате IR кодове за дистанционно управление, е необходимо да изпълните последователност от натискане на бутони. След всяка последователност системата ще запомни кодовете, независими от състоянието, или устройството се захранва или не.

Можете да намерите целия проект Atmel Studio 7, архивиран като RAR, в долната част на тази стъпка.

Програмирането се извършва от AVR ISP програмист V2, 0, чрез просто приложение, наречено ProgISP. Това е много приятелско приложение, с пълен потребителски интерфейс. Просто изберете подходящ HEX файл и го изтеглете в MCU.

ВАЖНО: Преди всяко програмиране на MCU се уверете, че всички подходящи настройки са дефинирани в съответствие с изискванията на дизайна. Подобно на вътрешната тактова честота - по подразбиране той има делителния си предпазител активен при фабричните настройки, така че трябва да бъде програмиран при логика HIGH.

Стъпка 8: Сдвояване и тестване

Най -накрая сме тук, след цялата упорита работа, която беше свършена:)

За да се използва устройството правилно, има нужда от последователност на сдвояване, като по този начин устройството ще "запомни" прикрепеното IR дистанционно управление, което ще се използва. Стъпките на сдвояване са следните:

1. Включете устройството, изчакайте инициализацията на основния интерфейс на потребителския интерфейс
2. Натиснете бутона за първи път
3. Преди броячът да достигне нула, натиснете бутона друг път
4. Натиснете подходящ клавиш, който искате да имате конкретна функция, в зависимост от устройството
5. Рестартирайте устройството, уверете се, че то сега отговаря на определените ключове.

И това е!

Надявам се, че ще намерите тази инструкция за полезна, Благодаря за четенето!