Буркан от светулки: 18 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Този проект използва зелени светодиоди за повърхностно монтиране заедно с микроконтролер AVR ATTiny45, за да симулира поведението на светулките в буркан. (забележка: поведението на светулката в този видеоклип е значително ускорено, за да бъде по -лесно да се представи в късометражен филм. Поведението по подразбиране има значително по -голяма разлика в яркостта и забавянето между пусканията.)

Стъпка 1: За този проект

Вдъхновението за този проект идва от това, че никога не съм живял в район, където светулките бяха често срещани, и бях дълбоко очарован, когато ги срещна по време на пътуванията си. Моделите на светкавицата са дигитализирани от данните за поведенческите изследвания на светулките, намерени онлайн и са моделирани в Mathematica, така че да могат да се генерират вариации на скоростта и интензивността. Крайният изход е трансформиран от функция за лекота и е записан в заглавни файлове като 8-битови PWM данни. Софтуерът е написан на avr-gcc C и изходният код е предоставен заедно с предварително компилиран.hex за удобство. Кодът е значително оптимизиран за ефективност и минимизиране на консумацията на енергия. Прогнозите за сурово време на работа прогнозират, че батерията 3V CR2450 на 600 mAh трябва да издържи между 4 и 10 месеца, в зависимост от използвания модел на песента. В момента източникът идва с два модела, song1 и song2, с song2 по подразбиране. Очакваното време на изпълнение на Song2 е 2 месеца, на song1 е 5 месеца. Този проект включва сравнително голямо количество запояване на ниво повърхностно монтиране. Дизайнът на схемата обаче е тривиален и фактът, че можем да използваме стандартна SMD прототипна платка, вместо да правим персонализирана печатна платка, значително спестява разходите. Би било много лесно да се създаде версия, която да не се монтира на повърхността, като се използва PDIP версията на ATTiny45 и светодиодите през отворите. Цената на електронните компоненти е около $ 10-$ 15 (след изпращане) или така, а времето за сглобяване е включено поръчката от 2 часа.

Стъпка 2: Части

В този раздел изброявам частите, които използвах при изграждането на този проект. В много случаи не се изисква точната част и заместителят ще бъде достатъчен. Например, не се изисква да използвате батерия CR2450 за захранване на веригата, всяко 3V захранване ще бъде достатъчно и CR2450 просто се оказа най -евтината батерия, която открих, която отговаря на изискванията за размер и капацитет, които търсех. -1 микроконтролер AVR ATTiny45V, 8-пинов SOIC пакет (DigiKey част# ATTINY45V-10SU-ND) (вижте бележка 1)-1 дъска за сърфиране 9081 SMD (DigiKey част# 9081CA-ND)-6 зелени светодиода (DigiKey част# 160 -1446-1-ND) (вижте забележка 2)-1 22.0K Ohm 1206 резистор (вижте бележка 3)-2 100 Ohm 1206 резистора (вижте забележка 2)-1 държач за батерия CR2450 (DigiKey част# BH2430T-C-ND) - 1 батерия CR2450 (всеки 3V захранващ блок е достатъчен)- 1 макара с # 38 магнитен проводник (Ngineering.com Част # N5038)- 6 инча или повече от гола тънка жица, използвах оголен проводник, но всичко ще стане

Забележки:#1 - Разликата между ATTiny45V и ATTiny45 е, че ATTiny45V е проектиран да работи на напрежение между 1.8V - 5.5V, докато ATTiny45 иска 2.7V - 5.5V. За този проект единственото значение е, че ATTiny45V евентуално може да работи само малко по -дълго, когато батерията се изтощи. В действителност това вероятно не е така и ATTiny45 може да се счита за взаимозаменяем с ATTiny45V (познайте коя случайно имах под ръка, когато започнах?). Използвайте всичко, което ви попадне под ръка. Също така, ATTiny85 също ще работи добре за малко повече пари.#2 - Замяната на различен модел на LED с различни характеристики на изтегляне на ток ще има отражение върху това кой резистор използвате. Вижте раздела Схема на веригата за повече информация и проверете спецификацията за вашите светодиоди.#3 - Това е само издърпващ се резистор, специфичната стойност не е важна. Просто трябва да е „достатъчно голям“, без да е „твърде голям“. Вижте раздела Схема на веригата за повече информация.

Стъпка 3: Инструменти

Това са инструментите, които използвах: Radio Shack #270-373 1-1/8 "Micro Smooth Clips" clip-on-a stick "-Една от микрогладките клипове, монтирани на пирон или друг вид пръчка. Температура- Регулиран поялник с фин накрайник (използвам цифрова запояваща станция Weller WD1001 с 65 вата желязо и 0,010 "x 0,291" L микро накрайник). При бюджет обаче 15-ватов поялник в стил Radio Shack би трябвало да е добре. Помощ Ръце Мултицет (за изпитване на вериги) Ножици за тел Флукс (харесвам водоразтворимата писалка Kester, налична в HMC Electronics (част# 2331ZXFP)) Припой (колкото по-тънък, толкова по-добре) Пинцети Екзакто нож / острие

Стъпка 4: Монтаж на платка - Част 1 от 3

Подготовка на платката и закрепване на резисторите -

Потопете подложките - склонен съм да флюсирам всичко, дори когато използвам спойка, която вече съдържа поток. Това е особено вярно, когато използвам водоразтворима писалка, тъй като почистването е толкова лесно и писалката улеснява да не се получава флюс навсякъде. Припояване на джъмпер тел през подложки, както е илюстрирано - Последицата от липсата на собствена печатна платка, направена за този проект, е, че трябва да добавим наши собствени шинни проводници. Обърнете внимание и на проводниците на шината на PIN_C, PIN_D и PIN_E. Те не са строго необходими, но изглежда по -чист по този начин и също така ни дава малко пространство за лакти, когато прикрепяме клип към микропроцесора за програмиране. Резистори за запояване към платката - В интернет има редица добри ръководства с примери за запояване на компоненти за повърхностен монтаж. Като цяло искате да започнете, като поставите малко спойка върху една подложка. Като държите компонента в чифт пинсети, загрейте спойката и задръжте едната страна на компонента в спойката, докато тече върху щифта. Искате да запазите компонента на едно ниво с дъската, докато правите това. След това запойте другата страна. Вижте снимката.

Стъпка 5: Монтаж на платка - Част 2 от 3

Запояване на микроконтролера към дъската -Огъване на щифтовете на микроконтролера -Друга последица от липсата на собствена печатна платка е, че трябва да се справим с необичайната ширина на чипа ATTiny45, който е малко по -широк, отколкото удобно ще се побере на дъската за сърф. Простото решение е да огънете щифтовете навътре, така че чипът да стои върху подложките, вместо да седи върху тях. Микроконтролер за спойка към платката - Отново има много водачи за запояване SMD, но резюмето е следното: - Потопете щифтовете на чипът (намирам това за много по-лесно получаване на добра спойка, особено с странната повърхностна топология на тези огънати щифтове)- Дръжте чипа към подложката и изтеглете спойка надолу от квадратната подложка и към първия щифт на чипа (добавете още спойка, ако няма достатъчно на квадратната подложка, но обикновено вече имате достатъчно).- Уверете се, че спойката действително тече нагоре и * върху * щифта. Движението на запояване е нещо като "натискане" на спойката върху щифта.- След като първият щифт е запоен, отидете до щифта на противоположния ъгъл на чипа и запоявайте също така надолу. След като тези два ъгъла бъдат закрепени, чипът трябва да остане здраво на мястото си, а останалите щифтове да станат лесни за завършване. Също така, бъдете много внимателни да запоявате чипа към дъската в правилната ориентация! Ако се вгледате внимателно в чипа, ще видите малко кръгло вдлъбнатина отгоре в един от ъглите. Този отпечатък маркира щифт #1, който иначе съм маркирал като "нулиране" на чипа (вижте диаграмата). Ако сте го запояли в грешна ориентация, обещавам ви, че няма да работи;)

Стъпка 6: Монтаж на платка - Част 3 от 3

Тествайте всички връзки -

Тъй като тук всичко е доста малко, е доста лесно да се направи лоша спойка, която изглежда добре за окото. Ето защо е важно да тествате всичко. Използвайте мултицет и тествайте всички пътища на платката за свързаност. Не забравяйте да тествате всичко, например не докосвайте сондата към подложката, върху която щифтът на чипа изглежда запоен, докоснете самия щифт. Също така тествайте стойностите на съпротивлението на вашите резистори и се уверете, че те съвпадат с очакваните стойности. Малък проблем сега е лесен за коригиране, но се превръща в голямо главоболие, ако бъде открит, след като всички LED нишки са прикрепени.

Стъпка 7: Осъществяване на светодиоден низ Firefly - Част 1 от 4

Подгответе проводниците -

Ngineering.com има добра информация за това как да работите с този магнитен проводник и обхваща калайдисването, както и усукването му, което са две стъпки за направата на светодиоден низ от светулка. Въпреки това никога не съм бил доволен от резултатите от изгарянето на изолацията, както са описани в ръководството, и вместо това се спрях на леко изстъргване на изолацията с бръснач. Напълно възможно е просто да не съм изпълнявал правилно стъпалата на калайдисване (въпреки многото опити) и вашият собствен пробег може да варира. Предпочитам да използвам тел с различна дължина за всяка струна светулка, така че веднъж сглобени да не висят на една и съща „надморска височина“. По принцип изчислявах дължините, които щях да използвам, като изчисля най -късата струна (въз основа на измерването на буркана, който щях да използвам), най -дългата низ и разделям интервала между тях по равно на 6 измервания. Стойностите, които получих за стандартен буркан с желе с широка уста, са: 2 5/8 ", 3", 3 3/8 ", 3 3/4", 4 1/8 ", 4 5/8". Преместете единия край на всеки проводник, излагащ на милиметър или по -малко. Използвайки метода на самобръсначката, внимателно изстържете изолацията, като леко плъзнете острието по проводника. Завъртете жицата и повторете, докато инсултацията не бъде отстранена. Използвайки този метод, ми е трудно да отлепя само милиметър тел, така че просто отрязах излишъка.

Стъпка 8: Изработване на светодиоден низ Firefly - Част 2 от 4

Подготовка на светодиода -

Използвайки микроклип, вземете LED, така че долната страна да е обърната навън, излагайки подложките. Монтирайте microclip + LED в ръцете за помощ и нанесете флюс върху подложките на LED.

Стъпка 9: Осъществяване на светодиоден низ Firefly - Част 3 от 4

Запояване на светодиода -Използвайки друг микроклип, първо вземете зеления проводник и го монтирайте в ръцете за помощ. Сега идва най -трудната част от проекта, запояване на светодиода. Манипулирайте помагащите ръце, така че откритата част на зеления проводник да лежи леко върху катодната подложка на светодиода. Това е отнемащата време част, която изисква търпение и не може да се бърза. Планирайте ходовете си предварително и действайте бавно и обмислено. Това е основно деликатна работа тип „кораб в бутилка“и не бива да се подценява. Не е нужно обаче да бъдете любимият син на часовникаря, за да издърпате и това, това * е * в сферата на смъртните. Намирам, че е значително по -лесно да се манипулират ръцете на ръцете за помощ, а не самата тел или микроклип. Поставете откритата част на проводника върху катодната подложка и подредете манигиращото си оборудване и осветлението, за да сте сигурни, че можете да видите перфектно какво правите в подготовката за запояване. Използвайки поялник, настроен на около 260 градуса C, вземете много малко петно разтопено спойка върху върха на ютията и много внимателно докоснете върха на ютията до катодната подложка на светодиода. Малко количество спойка трябва незабавно да изтече от върха и върху подложката (благодарение на потока), като по този начин закрепи жицата към подложката. Внимавайте да не изгорите светодиода, като държите ютията към подложката твърде дълго (максимум 3 секунди, когато се прави правилно, имате нужда от по -малко от 0,10 секунди контакт с върха, това е много бързо). За съжаление това, което обикновено се случва тук, е, че чукате жицата от подложката с върха на ютията, принуждавайки ви да преминете през настройването на всичко отново. Поради тази причина трябва да бъдете * много * бавни и нежни с ютията. Склонен съм да поставя лактите си върху работната маса от двете страни на ръцете за помощ и да държа ютията с двете си ръце в хватка тип сепуку, като леко привеждам ютията надолу към подложката. Тази хватка понякога е единственият начин да получа достатъчно контрол. Друг съвет: не пийте тенджера кафе, преди да опитате това. Това става по -лесно с практиката. (Много внимателно) дръпнете зеления проводник, за да проверите дали е здраво закрепен. Освободете проводника от микроклипа и, без да променяте ориентацията на светодиода, повторете процеса с червения проводник, само този път го запоявайте към анодната подложка на светодиода. Тъй като червеният проводник ще лети над катодната (зелена) подложка, важно е да нямате прекалено много открит червен проводник, за да не слезе в контакт с катодната подложка и да не създаде късо съединение.

Стъпка 10: Осъществяване на светодиоден низ Firefly - Част 4 от 4

Завийте проводниците и тествайте -

След като и двата проводника са прикрепени към светодиода, е време да завъртите проводниците. Усукването на проводниците води до по-чист вид, значително увеличава издръжливостта на LED низ и също така намалява броя на деликатни свободно летящи проводници, с които трябва да се справите, когато работите с дъската по-късно. За да усучете проводниците, започнете с монтиране на микроклип в ръцете си за помощ и го прикрепете към двата проводника точно под светодиода. Сега, използвайки друг микроклип (имам го монтиран на пирон, за да улесня този процес), хванете другия край на връвта на около 1,5 инча от края. Внимателно завъртете микроклипса, докато прилагате достатъчно напрежение, за да поддържате проводниците прави, докато проводниците са достатъчно усукани заедно. Склонен съм да предпочитам донякъде стегнато усукване, тъй като това води до низ, който е по -лесно да се поддържа прав. След като нишката е усукана, отстранете около 2-3 мм от свободния край на проводниците и тествайте, като поставите 3 волта през резистор от 100 ома и в краищата на проводниците. Беше ми много трудно да направя добра връзка чрез натискане на сонди в оголените краища на магнитния проводник, така че закрепвам микроклипове върху краищата и вместо това докосвам тези със сондите. Не е нужно да получавате добро твърдо "ВКЛ" от светодиода, за да може низът да премине теста, тъй като дори и с щипките е трудно да се получи добра връзка. Дори няколко трептения са достатъчни, за да преминете. При запояване връзката ще бъде много по -добра. Оставете LED нишката настрана на безопасно място. Повторете този процес за всеки от 6 -те струни.

Стъпка 11: Прикрепване на LED низове към дъската - част 1 от 2

Свържете червените проводници в 3 -жични групи и запоявайте към платката -

След като завършите всичките шест от LED низове и платката, е време да прикрепите струните към платката. Сортирайте LED низовете в две групи по три. За всяка група ще усучем и запояваме трите червени проводника заедно в едно и след това ще го запояваме към дъската. Хванете три от червените проводници между палеца и показалеца. След като полагате специални грижи, за да сте сигурни, че оголените краища на трите проводника се подреждат, микрозакрепете трите проводника близо един до друг и монтирайте микроклипа в ръцете за помощ. Завийте откритите части на проводниците заедно. Това е за да се предотврати разпадането им, докато ги запоявате към дъската. Опаковайте усуканите краища на проводниците със спойка. Използвайте флюс, за да осигурите добър контакт между накрайниците на проводниците (последното нещо, което искате да направите, е да развиете тези три проводника, за да стигнете до такъв, който не поддържа добър контакт). Внимателно запоявайте снопа от червен проводник към далечната странична подложка на PIN_A, така че резисторът да раздели снопа и микроконтролера. Повторете процеса с другите три светодиодни струни, запоявайки снопа към далечната страна на резистора на PIN_B. Сега трябва да имате и двата снопчета с три струни, запоени на дъската, като зелените проводници летят свободно.

Стъпка 12: Прикрепване на LED низове към дъската - част 2 от 2

Свържете зелените проводници в 2-жилни снопове и запойте към дъската, като тествате-Използвайки процес, подобен на начина, по който сте направили червените 3-жилни снопове, свържете зелените проводници заедно в 2-жилни снопове и ги запоявайте към PIN_C, PIN_D, и PIN_E. Като не запояваме сноповете към подложката, най -близо до микроконтролера, ние си даваме повече място за лакти, ако трябва да извършим някаква работа по запояване на микроконтролера или да прикрепим клип за програмиране към платката. След като всички LED низове са запоени към дъска, добра идея е да ги тествате. С 3V източник на захранване, тествайте струните, като поставите положително напрежение върху PIN_A или PIN_B, като внимавате да го поставите * зад * резистора, тъй като 3V ще повреди тези светодиоди без него и ще премести отрицателното напрежение между PIN_C, PIN_D и ПИН_Е. Всяка комбинация от щифтове трябва да доведе до осветяване на LED при сондиране. (Ако вашият чип е вече програмиран в този момент, тогава просто подаване на захранване към платката (VCC и GND) трябва да бъде достатъчно, за да тествате всичките шест светодиода наведнъж. Предоставената програма преминава през всички светодиоди при зареждане.)

Стъпка 13: Подготовка и поставяне на държача на батерията

Вземете проводниците, с които ще закрепите държача на батерията, и ги изрежете по дължина. Склонен съм да използвам следните дължини:

Червен проводник: 2 "Зелен проводник: 2 3/8" Отлепете малко двата края на проводниците и запоявайте единия край на проводника към държача на батерията, а другия край към платката, като внимавате да поправите полярността. Проверете илюстрациите за подробности. Също така, след като сте запоявали проводниците към държача на батерията, може да искате да отрежете щифтовете на него късо, така че да не е толкова неудобно да се прикрепи към капака на буркана.

Стъпка 14: Окончателно сглобяване

До този момент сте сглобили напълно платката и сте прикрепили LED низовете и държача на батерията. Остава само да програмирате чипа и да прикрепите монтажната платка към капака на вашия буркан. Що се отнася до начина на програмиране на чипа, опасявам се, че това е малко извън обхвата на този документ и зависи силно от това на коя платформа на компютър използвате и с каква среда за разработка работите. Предоставих изходния код (написан за GCC), както и компилирани двоични файлове, но да решите какво да правите с тях зависи от вас. За щастие, има много добри ресурси за започване на работа с AVR, ето няколко: https://www.avrfreaks.net/ - Това е предпоследният сайт за AVR. Активните форуми са незаменими. Https://www.avrwiki.com/ - Намерих този сайт доста полезен, когато започнах. Ако има достатъчен интерес, мога да събера комплект, така че хората да не трябва да си цапат ръцете Що се отнася до прикрепването на платката и батерията към капака, вероятно има милион начини да направите това, но не съм сигурен, че все още съм намерил най -добрия. Методите, които опитах, бяха да използвам епоксидна смола или горещо лепило. Вече имах няколко случая на епоксидни дъски, така че не препоръчвам да го използвате. Горещото лепило изглежда работи добре, но не вярвам, че след няколко горещи/студени цикъла ще стане много по -добре от епоксидния. Така че оставям да реша как да прикрепя дъската и държача на батерията към капака и на вас. Все пак ще предложа няколко съвета: - Внимавайте, когато поставяте държача на батерията, двата щифта да не се късат поради металния капак. Някои капаци са изолирани, други не. - https://www.thistothat.com/- Това е уебсайт, който предлага препоръки за лепило въз основа на това, което се опитвате да залепите. За стъкло към метал (най-близкото приближение, което мога да се сетя за силициевата платка) препоръчват "Locktite Impruv" или "J-B Weld". И аз никога не съм ползвал.

Стъпка 15: [Приложение] Схема на веригата

Този раздел описва дизайна на веригата Jar o'Fireflies и има за цел да хвърли светлина върху някои от взетите дизайнерски решения. Не е необходимо да прочетете или разберете този раздел, за да създадете свои собствени светулки. Надяваме се обаче, че ще бъде от полза за всеки, който иска да модифицира или подобри веригата.

Следващата схема описва схемата Jar of Fireflies. По -специално, трябва да се направят няколко бележки относно неговия дизайн: VCC - положителният извод на вашето 3V захранване (т.е. батерия), за тези, които не са запознати с конвенциите за електронно именуване на схеми. GND - по същия начин това отива към отрицателния извод на батерията ви. R1 - 22.0K Ohm резистор - Той се използва като издърпващ се резистор за задвижване на напрежението при височината за нулиране по време на работа, като по този начин предотвратява нулирането на чипа. Схемата всъщност би работила добре, ако този резистор беше просто заменен с проводник. Има обаче една съществена разлика: няма да можете да препрограмирате чипа, след като той е запоен към платката. Причината за това е, че програмистът на чип не би могъл да намали нисковия щифт за нулиране, без да късо съедини към VCC по едно и също време. Това е единствената цел на R1, да позволи на програмист на чип да превключва щифта за нулиране, без да прави късо съединение към VCC. Като такава, стойността на R1 всъщност не е важна, стига да е „достатъчно голяма“(без да е толкова голяма, че изобщо да блокира щифта за нулиране, за да не вижда VCC). Всяка стойност между 5k-100k вероятно е добре. R2, R3 - 100 ома резистори - Стойността на тези резистори зависи от характеристиките на модела на светодиодите, които случайно използвате. Различните светодиоди, дори със същия размер и цвят, имат много различни характеристики, особено що се отнася до това колко ток те черпят и колко светлина произвеждат. Например, моделът на светодиодите, който използвах, е предназначен да извлича около 20mA при 2.0V и 10mA при 3V през резистор от 100 Ohm. Ако трябваше да направя тази схема отново, вероятно щях да избера малко по -голяма стойност за R2, R3. Причината за това е, че ако видях светулка в природата да свети толкова силно, колкото един от тези светодиоди прави при 10mA, бих очаквал да избухне в мокра зелена мъгла милисекунда по -късно. Тоест при 10 mA тези светодиоди светят твърде ярко, за да бъдат реалистични светулки. Това е проблем, който реших в софтуера, като ограничих максималната яркост, при която светодиодите се движат. Ако използвате същата част # LED, която използвах, ще откриете, че софтуерът за светулка вече е настроен на подходяща яркост. В противен случай, освен ако не възнамерявате да промените мащабирането на яркостта в изходния код, може да се окажете, че се връщате назад и се занимавате със стойността на R2, R3, за да намерите стойност, по -подходяща за всеки светодиод, който използвате. За щастие, това не трябва да изисква много усилия, тъй като SMD резисторите са лесни за преработка. PIN_A, B, C, D, E - Това са имена, които произволно съм дал на щифтовете, за да ги различа и визирам пиновете с тези имена в изходния код. Пинове A и B аз наричам "главни" щифтове. Ако не планирате да четете изходния код, това разграничение няма да има значение. Ако планирате да четете изходния код, надявам се, че коментарите, които съм поставил в него, ще опишат в достатъчна степен ролята на главните щифтове и начина на задвижване на светодиодите. Независимо от това, тук е резюмето за начина на управление на светодиодите: Преди да се пусне „песента“на светулка, се взема случайно решение какъв светодиод да се управлява. Това решение започва с избора на „главен“пин, или PIN_A, или PIN_B. Тази селекция стеснява избора на реални светодиоди, които могат да бъдат задвижвани. Ако е избран PIN_A, тогава имаме избор между LED1, LED2 или LED3. По същия начин за PIN_B и другите светодиоди. След като е избран главният щифт, ние на случаен принцип избираме конкретния светодиод, който да се управлява от намаления списък с кандидати. Например, да кажем, че сме избрали PIN_A и LED2. За да включим LED2, караме PIN_A високо и задвижваме PIN_D (щифта, към който е свързана другата страна на LED2) ниско. За да изключим LED2 отново, докато възпроизвеждаме песента, оставяме PIN_A високо и също така задвижваме PIN_D, като по този начин премахваме потенциалната разлика между двете страни на LED2 и спираме тока през него, като го изключваме. Тъй като оставяме PIN_A задвижван постоянно през цялото време, можем също да изберем да играем един от другите два светодиода, LED1 или LED3, напълно независимо. На практика кодът е написан за възпроизвеждане на максимум две песни едновременно (две светлини, светещи едновременно).

Стъпка 16: [Приложение] Изходен код

Файлът firefly.tgz съдържа изходния код и компилирания.hex файл за този проект.

Този проект е създаден с помощта на avr-gcc 4.1.1 (от дървото на портовете на FreeBSD) заедно с avr-binutils 2.17 и avr-libc-1.4.5.

Стъпка 17: [Приложение] Бележки за производството

Снимките в тази инструкция са направени с помощта на компактен цифров фотоапарат Canon SD200 и са обработени (прочетете: спасени) във Photoshop.

(Опитът да се правят снимки на малки обекти, плаващи в космоса със сложни дълбочини на полето, без каквато и да е форма на ръчно фокусиране, може да бъде самият инструктаж. Йерг.)