Animowane światło nastrojowe i światło nocne: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Z fascynacją graniczącą z obsesją na punkcie światła postanowiłem stworzyć wybór małych modułowych płytek drukowanych, które można wykorzystać do tworzenia wyświetlaczy świetlnych RGB o dowolnej wielkości. Po stworzeniu modułowej płytki PCB wpadłem na pomysł rozmieszczenia ich w sześciokąt, aby stworzyć wyświetlacz 3D, który można wykorzystać do stworzenia wszystkiego, od prostej lampki nocnej w sypialni po nastrojowe światło, które nie byłoby zbyt nie na miejscu na stole w ekskluzywnej restauracji.

Oczywiście można również tworzyć inne kształty przy użyciu tych samych zasad.

Oto niektóre z animacji aktualnie wyświetlanych na świetle.

• Ogień
• Deszcz
• Wąż (Retro)
• Gra życia
• Oscylacje przebiegu
• Latarnia morska
• Wirujące wzory (Fryzjer)

Światło jest obecnie tworzone w dwóch rozmiarach - małym (96 diod LED) i dużym (384 diody LED), ale można je dowolnie zwiększać.

Kieszonkowe dzieci

Diody LED WS2812B - AliExpress

PCB - ALLPCB

3mm czarne laserowo wycinane tworzywo sztuczne - dostawca arkuszy z tworzywa sztucznego

Białe włókno do druku 3D - Amazon

Komponenty elektroniczne - Farnell / Newark

Śruby M3 i gwintowane dystanse - Amazon

Lutownica

Piekarnik do tostera - montaż elementów do montażu powierzchniowego

Krok 1: Płytki panelowe

Rozpoczynając podróż chciałem mieć szereg małych płytek drukowanych, które mogłyby pomieścić wiele pikseli LED i być połączone ze sobą w bardzo prosty sposób bez potrzeby stosowania dodatkowych przewodów lub złączy. Wymyśliłem bardzo prostą konstrukcję, która pozwalała na łączenie diod LED WS2812B, a następnie przekazywanie łańcucha do następnej płytki drukowanej.

Stworzyłem trzy płytki PCB o następujących wymiarach w pikselach.

• 1x8 - 9mmx72mm
• 4x4 - 36mmx36mm
• 8x8 - 72mmx72mm

W tym projekcie do tworzenia świateł wykorzystywane są tylko tablice 4x4 i 8x8.

Diody LED są ułożone w siatkę 9 mm zarówno w wymiarach X, jak i Y, która jest dość blisko spleciona, ale zapewnia wystarczająco dużo miejsca do pracy, biorąc pod uwagę złącza krawędzi PCB. Płytki drukowane są tak skonstruowane, że po połączeniu ze sobą zachowana jest siatka LED 9mm. Płytki drukowane są po prostu łączone ze sobą za pomocą lutu płynącego z jednej płytki do drugiej.

Każda dioda LED ma swój własny kondensator 100nF do odsprzęgania elektrycznego i dostarczania prądu do diody LED na żądanie.

Pokazano schemat płytki 4x4 pikseli wraz z górną i dolną warstwą miedzi, aby zilustrować układ diod LED i układ złącza krawędziowego. Na sitodruku zostały dodane oznaczenia, aby uwidocznić kierunek przesyłania danych między złączami.

Płyty posiadają również otwory montażowe M3 o rozstawie 18 mm na 18 mm, aby uprościć montaż i wzmocnić połączenia między płytami.

Dodanie laserowo wyciętego 3 mm mlecznobiałego arkusza akrylowego, jak pokazano, zapewnia ładny efekt rozproszonego światła LED.

Płyty zostały wyprodukowane poprzez nałożenie pasty lutowniczej na dolne miedziane podkładki do montażu powierzchniowego za pomocą szablonu. Następnie umieściłem elementy na płycie, sprawdzając ich prawidłową orientację przed pieczeniem w moim piekarniku tosterowym, aby przepuścić lut. Omówiłem ten rodzaj taniej produkcji PCB DIY w kilku innych moich kompilacjach Instructables.

Ostrzeżenie - NIE UŻYWAJ kuchenki, która jest używana do gotowania żywności, do gotowania PCB, ponieważ może to prowadzić do zanieczyszczenia żywności. Dostałem piekarnik z tosterem PCB za 10 funtów (15 USD) na eBayu.

Krok 2: Płytka sterująca

Po wykonaniu diod LED chciałem mieć możliwość sterowania diodami LED z mikrokontrolera. Zacząłem używać Arduino nano i działało to świetnie, ale chciałem dodać trochę więcej funkcjonalności do światła, a to stawało się coraz bardziej niezręczne, aby włamać się na płytę Arduino. Dlatego zdecydowałem się stworzyć kolejną niestandardową płytkę drukowaną do napędzania światła.

Oto niektóre z funkcji, które dodałem do mojej płyty kontrolera.

• Wyższy mikrokontroler z większą ilością pamięci ROM i RAM.
• Poziom logiczny FET, aby umożliwić mi globalne włączanie i wyłączanie diod LED - przydatne podczas włączania i pracy przy niskim poborze mocy.
• Szybki bufor do konwersji sygnału 3V3 z mikrokontrolera na 5V do sterowania diodami LED.
• Przełącznik umożliwiający użytkownikowi sterowanie światłem.
• Fototranzystor - do skalowania jasności diod LED w celu dopasowania do poziomu oświetlenia otoczenia.
• Monitorowanie zasilania - aby upewnić się, że nie próbowaliśmy pobierać więcej prądu, niż może dostarczyć zasilacz.
• Złącze Bluetooth - HC05/HC06.
• Złącze WIFI - ESP8266.
• Złącze I2C.
• Przyszłe złącze rozszerzeń.

Pokazano schemat płytki oraz górną i dolną warstwę miedzi. Załączony dokument BillOfMaterials zawiera listę komponentów, które zamontowałem na płytce sterującej.

Czujnik światła jest dość ważny dla projektu, ponieważ jasność diod LED WS2812B może bardzo szybko stać się zbyt widoczna, a nawet bolesna przy pełnej jasności. Posiadanie czujnika światła umożliwia automatyczne skalowanie jasności LED, dzięki czemu wyświetlacz jest zawsze przyjemny dla oka. Żywe w jasnym, nasłonecznionym pokoju, a jednocześnie wygodne do oglądania jako nocne światło w zaciemnionym pokoju.

Ponownie do budowy płyty nałożono pastę lutowniczą za pomocą szablonu, elementy układano ręcznie pęsetą, a następnie wypiekano w moim zaufanym tosterze.

Płytka zasilana jest z zasilacza 5V DC, który może pochodzić bezpośrednio z zasilacza sieciowego lub z gniazda ładowarki USB 2A.

Pokazano również moją wcześniejszą próbę użycia Arduino.

Krok 3: Szkielet wydrukowany w 3D

Początkowo bawiłem się laserowo wycinanymi plastikowymi arkuszami jako dyfuzorami, ale pozostawiło to dość brzydką szczelinę między każdym z paneli. Skończyło się na wydrukowaniu otaczającego dyfuzora w 3D, co pozwoliło mi stworzyć ładne, bezszwowe opakowanie dla sześciu płytek LED. Pozwoliło mi to również znacznie zmniejszyć grubość dyfuzora, co zapewnia znacznie ostrzejszy obraz.

Wewnętrznie sześć płytek LED LED jest połączonych ze sobą za pomocą drukowanego w 3D szkieletu. Ten szkielet wchodzi do różnych otworów M3 na płytkach drukowanych wyświetlacza, utrzymując je w ładnym sześciokątnym wzorze.

Szkielet wydrukowany w 3D ma również otwory, które umożliwiają zamontowanie płytki kontrolnej blisko górnego panelu wycinanego laserowo, dzięki czemu przełącznik jest dostępny, a czujnik światła zapewnia dobry odczyt poziomu światła w otoczeniu.

Gdy płytki znajdują się między szkieletem a dyfuzorem, mogę łatwo zlutować płytki razem, przepływając lut między podkładkami łączącymi PCB. Zaczynam od dodania lutowia do najdalszego padu, a następnie obracam światło na jego krawędzi, aby grawitacja pomogła w przepływie lutowia do sąsiedniego padu. Powtórz te czynności dla trzech połączeń, a następnie przejdź do następnego połączenia płytki z płytą. Na szóstym połączeniu między płytkami dołączam tylko szyny zasilające i uziemiające, pozostawiając niepodłączone połączenie danych. Zapewnia to dwie okrężne ścieżki prądowe dla każdej płyty, aby zbierać ich moc, podobnie jak działa sieć pierścieniowa dla wewnętrznego okablowania głównego domu.

Używając drukarki 3D, używa się również podkładek dystansowych, które pozwalają na dobre utrzymywanie górnych i dolnych paneli wycinanych laserowo.

Pliki drukarki 3D zostały zaprojektowane przy użyciu programu Sketchup, a źródło jest dołączone.

Krok 4: Laserowo wycinana góra i dół

Części wycinane laserowo mają bardzo proste sześciokątne kształty z otworami we właściwym miejscu na śruby mocujące.

W górnym panelu znajduje się mały otwór na czujnik światła i kolejny większy otwór na włącznik przyciskowy. Podczas gdy dolny panel ma otwór na kabel zasilający USB, a także dwa małe otwory umożliwiające użycie opaski zaciskowej w celu odciążenia kabla.

Rysunki tych części są zawarte w pliku Sketchup w poprzednim kroku.

Krok 5: Oprogramowanie układowe

Wybrałem urządzenie PIC24FJ256GA702 jako mój główny mikrokontroler, ponieważ działa dość szybko z częstotliwością do 32 MHz przy użyciu wewnętrznego oscylatora i ma mnóstwo dostępnej pamięci programu i pamięci RAM do tworzenia ładnych animacji.

Do opracowania oprogramowania użyłem Flowcode, ponieważ pozwolił mi na symulację i debugowanie kodu, co pomogło w stworzeniu ładnego, wydajnego kodu, który działa z dużą prędkością. Flowcode jest dostępny za darmo, całkowicie odblokowany przez 30 dni, po czym możesz dokonać zakupu lub po prostu ponownie zarejestrować się w wersji próbnej. Ma również miłą społeczność online, która jest chętna do włączenia się i pomocy, jeśli po drodze trafię na jakiekolwiek ściany. Mówiąc to, całe oprogramowanie może być wykonane przy użyciu Arduino IDE lub podobnego, po prostu stracisz możliwość symulacji.

Użyłem PICkit 3 do zaprogramowania PIC na mojej płytce sterującej. Można to zintegrować z Flowcode, dzięki czemu kompiluje i programuje za pomocą PICkit jednym kliknięciem myszy, podobnie jak przycisk pobierania w Arduino.

Wybrany przeze mnie mikrokontroler nie miał wbudowanej pamięci EEPROM, co początkowo było problemem, ponieważ chciałem zapisać aktualnie wybrany tryb animacji. Miał jednak programowaną przez użytkownika pamięć flash, dzięki czemu udało mi się osiągnąć tę funkcjonalność w okrężny sposób.

Stworzony przeze mnie program Flowcode jest załączony. Okno właściwości pozwala wybrać rozmiar używanej tablicy wyświetlacza. tj. 4x4 lub 8x8, a to ustawia ładunek parametrów, takich jak liczba diod LED itp., które następnie napędzają różne animacje, dzięki czemu jeden program może być używany na obu rozmiarach wyświetlacza.

Interfejs użytkownika dla światła jest dość prosty. Naciśnij przełącznik na mniej niż trzy sekundy, a światło przejdzie do następnego trybu. Przed rozpoczęciem każdego trybu na każdym panelu LED wyświetlany jest indeks trybu. Naciśnij włącznik na dłużej niż trzy sekundy, a światło zgaśnie. Kolejne naciśnięcie przełącznika spowoduje ponowne włączenie światła i powrót do poprzednio wybranego trybu. Utrata zasilania światła spowoduje wznowienie jego bieżącej pracy po przywróceniu zasilania, w tym stan włączenia/wyłączenia.

Oto różne tryby animacji, które światło może obecnie wykonywać z obecnym oprogramowaniem.

1. Rozmazywanie kolorów - Mieszane kolory w pierścieniach
2. Gra w życie - symulacja oparta na formach życia
3. Wirujące wzory - Animowane wzory w 2, 3 lub 4 kolorach
4. Generator fal - Kolorowe fale sinusoidalne
5. Naprawiono kolor - sześć pojedynczych paneli obracających się kolorami
6. Klosz - animowane kolory paneli Wszystkie/Indywidualne
7. Latarnia morska - Obrotowy pojedynczy panel
8. Pierścienie - Animowane pierścienie poziome
9. Ogień - animowany efekt ognia
10. Deszcz - animowany kolorowy efekt deszczu
11. Fajerwerki - Animowany efekt kolorowych fajerwerków
12. Przesunięcie – animowany efekt przewijania
13. Snake - Animowane bitwy węża w stylu retro
14. Węże - Animowane wirujące węże
15. Losowe – tryby 1 do 14 z wolnym przejściem (około 60 sekund)
16. Losowe – tryby od 1 do 14 z szybkim przejściem (około 30 sekund)

Każdy tryb ma jeden lub więcej losowych elementów, w tym szybkość animacji i inne parametry. Niektóre tryby zawierają również losowe elementy, które mogą się zmieniać lub zmieniać w czasie, co pozwala na bardziej dynamiczne animacje. Na przykład ogień ma losową ilość paliwa, która jest dodawana w każdym cyklu, ta ilość ma ustalone górne i dolne limity. Z biegiem czasu limity te mogą się zwiększać lub zmniejszać, pozwalając intensywności ognia na wypełnienie ekranu lub obniżenie się do kilku dolnych pikseli.

Krok 6: Łączność

Płytka sterująca jest podłączona do zasilania za pomocą kabla USB A lub kabla z gniazdem DC, które można kupić w bardzo niskich cenach na stronach takich jak eBay.

Płytka sterująca jest podłączona do niepodłączonego gniazda IN płytki wyświetlacza za pomocą dostępnego złącza krawędziowego i standardowego 3-drożnego kabla taśmowego serwo.

Górne i dolne płyty wycinane laserowo są następnie utrzymywane na miejscu za pomocą śrub M3 z łbem stożkowym ściętym i gwintowanych przekładek dystansowych M3.

Przyszłe aktualizacje

Możliwość dodania Bluetooth i WIFI do mojej tablicy kontrolnej pozwala na przyszłe aktualizacje, takie jak aktualizacje animacji i inteligentną integrację z takimi rzeczami, jak Amazon Alexa za pośrednictwem usług online, takich jak ITTT. To jest coś, nad czym aktualnie się zastanawiam.

Fajnie byłoby móc ustawić kolor lampy, tryb animacji czy nawet wyświetlić smsa po prostu rozmawiając ze swoim inteligentnym asystentem.

Dziękuję za obejrzenie mojej konstrukcji i mam nadzieję, że zainspirowałam Cię do pójścia w moje ślady lub stworzenia czegoś podobnego.

Drugie miejsce w konkursie Make it Glow