Adresowalne butelki na mleko (oświetlenie LED + Arduino): 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

Zmień butelki po mleku PPE w dobrze wyglądające diody LED i użyj Arduino do ich sterowania. Powoduje to recykling wielu rzeczy, głównie butelek po mleku, i zużywa bardzo małą ilość energii: diody LED najwyraźniej rozpraszają mniej niż 3 waty, ale są wystarczająco jasne, aby je widzieć. Chciałem między innymi sprawdzić, czy mogę zrobić elektroniczne światło jest bardziej przyjazne dla człowieka niż większość, a kontrolery obrotowe są dobrym sposobem na zrobienie tego. Butelki na mleko PPE to tani, ale estetyczny sposób na rozpraszanie oświetlenia LED. Zwłaszcza, jeśli można trafić na ładne okrągłe:) Modyfikacja obiektu z oświetleniem LED jest nie tylko ekologiczna, ale też o wiele prostsza niż budowanie mieszkania od podstaw. Ponieważ diody LED są małe, można je umieścić prawie wszędzie i nie wytwarzają dużo ciepła, o ile są rozłożone i działają z odpowiednim napięciem. Ta instrukcja dotyczy głównie fizycznego projektowania i produkcji, a ja jestem zakładam, że masz podstawową wiedzę na temat tworzenia obwodów elektronicznych i oświetlenia LED. Ponieważ dokładne diody LED i zasilacz, których używasz, prawdopodobnie będą się różnić, zajmę się tylko podstawami mojego obwodu pod względem specyfikacji. Postaram się również wskazać przydatne zasoby i wyjaśnić więcej o mikrokontrolerze Arduino i kodzie, który każe im działać w sekwencji. Elektronika podstawowego oświetlenia LED jest naprawdę prosta, podobna do elektroniki w szkole podstawowej, więc prawdopodobnie nie będzie w ogóle zajmie ci dużo czasu.

Krok 1: Narzędzia i materiały

Aby wyprodukować same światła, będziesz potrzebować: Butelki na mleko ŚOI Arkusz z przezroczystego akrylu o grubości 3 mm2 żyłowy kabel elektryczny (lub przewód głośnikowy wystarczy - może być dość lekki, ponieważ będzie pobierał tylko około 12 V i bardzo mały prąd, w zależności od sposobu projektowania Twój obwód). Diody LEDRezystory Lutowane Rurki termokurczliwe Stary transformator (brodawka ścienna dla Amerykanów), plus gniazdo + wtyczka, aby do niego pasować. Pleciony drut miedzianySolidny rdzeń dzwonkowy Opaski zaciskowe Potrzebne narzędzia:WiertłoWycinak do otworów (dopasowany do szerokości zakrętek do butelek z mlekiem - zobacz krok 2)Różne małe wiertłaMłodsza piła do metalu (w zależności od tego, co użyjesz jako obudowy)ŚrubokrętyŚciągacze do przewodówObcinaki boczne/Obcinacz do drutuLutownicaMultimetrTrzecia ręka (niezbędna do zlutowania elementów)Knot do lutowania (w przypadku testowanie/prototypowanie). Możesz też zrobić dla nich coś w rodzaju mieszkania. Wypróbowałem różne sposoby ich zawieszania i oparłem się na wygiętym odcinku rury PCV, podwieszonej pod sufitem z wywierconymi otworami na kable. Próbowałem też przypiąć je do sufitu. Możesz także zawiesić je na kawałku deski zamontowanej na suficie, na rurze, a nawet zrobić dziury w samym suficie, aby pomieścić przewody i zasilić je z poddasza. Krok 5 pokazuje i omawia kilka z tych opcji. Powyższe to wszystko, czego potrzebujesz, aby niektóre światła działały z podstawowym włącznikiem / wyłącznikiem. Aby zapewnić im bardziej zaawansowane funkcje, takie jak zanikanie lub sekwencjonowanie, będziesz potrzebować również wielu komponentów, takich jak tranzystory i mikrokontroler:Adapter Arduino miniMini USB dla powyższego lub przewód FTDL USB do nagłówka. pokazano poniżej, ale więcej o nich i o tym, jak współpracują ze sobą w kroku 6. Istnieje również obudowa na skrzynkę rozdzielczą, która może być dowolna. Widziałem urocze okrągłe pudełko na sakramenty w pokoju japońskim w British Museum, ale nie chcieli mi go mieć. W końcu użyłem białego plastikowego pudełka na karty moo, ponieważ tak dobrze pasuje do tematu:) Mając taki obwód, jest wiele rzeczy, które można zaprogramować arduino do robienia z nim. Lubię oświetlenie kinetyczne, ale uważam, że błyskające lampki choinkowe itp. są krzykliwe i mechaniczne. Ich regularność i konsystencja jest zimna i nieprzyjemna (stworzenie naturalistycznego migotania dobrych świątecznych lampek wymaga pracy). Nie chcę niczego krzykliwego (dosłownie). Chcę pojedynczego, analogowego sterowania światłami, które wydaje się być obsługiwane przez człowieka, które po prostu sekwencjonuje sposób, w jaki się włączają i wyłączają. Kod do tego, w połączeniu z przyjemną w dotyku tarczą i estetycznym aluminiowym pokrętłem sprawia, że jest to przyjemna zabawka.

Krok 2: Wytnij i wywierć pleksiglas

Najpierw wytniemy kilka krążków z pleksiglasu, aby wejść do nakrętek na butelkach po mleku, a następnie wywiercimy otwory, przez które możemy zamontować diody LED i kabel. Używając wycinaka do otworów, wywierć w kawałku drewna. Dociskanie materiału do czegoś takiego podczas cięcia pomoże utrzymać ładną tylną krawędź. Drewno iglaste informuje również, kiedy przeszedłeś całą drogę, ponieważ możesz naprawdę poczuć, jak zmienia się ugryzienie wiertła, gdy dociera do drewna. Gdy dyski będą gotowe, wykonaj otwór we wszystkich zakrętkach butelek z mlekiem, aby dopasować je do środka otwory w pleksiglasie. Trzeba również wywiercić otwory gotowe na okablowanie i diody LED. To, co dokładnie tutaj robisz, zależy od rodzaju zasilacza, którego będziesz używać i jakiego rodzaju obwodów chcesz do niego podłączyć. Mój używa trzech diod LED na światło, które rozmieściłem równomiernie wokół dysku. Potrzebujesz pary otworów, aby przejść przez nogi każdej diody LED, i dwóch otworów wystarczająco dużych, aby przepuścić przez nie dwie żyły twojego kabla. (Patrz zdjęcie z objaśnieniami). Nie użyłem do tego szablonu ani niczego, po prostu zrobiłem to na oko za pomocą wiertarki akumulatorowej, kilku małych bitów i cierpliwości. Czasami dwa otwory byłyby trochę za daleko od siebie lub blisko siebie dla nóg LED, ale jeśli jesteś ostrożny, niewielkie wygięcie pozwoli im dopasować. Jeśli to nie ma jeszcze sensu, nie martw się, następny krok powinien to wyjaśnić.

Krok 3: Zamontuj diody LED

Teraz przełóż diody LED przez otwory, uważając na polaryzację. Zasadniczo zamierzamy je połączyć w łańcuch, z każdą ujemną odnogą jednej diody LED łączącą się z dodatnią odnogą na następnej. Ile takich łańcuchów, jeśli w ogóle, zależy od napięcia używanego zasilacza. Mój ma 12 V, a moje diody LED mają napięcie przewodzenia 3,3, więc 9,9 woltów trzech diod LED to maksimum, jakie mój zasilacz może obsłużyć. Będą również potrzebować rezystora, aby doprowadzić obwód do 12V. Zdecydowanie powinieneś mieć rezystor na każdej butelce, ponieważ jeśli tego nie zrobisz, diody się przepalą lub przynajmniej będą gorące (i jaśniejsze). Próbowałem tego z wczesnym prototypem i działały wystarczająco gorąco bez rezystora, aby stopić PPE zakrętki. Możesz użyć tego poręcznego kalkulatora LED, aby dowiedzieć się, co zrobić z własnym obwodem: https://led.linear1.org/led.wizZrzut ekranu z tego kroku pokazuje dokładnie wartości, z którymi pracowałem, i wynikowy obwód (rezystory są dodawane w następnym kroku). Gdy diody LED przejdą przez otwory i masz pewność, że polaryzacja jest poprawnie, zacznij skręcać przewody razem, jak pokazano w sekwencji obrazów dla tego kroku. Przewody najbliżej otworów na kable pozostają nieskręcone, ponieważ zostaną przylutowane do kabla, a nie do siebie. Rób to ze wszystkimi, upewniając się, że łączysz tylko dodatni z ujemnym, a nie dodatni lub ujemny. Upewniłem się również, że wszystkie te światła są spójne. Patrząc na nie, prąd zawsze płynie z lewej strony, a następnie zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół diod LED, które są uziemione przez lewy otwór.

Krok 4: Elementy lutowane

Teraz musimy wszystko przylutować. Przede wszystkim przylutuj wszystkie pary skręconych przewodów razem, a następnie odetnij nadmiar. Następnie usuń kawałki kabla elektrycznego, a następnie przeciągnij je przez otwory kablowe, które wywierciłeś w każdej płycie. Owiń kable wokół wyprowadzeń LED, tak aby faza (brązowa) biegła do długiego (dodatniego) przewodu LED string. Owiń miedź wokół przewodów, przylutuj ją na miejscu i ponownie odetnij nadmiar przewodu. Podwój przewód przez środkowy otwór, a następnie przesuń zakrętkę butelki w dół przewodu i na dysk. Na drugim końcu przylutuj rezystor o odpowiedniej wartości (w moim przypadku 120 omów) do przewodu dodatniego. Długość twoich kabli zależy od tego, jak zamierzasz zawiesić światła. Jak widać na końcowym obrazie tego kroku, zdecydowałem się na użycie dość krótkich odcinków flexu, ponieważ wiedziałem, że będę je łączyć z dłuższymi odcinkami i tworzyć obudowy, które zakrywają połączenia. Łatwiej też pracować z 12 krótszymi odcinkami niż z 12 znacznie dłuższymi.

Krok 5: Przełączniki i obudowy

W tym momencie masz zestaw lampek zamontowanych w zakrętkach do butelek na mleko i zaprojektowanych do pracy z określonym zasilaczem. Butelki PPE, po usunięciu etykiet i umyciu, po prostu wkręcają się z powrotem w zakrętki i działają jak ładnie wyglądające dyfuzory. Możesz teraz podłączyć światła za pomocą prostej skrzynki przełączników, tak jak ja na początku, lub wybrać zrobić coś bardziej złożonego, na przykład napędzać je przy użyciu tego samego zasilacza, ale także mikrokontrolera, aby robiły ciekawsze rzeczy. Ze względu na ograniczenia czasowe miałem te lampy jako prototyp w różnych fazach rozwoju od około 18 miesięcy, i w tym czasie zamontowałem je na dwa różne sposoby za pomocą trzech różnych skrzynek przełączników. Doposażyłem je również w kilka lepszych diod LED, które dawały nieco bardziej niebieskie światło i miały rozproszone obudowy. Zamiast szczegółów każdego kroku każdej iteracji umieściłem w tym kroku wybór zdjęć z notatkami ilustrującymi każdy z nich. ta instrukcja zajmie się najnowszym (i najfajniejszym) sposobem, jaki wybrałem, aby ich użyć: Zamontowany w plastikowej rurze i kontrolowany indywidualnie.

Krok 6: Mikrokontrola, komponenty, oczyszczanie

Ok, więc świetnie. Mamy teraz działające światła butelek po mleku. Ale kontrola on-off nie jest zbyt interesująca. A co ze ściemnianiem i sekwencjonowaniem? Do tego potrzebujemy mikrokontrolera, a ja użyję Arduino. Będziemy również potrzebować kilku komponentów do pracy z nim, z których niektóre będę sprzątać i przetwarzać ze starego sprzętu. Do prototypowania użyłem standardowego Arduino i upewniłem się, że mogę kodować to, co chciałem (nadal jestem bardzo dużo nowicjusz w tego rodzaju rzeczach): https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimilaAnd kupiłem jeden z tych plus adapter USB, aby przejść w rzeczywistym świetle: https://arduino.cc/en/ Main/ArduinoBoardMini Jeśli jeszcze o nich nie słyszałeś, Arduino to piękne małe platformy do prototypowania, które umożliwiają niedrogie rozpoczęcie nauki o mikrokontrolerach. Język programowania używany do informowania ich, co mają robić, jest również dość przystępny. Na stronie Arduino jest świetne odniesienie, a także kilka dobrych samouczków dla początkujących autorstwa Limora Friedmana: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePagehttps://www.ladyada.net/learn/arduino/So I muszę przeprojektować mój obwód, bardziej złożony, aby pomieścić arduino mini. Chcę, aby mógł je włączać i wyłączać zgodnie z odczytem z potencjometru obrotowego, co oznacza włączenie tranzystorów do obwodu, aby arduino uruchamiało się jako przełączniki. Arduino działa również na 5 V, więc będę musiał wyprodukować regulowane zasilanie 5 V z mojego istniejącego 12 V, chyba że użyję dwóch brodawek ściennych. LM317T pasuje do rachunku; używając tylko kilku rezystorów (szczegóły później) mogę go zmusić do wyprowadzenia odpowiedniej ilości napięcia dla arduino. Oto odniesienie do LM317T: https://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page12.htmDołączyłem kilka zdjęć komponentów poniżej, które w rzeczywistości utworzą całkiem prosty obwód. Dołączyłem też kilka zdjęć starego wzmacniacza, który kupiłem na lokalnym targu za 2 funty. Ma piękne aluminiowe gałki, które najprawdopodobniej kosztowałyby ponad 2 funty za sztukę, a do tego cała masa fajnych potencjometrów i masywnych przełączników. Zbieranie ze starego sprzętu może kosztować kilka naprawdę ładnych starych komponentów. Zobacz zdjęcia, aby uzyskać kilka wskazówek.

Krok 7: Obwód tranzystorowy

Nie mogę po prostu przełączyć świateł przez arduino, ponieważ działają na 12V, a Arduino na 5V. Tranzystory pozwalają mi użyć mniejszego prądu do włączania i wyłączania znacznie większego, bez smażenia Arduino. Za pierwszym razem rozdzieliłem okablowanie dla świateł, oznaczyłem każdy przewód numerem, wiedząc, że do nich wrócę z Arduino w pewnym momencie. Ponieważ używam tranzystorów NPN, które trafiają na koniec obwodu obwodu, będę musiał oddzielić wszystkie te kable i zacząć łączyć ze sobą te +12V. Używając przewodu głośnikowego, trzymałem się konwencji, że każda para w czarne paski będzie pod napięciem, a zwykła ziemia. Dokonywanie i trzymanie się takich konwencji jest ważne, aby później się nie zgubić. Po oddzieleniu wszystkich przewodów wypiłowałem postrzępiony otwór w górnej części rury na okablowanie. Moim zamiarem było zapieczętowanie go białą taśmą gaffer, z okablowaniem i arduino w środku, ale poszło to trochę nie tak, jak zobaczysz później. Pierwszą rzeczą było przetestowanie mojego obwodu. Tranzystor ma trzy piny: kolektor, wyjście napięcia i bazę. Podstawa to ta, z którą Arduino będzie komunikować się za pośrednictwem rezystora 1K, kolektor pobiera prąd z połączenia uziemiającego, a napięcie wyjściowe trafia do ziemi. Test działa. Więcej informacji na temat używania tranzystorów z Arduino znajdziesz tutaj:https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads(Zwróć uwagę na rezystor 1K pomiędzy Arduino a stykiem bazy)tutaj jest też elementarz tranzystorów:https://www.mayothi.com/transistors.htmlW skrócie:

• Przylutuj rezystory do pinów bazy tranzystora
• Oddzielne połączenie uziemiające dla każdego światła i numer, dzięki czemu można je zachować w zrozumiałej kolejności.
• Połącz ze sobą wszystkie połączenia pod napięciem dla świateł, obkurczając spawy po ich zakończeniu (jest to bardzo ważne, ponieważ przewody zostaną włożone z powrotem do rury, byłoby zbyt prawdopodobne, że zwrócą światło po spakowaniu, jeśli zostaną spakowane). nie zostały odpowiednio zaizolowane). Zbuduj spawy do jednego połączenia dla +12v.
• Przylutuj kolektor każdego tranzystora do uziemienia każdego światła, również go obkurczając.
• Użyj krótkich kawałków drutu, aby połączyć ze sobą wszystkie emitery tranzystorów, budując je do jednego połączenia uziemiającego.

Następnie zostaną podłączeni do komunikacji.

Krok 8: Kable komunikacyjne

Odetnij i zdejmij 12 kabli, aby przylutować do rezystorów na pinach bazy tranzystorów. Będą to kable, których arduino używa do komunikacji z tranzystorami. Nie zapomnij o koszulce termokurczliwej. Po umieszczeniu kabli przylutuj je do gniazd pinów, aby pasowały do nagłówków pinów w Arduino Mini. Użyłem pinów 4 - 13 i pinów AD0 (14) i AD1 (15) jako 12 pinów wyjściowych do przełączania tranzystorów. Pinout dla Arduino Mini można znaleźć tutaj: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMiniJeśli przylutujesz przewody komunikacyjne do gniazd pinowych w odpowiedniej kolejności, powinny one być podłączone bezpośrednio do arduino i działać jak zamierzony… mój zrobił. Uff. Po ukończeniu gniazd przeciągnij je na razie przez koniec rury, wraz z połączeniami pod napięciem i uziemieniem, które wcześniej splatałeś. Jeśli masz jakieś zapasowe główki szpilek, ułatwiają one użycie krokodylków, aby sprawdzić, czy wszystko nadal działa. Możesz powiedzieć arduino, aby cały czas ustawiał jedną szpilkę wysoko, a następnie jednym wyprowadzeniem z niej dotykać szpilki dla każdego światła po kolei.

Krok 9: Regulacja napięcia

Ponieważ światła działają z zasilania 12 V, musi być regulator napięcia obniżający go do 5 V dla arduino. Wprowadź LM317T, który daje napięcie wyjściowe w zależności od rezystorów, którymi je wzmacniasz. Różnica między wejściem a wyjściem jest zrzucana jako ciepło, więc czasami te układy scalone wymagają radiatora. Oto samouczek dotyczący LM317: https://www.sash.bgplus.com/lm_317/tutorial-full.htmla oto przydatny kalkulator: https://www.electronics-lab.com/articles/LM317/Kiedy znalazłem odpowiednie wartości, aby uzyskać 5V dla Arduino, lutuję, obkurczam i testuję. 5.07v wychodzi, nieźle. Teraz wiem, że to działa, mogę go przylutować do głównej wiązki przewodów, biorąc 12V, idąc do ziemi i mając trzecie wyjście, które trafi do arduino. Uruchamiam kolejne gniazdo nagłówkowe, umieszczając na nim linię 5v odpowiadającą pinowi 5v na arduino. Podłączam też masę z arduino na tym samym gnieździe. Już prawie czas na przetestowanie.

Krok 10: Programowanie

Muszę najpierw napisać kod do przetestowania, a aby przesłać go do Arduino, muszę podłączyć płytkę stykową, aby podłączyć adapter USB do Arduino Mini. Zobacz przewodnik po Arduino mini tutaj: https://arduino. cc/en/Guide/ArduinoMiniand pinout dla adaptera USB tutaj: https://arduino.cc/en/Main/MiniUSBPo wypróbowaniu sekwencji flashowania z kodem itp. Osadzam się na czymś takim jak debugowany i ulepszony kod na koniec tej instrukcji. Zwróć także uwagę na to, że testy zacisków krokodylkowych stają się coraz ładniejsze, im więcej robi się lutowania. To trochę satysfakcjonujące, a także bardzo warte sprawdzenia, czy każde światło nadal działa na każdym etapie. Testowanie wyłącznie na końcu sprawi, że będziesz zdumiony i nie będziesz wiedział, od czego zacząć, jeśli masz problem.

Krok 11: Okablowanie i skrzynka rozdzielcza

Przejdźmy teraz do kontroli. Ponieważ chcę, aby elementy sterujące były oddzielone od światła, potrzebuję kabla. Obwód potrzebuje połączeń na żywo i uziemienia, a potencjometr będzie potrzebował trzech połączeń. Jeden z nich będzie na żywo z Arduino, jeden z połączeniem z pinem analogowym, którego arduino użyje do odczytu garnka. Drugi to uziemienie, co oznacza, że potrzebuję tylko czterech rdzeni idących do światła. Ponieważ nie mam żadnego kabla czterożyłowego, skręcam razem dwa długie odcinki przewodu głośnikowego. Nie idealnie, ale nieźle. Możesz to łatwo zrobić, jak pokazano na poniższych zdjęciach, zapinając na suwak końce dwóch odcinków kabla, wkładając jeden koniec pod coś wystarczająco ciężkiego, aby go utrzymać, a następnie samodzielnie splatając kable. puste białe plastikowe pudełko na karty moo, które miałem od dłuższego czasu. Niektóre elementy, takie jak gniazdo zasilania, również pochodzą z poprzednich projektów. Zaślepka i opaski na suwak będą służyć jako odciążenie na jasnym końcu kabla. Zaczynam zaznaczać pudełko na garnek, a następnie podłączam kable na jasnym końcu. Zdejmując jedną parę, ale nie drugą, gdy są splecione, można je łatwo zidentyfikować. Jeden z rozebranych przejdzie do masy na potencjometrze w skrzynce elektrycznej, drugi do +12v na gnieździe zasilającym. Pozostałe dwa będą sygnalizować przewody podłączone do innych pinów na potencjometrze. Na drugim końcu jeden z nich przejdzie do pinu analogowego, z którego kod mówi arduino, aby odczytał, a jeden do +5v. Ponownie, wszystkie termokurczliwe, gdy są na miejscu. Zdjęcia powinny lepiej pokazać, jak zrobiłem moją skrzynkę rozdzielczą, która prawie poszła katastrofalnie nie tak. Najpierw spróbowałem go skleić, a plastik wydaje się być odporny na superglue… w końcu posortowałem go, używając kilku gumowych podkładek wewnątrz pudełka, a następnie wkładając kilka śrub obudowy komputera przez wszystkie warstwy pudełka do trzymania je razem i trzymaj garnek na miejscu. Gniazdko wymagało również zapięcia na zamek, ponieważ nie miałem żadnych nakrętek, aby dopasować do niego gwint.

Krok 12: Sekwencyjne światło

Skończone! Więcej zdjęć i wideo już wkrótce, a kod w załączeniu poniżej. Okazało się, że okablowanie jest za duże, aby wszystkie wrócić do rury, co jest niefortunne. Oznacza to, że zarówno LM317, jak i arduino wystają z górnej części rury, ponieważ jest tak zapakowany w przewody i komponenty. Dalsze ich wciskanie zaczęło powodować, że zachowywały się niekonsekwentnie, więc zostawię je na zewnątrz. Ponieważ będzie zwisał z sufitu, wątpię, czy będą szczególnie zauważalne. Jednak wolałbym wymyślić rozwiązanie, które byłoby dobrze wyglądające, jednocześnie obsługując wszystkie obwody. Nieważne, działa tak, jak tego chcę. Proste sterowanie analogowe jest przyjemnie ludzkie. Zauważ w kodzie, że liczby, przy których rzeczy są włączane i wyłączane, nie różnią się jednakowo? To dlatego, że garnek, którego użyłem, okazał się być logiem, a nie liniowym, więc równomierne rozłożenie progów spowodowało, że cała aktywność została zmiażdżona na jednym końcu podróży garnka.

Pierwsza nagroda w Epilog Challenge