Parasol LED z Arduino: 14 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Parasol LED z Arduino łączy parasolkę, matrycę LED 8x10 i mikrokontroler Arduino, aby stworzyć kontrolowane, programowalne doświadczenie LED w zaciszu własnego parasola. Ten projekt został zainspirowany Parasolem Elektrycznym autorstwa sockmastera i wieloma instrukcjami dotyczącymi matryc LED na tej stronie, szczególnie tym bardzo kompletnym autorstwa barney_1.

Przygotuj się na podrasowanie mojego parasola! Każdy, kto podejmie się tego projektu, powinien mieć dostęp do standardowych narzędzi do lutowania – szczypce, przecinaki boczne, przecinaki do drutu i ściągacze izolacji, lutownica i lutownica, multimetr – i mieć doświadczenie w pracy z Arduino. Konfiguracja Arduino nie jest trudna, a program zawierający kilka różnych animacji diod LED jest zawarty w tej instrukcji. Film jest w drodze! Przykładowy kod (patrz ostatni krok) również jest w drodze. Kod, który mam, nie wykorzystuje przełącznika przyciskowego i teraz nad tym pracuję.

Krok 1: Części

W tym projekcie jest bardzo mało części i są one w większości ogólne. Można je łatwo uzyskać od wielu sprzedawców internetowych – między innymi Adafruit Industries, DigiKey, Jameco i All Electronics. Zastąp, jak wydaje się rozsądna. Elektronika 1 x Mikrokontroler -- Arduino Diecimilia 1 x Parasol 1 x MIC2981 -- 8-kanałowa tablica sterowników wysokonapięciowych i wysokoprądowych -- 576-1158-ND1 x Protoshield dla Arduino z małą płytką stykową -- Adafruit Industries 80 x LED - możliwych jest wiele opcji 8 x rezystory - zależy od wyboru diody LED i napięcia źródła. Przewód Do tego projektu potrzebna jest duża ilość drutu. Każde żebro parasola ma czarny przewód (dla katod diod LED), a każdy okrąg diod wokół parasola wymaga pełnej długości czerwonego drutu (dla anod diod LED). Niektóre są również konieczne, aby zwrócić końce łańcuchów z powrotem do Arduino. Czarny drut o długości 24 stóp do łańcuchów katodowych (podążać żebrami z powrotem do środka) Czerwony drut o długości 70 stóp do pierścieni anodowych (pierścienie wokół parasola) Różne Standardowe końcówki męskie -- Rurka termokurczliwa 1/16 -- potrzebna jest około 7 stóp rurki Przełącznik dotykowy -- Off-MomPatience …i umiejętności lutowania. Macierz diod LED musi być starannie skonstruowana, a anody i katody zaizolowane od siebie rurkami termokurczliwymi. To może chwilę potrwać.

Krok 2: Refleksje - uprzedzony jest uzbrojony

Parasol Nie używaj swojego najlepszego parasola! Albo nawet najlepszy parasol kogoś innego. Parasol jest zaangażowany w projekt i chociaż możesz wyjąć matrycę LED, nie będziesz chciał tego do czasu, gdy skończysz. Umieszczenie Chociaż diody LED zapewniają spersonalizowane wrażenia pod parasolem, nie są szczególnie widoczne z zewnątrz /nad parasolem. Zastanów się, czy chcesz mieć diody LED na zewnątrz parasola. Byłyby znacznie bardziej widoczne, a instalacja znacznie łatwiejsza. Aby wprowadzić przewody do Arduino, musiałbyś wybić dziury w tkaninie. Styl w tym przypadku przebija wodoodporność. Diody LED Wybierz ładny kolor, zanim poświęcisz dużo czasu na wykonanie tej rzeczy. Diody LED są najwyraźniej tańsze w serwisie eBay niż w katalogach, więc zapoznaj się z dostępnymi opcjami. Przewód Przewód o mniejszej średnicy lub przewód wielożyłowy jest prawdopodobnie lepszy niż stały przewód AWG xxx. Użyłem solidnego drutu, co sprawia, że złożenie parasola jest prawie niemożliwe. Nie użyłbym też czerwonego drutu do pierścieni anodowych. Wybrałbym ciemniejszy kolor, który jest mniej widoczny.

Krok 3: Rozważania projektowe

Arduino Wybrałem Arduino zamiast innego mikrokontrolera Atmel AVR, aby ten projekt był dostępny. Dzięki Arduino nie ma potrzeby projektowania niestandardowej płytki, a programowanie i dostosowywanie jest znacznie łatwiejsze dzięki platformie Arduino. Jedynym minusem Arduino jest to, że jest duży i nie pasuje do parasola. Korzyści jednak przewyższają koszty. Ten projekt jest oparty na Arduino Diecimilia, ale (chyba) pinouty są takie same w nowszych wersjach. W każdym razie, jeśli podejmujesz się tego projektu, upewnij się, że dobrze rozumiesz stany i piny używanego modelu Arduino. Spowoduje to, że wszelkie zmiany między tym, co tutaj opisano, a tym, co musisz zrobić, będą łatwe do wdrożenia. MIC2981 Układ MIC2981 firmy Micrel może zasilać 8 łańcuchów diod LED. Oznacza to, że 8 okrągłych rzędów/pierścieni po dziesięć diod LED otaczających parasol ma anody połączone z MIC2981 (jeden pin zasilający każdy rząd/pierścień), a diody LED w łańcuchach wzdłuż żeber (kolumn) mają katody połączone z pin na Arduino. Pozwala to na to, że 10 diod LED w rzędzie/pierścieniu będzie jednocześnie włączonych z wystarczającym prądem, aby je równomiernie oświetlić. Ten chip nie jest obecnie używany w tym projekcie. Mam w planach użycie go do zasilania i rozjaśnienia pierścieni LED. Proto Shield dla Arduino od AdaFruit Industries Użyłem tego protoshielda z maleńką płytką stykową, abym mógł odłączyć Arduino od parasolki do innych projektów. Maleńka płytka stykowa ma wystarczająco dużo miejsca na połączenia potrzebne do tego projektu.

Krok 4: Makieta

Aby upewnić się, że rozumiem, jak należy wykonać macierz LED, wykonałem macierz 3x3, aby sprawdzić, czy lutowanie i programowanie zadziała. Oni zrobili! Postanowiłem więc kontynuować projekt. Jeśli jesteś pewien, że rozumiesz tablicę LED, pomiń ten krok. W przeciwnym razie zainwestuj kilka diod LED, trochę drutu, folię termokurczliwą i około godziny w wykonanie tablicy 3x3 i przetestowanie jej. Szczegóły tworzenia tablicy znajdują się w poniższych krokach, ale mają zastosowanie do makiety.

Aby utworzyć matrycę LED 3x3, wykonaj i zmodyfikuj kroki Tworzenie matrycy LED, które opisują pełną matrycę. Poniższy przykładowy kod dla makiety nie korzysta z MIC2981 (napisałem go, zanim go miałem:-). Każda dioda LED świeci się po kolei. Działa to dla tablicy 3x3, ale nie skaluje się dobrze. [Właściwie skaluje się dość dobrze do pełnej matrycy, ale diody LED są nieco przyciemnione.]

Krok 5: Tworzenie matrycy LED - przygotowanie części

Diody LED Przygotuj diody LED, zginając ich przewody. Poniżej przedstawiono orientację diod LED z ich płaskimi krawędziami skierowanymi w tym samym kierunku. Wybór jest arbitralny, ale standaryzacja orientacji zmniejsza ryzyko błędu. Trzymaj diodę LED płaską stroną (strona katody) zwróconą w prawo. Zegnij katodę do siebie. To kieruje katody do ziemi, w kierunku, w którym prąd chce płynąć:-). Utwórz zagięcie około 1-2 mm poniżej dolnej części diody LED. Dzięki temu dioda LED będzie dumna z drutu. Anoda zostanie wygięta w lewo po przylutowaniu katod. Zapobiegnie to zamieszaniu podczas lutowania. Dwa przewody powinny tworzyć kąt prosty z katodą skierowaną w Twoją stronę, a anodą skierowaną w Twoją lewą stronę. Rurki termokurczliwe Wytnij dwa kawałki rurki termokurczliwej 1/16 cala o długości 1/2 cala dla każdej diody LED. To sto sześćdziesiąt kawałków i tylko do tego potrzeba około siedmiu stóp. Wytnij dodatkowe osiemnaście (18) kawałków na nagłówki. Drut Przetnij czarne druty w liczbie równej żeberkom na parasolu. Spraw, aby były wystarczająco dłuższe niż żebra, aby było wystarczająco dużo drutu, aby utworzyć nagłówki łączące się z Arduino. Wokół parasola znajduje się 8 pierścieni diod LED (jest to liczba pinów wyjściowych w MIC2981), więc każdy łańcuch lub kolumna katod będzie składać się z 8 diod LED. Rozłóż przewody i zaznacz położenie diod LED wzdłuż żeber. Odstęp w tym miejscu określa odległość między koncentrycznymi pierścieniami. Zdjąć mały kawałek izolacji (około 3 mm) w każdym punkcie. Przeciąć izolację za pomocą szczypiec do zdejmowania izolacji w dwóch miejscach oddalonych od siebie o około jedną czwartą cala. Następnie zgnieć izolację szczypcami i wytnij ją nożem lub wyciągnij palcami. W każdej otwartej przestrzeni umieść niewielką ilość lutowia. Jest to przygotowanie do przylutowania katod LED do tych miejsc.

Krok 6: Tworzenie matrycy LED - łańcuchy katodowe

Pierwszym krokiem do wykonania matrycy LED jest skonstruowanie łańcuchów dla katod LED. W poprzednim kroku przeciąłeś dziesięć (lub liczbę żeberek na parasolu) czarnych przewodów i zdjąłeś izolację w miejscach, w których diody LED są lutowane. W tym kroku przylutujesz katody diod LED.

Umieść małą kroplę lutowia na czubku żelazka. Ustaw diodę LED tak, aby drut przechodził między dwoma przewodami diody LED i przylutuj katodę gorącym żelazkiem. Lut na żelazku i przewodzie powinny płynąć, aby wykonać połączenie. Spalisz palec, a oni cię obezwładnią. Po lutowaniu przytnij anodę tak, aby była jak najkrótsza. Aby zapobiec zwarciom, każde złącze lutowane jest pokryte kawałkiem rurki termokurczliwej. Rurę należy nałożyć po wykonaniu połączenia i przed podłączeniem następnej diody LED (jakieś zamieszanie? wkrótce zrozumiesz:-), więc wsuń kawałek teraz. Podgrzej do skurczenia się na miejscu. Powtórz te czynności dla pozostałych diod LED w łańcuchu i pozostałych łańcuchów. Uwaga W tej instrukcji łańcuchy diod LED podążające za żebrami parasola są określane jako kolumny i każda kończy się na szpilce Arduino. Do tych (czarnych) przewodów przylutowane są katody LED. Pierścienie diod LED, które krążą wokół parasola, są określane jako rzędy i każdy zaczyna się na jednym z pinów wyjściowych MIC2981. Do tych (czerwonych) przewodów przylutowane są anody LED.

Krok 7: Tworzenie matrycy LED - pierścienie anodowe

Ten krok jest najdłuższy i najbardziej frustrujący. Przestrzeń, aby pracować przez kilka dni lub tak długo, jak możesz przejąć stół w jadalni.

Matryca LED jest uzupełniana przez przylutowanie anod diod LED na łańcuchach katod do okrągłych rzędów/pierścieni czerwonych przewodów. Pomiar na tym etapie jest nieco bardziej skomplikowany niż w przypadku łańcuchów katodowych, ponieważ każdy pierścień ma inny promień, a odstępy między diodami LED są różne dla każdego pierścienia. Oblicz prawidłową długość, lokalizując miejsce, w którym każdy pierścień pada na parasolkę i zmierz odległość między żebrami parasola. Wykorzystasz ten pomiar również do określenia odstępu na pierścionku. Pomnóż tę odległość przez liczbę żeber, a następnie oblicz długość powrotu. Każdy pierścień musi mieć powrót do Arduino. Najbardziej zewnętrzny pierścień ma najdłuższy zwrot, a zwroty stają się stopniowo krótsze w miarę zmniejszania się pierścieni. Wytnij osiem (8) kawałków czerwonego drutu o odpowiedniej długości. Podobnie jak w poprzednim kroku, zaznacz przewody w odpowiednich odstępach, zgniataj i usuwaj izolację, a w każdym otworze umieść trochę lutowia. Łańcuchy katod są umieszczone na czerwonych przewodach (dlatego zagięcie w przewodach LED jest nieco niższe). Przylutuj jak poprzednio i nałóż rurkę termokurczliwą na każde złącze przed przejściem do następnego łańcucha. Przyklej na gorąco przewody w tych złączach, aby zabezpieczyć przewody LED przed naprężeniem i pęknięciem. Jest to niezwykle ważne, ponieważ wprowadzenie matrycy do parasola znacznie obciąża stawy. Na końcu tego kroku powinieneś mieć okrągłą tablicę diod LED z dwoma zestawami przewodów (jeden czarny, jeden czerwony) wracającymi do środka koła. W następnym kroku wykonasz nagłówki pinów, aby podłączyć te przewody do Arduino i sterownika.

Krok 8: Tworzenie matrycy LED - gotowa matryca

W tym momencie powinieneś mieć kompletną matrycę LED. Katody przylutowane do czarnych przewodów, anody do czerwonego. Powinien mieć kształt parasola. Twoje palce są prawdopodobnie spalone. Twoja rodzina myśli, że jesteś szalony.

Wersję makiety pokazano poniżej. Pełna wersja jest w najlepszym razie nieporęczna i nie przestałem robić zdjęć. Spójrz na zdjęcia parasola z zainstalowaną matrycą, aby zobaczyć gotową matrycę LED.

Krok 9: Tworzenie matrycy LED - nagłówki pinów i rezystory

Przed przycięciem czerwonego i czarnego przewodu na długość ustal, gdzie i jak zamierzasz przymocować Arduino do parasola. Powinien zmieścić się w otwartej przestrzeni u góry. Po ustaleniu przytnij przewody na odpowiednią długość i przylutuj je do głowic.

Wsuń kawałki rurki termokurczliwej na osiem czerwonych przewodów, przylutuj je do 8-stykowej listwy i obkurcz rurkę termokurczliwą. Upewnij się, że połączenia są wykonane w logiczny sposób. Uważam, że najmniejszy pierścień wewnętrzny jest w rzędzie 1, więc jest przymocowany do pinu 1 na główce i odpowiedniego pinu w MIC2981. Jeśli się pomylisz, możesz albo odlutować przewody, albo poprawić kod. Nie popełnij błędu. [Złożyłem razem przewody anodowe i byłem zbyt leniwy, żeby uporządkować logiczną kolejność. Okazuje się, że jest równie łatwy do kontrolowania w kodzie. Zobacz uwagi w rozdziale o programowaniu.] Podobnie utwórz nagłówki dla łańcuchów katodowych. Tym razem jednak lokalizacje pinów na Arduino dyktują wykonanie dwóch nagłówków. Trzeba też wlutować w linię pojedynczy rezystor. Rezystor zależy od diody LED i napięcia - skonsultuj się z internetowym kalkulatorem rezystora LED, aby uzyskać odpowiednią wartość. Każdy nagłówek powinien mieć pięć (5) pinów. Upewnij się, że połączenia są wykonane w logiczny sposób. Przyklej połączenia na gorąco, ponieważ ulegną zginaniu i naprężeniom. Poniższe zdjęcie przedstawia makietę.

Krok 10: Przełącznik przyciskowy do zmiany programów

Przełącznik przyciskowy służy do przełączania między programami. Wywołuje przerwanie w Arduino, które przesuwa numer programu. Arduino Diecimilia (i inne; sprawdź swoją wersję) mają dwa zewnętrzne przerwania, które można włączyć na cyfrowych pinach 2 i 3 za pomocą funkcji attachInterrupt (przerwanie, funkcja, tryb). Zarezerwować cyfrowy pin 3 dla przełącznika przyciskowego. To pozostawia cyfrowe piny 0, 1 i 2 oraz 4, 5, 6, 7, 8 jako bloki dla pinów anodowych.

Przerwanie jest ustawione na wyzwalanie, gdy pin 3 stanie się niski. Dlatego musi być trzymany wysoko, aż do naciśnięcia przycisku, w którym bolec opada nisko. Wymaga to rezystora podciągającego 10K, aby utrzymać pin wysoki. Zobacz obraz płytki stykowej i przeczytaj o rezystorach pull-up i pull-down.

Krok 11: Deska do krojenia chleba

Ten projekt wykorzystuje Protoshield firmy Adafruit Industries z małą płytką stykową (chociaż każda konfiguracja, która pasuje do parasola, powinna działać). Mała płytka stykowa ma siedemnaście (17) rzędów, a ten projekt wykorzystuje je wszystkie! Zwróć uwagę, że pokazana płytka stykowa nie zawiera MIC2981. Nie mam. Już. Parasol działa bez niego na tyle dobrze, że postanowiłem napisać tę instrukcję, zanim ją zdobędę.

Możliwych jest wiele różnych konfiguracji, więc użyj tego jako przewodnika. Należy jednak zwrócić uwagę na położenie przełącznika przyciskowego. Dwa piny w Arduino można (łatwo) skonfigurować jako przerwania, a do jednego z nich należy podłączyć przełącznik przyciskowy. Zdjęcie poniżej jest BEZ układu MIC2981. Prześlę obraz, gdy dostanę część i odpowiednio zmodyfikuję płytkę prototypową.

Krok 12: Testowanie matrycy LED

To prawdopodobnie za późno, aby rozważyć testowanie, ale lepiej późno niż za późno. Przed zainstalowaniem matrycy LED w parasolu (kolejny krok) podłącz matrycę do Arduino i uruchom poniższy kod testowy. Kod po prostu przechodzi przez każdą diodę LED i testuje ją. Jeśli jakiekolwiek połączenia są złe lub diody LED są uszkodzone, napraw je teraz, gdy wszystko jest dostępne.

Jest to również czas, aby określić, który pin odpowiada danemu wierszowi lub kolumnie. Jeśli byłeś ostrożny podczas tworzenia nagłówków pinów, już wiesz. W przeciwnym razie będziesz musiał to rozgryźć, spowalniając animację i określając, który pin steruje którym wierszem lub kolumną. Ustawiasz tablicę w kodzie, która zawiera numery pinów we właściwej kolejności.

Krok 13: Montaż diod LED w parasolu

Gdy matryca LED jest kompletna, a listwy pinowe i rezystory są na miejscu, nadszedł czas na zakończenie montażu. Matryca LED musi być umieszczona pomiędzy tkaniną parasola a żebrami. Tkanina parasola jest naciągnięta na żebra i zazwyczaj przyszyta w jednym miejscu do każdego żebra. Będzie to musiało zostać nacięte, zanim cała matryca LED będzie mogła zostać wsunięta między żebra a tkaninę. Po ustawieniu matrycy LED ponownie przeszyj to, co wycinasz. To zabezpieczy matrycę w parasolu. Nie szyj ponownie, jeśli uważasz, że możesz chcieć usunąć diody LED. Nie mogę sobie wyobrazić dlaczego.

To bardzo czasochłonny proces. Jeśli jeszcze nie skleiłeś na gorąco wyprowadzeń LED, zrób to teraz. Jeśli tego nie zrobisz, na pewno zepsujesz kilka diod podczas instalacji. Pracowałam z parasolem zwisającym z kija od miotły zawieszonego między dwoma krzesłami (brak zdjęcia:-). Parasol był otwarty grawitacyjnie, a tkanina nie była mocno naciągnięta. Mogłem się poruszać. Zacznij od wsunięcia całej kolumny pod jedno z żeber. Przesuń go i następną kolumnę. Powtarzać. To żmudny proces. Kiedy w końcu ustawisz diody LED, upewnij się, że żebra spoczywają na rurce termokurczliwej. Zminimalizuje to szansę na ścieranie. Parasol nie zamknie się ładnie. Przypuszczam, że powinienem był o tym wspomnieć wcześniej. Chociaż jeszcze tego nie zrobiłem, zamierzam szyć kilka pętli wokół diod LED i w szew tkaniny, aby utrzymać je na miejscu. Przyjrzyj się dokładnie szwom paneli, a zobaczysz kawałek materiału, w który możesz przyszyć.