نور متحرک و نور شب: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

با داشتن یک شیفتگی که وابسته به وسواس نور است ، تصمیم گرفتم مجموعه ای از PCB های مدولار کوچک را ایجاد کنم که می توانند برای ایجاد نمایشگرهای نور RGB در هر اندازه استفاده شوند. با ساختن مدار چاپی مدولار ، به این فکر افتادم که آنها را به صورت شش ضلعی درآورده و یک صفحه نمایش سه بعدی ایجاد کنم که می تواند برای ایجاد هر چیزی از یک نور شب ساده در اتاق خواب گرفته تا یک نور خلقی که خیلی بی جا نباشد روی میز بنشینم. در یک رستوران درجه یک

البته اشکال دیگری نیز می تواند با استفاده از اصول یکسان ایجاد شود.

در اینجا تعدادی از انیمیشن هایی که در حال حاضر روی نور اجرا می شوند ، آورده شده است.

• آتش
• باران
• مار (یکپارچهسازی با سیستمعامل)
• بازی زندگی
• نوسانات شکل موج
• فانوس دریایی
• الگوهای نخ ریسی (آرایشگاه)

نور در حال حاضر در دو اندازه کوچک (96 LED) و بزرگ (384 LED) ایجاد شده است ، اما می توان آن را در صورت لزوم افزایش داد.

تدارکات

LED های WS2812B - AliExpress

PCB - ALLPCB

پلاستیک برش لیزری 3 میلی متری سیاه - عرضه کننده ورق پلاستیک

رشته چاپ سه بعدی سفید - آمازون

قطعات الکترونیکی - فارنل / نیوآرک

پیچ و مهره M3 و فاصله دهنده های رشته ای - آمازون

آهن لحیم کاری

توستر فر - مونتاژ قطعات روی سطح نصب

مرحله 1: صفحه PCB ها را پانل کنید

برای شروع سفر ، طیف وسیعی از PCB های کوچک را می خواستم که می توانند تعدادی پیکسل LED را در خود جای دهند و به روشی بسیار ساده بدون نیاز به سیم یا کانکتور به هم متصل شوند. من یک طرح بسیار ساده ارائه دادم که اجازه می داد LED های WS2812B به هم زنجیر شوند و سپس زنجیره را به PCB بعدی منتقل کنند.

من سه PCB با ابعاد پیکسل زیر ایجاد کردم.

• 1 x 8 - 9 میلی متر در 72 میلی متر
• 4 * 4 - 36 میلی متر * 36 میلی متر
• 8 * 8 - 72 میلی متر در 72 میلی متر

برای این پروژه فقط از تخته های 4x4 و 8x8 برای ایجاد چراغ استفاده می شود.

چراغ های LED در یک شبکه 9 میلی متری در دو بعد X و Y چیده شده اند که تقریباً گره خورده است ، اما هنگام در نظر گرفتن اتصالات لبه PCB فضای کافی برای کار را فراهم می کند. PCB ها به گونه ای ایجاد می شوند که هنگام اتصال به یکدیگر شبکه LED 9 میلی متری حفظ شود. PCB ها به سادگی با استفاده از لحیم کاری از یک صفحه به صفحه دیگر به یکدیگر متصل می شوند.

هر LED دارای خازن 100nF مختص به خود جهت جداسازی الکتریکی و کمک به تامین جریان LED در صورت تقاضا می باشد.

برای نمایش صفحه پیکسل 4x4 با لایه های مسی بالا و مسی پایین نشان داده شده است تا هم طرح LED و هم طرح اتصال لبه را نشان دهد. علامت گذاری به صفحه ابریشم اضافه شد تا جهت انتقال داده بین اتصالات مشخص شود.

این تخته ها همچنین دارای سوراخ های نصب M3 در زمین 18 میلی متر در 18 میلی متر هستند تا نصب را ساده کرده و اتصالات بین برد را تقویت کنند.

افزودن ورق اکریلیک سفید شیری 3 میلی متری برش لیزری همانطور که در تصویر نشان داده شده است ، اثر پراکندگی خوبی را به LED ها ارائه می دهد.

تخته ها با استفاده از خمیر لحیم کاری روی سطوح زیر مسی با استفاده از استنسیل ساخته شده اند. سپس اجزا را روی تخته قرار دادم تا قبل از پختن در فر توستر جهت درست لحیم کاری جهت صحیح بودن مسیر را بررسی کنم. من این نوع تولید PCB کم هزینه DIY را در چندین مورد دیگر از دستورالعمل های ساختم پوشش داده ام.

هشدار - از هیچ فر که برای غذا برای پخت PCB استفاده می شود استفاده نکنید زیرا ممکن است منجر به آلودگی مواد غذایی شود. من توستر PCB خود را با 10 پوند (15 دلار) در eBay تهیه کردم.

مرحله 2: PCB را کنترل کنید

با انجام LED ها ، من می خواستم توانایی کنترل LED ها را از میکروکنترلر داشته باشم. من شروع به استفاده از نانو آردوینو کردم و این عالی بود ، اما من می خواستم عملکرد بیشتری به نور اضافه کنم و این هک شدن بر روی برد آردوینو بیش از پیش ناخوشایند شد. بنابراین تصمیم گرفتم یک PCB سفارشی دیگر برای هدایت نور ایجاد کنم.

در اینجا برخی از ویژگی هایی که به برد کنترل خود اضافه کرده ام آمده است.

• میکروکنترلر با سرعت بالاتر با ROM و RAM بیشتر.
• سطح منطقی FET به من این امکان را می دهد که LED ها را به صورت جهانی روشن و خاموش کنم - در هنگام روشن شدن و عملکرد کم قدرت مفید است.
• بافر با سرعت بالا برای تبدیل سیگنال 3V3 از میکروکنترلر به 5V برای هدایت LED ها.
• سوئیچ کنید تا کاربر بتواند نور را کنترل کند.
• ترانزیستور عکس - برای افزایش میزان روشنایی LED ها با توجه به سطح نور محیط.
• نظارت بر منبع تغذیه - برای اطمینان از اینکه ما سعی نکردیم جریان بیشتری را از منبع تغذیه تامین کنیم.
• اتصال بلوتوث - HC05/HC06.
• اتصال WIFI - ESP8266.
• اتصال دهنده I2C
• اتصال دهنده توسعه آینده.

شماتیک تخته و لایه های مسی بالا و پایین نشان داده شده است. سند پیوست BillOfMaterials قطعاتی را که در PCB کنترل نصب کرده ام لیست می کند.

سنسور نور برای طراحی بسیار مهم است زیرا روشنایی LED های WS2812B می تواند به سرعت بسیار زیاد به نظر برسد و حتی در روشنایی کامل دردناک باشد. داشتن سنسور نور به مقیاس خودکار روشنایی LED اجازه می دهد ، به این معنی که صفحه نمایش همیشه خوشایند است. در یک اتاق روشن آفتاب روشن است و در عین حال هنوز هم راحت می توانید به عنوان یک نور شب در یک اتاق تاریک تماشا کنید.

دوباره برای ساخت تخته ، خمیر لحیم کاری با استفاده از یک استنسیل استفاده شد ، اجزایی که با موچین به صورت دستی قرار داده می شوند و سپس در فر توستر قابل اعتماد من پخته می شوند.

PCB از منبع تغذیه 5 ولت DC تغذیه می کند ، این منبع می تواند مستقیماً از منبع تغذیه نوع اصلی یا از طریق سوکت شارژر USB 2A تامین شود.

همچنین تلاش قبلی من با استفاده از آردوینو نشان داده شده است.

مرحله 3: اسکلت چاپ سه بعدی

من در ابتدا با استفاده از ورق های پلاستیکی برش لیزری به عنوان پخش کننده اسباب بازی می کردم ، اما این فاصله بسیار زشتی بین هر یک از پانل ها ایجاد کرد. در نهایت چاپ سه بعدی دیفیوزر اطراف را انجام دادم زیرا به من این امکان را داد تا یک بسته زیبا و بدون درز برای شش PCB LED ایجاد کنم. همچنین به من اجازه داد تا ضخامت دیفیوزر را که نمای کلی کلی بسیار واضح تری را ارائه می دهد ، بسیار کاهش دهم.

از نظر داخلی ، شش PCB LED با استفاده از اسکلت چاپ سه بعدی در کنار هم نگه داشته می شوند. این اسکلت به سوراخ های مختلف M3 روی PCB های صفحه نمایش می رود که آنها را در یک الگوی شش ضلعی زیبا نگه داشته است.

اسکلت چاپ سه بعدی همچنین دارای سوراخ هایی است که اجازه می دهد PCB کنترل نزدیک صفحه بالای برش لیزری نصب شود تا دسترسی به سوئیچ امکان پذیر باشد و سنسور نور سطح نور محیط را به خوبی بخواند.

با قرار دادن تخته ها بین اسکلت و دیفیوزر ، می توانم به راحتی تخته ها را با لحیم کاری بین پدهای اتصال PCB به یکدیگر لحیم کنم. کار را با افزودن لحیم به دورترین پد شروع می کنم و سپس نور را در لبه آن می چرخانم تا جاذبه به کار کمک کند که لحیم به پد مجاور منتقل شود. سه اتصال را تکرار کرده و سپس به صفحه بعدی منتقل شوید تا اتصال به صفحه انجام شود. در اتصال ششم بین PCB ها ، من فقط ریل برق و زمین را وصل می کنم و اتصال داده را بدون اتصال وصل می کنم. این دو مسیر جریان دایره ای را برای هر برد فراهم می کند تا قدرت خود را شبیه به نحوه عملکرد یک حلقه برای سیم کشی داخلی خانه شما جمع آوری کند.

همچنین با استفاده از چاپگر سه بعدی چند فاصله گیر وجود دارد که به پانل های برش لیزری بالا و پایین اجازه می دهد تا به خوبی در جای خود نگه داشته شوند.

فایلهای چاپگر سه بعدی با استفاده از Sketchup طراحی شده اند و منبع ضمیمه شده است.

مرحله 4: لیزر برش بالا و پایین

قطعات برش لیزری دارای اشکال شش ضلعی بسیار ساده با سوراخ هایی در محل مناسب پیچ و مهره های نصب هستند.

پنل بالایی دارای یک سوراخ کوچک برای سنسور نور و یک سوراخ بزرگتر دیگر برای سوئیچ فشار است. در حالی که پانل پایینی دارای یک سوراخ برای کابل برق USB و همچنین دو سوراخ کوچک است که می تواند از بند برای ایجاد فشار در کابل استفاده کند.

نقشه های این قسمتها در مرحله قبل در فایل Sketchup گنجانده شده است.

مرحله 5: سیستم عامل

من دستگاه PIC24FJ256GA702 را به عنوان میکروکنترلر اصلی خود انتخاب کردم زیرا با استفاده از نوسان ساز داخلی خود تا 32 مگاهرتز نسبتاً سریع کار می کند و دارای تعداد زیادی حافظه برنامه و RAM برای ایجاد انیمیشن های زیبا است.

برای توسعه سیستم عامل ، از Flowcode استفاده کردم زیرا به من این امکان را می داد که کد را شبیه سازی و اشکال زدایی کنم و به تولید کد کارآمد خوب با سرعت بالا کمک کنم. Flowcode به صورت رایگان و به مدت 30 روز به صورت رایگان در دسترس است و پس از آن می توانید خرید خود را انتخاب کرده یا به سادگی دوباره در دوره آزمایشی ثبت نام کنید. همچنین دارای یک انجمن آنلاین خوب است که مایل به همکاری هستند و در صورت برخورد با دیوارها در طول راه کمک می کنند. با گفتن این که تمام نرم افزارها می توانند با استفاده از Arduino IDE یا موارد مشابه ساخته شوند ، شما فقط توانایی شبیه سازی را از دست می دهید.

من از PICkit 3 برای برنامه ریزی PIC روی برد PCB کنترل خود استفاده کردم. این را می توان در Flowcode ادغام کرد تا از طریق PICkit با یک کلیک ماوس کامپایل و برنامه ریزی کند ، مشابه دکمه بارگیری در Arduino.

میکروکنترلری که من انتخاب کردم دارای EEPROM داخلی نبود که در ابتدا مشکلی ایجاد کرد زیرا می خواستم حالت انیمیشن انتخاب شده فعلی را ذخیره کنم. با این حال ، دارای حافظه فلش قابل برنامه ریزی توسط کاربر بود و بنابراین من توانستم به صورت دورانی به این قابلیت دست پیدا کنم.

برنامه Flowcode که ایجاد کردم ضمیمه شده است. پنجره Properties به شما امکان می دهد اندازه صفحه نمایش مورد استفاده را انتخاب کنید. یعنی 4x4 یا 8x8 و این مجموعه ای از پارامترها مانند تعداد LED ها و غیره را تنظیم می کند که سپس انیمیشن های مختلف را هدایت می کند تا بتوان از یک برنامه در هر دو اندازه صفحه نمایش استفاده کرد.

رابط کاربر برای نور نسبتاً ساده است. کلید را کمتر از سه ثانیه فشار دهید و چراغ به حالت بعدی منتقل می شود. قبل از شروع هر حالت ، شاخص حالت روی هر پنل LED نشان داده می شود. کلید را بیش از سه ثانیه فشار دهید و چراغ خاموش شود. با فشار بیشتر سوئیچ ، نور دوباره روشن و به حالت انتخاب شده قبلی باز می گردد. از دست دادن قدرت نور منجر به از سرگیری عملکرد فعلی چراغ در هنگام بازگرداندن برق ، از جمله وضعیت روشن/خاموش می شود.

در اینجا حالت های مختلف انیمیشن که نور می تواند در حال حاضر با سیستم عامل فعلی انجام دهد ، آورده شده است.

1. اسمیر رنگ - ترکیب رنگ ها در حلقه ها
2. بازی زندگی - شبیه سازی مبتنی بر شکل زندگی
3. الگوهای چرخان - الگوهای متحرک 2 ، 3 یا 4 رنگ
4. موج ساز - امواج سینوسی رنگی
5. رنگ ثابت - شش پانل جداگانه با چرخش رنگ
6. سایه - رنگ پانل متحرک همه/فردی
7. فانوس دریایی - چرخش تک پانل
8. حلقه ها - حلقه های متحرک افقی
9. آتش - جلوه آتش متحرک
10. باران - جلوه باران رنگی متحرک
11. آتش بازی - جلوه آتش بازی متحرک رنگی
12. جابجایی - جلوه متحرک متحرک
13. مار - نبرد مارهای متحرک یکپارچهسازی با سیستمعامل
14. مارها - مارهای متحرک متحرک
15. تصادفی - حالتهای 1 تا 14 با انتقال آهسته (تقریبا 60 ثانیه)
16. تصادفی - حالتهای 1 تا 14 با انتقال سریع (تقریبا 30 ثانیه)

هر حالت دارای یک یا چند عنصر تصادفی از جمله سرعت حرکت و سایر پارامترها است. برخی از حالت ها همچنین دارای عناصر تصادفی هستند که می توانند در طول زمان حرکت کرده یا تغییر کنند و به این ترتیب انیمیشن های پویاتر ایجاد شوند. به عنوان مثال آتش دارای مقدار تصادفی سوخت است که به هر چرخه اضافه می شود و این مقدار دارای محدوده بالا و پایین است. با گذشت زمان ، این محدودیت ها می توانند افزایش یا کاهش داده و اجازه دهند شدت آتش صفحه نمایش را پر کرده یا در چند پیکسل پایینی فرو رود.

مرحله 6: قابلیت اتصال

برد کنترل با استفاده از کابل USB A یا کابل سوکت DC به منبع تغذیه متصل می شود که هر دو را می توان با قیمت های بسیار پایین در سایت هایی مانند eBay خریداری کرد.

برد کنترل با استفاده از یک کانکتور لبه قابل دسترسی و یک کابل سروو روبان استاندارد 3 جهته به سوکت IN وصل نشده صفحه نمایش متصل می شود.

صفحات برش لیزری بالا و پایین با استفاده از پیچ و مهره های سر تخت M3 و فاصله دهنده های رزوه دار M3 در حالت ثابت نگه داشته می شوند.

ارتقاء در آینده

داشتن گزینه ای برای افزودن بلوتوث و WIFI به صفحه کنترل من امکان ارتقاءهای بعدی مانند به روز رسانی انیمیشن و ادغام هوشمند با مواردی مانند آمازون الکسا از طریق خدمات آنلاین مانند ITTT را فراهم می کند. این چیزی است که من در حال حاضر در حال بررسی آن هستم.

بسیار خوب است که بتوانید رنگ لامپ ، حالت متحرک یا حتی نمایش یک پیام متنی را فقط با صحبت با دستیار هوشمند خود تنظیم کنید.

از اینکه به ساختار من نگاه کردید سپاسگزارم و امیدوارم از شما الهام گرفته ام که قدم های من را دنبال کنید یا چیزی مشابه ایجاد کنید.

نفر دوم در مسابقه Make it Glow