توالی سنج LED قابل برنامه ریزی (با استفاده از آردوینو و Adafruit Trellis): 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

پسرانم نوارهای LED رنگی می خواستند تا میزهایشان روشن شود ، و من نمی خواستم از کنترلر نوار RGB کنسرو شده استفاده کنم ، زیرا می دانستم آنها از الگوهای ثابتی که این کنترلرها دارند خسته می شوند. من همچنین فکر کردم که این یک فرصت عالی برای ایجاد یک ابزار آموزشی برای آنها است که می توانند از آنها برای تقویت برنامه نویسی و مهارت های الکترونیکی که من به آنها آموزش داده ام استفاده کنند. این نتیجه است.

من قصد دارم نحوه ساخت این کنترلر ساده و قابل برنامه ریزی نوار LED RGB را با استفاده از Arduino Uno (یا نانو) ، Adafruit Trellis و تعداد انگشت شماری از قطعات دیگر نشان دهم.

Adafruit Trellis یکی از اسباب بازی های جدید مورد علاقه من از Lady Ada و خدمه است. اول از همه ، این فقط 9.95 دلار برای صفحه و 4.95 دلار دیگر برای صفحه کلید دکمه الاستومر سیلیکون است (قیمت این مقاله). این یک ماتریس 16 دکمه 4x4 با قابلیت LED بسیار عالی است. هیچ ال ای دی نصب شده ای به همراه ندارد ، شما باید آنها را تهیه کنید ، اما این به شما این انعطاف را می دهد که رنگ های مورد نظر خود را انتخاب کنید (و هزینه و پیچیدگی را در مقایسه با ساختمان در LED های آدرس پذیر کاهش می دهد). برای ساخت این پروژه مانند پروژه من ، شما به یک مشت LED 3 میلی متری نیاز دارید. من از 2 رنگ قرمز ، 2 سبز ، 2 آبی ، 4 زرد و 6 سفید استفاده کردم.

Trellis از I2C برای برقراری ارتباط استفاده می کند ، بنابراین برای کنترل 16 دکمه و 16 LED تنها به دو پین I/O (داده و ساعت) نیاز دارد.

شما می توانید قسمت سخت افزاری این پروژه را روی یک تخته اولیه اولیه انجام دهید ، به این ترتیب من نمونه اولیه خود را انجام دادم. من به سرعت متوجه شدم که من نیاز به چیزهای تمیزتر و بیشتری دارم که روی میز آنها باشد (تخته آردوینو و تخته اولیه که به هم می خورد بسیار شکننده است) ، بنابراین سپر خودم را برای رانندگی نوارهای LED ساختم. دستورالعمل ها و پرونده های ساخت سپر در آخرین مرحله گنجانده شده است.

درایور از سه MOSFET IRLB8721 و سه مقاومت استفاده می کند. و البته ، شما برای رانندگی به یک نوار LED احتیاج دارید. تقریباً هر نوار LED 12V RGB ساده انجام می دهد. اینها LED های ساده ای هستند ، مانند SMD 5050 ، و آنهایی که آدرس دهی آنها فانتزی نیست (بدون NeoPixels و غیره)-این پروژه دیگری است! شما همچنین به منبع تغذیه 12 ولت به اندازه کافی نیاز دارید تا تعداد LED هایی را که قصد استفاده از آنها را دارید هدایت کنید.

بنابراین ، به طور خلاصه ، در اینجا نیازهای سخت افزاری اولیه برای این پروژه آمده است:

• یکی Arduino Uno یا Nano (این دستورالعمل ها برای Uno با هدرهای زن نصب شده است ، اما نانو روی تخته نان خوب کار می کند) (Adafruit ، Amazon ، Mouser) ؛
• یک عدد تخته Adafruit Trellis و پد دکمه سیلیکونی (Adafruit) ؛
• سه ماسفت IRLB8721 N کانال (Adafruit ، Amazon ، Mouser) ؛
• سه مقاومت 1K (آمازون ، موسر) ؛
• سه مقاومت 220 اهم (آمازون ، موس)
• یک تخته اولیه کوچک (اندازه اول من 1/4 اندازه بود-هر سایزی را که می توانید با آن راحت کار کنید انتخاب کنید) (Adafruit ، Amazon) ؛
• یک نوار LED 12V RGB (SMD 5050) (Adafruit ، Amazon) ؛
• منبع تغذیه 12 ولت - وات مناسب با تعداد LED هایی که قصد رانندگی دارید را انتخاب کنید.

سلب مسئولیت لازم: پیوندهای بالا برای راحتی شما ارائه شده است و تأیید هیچ محصول یا فروشنده نیست. همچنین از خریدهایی که در این پیوندها انجام می شود سود نمی برم. اگر فروشندگانی دارید که دوستشان دارید ، به هر حال از آنها حمایت کنید!

بیایید شروع کنیم…

مرحله 1: سیم درایور را نصب کنید

در اینجا مدار راننده LED است. خیلی ساده است. از MOSFET کانال N IRBLxxx برای هر کانال روی نوار LED استفاده می کند. نوار LED یک آند معمولی است ، به این معنی که +12V به نوار LED ارسال می شود و کانال های قرمز ، سبز و آبی LED با ایجاد زمین در اتصال مربوطه به نوار کنترل می شوند. بنابراین ، ما تخلیه MOSFET ها را به کانال های رنگی LED و منبع را به زمین وصل می کنیم. دروازه ها به خروجی های دیجیتالی آردوینو متصل می شوند و مقاومت ها کششی را ارائه می دهند که اطمینان می دهد هر MOSFET در صورت نیاز به طور کامل روشن یا خاموش می شود.

آردوینو در برخی از خروجی های دیجیتالی خود مدولاسیون عرض پالس را ارائه می دهد ، بنابراین ما از آن خروجی ها (به ویژه D9 ، D10 ، D11) استفاده می کنیم تا شدت هر کانال رنگی کنترل شود.

اگر در مورد نحوه اتصال در ماسفت IRLB8721 گیج شده اید ، یکی را در دست بگیرید و جلویی را که در عکس بالا نشان داده شده است رو به رو کنید. پین سمت چپ (پین 1) دروازه است و به پین خروجی دیجیتال آردوینو و مقاومت متصل می شود (سر دیگر مقاومت باید به زمین متصل شود). پین در مرکز (پایه 2) تخلیه است و به کانال رنگی نوار LED متصل می شود. پین سمت راست (پایه 3) منبع است و به زمین متصل است. اطمینان حاصل کنید که کدام ترانزیستور به کدام کانال رنگی LED متصل می شود.

من وارد جزئیات نحوه لحیم کاری تخته های اولیه نمی شوم. راستش را بخواهید ، من از آن متنفرم و در آن خوب نیستم. اما خوب یا بد ، کار می کند و راهی سریع و کثیف برای انجام یک نمونه اولیه جامد یا یکبار مصرف است. اولین تابلو من اینجا نشان داده شده است.

شما همچنین می توانید این را به صورت نان برید. مطمئناً سریعتر از لحیم کاری همه چیز روی یک تخته اولیه است ، اما کمتر دائمی است.

هنگامی که راننده خود را وصل کردید ، ورودی های دروازه MOSFET را به پین های خروجی دیجیتال آردوینو وصل کنید: D9 برای کانال سبز ، D10 برای کانال قرمز و D11 برای کانال آبی. نوار LED را نیز به برد اولیه خود وصل کنید.

همچنین ، مطمئن شوید که برد راننده شما از زمین خود به یکی از پایه های پایه آردوینو اتصال جداگانه ای دارد.

در نهایت ، برای قدرت LED ، سیم منفی (زمین) منبع تغذیه 12 ولت را به زمین روی برد راننده خود وصل کنید. سپس سیم مثبت منبع تغذیه 12 ولت را به سیم آند نوار LED خود وصل کنید (این یک سیم سیاه روی کابل های من است که در تصویر نشان داده شده است).

در نهایت ، من یک محافظ برد PC طراحی کردم که روی Uno نصب می شود ، و همچنین دارای پشتیبانی نصب برای Trellis است. این محصول نهایی نهایی بسیار بیشتری را ارائه داد. اگر می خواهید این کار را انجام دهید ، ممکن است از تخته اولیه مانند آنچه در اینجا توضیح داده شده صرف نظر کنید و فقط صفحه محافظ را تهیه کنید. که همه در آخرین مرحله توضیح داده شده است.

مرحله 2: LED ها را روی Trellis قرار دهید

برد Trellis دارای پدهای خالی برای LED های 3 میلی متری است که باید آنها را پر کنیم. به نمادهای موجود در لنت ها دقت کنید-یک "+" بسیار ظریف در کنار پد برای تعیین سمت آند وجود دارد. اگر تخته را طوری نگه داشته اید که متن سمت راست باشد ، همچنین یک علامت در بالا و پایین صفحه وجود دارد که توصیه می کند آندهای LED در سمت چپ قرار دارند.

LED های 3 میلی متری خود را به برد لحیم کنید. با نگاه به جلوی صفحه ، متن را در سمت راست به بالا ، کلید سمت چپ بالا/موقعیت LED #1 ، بالا سمت راست #4 ، پایین سمت چپ #13 و پایین سمت راست #16 قرار دهید. در اینجا رنگهایی که در هر موقعیت استفاده کردم (و دلیل آن وجود دارد ، بنابراین توصیه می کنم الگوی من را حداقل در دو ردیف بالا دنبال کنید):

1 - قرمز 2 - سبز 3 - آبی 4 - سفید 5 - قرمز 6 - سبز 7 - آبی 8 - سفید 9 - سفید 10 - سفید 11 - زرد 12 - زرد 13 - سفید 14 - سفید 15 - زرد 16 - زرد 16 - زرد

CC Attribution: تصویر Trellis بالا توسط Adafruit است و تحت مجوز Creative Commons - Attribution/ShareAlike استفاده می شود.

مرحله 3: Trellis را به آردوینو وصل کنید

Trellis دارای پنج پد سیم کشی است ، اما فقط چهار عدد در این پروژه استفاده می شود. Trellis برای برقراری ارتباط با آردوینو (با استفاده از I2C) به SDA و SCL و برای برق 5V و GND نیاز دارد. آخرین پد ، INT ، استفاده نمی شود. پدهای Trellis در هر چهار لبه تخته ظاهر می شود. می توانید از هر نوع پد دلخواه خود استفاده کنید.

یک سیم اتصال محکم را به پدهای 5V ، GND ، SDA و SCL لحیم کنید. سپس سیم 5V را به پین 5V در آردوینو ، GND را به پایه زمین ، سیم SDA را به A4 و سیم SCL را به A5 وصل کنید.

در مرحله بعد ، ما قصد داریم Arduino را قدرتمند کرده و طرح را روی آن بارگذاری کنیم. اکنون زمان مناسبی است که پد دکمه سیلیکونی را روی تخته Trellis قرار دهید. فقط روی تخته می نشیند (به "نوارهای" پایین پد که در سوراخ های روی تخته قرار دارند توجه کنید) ، بنابراین ممکن است بخواهید از چند نوار چسب برای نگه داشتن لبه های پد روی تخته استفاده کنید. اکنون.

CC Attribution: تصویر سیم کشی Trellis در بالا یک نسخه کوتاه شده از این تصویر توسط Adafruit است و تحت مجوز Creative Commons - Attribution/ShareAlike استفاده می شود.

مرحله 4: طرح پروژه را بارگیری کرده و آن را در آردوینو بارگذاری کنید

می توانید طرح را از repo Github من برای این پروژه بارگیری کنید.

پس از دریافت آن ، آن را در Arduino IDE باز کنید ، Arduino را با استفاده از کابل USB متصل کرده و طرح را در Arduino بارگذاری کنید.

اگر طرح بارگذاری شده و Trellis به درستی متصل شده باشد ، هر یک از دکمه های Trellis هنگام فشار دادن باید سه بار سریع چشمک بزند. این نشان می دهد که شما یک دکمه نامعتبر را فشار داده اید ، زیرا سیستم در حالت "خاموش" خود ظاهر می شود ، بنابراین تنها کلید فشاری معتبر برای روشن کردن آن لازم است.

برای روشن کردن سیستم ، دکمه پایین سمت چپ (شماره 13) را حداقل یک ثانیه فشار داده و نگه دارید. وقتی دکمه را رها می کنید ، همه LED ها باید به طور مختصر روشن شوند و سپس دو ردیف پایینی به جز شماره 13 (پایین سمت چپ) خاموش می شوند. سیستم در حال حاضر در حالت روشن و خاموش است.

می توانید از دو ردیف بالا برای روشن و کم نور کردن کانال های LED به عنوان اولین آزمایش استفاده کنید. اگر کار می کند ، خوب است که به مرحله بعدی بروید. اگر نه ، بررسی کنید:

1. منبع تغذیه LED متصل و روشن است ؛

2. MOSFET های برد درایور به درستی سیم کشی شده اند. اگر از همان IRLB8721 استفاده می کنید ، موارد زیر را بررسی کنید:

   • ورودی های سیگنال برد درایور (دروازه های MOSFET ، پین 1 IRLB8721) به Arduino D9 = سبز ، D10 = قرمز ، D11 = آبی وصل شده است (به یادداشت زیر مراجعه کنید) ؛
   • نوار LED به برد راننده و کانالهای رنگی LED به درین های MOSFET وصل شده است (پین 2 IRLB8721) ؛
   • پین های منبع MOSFET (پین 3 IRLB8721) روی صفحه درایور متصل هستند.
3. اتصال زمین بین برد راننده و پایه زمین آردوینو.

در مرحله بعد ، ما با برخی از عملکردهای رابط کاربری pad pad بازی می کنیم.

توجه: اگر کنترلر شما کار می کند اما دکمه های شدت رنگ های مناسب را کنترل نمی کند ، نگران نباشید و سیم کشی مجدد نکنید! فقط وارد Sketch در Arduino IDE شوید و تعاریف پین RED ، GREEN و BLUE را در بالای فایل تغییر دهید.

مرحله 5: عملکردهای اساسی کنترل

اکنون که سیستم روشن شده است ، می توانیم با برخی از دکمه ها بازی کرده و کارها را انجام دهیم.

همانطور که در مرحله قبل گفتم ، هنگام روشن شدن ، سیستم در حالت "بیکار" خود ظاهر می شود. در این حالت ، می توانید از دکمه های دو ردیف بالا برای افزایش و کاهش شدت رنگ هر یک از کانال های قرمز ، سبز و آبی LED استفاده کنید. در صورت استفاده از دکمه های افزایش/کاهش رنگ سفید ، سیستم شدت هر سه کانال را به طور مساوی و در سطوح مساوی افزایش یا کاهش می دهد.

دو ردیف پایینی برای پخش الگوهای از پیش تعیین شده استفاده می شود. این الگوها در EEPROM آردوینو ذخیره می شوند. هنگامی که طرح برای اولین بار اجرا می شود ، می بیند که EEPROM الگوهای ذخیره شده ای ندارد و مجموعه ای از الگوهای پیش فرض را ذخیره می کند. پس از آن ، می توانید این الگوها را تغییر دهید و تغییرات شما در EEPROM Arduino ذخیره می شود و جایگزین الگوی از پیش تعیین شده می شود. این تضمین می کند که الگوهای شما در صورت قطع برق زنده می مانند. عملکرد ویرایش در مرحله بعدی توضیح داده شده است.

در حال حاضر ، هر یک از دکمه های از پیش تعیین شده (هشت دکمه در دو ردیف پایین) را به طور مختصر فشار دهید تا الگوی ذخیره شده برای آن دکمه اجرا شود. وقتی الگو اجرا می شود دکمه چشمک می زند. برای متوقف کردن الگو ، دوباره دکمه الگو را به طور مختصر فشار دهید. در حالی که یک الگو در حال اجرا است ، از دکمه های سفید بالا/پایین در ردیف های بالا می توان برای تغییر نرخ الگو استفاده کرد.

اگر پروژه را برای چند ثانیه تنها بگذارید و هیچ دکمه ای را لمس نکنید ، متوجه کم نور شدن LED ها می شوید. این امر هم برای صرفه جویی در مصرف انرژی و هم برای جلوگیری از روشن شدن بیش از حد Trellis در حالتی است که LED ها سعی در ایجاد آن دارند. با لمس یک دکمه روی Trellis ، دوباره بیدار می شود.

برای خاموش کردن سیستم ، دکمه سمت چپ پایین (شماره 13) را برای یک یا چند ثانیه فشار داده و نگه دارید و رها کنید. نوار Trellis و LED تاریک می شوند.

مرحله 6: ویرایش الگوها در صفحه کلید

همانطور که در مرحله قبل گفتم ، طرح اولیه برای اولین بار هشت الگوی پیش فرض را در EEPROM ذخیره می کند. در صورت تمایل می توانید با استفاده از حالت ویرایش الگو در پد دکمه ، 7 مورد از این الگوها را به چیز دیگری تغییر دهید.

برای ورود به حالت ویرایش الگو ، ابتدا تصمیم بگیرید که برای کدام دکمه می خواهید الگو را ویرایش کنید. شما می توانید هر دکمه ای غیر از دکمه پایین سمت چپ را انتخاب کنید. با فشردن طولانی مدت (نگه داشتن بیش از یک ثانیه) بر روی دکمه الگوی انتخابی ، حالت ویرایش الگو را وارد کنید. پس از آزاد شدن ، دکمه به طور کامل روشن می شود و دو ردیف بالایی شروع به چشمک زدن می کند. این نشان می دهد که در حالت ویرایش هستید.

حالت ویرایش در اولین مرحله الگو شروع می شود و تا زمان خروج از ویرایش یا پایان ویرایش مرحله 16 (حداکثر 16 مرحله در هر الگو) ادامه می یابد. در هر مرحله ، از دکمه های شدت کانال در دو ردیف بالا برای انتخاب رنگ مورد نظر برای آن مرحله استفاده کنید. سپس دکمه الگوی از پیش تعیین شده را کوتاه فشار دهید تا آن رنگ ذخیره شود و به مرحله بعدی بروید. در آخرین مرحله خود ، به جای فشار کوتاه ، فقط کافی است تا از ویرایش خارج شوید.

پس از خروج از ویرایش الگو ، الگو به طور خودکار پخش می شود.

خودشه! شما در حال حاضر یک کنترلر LED RGB دارید که الگوهایی را که می توانید از طریق صفحه کلید برنامه ریزی کنید ترتیب می دهد. می توانید اینجا متوقف شوید ، یا اگر می خواهید نسخه رسمی تری از این پروژه بسازید ، بقیه مراحل را ادامه دهید.

مرحله 7: سخت افزار بهتر: RGB LED Driver Shield and Enclosure

هنگامی که یک نمونه اولیه کار داشتم ، می دانستم که نمی توانم یک Arduino و تخته اولیه را بر روی میز بچه هایم به عنوان یک راه حل دائمی بگذارم. من برای پروژه به یک محفظه نیاز داشتم. من همچنین تصمیم گرفتم که یک تخته راننده بهتر بسازم و فکر کردم که این یک فرصت عالی برای ساخت سپر خودم است.

من طرح کلی کاغذ خود را با وارد کردن آن در ExpressSCH ، یک ابزار رایگان ارائه شده توسط ExpressPCB ، سازنده تخته که عملکردهای کوتاه کوتاه بردهای کوچک رایانه را ارائه می دهد ، تمیز کردم. بیش از یک دهه است که از ExpressPCB در پروژه ها استفاده می کنم ، اما به هر طریقی از هر ابزار و سازنده ای که ترجیح می دهید استفاده کنید.

من چند ویژگی کوچک را به طرح کلی اضافه کردم تا به خوبی به عنوان سپری برای این پروژه عمل کند. پدهای سیم کشی برای اتصال Trellis ، یک جک قدرت ، یک چراغ خلبان و یک کانکتور برای نوار LED اضافه کردم. همچنین یک نقطه برای خازن در سراسر منبع تغذیه اضافه کردم. مدار نهایی در اینجا نشان داده شده است.

من تصمیم گرفتم که قدرت پروژه باید از سپر تامین شود. 12 ولت عرضه شده به سپر هم نوار LED و هم آردوینو را تغذیه می کند. تغذیه آردوینو با اتصال ورودی منبع تغذیه به پین VIN آردوینو ، که دو طرفه است ، تأمین می شود (می توانید در این پین برق آردوینو را تأمین کنید ، یا در صورت اتصال به آردوینو در جاهای دیگر ، منبع تغذیه را در اختیار شما قرار می دهد. قدرت روی این پین) دیود حفاظتی D1 مانع از برق رسانی مستقیم به آردوینو (به عنوان مثال USB) از تلاش برای تغذیه LED ها می شود.

چرا از پریز برق آردوینو استفاده نمی کنید و فقط 12 ولت را در آنجا وصل می کنید؟ در حالی که می توانستم 12 ولت را به جک تغذیه آردوینو وصل کنم و از پین VIN برای گرفتن این قدرت برای سپر استفاده کنم ، نگران بودم که دیود و آثار D1 آردوینو به حداکثر جریانهای ممکن در رانندگی LED نرسد. نوارها بنابراین ، من تصمیم گرفتم که سپر من قدرت ورودی و تغذیه آردوینو را به عهده بگیرد. من همچنین برای ولتاژ 5 ولت به Trellis احتیاج داشتم ، اما تنظیمات تغذیه داخلی Arduino 5V را در چندین پین تامین می کند ، بنابراین از یکی از آنها برای اتصال استفاده کردم ترلیس این باعث شد که یک مدار تنظیم کننده را روی سپر بگذارم.

سپس PCB را چیدم. من از برخی منابع که برای اندازه گیری دقیق محل قرار گیری پین ها استفاده کردم استفاده کردم تا سرصفحه های Arduino Uno را ملاقات کنم. کمی کوشش و در اولین تلاش مطابقت داشت. در مدار محافظ چیز زیادی وجود ندارد ، بنابراین من فضای زیادی داشتم. من آثار زیادی را برای بارهای LED نشان دادم ، بنابراین ظرفیت حمل جریان زیادی برای نیازهای من وجود خواهد داشت. MOSFET ها را در جایی قرار دادم که بتوان آنها را به صورت مسطح ، با یا بدون هیت سینک نصب کرد. تا اینجای کار ، به تعداد LED هایی که استفاده می کردم ، نیازی به هیت سینک ندارم ، اما در صورت نیاز فضا در آنجا وجود دارد.

من همچنین سوراخ هایی را ایجاد کردم که با سوراخ های نصب بر روی Trellis مطابقت داشت ، به طوری که من می توانم از ایستاده برای نصب Trellis به سپر خود استفاده کنم. با سپر متصل به آردوینو ، و Trellis در حالت ایستاده روی سپر ، همه چیز باید خوب و محکم باشد.

سپس طرح تخته را چاپ کردم و آن را به قطعه ای از فوم چسباندم و قطعات خود را وارد کردم تا مطمئن شوم همه چیز مناسب است. همه چیز خوب است ، بنابراین من سفارش را ارسال کردم.

سپس شروع به کار روی یک محوطه کردم. با استفاده از Fusion 360 ، یک محفظه ساده طراحی کردم که شامل سه برد (Arduino Uno ، shield و Trellis) باشد. سوراخ های موجود در محفظه امکان اتصال به پورت USB آردوینو و البته دسترسی به اتصال نوار LED و محافظت از جک قدرت را فراهم می کند. جک پاور آردوینو توسط محفظه پوشانده شده است تا از عدم استفاده از آن اطمینان حاصل شود. پس از چند نمونه اولیه برای نصب آزمایش ، سرانجام طرحی را به دست آوردم که از آن راضی بودم. من فایل های STL را برای محوطه Thingiverse ارسال کرده ام.

در آینده ، من یک نسخه از برد را که نانو می تواند مستقیماً به آن متصل شود ، انجام می دهم ، این باعث می شود پروژه فشرده تر شود. تا آن زمان ، می توانید از آداپتور Nano to Uno shield مانند این استفاده کنید.

اگر قصد دارید سپر را انجام دهید ، در اینجا مواردی را که علاوه بر قطعات ذکر شده در مرحله 1 به آن نیاز دارید ، مشاهده می کنید:

• برد PC RGB LED Driver Shield (از ExpressPCB یا دیگران ؛ می توانید فایلها را از repo Github من برای پروژه بارگیری کنید) ؛
• دیود 1N4002 ؛
• خازن الکترولیتی شعاعی 100uF 25V (در صورت بار زیاد LED از 220uF یا 470uF استفاده کنید) ؛
• جک قدرت ، PJ202-AH (مدل دارای رتبه 5A).

قسمت های زیر اختیاری است:

• LED 3 میلی متری - هر رنگ ، برای لامپ خلبان (ممکن است حذف شود)
• مقاومت 1500 اهم - فقط در صورت استفاده از لامپ خلبان LED مورد نیاز است