Arduino Interactive LED սուրճի սեղան ՝ 6 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Ես պատրաստեցի սուրճի ինտերակտիվ սեղան, որը միացնում է լուսադիոդային լույսերը առարկայի տակ, երբ առարկան տեղադրվում է սեղանի վրա: Միայն լուսարձակները, որոնք գտնվում են այդ օբյեկտի տակ, կլուսավորվեն: Դա անում է արդյունավետորեն օգտագործելով հարևանության տվիչները, և երբ հարևանության սենսորը զգում է, որ օբյեկտը բավական մոտ է, այն լուսավորելու է այդ օբյեկտի տակ գտնվող մի հանգույց: Այն նաև օգտագործում է Arduino- ն ՝ անիմացիաներ տեղադրելու համար, որոնք հարևանության տվիչների կարիք չունեն, բայց ավելացնում են իսկապես հիանալի էֆեկտ, որը ես պարզապես սիրում եմ:

Մոտիկության սենսորները կազմված են ֆոտոդիոդներից և IR ճառագայթիչներից: Էմիտերները օգտագործում են ինֆրակարմիր լույսը (որը մարդու աչքը չի տեսնում), որպեսզի սեղանից դուրս շողա լույսը, իսկ ֆոտոդիոդները ստանում են օբյեկտից արտացոլված ինֆրակարմիր լույսը: Որքան ավելի շատ լույս է արտացոլվում (որքան մոտ է օբյեկտը), այնքան ավելի շատ է տատանվում լարման ֆոտոդիոդներից եկող լարումը: Սա օգտագործվում է որպես ցուցանիշ `ասելու, թե որ հանգույցը պետք է լուսավորվի: Հանգույցները ws2812b լեդերի և հարևանության տվիչի հավաքածու են:

Կից տեսանյութը ներկայացնում է կառուցման ամբողջ գործընթացը, մինչդեռ ես ավելի մանրամասն ներկայացնում եմ ստորև:

Պարագաներ

1. ws2812b LED լամպ -
2. 5 Վ էլեկտրամատակարարում -
3. Arանկացած Arduino ես օգտագործել եմ 2560 -ը ՝
4. Ֆոտոդիոդներ
5. IR արտանետիչներ
6. 10 Օմ ռեզիստորներ
7. 1 MOhms դիմադրիչներ
8. 47 pF կոնդենսատորներ
9. CD4051B Մուլտիպլեքսերներ
10. SN74HC595 հերթափոխի գրանցամատյաններ
11. ULN2803A Darlington Arrays
12. Լեդերի համար որպես մեծ տախտակ օգտագործելու ցանկացած հիմք ես օգտագործեցի թղթե կոմպոզիտային տախտակ տնային պահեստից

Քայլ 1: Ստեղծեք տախտակ և տեղադրեք LED- ները

Առաջին բանը, որ ես արեցի, տախտակի ստեղծումն էր, որը կպարունակի լուսարձակներ, որոնք մենք կդնենք սուրճի սեղանի ներսում: Ես օգտագործեցի մի կտոր թղթի կոմպոզիտային տախտակ տնային պահեստից և կտրեցի այն իմ չափած սուրճի սեղանի համապատասխան չափսերին: Տախտակի չափսերը կտրելուց հետո ես բոլոր անցքերը փորեցի, թե որտեղից էին գնում լուսարձակները: Տախտակն ինքնին ուներ 8 տող և 12 սյուն ws2812b լուսատուներով, որոնք իրարից բաժանված էին 3 դյույմ, և դրանք ամրացված էին օձաձև նախշով: Ես նրանց տեղում ամրացնելու համար օգտագործեցի տաք սոսինձ:

Ես նաև ստիպված էի անցքեր բացել այն հանգույցի կենտրոնում. 4 ws2812b լուսարձակներ, որոնք կազմում են քառակուսի, 2 ֆոտոդոդ և 2 IR ճառագայթիչ ՝ դրա կենտրոնում ավելի փոքր քառակուսու մեջ: Այս 4 անցքերը հանգույցի կենտրոնում կլինեն բծերը ֆոտոդիոդների և ir արտանետիչների համար (յուրաքանչյուրից 2 -ը): Ես դրանք փոխարինեցի ՝ առավելագույն լուսավորությունն ապահովելու համար և դրանք տեղադրեցի մոտ 1 դյույմ իրարից յուրաքանչյուր հանգույցի կենտրոնում: Ինձ պետք չէր դրանք սոսնձել տեղում, պարզապես թեքում էի կապանքները մյուս կողմից `համոզվելու համար, որ դրանք մյուս կողմից դուրս չեն գա: Նաև համոզվեցի, որ դրական և բացասական ծայրերը թեքում եմ որոշակի ուղղություններով, որպեսզի դրանք ճիշտ կողմնորոշվեն շղթայում: Բոլոր դրական կապերը գտնվում էին տախտակի հետևի ձախ կողմում, մինչդեռ բոլոր բացասական կապերը գտնվում էին տախտակի աջ կողմում:

Քայլ 2: Հասկացեք շրջանը

Նշում. Բոլոր անիմացիոն գծագրերը ճշգրիտ չեն իրականացման համար (որոշ arduino կապում տարբեր են, և ես մի քանիսը շղթայում եմ, դրա մասին ավելի ուշ): Վերջնական արդյունքը մի փոքր այլ էր ՝ սխեմայի բարդության պատճառով, բայց բոլոր անիմացիոն սխեմաները հիանալի հիմք են ծառայում ՝ հասկանալու համար, թե ինչպես նախատիպավորել յուրաքանչյուր մաս: Հերթական սխեմատիկ սխեման և սխեման այնպիսին է, ինչպիսին այն նախագծում օգտագործվող PCB- ի վրա է:

PCB ծածկագիրը, որը պարունակում է KiCad նախագիծը և gerber ֆայլերը, կարող եք գտնել այստեղ ՝ https://github.com/tmckay1/interactive_coffee_tabl…, եթե ցանկանում եք ինքներդ պատվիրել PCB- ներ և ստեղծել նման նախագիծ: Ես օգտագործել եմ NextPCB տախտակները ստեղծելու համար:

Հիմնականում կան երեք տարբեր սխեմաներ, որոնք կազմում են այս աղյուսակը: Առաջինը մենք մանրամասն չենք անդրադառնա և դա մի պարզ միացում է, որն ուժ է տալիս ws2812b լուսատուներին: PWM տվյալների ազդանշանը Arduino- ից ուղարկվում է ws2812b led լամպերին և վերահսկում է, թե որտեղ ինչ գույներ են ցուցադրվում: Մենք օգտագործում ենք ws2812b լուսարձակներ, քանի որ դրանք անհատապես հասցեական են, ուստի մենք կկարողանանք վերահսկել, թե որ լուսարձակներ միացնել և որոնք անջատել: Ws2812b լուսարձակները սնուցվում են 5 Վ արտաքին էներգիայի աղբյուրից, քանի որ միայն arduino- ն չունի բավարար հզորություն բոլոր լույսերը միացնելու համար: Կցված անիմացիոն դիագրամում նրանք օգտագործում են 330 Օմ քաշող դիմադրություն, սակայն ես դա չեմ օգտագործում իմ կառուցվածքում:

Երկրորդ միացումը միացնում է IR ճառագայթիչները: Այս սխեման օգտագործում է հերթափոխի գրանցամատյան ՝ վերահսկելու darlington զանգվածը, որն ուժ է ուղարկում IR ճառագայթիչներին: Տեղափոխման գրանցամատյանը ինտեգրալ միացում է, որն ունակ է ուղարկել ԲԱՐՁՐ և OWԱOWՐ ազդանշաններ մի քանի կապում միայն փոքր քանակությամբ կապումներից: Մեր դեպքում մենք օգտագործում ենք SN74HC595 հերթափոխի գրանցամատյան, որը կարող է վերահսկվել 3 մուտքից, բայց վերահսկում է մինչև 8 ելք: Արդուինոյի հետ սա օգտագործելու առավելությունն այն է, որ կարող ես շարել մինչև 8 հերթափոխի գրանցամատյաններ անընդմեջ (arduino- ն կարող է կարգավորել միայն դրանցից 8 -ը): Սա նշանակում է, որ arduino- ից ձեզ անհրաժեշտ է ընդամենը 3 կապ, 64 IR ճառագայթիչներ միացնելու և անջատելու համար: Darlington զանգվածը հնարավորություն է տալիս սարքը սնուցել արտաքին աղբյուրից, եթե մուտքային ազդանշանը ԲԱՐՁՐ է, կամ անջատել այդ սարքի սնունդը, եթե մուտքային ազդանշանը OWԱOWՐ է: Այսպիսով, մեր օրինակում մենք օգտագործում ենք ULN2803A darlington զանգված, որը թույլ է տալիս 5 Վ արտաքին էներգիայի աղբյուրին միացնել և անջատել IR ճառագայթիչներից մինչև 8 -ը: Մենք օգտագործում ենք 10 Օմ ռեզիստոր `IR արտանետիչներով շարքով` IR թողարկիչներից առավելագույն հզորություն ստանալու համար:

Երրորդ միացումն օգտագործում է մուլտիպլեքսեր ՝ ֆոտոդիոդներից բազմաթիվ մուտքեր ստանալու համար, և ելքն ուղարկում է տվյալների ազդանշանի մեջ: Multiplexer- ը մի սարք է, որն օգտագործվում է բազմաթիվ մուտքեր վերցնելու համար, որոնցից ցանկանում եք կարդալ, և այդ մուտքերից կարդալու համար անհրաժեշտ է ընդամենը մի քանի կապում: Այն կարող է նաև հակառակն անել (դեմուլտիպլեքս), բայց մենք չենք օգտագործում այստեղ այդ կիրառման համար: Այսպիսով, մեր դեպքում մենք օգտագործում ենք CD4051B մուլտիպլեքսեր `ֆոտոդիոդներից մինչև 8 ազդանշան ընդունելու համար, և մեզ անհրաժեշտ է ընդամենը 3 մուտք` այդ ազդանշաններից կարդալու համար: Բացի այդ, մենք կարող ենք կապել մինչև 8 մուլտիպլեքսեր (arduino- ն կարող է կարգավորել միայն դրանցից 8 -ը): Սա նշանակում է, որ arduino- ն կարող է կարդալ ընդամենը 3 թվային կապում գտնվող ֆոտոդիոդի ազդանշաններից 64 -ը: Ֆոտոդիոդները կողմնորոշված են հակադարձ կողմնակալությամբ, ինչը նշանակում է, որ դրական լարման աղբյուրին ամրացված դրական հոսանքով նորմալ ուղղությամբ կողմնորոշվելու փոխարեն բացասական կապը մենք վերագրում ենք դրական լարման աղբյուրին: Սա արդյունավետորեն ֆոտոդիոդները վերածում է լուսանկարների դիմադրության, որոնք փոխվում են դիմադրության մեջ ՝ կախված այն լուսավորության քանակից, որը նա ստանում է: Այնուհետև մենք ստեղծում ենք լարման բաժանարար ՝ լարման կարդալու համար, որը կախված է ֆոտոդիոդների տարբեր դիմադրությունից ՝ գետնին ավելացնելով բարձր դիմացկուն 1 ՄՀմ ռեզիստոր: Սա թույլ է տալիս մեզ ստանալ ավելի ու ավելի ցածր լարումներ arduino- ի վրա `կախված նրանից, թե որքան IR լույս են ստանում ֆոտոդիոդները:

Ես հետևեցի այս դիզայնի մեծ մասին մեկ այլ անձից, ով դա արեց այստեղ ՝ https://www.instructables.com/Infrared-Proximity-S… Այդ դիզայնի մեջ նրանք ավելացրեցին նաև 47pF կոնդենսատոր, ինչպես մենք ենք անում, 1 ՄՀմ դիմադրության դիմաց: օգտագործվում է ֆոտոդիոդների միջոցով լարման բաժանարար ստեղծելու համար: Պատճառն այն է, որ նա ավելացրել է, քանի որ նա տատանվում և անջատում էր IR ճառագայթիչները PWM ազդանշանով և դա անելով փոքր լարման անկում էր առաջացնում ֆոտոդիոդներից, երբ IR ճառագայթիչներն անմիջապես միացված էին: Սա ստիպեց լուսանկարների դիոդներին փոխել դիմադրությունը նույնիսկ այն դեպքում, երբ այն օբյեկտից ավելի շատ IR լույս չէր ստանում, քանի որ IR ճառագայթիչները կիսում էին նույն 5 Վ էներգիայի աղբյուրը, ինչ ֆոտոդիոդները: Կոնդենսատորը օգտագործվել է համոզվելու համար, որ լարման անկում չկա, երբ IR ճառագայթիչները միացված և անջատված են: Ես ի սկզբանե պլանավորում էի կատարել այս նույն ռազմավարությունը, բայց ժամանակ չունեցա այն փորձարկելու համար, ուստի փոխարենը ես միշտ թողնում էի IR ճառագայթիչները: Ես կցանկանայի դա փոխել ապագայում, բայց քանի դեռ ես չեմ նախագծել ծածկագիրը և միացումը, հենց հիմա PCB- ն նախատեսված է այնպես, որ IR լույսերը միշտ վառվեն, և ես ամեն դեպքում պահում էի կոնդենսատորները: Եթե դուք օգտագործում եք այս PCB դիզայնը, ձեզ պետք չէ կոնդենսատորը, բայց ես պատրաստվում եմ ներկայացնել PCB- ի մեկ այլ տարբերակ, որն ընդունում է հերթափոխի գրանցամատյանում լրացուցիչ մուտք, որը թույլ կտա ձեզ մոդուլացնել և անջատել IR ճառագայթիչները: Սա շատ կխնայի էներգիայի սպառման վրա:

Դուք կարող եք ստուգել նախատիպի տեղադրման համար կցված անիմացիոն դիագրամները `ձեր arduino- ում փորձարկելու համար: Կա նաև յուրաքանչյուր սխեմայի համար ավելի մանրամասն գունավոր սխեմատիկա, որը ուրվագծում է էլեկտրոնային սարքերի կարգավորումը և կողմնորոշումը: Կցված PCB սխեմատիկայում մենք ունենք 4 ընդհանուր սխեմաներ, 2 սխեմաներ, որոնք օգտագործվում են IR ճառագայթիչները միացնելու համար, և 2 սխեմաներ `ֆոտոդիոդներից կարդալու համար: Նրանք կողմնորոշված են PCB- ի վրա ՝ միմյանց կողքին գտնվող 2 խմբերի վրա ՝ 1 IR արտանետիչ միացումից և 1 ֆոտոդիոդային միացումից բաղկացած խմբով, այնպես որ 8 հանգույցի 2 սյունակ կարող են տեղադրվել մեկ հատ PCB- ի մեջ: Մենք նաև շղթայում ենք երկու սխեմաները միասին, ուստի arduino- ի երեք կապում կարող են վերահսկել երկու հերթափոխի գրանցամատյանները, և 3 լրացուցիչ կապում `տախտակի երկու մուլտիպլեքսորները: Կա լրացուցիչ ելքային վերնագիր, որպեսզի կարողանաք շղթայել լրացուցիչ PCB- ներին:

Ահա մի քանի ռեսուրսներ, որոնց ես հետևեցի նախատիպավորման համար.

• https://lastminuteengineers.com/74hc595-shift-regi…
• https://techtutorialsx.com/2016/02/08/using-a-uln2…
• https://tok.hakynda.com/article/detail/144/cd4051be…

Քայլ 3. Wոդման լարերը դեպի հանգույց

Այժմ, երբ հասկանում եք, թե ինչպես է կատարվում միացումը, շարունակեք և լարերը կպցրեք յուրաքանչյուր հանգույցին: Parallelուգահեռաբար զոդեցի ֆոտոդիոդները (դեղին և մոխրագույն լարեր), իսկ հաջորդաբար ՝ արտանետիչները (նարնջագույն մետաղալարեր): Այնուհետև ես զուգահեռաբար միացրեցի ավելի երկար դեղին մետաղալար ֆոտոդիոդներին, որը կցված կլինի 5 Վ լարման աղբյուրին, և կապույտ մետաղալար, որը կցված կլինի PCB- ի ֆոտոդիոդի մուտքին: Ես երկար կարմիր մետաղալարեր կպցրեցի IR ճառագայթման շղթային, որը կօգտագործվի 5 Վ հոսանքի աղբյուրին միացնելու համար և սև մետաղալար, որը միանալու է PCB- ի IR ճառագայթիչի մուտքին: Ես իրականում լարերը մի փոքր կարճ ժամանակով սպառեցի, այնպես որ ես կարող էի վերջում միայն միացնել յուրաքանչյուր սյունակի 5 հանգույց (7 -ի փոխարեն): Ես նախատեսում եմ դա շտկել ավելի ուշ:

Քայլ 4. Sոդեք PCB- ի բաղադրիչները և ամրացրեք այն տախտակին

Նշում. Կցված նկարի PCB- ն իմ պատրաստած առաջին տարբերակն է, որը չունի էներգիայի մուտքեր և ելքեր, ինչպես նաև երիցուկի շղթա յուրաքանչյուր ներքին միացման համար: PCB- ի նոր դիզայնը շտկում է այս սխալը:

Այստեղ դուք պարզապես պետք է հետևեք PCB- ի սխեմատիկային ՝ բաղադրիչները PCB- ին կպցնելու համար, այնուհետև դա անելուց հետո, PCB- ն կպցրեք տախտակին: Ես օգտագործել եմ արտաքին տպատախտակները `5 Վ հզորության ազդանշանը ամրացնելու համար, որը ես բաշխել եմ բոլոր դեղին և կարմիր լարերին: Հետահայաց ՝ ինձ պետք չէին այդքան երկար կարմիր և դեղին լարերը և կարող էի հանգույցները միմյանց միացնել (ընդհանուր արտաքին միացման տախտակին միացնելու փոխարեն): Սա իսկապես կնվազեցնի տախտակի հետևի խառնաշփոթի քանակը:

Քանի որ ես ունեի 8 տող ws2812b լուսարձակներ և 12 սյունակ, ես ավարտեցի 7 տող և 11 սյունակ հանգույցներով (ընդհանուր 77 հանգույց): Գաղափարն այն է, որ PCB- ի մի կողմը օգտագործվի հանգույցների մեկ սյունակի համար, իսկ մյուս կողմը `մյուս սյունակի համար: Այսպիսով, քանի որ ես ունեի 11 սյունակ, ինձ հարկավոր էին 6 հատ PCB (վերջինին անհրաժեշտ էր միայն մեկ բաղադրիչ խումբ): Քանի որ լարերը չափազանց կարճ էի դարձրել, կարողացա կապել միայն 55 հանգույց, 11 սյունակ և 5 տող: Նկարում կարող եք տեսնել, որ ես սխալվեցի և չմշակված լարերը սոսնձեցի տախտակին, ինչը լավ կլիներ, եթե լարերը բավական բարակ լինեին, բայց իմ դեպքում դրանք չափազանց հաստ էին: Սա նշանակում էր, որ ես ունեի քայքայվող մետաղալարերի ծայրերը միմյանց շատ մոտ յուրաքանչյուր IR ճառագայթիչի մուտքի և ֆոտոդիոդի մուտքի համար, ուստի լարերի բոլոր կարճացումներից շատ վրիպազերծումներ էին տեղի ունենում: Ապագայում ես պատրաստվում եմ միակցիչներով միացնել PCB- ն տախտակի լարերին `կարճ շորտերից խուսափելու և իրերը մաքրելու համար:

Քանի որ Arduino- ն կարող է շղթայել միայն մինչև 8 հերթափոխի գրանցամատյաններ և մուլտիպլեքսորներ, ես ստեղծեցի երկու առանձին շղթա, մեկը `առաջին 8 սյունակները, իսկ մյուսը` մնացած 3 սյունակները: Հետո յուրաքանչյուր շղթա կցեցի մեկ այլ pcb- ին, որն ուներ ընդամենը 2 մուլտիպլեքսեր, այնպես որ ես կարող էի կարդալ այդ երկու մուլտիպլեքսերներից ստացվող մուլտիպլեքսերային տվյալների ազդանշանների յուրաքանչյուր շղթա arduino- ում: Այս երկու մուլտիպլեքսորները նույնպես շղթայված էին երիցուկով: Դա նշանակում է, որ arduino- ում օգտագործվել է ընդհանուր առմամբ 16 ելքային ազդանշան և 2 անալոգային մուտք: 1 ելքային ազդանշան ws2812b լուսարձակները վերահսկելու համար, 3 ելքային ազդանշան հերթափոխի մատյանների առաջին շղթայի համար, 3 ելքային ազդանշան մուլտիպլեքսերների առաջին շղթայի համար, 3 ելքային ազդանշան հերթափոխի ռեգիստրների երկրորդ շղթայի համար, 3 ելքային ազդանշան մուլտիպլեքսերների երկրորդ շղթայի համար, 3 ելքային ազդանշան 2 մուլտիպլեքսերների համար, որոնք համախմբում են յուրաքանչյուր PCB տվյալների ազդանշանը, և վերջապես `2 անալոգային մուտք յուրաքանչյուր տվյալների ազդանշանի համար` 2 ընդհանուր մուլտիպլեքսերներից:

Քայլ 5: Վերանայեք օրենսգիրքը

Նշում. Բացի ստորև ներկայացված ինտերակտիվ ծածկագրից, ես օգտագործել եմ երրորդ կողմի գրադարանը `ws2812b լուսադիոդների անիմացիաները պատրաստելու համար: Դա կարող եք գտնել այստեղ ՝

Իմ օգտագործած կոդը կարող եք գտնել այստեղ ՝

Վերևում ես սահմանում եմ arduino կապում, որը միանալու է PCB- ի յուրաքանչյուր հատվածին: Կարգավորման մեթոդում ես սահմանում եմ ելքային կապերը մուլտիպլեքսորների համար, միացնում եմ IR ճառագայթիչները, սահմանում եմ baseVal զանգված, որը հետևում է լուսադիոդի յուրաքանչյուր լուսադիոդի ընթերցմանը և նախաստորագրում FastLED- ը, որը գրելու է ws2812b լուսատուներին: Օղակի մեթոդով մենք վերականգնում ենք led- ների ցանկը, որոնք նշանակված են լինել ws2812b շերտում: Այնուհետև մենք կարդում ենք ֆոտոդիոդների արժեքները մուլտիպլեքսերային շղթաներում և սահմանում ենք ws2812b լուսարձակները, որոնք ենթադրաբար պետք է միացված լինեն, եթե հանգույցում գտնվող ֆոտոդիոդի ընթերցումը գերազանցի որոշակի սահմանված շեմը շրջակա լույսի ընթերցումների բազային արժեքից: Այնուհետև մենք տալիս ենք LED- ները, եթե հանգույցում որևէ փոփոխություն լինի, որը պետք է միացված լինի: Հակառակ դեպքում, այն շարունակում է պտտվել, մինչև որ ինչ -որ բան փոխվի ՝ արագացնելու համար գործերը:

Հավանաբար, ծածկագիրը կարող է բարելավվել, և ես ձգտում եմ դա անել, բայց մոտ 1-2 վայրկյան ուշացում կա, երբ լույսերը միանում են այն բանից հետո, երբ առարկան դրվում է սեղանին: Կարծում եմ, որ հիմքում ընկած խնդիրն այն է, որ FastLED- ը որոշակի ժամանակ է պահանջում սեղանին դրված 96 լուսարձակները մատուցելու համար, և ծածկագիրը պետք է շրջանցի և կարդա աղյուսակից 77 մուտքագրում: Ես փորձեցի այս ծածկագիրը 8 լեդով և գտա, որ այն գրեթե ակնթարթային է, բայց ես փնտրում եմ LED- ների քաղցր տեղը, որոնք կաշխատեն այս ծածկագրով և կլինեն գրեթե ակնթարթորեն, ինչպես նաև կբարելավեն ծածկագիրը:

Քայլ 6: Միացրեք Arduino- ն:

Այժմ մնում է միացնել arduino- ն և տեսնել սեղանի գործառույթը: Օգտագործելով նախկինում նշված անիմացիոն գրադարանը, կարող եք տեղադրել մի քանի թույն ws2812b գլխավորած անիմացիաներ, կամ կարող եք տեղադրել սուրճի սեղանի ծածկագիրը և տեսնել, որ այն լուսավորվում է յուրաքանչյուր բաժնում: Ազատորեն մեկնաբանեք ցանկացած հարց կամ կարծիք, և ես կփորձեմ ժամանակին վերադառնալ ձեզ: Ողջույն