Zenét kölcsönző palackállvány állítható fényekkel: 14 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Valamikor egy ismerősöm rendelt egy 16 bites LED-gyűrűt, amellyel barkácsolhat, és közben az az ötlete támadt, hogy tegyen egy palackot a tetejére. Amikor megláttam, elbűvölt a lombikot megvilágító fény, és eszembe jutott a Hackaday felhasználó, Tobias Blum félelmetes "Mc Lighting" projektje:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Projektjének egyik aspektusa az volt, hogy a WS2812 LED-eket saját írású webes felületen keresztül vezérelje külső szolgáltatás használata nélkül. A LED-gyűrű vezérlésével kapcsolatos megközelítése ihlette, úgy döntöttem, hogy ötvözöm ezt a két ötletet, és a következő szintre hozom őket. Gondolatban egy palackállványom volt akár három palackhoz is, amely egy helyi weboldalon keresztül irányítható, több villámmal módok, beleértve azokat is, amelyek kölcsönhatásba lépnek a környezeti zenével. Ahhoz, hogy hordozható eszközt hozzon létre, azt Li-Ion akkumulátorcella táplálja.

Ebben az oktatóanyagban végigmegyek az építési folyamaton, és megtanítom a mögöttes funkcióra. Ezt követően képesnek kell lennie arra, hogy saját verziót készítsen, és legyen ötlete arról, hogyan adhat hozzá webkontrollt egy projekthez külső szolgáltatás használata nélkül.

1. lépés: Építési lehetőségek

Ami a projekt elektronikáját illeti, használhat NodeMCU-kártyát, amely könnyen használható és meglehetősen olcsó, vagy saját lapot építhet, mint én. Ennek nincs különösebb haszna, csak egy ESP8226-12E lapka hevert, és úgy döntöttem, hogy használni fogom, hogy megtarthassam a NodeMCU kártyát a gyors prototípus elkészítéséhez. Csak egy lényeges különbség van: a saját gyártású vezérlőkártya programozásához 3,3 V-os USB-soros kártya szükséges. Annak ellenére, hogy nem mindegy, hogy milyen típust választ, csak vegye figyelembe, amikor a szükséges alkatrészekről van szó.

Van azonban egy lehetőség, amely nagy különbséget tesz: a zenei mód. Ha úgy dönt, hogy felveszi, a palackállvány VU-mérőként használható, és képes megváltoztatni a LED-ek színét, amikor a zene basszusa eléri az adott küszöböt. Ez azonban további hardvereket igényel. Fel kell építeni egy erősítőt, amely erősíti a kondenzátor mikrofon kapszula kimenetét és egy aluláteresztő szűrőt a mélyhangok számára. Bár ez nehéznek tűnhet, valójában nem az. Nem igényel különleges alkatrészeket, és határozottan javaslom, hogy vegye be ezt az áramkört, mivel meglehetősen javítja a készüléket.

2. lépés: Szükséges alkatrészek és anyagok

Az ügy:

Ennek a projektnek talán a legnehezebb része a helyzet. Mivel valami újat akartam kipróbálni, úgy döntöttem, hogy 18 mm vastagságú MDF lemezeket használok és festem őket. Más fafajtákhoz/anyagokhoz képest az MDF előnye, hogy felülete különösen sima csiszolható, és ezért a rajta lévő festék rendkívül fényesnek tűnhet. Ezenkívül szüksége van egy 4 mm vastagságú akrilüvegre a LED -gyűrűk borítására.

A tok hossza 33 cm, szélessége 9 cm, ezért a következő méreteket tartalmazó tányért javaslom:

MDF lemez 400 x 250 x 18 mm

A LED-gyűrűs burkolatok átmérője körülbelül 70 mm, így az akrilüveg lemezének legalább a következő méretekkel kell rendelkeznie:

Akril lemez 250 x 100 x 4 mm

A festéshez 125 ml fehér akrilfestéket és 125 ml fényes átlátszó bevonatot kaptam. Továbbá azt javaslom, hogy használjon habhengert, mivel ez lehetővé teszi a festék egyenletesebb felhordását. A csiszoló részhez 180 -as szemcseméretű csiszolópapírt használtam, az egyikben 320 -at, a másikban 600 -at.

Elektronika:

Az elektronikához három 16 bites WS2812 LED-gyűrűre van szükség. Csak légy óvatos, mivel kétféle 16 bites LED-gyűrűt találtam, szüksége van a nagyobb átmérőjű (körülbelül 70 mm), és ezért a LED-ek közötti nagyobb résre.

Az áramellátáshoz Li-Ion akkumulátorcellára, megfelelő töltőre és kapcsolóra van szüksége. Ezenkívül szüksége van egy 3,3 V -os, alacsony kiesési feszültségű (LDO) feszültségszabályozóra és két kondenzátorra a mikrokontroller táplálásához. A 7. lépésben elmagyarázom, miért van szüksége az LDO szabályozóra.

Ha úgy dönt, hogy felépíti az opcionális zenei erősítőt és szűrőáramkört, szüksége lesz egy Op-Amp-re és néhány passzív komponensre. És ha úgy dönt, hogy saját vezérlőegységet hoz létre, akkor szüksége van az ESP chipre, egy megszakító táblára, néhány ellenállásra, egy gombra és néhány csapra.

És erősen ajánlok egy darab deszkát, hogy mindent forraszthassak rá.

LED-gyűrű

3,7 V-os Li-Ion cella (a TW18650 típus egyikét kimentettem egy fel nem használt akkumulátorból)

Li-Ion töltő

Kapcsoló (Semmi különös, egy régit használtam, amelyet egy törött hangszórókészletből mentettem ki)

LDO feszültségszabályozó (ezen kívül az adatlapon említett kondenzátorok: 2 x 1uF kerámia kondenzátor)

perfboard

Zenei áramkör (opcionális):

Vázlat szerint

Mikrokontroller:

NodeMCU

ESP8266 12E (adapterlemez, gomb, ellenállások és csapok a vázlat szerint)

USB-soros (szükséges a saját készítésű vezérlőkártya programozásához, ha már rendelkezik ilyennel, nincs szükség másra)

3. lépés: A tok marása

Egy barátom MP-CNC-t épített magának, és olyan kedves volt megmarni a két MDF alkatrészt és a három akrilgyűrűt. A fa részek egy pirula alakú doboz teteje és alja. A doboz tetején három hely található a LED-gyűrűk és az akril burkolatok számára. Mivel ezeket a mélyítéseket úgy tervezték, hogy csak töredékével nagyobbak legyenek, mint a NYÁK -ok, illeszkednek és a helyükön maradnak ragasztó vagy csavarok nélkül. Ugyanez vonatkozik az akril burkolatokra is. Mivel nagyobb átmérőjűek, mint a LED-gyűrűk, a LED-ek feletti élre kerülnek (lásd az ábrát).

4. lépés: Fejezze be az ügyet

Lehet, hogy észrevette, hogy most már több dolog is hiányzik az őrölt ügyben. Ilyenek például a lyukak a gyűrű kábeleihez, egy lyuk az USB aljzathoz és egy zseb az akkumulátorhoz. Továbbá, ha úgy dönt, hogy a zenei áramkört is magában foglalja, akkor a mikrofon számára is szükség van egy lyukra. Ezenkívül azt javaslom, hogy fúrjon lyukakat a LED-gyűrűk alatt, hogy ki tudja tolni őket a tokból. A fent leírt lyukak hozzáadásához forgó csiszolószerszámot használtam.

A harmadik képen a gyűrű "karbantartása" és kábelfuratai láthatók. Mint talán már észrevette, két kábellyukat készítettem. Ez nem volt szándékos. Ez egy korai szakaszban volt, amikor azt gondoltam, hogy a gyűrűk szögei nem lesznek fontosak, de nem azok. Szerelje fel mindhármukat a kábelekkel azonos oldalra. Végül az első oldalra szereltem őket.

Fontos: Mindig viseljen porálarcot, amikor MDF -be fűrészel, fúr vagy mar. Ugyanez vonatkozik a csiszolásra is.

5. lépés: Az ügy befejezése

Most a tok festett. Mielőtt ezt megtenné, javaslom, hogy nézzen meg vagy olvasson el egy oktatóanyagot erről, mivel ez bebizonyította, hogy nehezebb, mint gondoltam. Ez mindent tartalmaz, amit a témáról tudni kell.

Először alaposan csiszolja le az MDF alkatrészeket. Ehhez a grit 160 papírt használtam. Ezt követően sok oktatóanyag azt javasolja, hogy a felületet, különösen a széleken, speciális MDF alapozóval tömítsék le. Ezt a részt kihagytam, mivel az alapozó meglehetősen drága, és bár az eredmény nem olyan jó, mint amilyen lehetett volna, újra megtenném.

Ezt követően elkezdheti festeni a felületet a kívánt színre. Úgy döntöttem, az enyémet tiszta fehérre festem. Várja meg, amíg a szín megszárad, majd finom csiszolópapírral (én a 320 -as szemcsét használtam) csiszolja le, porolja le és vigye fel a következő színréteget. Ismételje meg ezt az eljárást, amíg elégedett a színezet átlátszatlanságával. Négy réteg színt kentem fel.

Az utolsó színréteg után csiszolja le a korábbinál még finomabb csiszolópapírral (az én esetemben a 600 -as szemcsével), és távolítsa el a felületen maradt port. Ezt követően felviheti a fényes átlátszó lakk első rétegét. A színhez hasonlóan, annyi réteget vigyen fel, amennyire szüksége van. Háromat használtam felülre és oldalra, kettőt alulra. Az eredmény az egyik képen látható. Bár a felület simább lehet (több csiszolás és MDF alapozó), elégedett vagyok az elért fényességgel.

6. lépés: A gyűrűk előkészítése

Az első színréteg szárítási folyamatával párhuzamosan csiszolhatja az akril-üveggyűrűket. Ezt követően ezek a gyűrűk eloszlatják a LED-gyűrűk által kibocsátott fényt. Ennek apropóján tapasztaltam, hogy ezeknek a gyűrűknek a nyomtatott áramköri lapjain nemkívánatos élek maradtak a gyártási folyamatban, ezért előfordulhat, hogy sorjázni kell. Különben nem férnek bele a tokba.

Ezt követően néhány vezetéket forrasztani kell a gyűrűkhöz. Azt javaslom, hogy rugalmas huzalt használjon. Merevet használtam, és az volt a bajom, hogy széttolták a tok két részét, ami csúnya hajlítást igényelt. Ezenkívül a merev huzal nagyobb valószínűséggel szakad meg, ami csúnya forrasztási folyamatot eredményez, mivel ki kell vennie a megfelelő gyűrűt és a vezérlőpanelt a házból.

7. lépés: Tápegység

Áramforrásként egyetlen Li-Ion akkumulátorcellát használnak. A töltő áramkörön keresztül töltődik. Ez az áramkör túlfeszültség és túláram elleni védelemmel rendelkezik. A készülék kikapcsolásához egy kapcsoló van beépítve, amely megszakítja a töltőkártya pozitív kimenetét.

Mivel az akkumulátorcella maximális feszültsége 4,2 V, az ESP8266 nem táplálható közvetlenül. A feszültség túl magas a 3,3 V -os mikrokontroller számára, mivel csak a 3,0 V - 3,6 V közötti feszültségeket éli túl. Az alacsony kiesésű (LDO) feszültségszabályozó olyan feszültségszabályozó, amely akkor is működik, ha a bemeneti feszültség közel van a megadott kimeneti feszültséghez. Tehát a 3,3 V -os LDO esetén a 200 mV kiesési feszültség azt jelenti, hogy 3,3 V -ot ad ki, amíg a bemeneti feszültség meghaladja a 3,5 V -ot. Ha ezt az értéket alulértékeli, a kimeneti feszültség csökkenni kezd. Mivel az ESP8266 legfeljebb 3,0 V feszültséggel működik, addig működik, amíg az LDO bemeneti feszültsége 3,3 V körüli értékre nem csökken (a süllyedés nem lineáris). Ez lehetővé teszi, hogy a vezérlőt az akkumulátorcellán keresztül tápláljuk, amíg teljesen le nem merül.

8. lépés: Mikrokontroller kártya

Ha NodeMCU-kártyát használ, ez a lépés meglehetősen egyszerű. Csatlakoztassa a 3,3 V -os kimenetet és a tápegység földelését a 3V és G tábla valamelyikéhez. Ezenkívül azt javaslom, hogy a lapot forrasztják fel egy darab deszkára, mivel így könnyebb mindent csatlakoztatni.

Abban az esetben, ha úgy dönt, hogy saját vezérlőpanelt épít, az első lépés az ESP chip forrasztása az adapterlemezhez. Ezt követően adja hozzá az összes alkatrészt és csatlakozást a vázlat szerint. A két gomb szükséges a vezérlő visszaállításához és villogásához. A következő képeken észreveheti, hogy csak egy gombot használok. Ennek az az oka, hogy most találtam egyet feküdni, így a GPIO0 gombja helyett két csapot és egy jumpert használok.

A következő lépésben láthatja a kész áramkört.

9. lépés: Zenei áramkör (opcionális)

A zene bemeneteként egy egyszerű kondenzátor mikrofon kapszulát használnak. Tápellátása a 3,3 V -os sínre csatlakoztatott áramkorlátozó ellenálláson keresztül történik. Dióhéjban a kapszula úgy működik, mint egy kondenzátor, így amikor a hanghullámok eltalálják a membránt, a kapacitása és analógja a feszültsége megváltozik. Ez a feszültség olyan alacsony, hogy alig tudjuk mérni az ESP analóg -digitális átalakítóval (ADC). Ennek megváltoztatása érdekében erősítjük a jelet egy op-erősítővel. Az erősített kimeneti feszültséget ezután az első rendű passzív aluláteresztő szűrő szűri, körülbelül 70 Hz-es levágási frekvenciával.

Ha úgy dönt, hogy NodeMCU-kártyát használ, akkor a fent leírt áramkör kimenetét csatlakoztathatja a kártya A0-as érintkezőjéhez. Ha saját vezérlőkártyát szeretne építeni, hozzá kell adnia egy feszültségosztót az áramkörhöz. Ennek oka a fedélzeti ADC ESP -k, amelyek maximális bemeneti feszültsége 1V. A NodeMCU-ban ez a feszültségosztó már beépítve van, így ahhoz, hogy a kód és az erősítő mindkét táblán működjön, a saját készítésűnek is szüksége van rá.

10. lépés: Fejezze be és szerelje fel az elektronikát

Először helyezze be a LED-gyűrűket a tok tetején lévő kijelölt mélyítésekbe. Ezt követően csatlakoztassa a tápegységet, a mikrokontrollert, a gyűrűket, és ha megépítette, akkor az erősítő áramkörét a vázlat szerint.

Figyelmeztetés: Mielőtt ezt megtenné, ellenőrizze kétszer, hogy a kapcsolót kapcsolta -e ki. Ezt elfelejtettem, és forrasztás közben megsütöttem egy LDO szabályozót. Ezt követően készen áll arra, hogy az elektronikát a házba szerelje.

Azzal kezdtem, hogy az akkumulátorcellát egy forró ragasztóval rögzítettem a tokhoz. Ezt követően elhelyeztem a töltőáramkört, és ellenőriztem, hogy csatlakoztathatok -e egy USB -kábelt vagy sem. Mivel nem bíztam a forró ragasztóban, hogy ellenálljon a kábel többszörös benyomásának, óvatosan vékony szögeket kalapáltam a töltő forrasztópárnáin a bemeneti feszültség miatt. A töltő után a mikrofonkapszulát a helyére ragasztottam.

Ezt követően hajlított drótcsapokkal rögzítettem a mikrokontrollert. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy bármikor kivegyem a vezérlőt a házból javításra, anélkül, hogy forró ragasztót kellene átvágnom és az MDF -t tönkretennem.

Most néhány kábelköteget és hajlított drótcsapot használtam a vezetékek rögzítéséhez. Az utolsó dolog az akril fedőgyűrűk behelyezése. Legyen óvatos, miközben ezt teszi, nehogy károsítsa a festéket, mivel ez elég szoros illeszkedés. Még az akrilgyűrűk belső és/vagy külső átmérőjét is csökkentheti, mivel az MDF -lemez felszívott némi festéket, és így a mélyítések egy kicsit kisebbek lettek.

11. lépés: A mikrokontroller villogása

A hardverkészítés befejezése után csak a szoftver villogása marad. Ehhez az Arduino IDE -t használtam. A vezérlő programozása előtt azonban hozzá kell adnia néhány könyvtárat, és ki kell választania a megfelelő táblát.

Könyvtárak

Az IDE -k könyvtárkezelőjével (Sketch -> Include Libraries -> Mange Libraries) hozzáadhatja őket, vagy letöltheti és áthelyezheti őket az IDEs könyvtármappájába. Ajánlom a kezelőt, mert kényelmesebb, és ott megtalálhatja az összes szükséges könyvtárat.

Kristijan Novoselic DNS -kiszolgálója (szükséges a WiFiManagerhez)

WiFiManager by tzapu és tablatronix (megnyit egy AP -t, ahol megadhatja a helyi WiFi hitelesítő adatait)

Markus Sattler WebSockets (szükséges a felhasználói eszköz és a feneke közötti kommunikációhoz)

Adafruit NeoPixel by Adafruit (szükséges a LED-gyűrűk vezérléséhez)

Tábla

Függetlenül attól, hogy milyen típusú vezérlőpanelt választott, válassza az Eszközök -> Tábla menüpontban a NodeMCU 1.0 (ESP -12E modul) lehetőséget. Győződjön meg arról, hogy a vaku mérete 4M (1M SPIFFS), a feltöltési sebesség pedig 115200.

Villog

A NodeMCU-kártya villogásához egyszerűen csatlakoztassa a számítógéphez, válassza ki a megfelelő portot, és töltse fel a programot. A saját készítésű vezérlőkártya villogása egy kicsit bonyolultabb. Csatlakoztassa az USB -soros átalakítót a kártya három érintkezőjéhez. Csatlakoztassa a GND -t és a GND -t, az RX -et és a TX -et, valamint a TX -et és az RX -et. A vezérlő vaku módba való belépéséhez indítsa újra az RST gombbal, és közben tartsa lenyomva a GPIO0 gombot. Ezután győződjön meg arról, hogy az átalakító kártyája 3.3V -ra van állítva. Fejezze be a folyamatot a program feltöltésével.

Fontos: A villogás előtt kapcsolja be a készüléket.

12. lépés: Töltse fel a weboldalt

A weboldalhoz szükséges fájlok a mikrokontrollerek flash memóriájában tárolódnak. Az első használat előtt kézzel kell feltölteni őket. Ehhez kapcsolja be az eszközt (talán először fel kell töltenie). A LED -eknek pirosan kell világítaniuk (a fényképezőgépem miatt ez narancssárgának tűnik a képen), ami azt jelenti, hogy a palackállvány nincs csatlakoztatva a hálózathoz. Rövid idő múlva meg kell nyílnia a "bottleStandAP" nevű WiFi hozzáférési pontnak. Az alapértelmezett jelszó "12345678", ezt az ino fájlban módosíthatja. Csatlakoztassa okostelefonját/táblagépét/laptopját ehhez. Egy értesítésnek kell megjelennie, és továbbítani kell egy weboldalra. Ha semmi ilyesmi nem történik, egyszerűen nyissa meg a böngészőt, és írja be a 192.168.4.1 parancsot. Ezen az oldalon kattintson a WiFi konfigurálása elemre, és adja meg a hálózati hitelesítő adatait. Ezt követően a hozzáférési pontnak bezárulnia kell, és a LED -ek világoskékre váltják színüket. Ez azt jelenti, hogy az eszköz sikeresen csatlakozott a hálózathoz.

Most meg kell határoznia az eszközök IP -címét. Ehhez csatlakoztathatja a számítógéphez, megnyithatja az Arduino IDE soros monitorát (az átviteli sebesség 115200), és újraindítja az eszközt. Alternatív megoldásként megnyithatja a WiFi-router weboldalát. Miután ismeri az eszköz IP -címét, nyissa meg a böngészőt, és írja be az xxx.xxx.xxx.xxx/upload parancsot (ahol az x -ek a legalsó IP -címeket jelölik). Bontsa ki a fájlokat a.rar -ból, és töltse fel mindegyiket. Ezután csak írja be a készülék IP -címét, és a vezérlőoldalnak meg kell nyílnia. És ezzel befejezte saját palacktartójának építését. Gratulálunk!

13. lépés: A weboldal

A weboldal lehetővé teszi a palacktartó vezérlését. Amikor megnyitja a főoldalt, három kék kör látható a közepén. Ezek segítségével kiválaszthatja, hogy melyik gyűrű beállításait szeretné módosítani. A színkör megváltoztatja a kiválasztott gyűrűk színét, ha rákattint. Az alábbi mező a kiválasztott színt mutatja. A véletlenszerű gomb megnyomásával a kiválasztott csengetések véletlenszerű színmódba kerülnek. Ez azt jelenti, hogy a szín megváltozik, amikor a légzési mód ciklusa véget ér.

A második oldalon kiválaszthatja a különböző módokat. A rögzített szín és a fényerő pontosan azt teszi, amit a nevük is sugall. A légzési mód "légzés" hatást kelt, vagyis a gyűrűk fényereje az egyéni idő alatt a maximumra nő, majd a minimumra csökken. A ciklus üzemmód csak egy LED -et világít egy adott ideig, majd a következő, majd a következő és így tovább. A zenei küszöb mód megváltoztatja a színt, amikor a mikrofon magasabb értéket észlel, mint egy egyéni beállított küszöbérték. Ezt nemcsak a zene válthatja ki, például a taps is. VU mérő üzemmódban a világító LED -ek száma a zene mélyhangjának hangerejétől függ.

Megjegyzés: A vonalzókat a megfelelő módok aktiválása nélkül is használhatja. Például: Ha a ciklus módot használja, és a fényerőt a rögzített fényerő vonalzójával módosítja, a gyűrűk ciklus üzemmódban maradnak, de a beállított fényerőnek megfelelően változtatják a fényerőt.

14. lépés: Hogyan működik mindez?

A működési elv meglehetősen könnyen felfogható. Amikor megnyitja a weboldalt, az ESP8266 elküldi a webes fájlokat a készülékére. Ezután, amikor módosít valamit az oldalon, egy speciális karaktert, amelyet többnyire egész szám követ, egy websocket kapcsolaton keresztül elküldi a mikrokontrollernek. A vezérlő ezután feldolgozza ezeket az adatokat, és ennek megfelelően megváltoztatja a lámpákat.

A weboldal html, css és javascript nyelven íródott. Ennek megkönnyítése érdekében a Materialize CSS keretrendszert és a jQuery -t választottam. Ha meg szeretné változtatni a webhely megjelenését, tekintse meg a keretrendszer dokumentációját. Alternatív megoldásként egyszerűen írhat saját oldalt, és feltöltheti. Csak létre kell hoznia a websocket kapcsolatot, és el kell küldenie ugyanazokat az adatokat.