Távirányítású számítógépasztal: 8 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Nemrég találkoztam egy problémával, hogy a lustaságom óriási problémává vált otthon. Amint lefekszem, szeretek néhány szép LED -es lámpát elhelyezni a PC -n. De … Ha ki akarom kapcsolni ezeket a dolgokat, minden alkalommal fel kell állnom, és kézzel kell kikapcsolnom. Így úgy döntöttem, hogy egy teljes vezérlőt építek a teljes PC -asztalhoz, ahol a távvezérlő megfelelő gombjának megnyomásával be- és kikapcsolhatom a monitorokat és a fényeket, beállíthatom a hangszórók hangerejét és a LED -szalagok fényerejét.

A projekt egy PC íróasztal / munkapad vezérlő doboz, amelyet IR távirányító működtet. Manapság sokféle IR távirányító áll rendelkezésre, de ez nem jelent problémát. Ez a vezérlő állítható, és bármilyen típusú IR távirányítóval párosítható, amely támogatja a használt érzékelő megfelelő protokollját (ezt később tárgyaljuk).

Az ellenőrzött számítógépasztal jellemzői:

1. Tápfeszültség -vezérlés: A 220VAC -ra csatlakoztatott monitor be- és kikapcsolása
2. Egyenáramú tápfeszültség -vezérlés: A tápfeszültség be-/kikapcsolása a DC -hálózathoz csatlakoztatott monitoron (legfeljebb 48 V)
3. Hang hangerőszabályzó: A hangszórókra továbbított sztereó hangerő teljes szabályozása
4. LED szalagvilágítás vezérlés: A LED szalag világításának teljes szabályozása

A készülék megfelelően kialakított felhasználói felülettel és állítható mechanikus rekeszekkel rendelkezik, amelyek megkönnyítik az építést és a használatot:

1. Kijelző: Az összes vezérelt rendszer valós idejű állapota megjelenik a 16x4-es LCD kijelzőn
2. RGB LED: A rendszer további visszajelzéseinek célja, hogy nyugtázza a felhasználó számára, hogy elfogadott jel érkezett az infravörös távirányítóról
3. Párosítási rendszer: A készülék egyetlen nyomógombot tartalmaz, amelyet meg kell nyomni a párosítási folyamathoz. Amikor a párosítási folyamat elindul, bármelyik IR távirányítót párosíthatjuk a készülékünkkel a kijelzőn megjelenő utasítások követésével.

Miután leírtuk az alapokat, építsük fel!

1. lépés: Magyarázat

Az eszköz üzemeltetése egyszerűnek tekinthető, mivel a tervezés nem bonyolult. Amint az a blokkdiagramon látható, az "agy" az AVR mikrokontroller, míg az összes többi részt ez az "agy" irányítja. Annak érdekében, hogy a teljes képet fejben rendezzük, írjuk le a tervezést blokkonként:

Tápegység: A kiválasztott eszköz áramforrása a LED szalag PSU, amely képes 24 V egyenáramú bemenetet biztosítani a rendszer számára. A mikrokontroller, a relék, a digitális potenciométerek és az audioerősítők mind 5 V-on működnek, így a DC-DC lecsökkentő átalakítót hozzáadták a tervezéshez. A DC-DC fő oka a lineáris szabályozó helyett a teljesítményveszteség és a hatékonyság hiánya. Tegyük fel, hogy a klasszikus LM7805 -öt használjuk 24 V -os bemenettel és 5 V -os kimenettel. Amikor az áram eléri a jelentős értékeket, a lineáris szabályozó hő formájában eloszló teljesítménye hatalmas lesz, és túlmelegedhet, zümmögő zajt erősítve az audio áramkörökhöz:

Pout = Pin + Pdiss, tehát 1A -nál elérjük: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (szétszórt teljesítmény).

Mikrokontroller: Annak érdekében, hogy a kódot a lehető leggyorsabban írhassam, az AVR alapú ATMEGA328P -t választottam, amelyet széles körben használnak az Arduino UNO táblákon. A tervezési követelményeknek megfelelően szinte az összes perifériás támogatást használjuk: megszakítások, időzítők, UART, SPI és így tovább. Mivel a rendszer fő blokkja, összeköti a készülék összes alkatrészét

• Felhasználói felület: A készülék előlapja tartalmazza azokat az alkatrészeket, amelyekkel a felhasználónak kölcsönhatásba kell lépnie:

  1. IR érzékelő: érzékelő az IR távoli adatok dekódolásához.
  2. Nyomógomb: szükséges az infravörös távirányító és az eszköz párosításához
  3. RGB LED: esztétikai melléklet, amely visszajelzést ad a rendszer információinak fogadásáról
  4. LCD: A készüléken belül zajló események grafikus ábrázolása

Monitorok vezérlése: Annak érdekében, hogy az eszköz képes legyen a PC monitorok áramellátására, nagy feszültségértékekkel kell foglalkozni. Például a Samsung monitorjaim egyáltalán nem osztják meg az áramellátást: az egyiket 220VAC táplálja, míg a másikat saját, 19,8 V -os tápegysége táplálja. Így a megoldás az volt, hogy egy reléáramkört alkalmaztunk a monitor minden tápvezetékéhez. Ezeket a reléket az MCU vezérli, és teljesen el vannak választva, ami függetlenné teszi a monitorok teljesítményátvitelét minden monitoron

Fényvezérlés: Van egy LED szalagom, amelyhez a csatlakoztatott 24 V egyenáramú tápegység tartozik, amelyet rendszer tápegység bemeneteként használnak. Mivel nagy áramot kell vezetni a LED szalagon, fényerő-szabályozó mechanizmusa egy MOSFET-en alapuló áramkorlátozó áramkört foglal magában, amely az aktív zóna lineáris tartományában működik

Hangerőszabályzó: Ez a rendszer arra épül, hogy a hangjeleket a BAL és a JOBB csatornákon egyaránt feszültségosztókon továbbítja, ahol az alkalmazott feszültséget a digitális potenciométer -törlő mozgásával változtatják. Két LM386 alapáramkör van, ahol minden bemeneten egyetlen feszültségosztó található (ezt később tárgyaljuk). A bemenet és a kimenet 3,5 mm -es sztereó aljzatok

Úgy tűnik, az áramkörök összes szerves részét lefedtük. Folytassuk az elektromos rajzokkal…

2. lépés: Alkatrészek és műszerek

Minden, amire szükségünk van a projekt felépítéséhez:

Elektromos alkatrészek

1. Gyakori összetevők:

   • Ellenállások:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2 x 1M
     6. 2 x 10R
     7. Kondenzátorok:
     8. 1. 1 x 68 nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100 nF
        4. 2 x 50 nF
        5. 3 x 47uF

     9. Egyéb:

        1. Diódák: 2 x 1N4007
        2. Vágó: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Integrált áramkörök:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Audioerősítő: 2 x LM386
         • Kettős digitális potenciométer: 1 x MCP4261
         • Egyetlen digitális potenciométer: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (bármely DC-DC 5V-barát eszközzel helyettesíthető)
         • Op. Erősítő: 1 x LM358
         • Relék: 5V toleráns kettős SPDT
         • Külső 24 V -os tápegység

     11. Felhasználói felület:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR érzékelő: 1 x CDS-IR
         • Nyomógomb: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 érintkező)

     12. Csatlakozók:

         • Sorkapocs: 7 x 2 érintkezős TB
         • Board-to-Wire csatlakozók: 3 x 4 érintkezőkábel + ház csatlakozói
         • Hang: 2 x 3,5 mm -es női jack csatlakozó
         • Kimeneti tápegység: 2 x 220VAC tápcsatlakozó (férfi)
         • DC jack: 2 db férfi DC jack csatlakozó
         • LED szalag és külső tápegység: 1 x 4 érintkezős panel-vezeték összeszerelt csatlakozók + kábel

     Mechanikus alkatrészek

     1. 3D nyomtatószál - bármilyen színű PLA+
     2. 4 db 5 mm átmérőjű csavar
     3. Legalább 9 x 15 cm -es prototípus -tábla
     4. Használatlan vezetékek állománya

     Eszközök

     1. 3D nyomtató (én a Creality Ender 3-at használtam üveghez rögzített ággyal)
     2. Ragasztópisztoly
     3. Csipesz
     4. Fogó
     5. Vágó
     6. Külső 24 V -os tápegység
     7. Oszcilloszkóp (opcionális)
     8. AVR ISP programozó (MCU villogáshoz)
     9. Elektromos csavarhúzó
     10. Forrasztópáka
     11. Funkciógenerátor (opcionális)

3. lépés: Elektromos kapcsolási rajzok

A vázlatos diagram elkülönített áramkörökre van felosztva, így könnyebben megérthetjük működését:

Mikrokontroller egység

Ez egy AVR alapú ATMEGA328P, amint azt fentebb leírtuk. Belső oszcillátort használ, és 8MHz -en működik. A J13 programozó csatlakozó. Nagyon sok programozó van az AVR világában, ebben a projektben egy ISP programozót V2.0 használtam az eBay -től. A J10 UART TX vonal, és elsősorban hibakeresési célokra használják. Egy megszakításos kezelési eljárás felépítésekor néha jó tudni, hogy a rendszernek belülről mit kell mondania nekünk. A D4 RGB LED, amelyet közvetlenül az MCU -ról hajtanak meg, alacsony áramerőssége miatt. A PD0 csap külső felhúzással az SPST típusú nyomógombhoz van rögzítve.

IR érzékelő

Az ebben a projektben használt IR érzékelő egy általános célú, három tűs IR érzékelő, amely elérhető az eBay-en, nagyon barátságos áron. Az infravörös kimeneti jelcsap az MCU megszakító bemeneti csapjához (INT1) van csatlakoztatva,

LCD

A kijelző az 1604A kijelző egyszerű megvalósítása, 4 bites adatátvitellel. Az összes vezérlő/adatcsap az MCU -hoz van kötve. Fontos megjegyezni, hogy az LCD az alaplaphoz két J17, J18 csatlakozón keresztül csatlakozik. Az LCD modul be- és kikapcsolásához egyetlen BJT kapcsoló áll rendelkezésre, amely az LCD kijelző földelését kapcsolja.

Tápegység

Az összes belső áramkör, kivéve a LED -szalagot, 5 V feszültséggel működik. Amint azt korábban említettük, az 5 V-os áramforrás egy egyszerű DC-DC modul (itt az eBay segített megtalálni a megoldást), amely 24 V-ot 5 V-ra alakít át, fűtési probléma nélkül, ami előfordulhat a lineáris szabályozón. A C [11..14] kondenzátorokat megkerülésre használják, és erre a kialakításra szükségük van a DC -DC tápvezetékeken - mind a bemenet, mind a kimenet - kapcsolózaj miatt.

Monitorvezérlés

A monitorvezérlő áramkörök csak egy relé kapcsolórendszerek. Mivel két monitorom van, az egyik 220V AC -ről, a másik pedig 19,8V -ról táplálkozik, ezért különböző megvalósításokra van szükség: Minden MCU -kimenet a 2N2222 BJT -hez van csatlakoztatva, és egy relétekercset terhelésként 5V -ról a BJT kollektorcsapjára rögzítenek.. (Ne felejtsen el fordított diódát csatlakoztatni a megfelelő áramkisüléshez!). A 220 V -os feszültségnél a relé a LINE és a NEUTRAL vonalat kapcsolja, a 19,8 V -os relé pedig csak az egyenáramú tápvezetéket - mivel saját tápegységgel rendelkezik, a földvezetékek mindkét áramkörhöz közösek.

Audio hangerőszabályzó

LM386 audió erősítőt akartam használni a feszültségosztók puffereiként, a gondos audiojel továbbítás érdekében. Minden csatorna - balra és jobbra - 3,5 mm -es audio jack bemenetről származik. Mivel az LM386 minimális alkatrészkonfigurációban G = 20 szabványos erősítést valósít meg, mindkét csatornához 1MOhm ellenállás tartozik. Így csökkenthetjük a hangszóró rendszer bemeneti csatornáinak teljes teljesítményét:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1.1M.

A teljes nyereség pedig: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

A feszültségosztó egy egyszerű digitális potenciométer hálózat, ahol az ablaktörlő továbbítja a jelet az LM386 pufferbe (U2 az IC). Az eszköz megosztja az összes perifériás áramkör SPI -jét, ahol mindegyiken csak az ENABLE vonalak vannak elválasztva. Az MCP4261 egy 100K 8 bites lineáris digitális potenciométer IC, így a hangerőnövelés minden lépése kifejeződik: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Az A és B csapok minden BAL- és JOBB csatorna esetében GND és 5V -ra vannak kötve. Így az alsó ablaktörlő pozícióban a teljes audiojelet továbbítja a GND -nek 1MOhm ellenállás MUTING eszköz hangerején keresztül.

LED szalag fényerő -szabályozó:

A fényerő -szabályozás ötlete hasonló a hangerőszabályzóhoz, de itt van egy probléma: a digitális potenciométer csak olyan jeleket továbbíthat a GND -re, amelyek amplitúdója nem haladja meg az 5 V -ot. Így az ötlet egy egyszerű Op-Amp puffer (LM358) elhelyezése a digitális potenciométer feszültségosztó után. és közvetlenül a PMOS tranzisztorhoz kötött vezérlőfeszültség.

Az X9C104P egyetlen 8 bites digitális potenciométer, 100KOhm értékkel. A kapufeszültség számítását csak az áramlás algebrai szabályait követve kaphatjuk meg:

V (kapu) = V (ablaktörlő) * (1 + R10/R11) = 2V (ablaktörlő) ~ 0 - 10V (ami elegendő a be-/kikapcsoláshoz és a fényerő szabályozásához)

4. lépés: Hozzon létre 3D házat

Az eszközházhoz FreeCAD v0.18 -at használtam, amely még a hozzám hasonló kezdők számára is nagyszerű eszköz.

Ház típusa

Szerettem volna létrehozni egy dobozt, ahol egyetlen héj van, amely felforrasztja a forrasztott táblát. Az előlap tartalmazza a felhasználói felület összes részét, a hátlap pedig az asztali elektronika összes csatlakozóját. Ezeket a paneleket közvetlenül a fő burkolatba kell behelyezni, a 4 fedél fedelén 4 csavarral.

Méretek

Valószínűleg a legfontosabb lépés a sorozatban. Figyelembe kell venni az összes megfelelő távolságot és határvonalat. Amint az a képeken is látható, mindenekelőtt az elülső és hátsó panelek méreteit vették fel:

Előlap: Az LCD, a kapcsoló, a LED és az infravörös érzékelő levágási tartományai. Mindezek a méretek a gyártó adatlapjából származnak minden egyes alkatrészhez. (Abban az esetben, ha más alkatrészt szeretne használni, meg kell nyugtatnia az összes vágott területet.

Hátsó panel: Két lyuk a 3,5 mm-es audiocsatlakozókhoz, Két 220 V-os, 3 soros tápcsatlakozó, Két dugaszolható aljzat az egyenáramú tápegységhez, és további lyukak a LED-szalaghoz és a tápellátáshoz

Felső héj: Ezt a héjat csak az összes alkatrész összeillesztésére használják. Mivel az elülső és a hátsó panel be van helyezve az alsó héjba.

Alsó héj: Az eszköz alapja. Tartja a paneleket, az elektronikus forrasztott táblát és a felső burkolathoz rögzített csavarokat.

Az alkatrészek tervezése

A panelek létrehozása után folytathatjuk az alsó héjat. Ajánlott minden lépés után biztosítani az alkatrészek elhelyezését. Az alsó héj egyszerű téglalap alapú extrudált forma, szimmetrikus zsebekkel a héj szélei közelében (lásd 4. kép).

A zseblépés után létre kell hozni egy 4 csavaros alapot a fedél rögzítéséhez. Különböző sugarú primitív hengerek behelyezéseként tervezték őket, ahol a XOR működés után kivágott henger áll rendelkezésre.

Most van egy teljes alsó héj. A megfelelő burkolat létrehozásához vázlatot kell készíteni a héj tetején, és azonos hengerpontokat kell létrehozni (csak a fúróhoz csatoltam pontokat, de lehetőség van rögzített átmérőjű lyukak létrehozására).

Miután a készülék teljes burkolata elkészült, az alkatrészek összeszerelésével ellenőrizhetjük.

5. lépés: 3D nyomtatás

Végül itt vagyunk, és előreléphetünk a nyomtatáshoz. A projekthez STL fájlok állnak rendelkezésre, a tervezésem alapján. Probléma lehet ezekkel a nyomtatandó fájlokkal, mivel nincsenek figyelembe véve a tűrések. Ezeket a tűréseket a szeletelő alkalmazásban (Ultimaker Cura -t használtam) állíthatjuk be az STL fájlokhoz.

A leírt részeket a Creality Ender 3 -ra nyomtattuk, üvegágyas. A feltételek nem állnak messze a normáktól, de figyelembe kell venni:

• A fúvóka átmérője: 0,4 mm
• Betöltési sűrűség: 50%
• Támogatás: Egyáltalán nincs szükség támogatási mellékletre
• Ajánlott sebesség: 50 mm/s a projekthez

Amint a ház részei kinyomtatásra kerülnek, ellenőrizni kell őket a való életben. Ha nincs probléma a burkolatrészek rögzítésével, folytathatjuk az összeszerelési és forrasztási lépést.

Van valami probléma az STL nézővel az utasításokban, ezért javaslom, hogy először töltse le:)

6. lépés: Összeszerelés és forrasztás

A forrasztási folyamat kemény, de ha szekvenciát különbözõ áramkörökre osztjuk szét, akkor sokkal könnyebben tudjuk befejezni.

1. MCU áramkör: Először forrasztani kell a női programozó csatlakozójával. Ebben a szakaszban tesztelhetjük a működését és a csatlakoztathatóságát.
2. Audio áramkör: A második. Ne felejtse el a sorkapcsokat a forrasztott táblára rögzíteni. Nagyon fontos, hogy elkülönítsük az audio áramkörök visszatérési útvonalát a digitális áramköröktől - különösen a digitális potenciométeres IC -ket, zajos jellegük miatt.
3. Monitoráramkörök: Az audio áramkörhöz hasonlóan ne felejtse el a sorkapocs csatlakoztatását az I/O portokhoz.
4. Csatlakozók és felhasználói felület: Az utolsó dolog, amit csatlakoztatni kell. A felhasználói felület panel a forrasztott táblához csatlakozik a Board-to-Wire csatlakozón keresztül, ahol a vezetékek közvetlenül a külső részekhez vannak forrasztva.

A forrasztási folyamat után a mechanikus alkatrészek rögzítésének egyszerű sorrendje következik. Amint azt fentebb észrevettük, 4 csavart (5 mm átmérőjű csavart használtam) kell elhelyezni a sarkokban, amelyek a házon vannak. Ezt követően szükség van a felhasználói felület alkatrészeinek és a hátlap csatlakozóinak csatlakoztatására a külvilághoz. Előnyös eszköz a forró ragasztópisztoly.

Nagyon hasznos lesz ellenőrizni az alkatrészek elhelyezését a nyomtatott házban. Ha minden jól néz ki, folytathatjuk a programozást.

7. lépés: Programozás

Ez a lépés szórakoztató. Mivel számos dolgot kell működtetni, az MCU összesen 5 szolgáltatását fogjuk használni: Külső megszakítás, SPI perifériák, UART a naplózáshoz, időzítők a pontos számláláshoz és EEPROM az IR távoli kódjaink tárolásához.

Az EEPROM alapvető eszköz tárolt adatainkhoz. Az infravörös távoli kódok tárolásához egy gombnyomást kell végrehajtani. Minden egyes sorozat után a rendszer emlékezni fog a kódokra, függetlenül attól, hogy az eszköz be van -e kapcsolva vagy sem.

A teljes Atmel Studio 7 projektet RAR -ként archiválva találja ennek a lépésnek az alján.

A programozást az AVR ISP V2, 0 programozó végzi, a ProgISP nevű egyszerű alkalmazáson keresztül. Ez egy nagyon barátságos alkalmazás, teljes felhasználói felülettel. Csak válassza ki a megfelelő HEX fájlt, és töltse le az MCU -ba.

FONTOS: Az MCU programozása előtt győződjön meg arról, hogy az összes megfelelő beállítás a tervezési követelményeknek megfelelően van definiálva. A belső órajelhez hasonlóan - alapértelmezés szerint az elosztó biztosítéka aktív a gyári beállításnál, ezért logikusan HIGH -ra kell programozni.

8. lépés: Párosítás és tesztelés

Végre itt vagyunk, a sok kemény munka után:)

Az eszköz megfelelő használatához szükség van párosítási sorrendre, így az eszköz "emlékezni fog" a csatlakoztatott infravörös távirányítóra. A párosítás lépései a következők:

1. Kapcsolja be az eszközt, várjon a fő felhasználói felület megjelenítésének inicializálására
2. Nyomja meg a gombot először
3. Mielőtt a számláló elérné a nullát, nyomja meg még egyszer a gombot
4. Nyomja meg a megfelelő gombot, amelytől az adott eszköztől függően bizonyos funkciókat szeretne elérni
5. Indítsa újra az eszközt, és győződjön meg arról, hogy most válaszol a megadott kulcsokra.

És ez az!

Remélem, hasznosnak fogja találni ezt az oktathatót, Köszönöm, hogy elolvasta!