Animated Mood Light & Night Light: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Có một niềm đam mê đến mức ám ảnh với ánh sáng, tôi quyết định tạo ra một loạt các PCB mô-đun nhỏ có thể được sử dụng để tạo ra các màn hình ánh sáng RGB ở bất kỳ kích thước nào. Sau khi tạo ra PCB mô-đun, tôi nảy ra ý tưởng sắp xếp chúng thành một hình lục giác để tạo ra một màn hình 3D có thể được sử dụng để tạo ra bất kỳ thứ gì từ đèn ngủ đơn giản cho phòng ngủ đến đèn tâm trạng không quá lạc lõng trên bàn. trong một nhà hàng cao cấp.

Tất nhiên các hình dạng khác cũng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các nguyên tắc tương tự.

Dưới đây là một số hình ảnh động hiện đang chạy trên ánh sáng.

• Ngọn lửa
• Cơn mưa
• Rắn (Retro)
• Trò chơi của cuộc sống
• Dao động dạng sóng
• Ngọn hải đăng
• Mô hình quay (Cửa hàng cắt tóc)

Ánh sáng hiện được tạo ra ở hai kích thước - Nhỏ (96 đèn LED) và Lớn (384 đèn LED) nhưng điều này có thể được mở rộng theo yêu cầu.

Quân nhu

Đèn LED WS2812B - AliExpress

PCB - ALLPCB

Nhựa cắt laser đen 3mm - Nhà cung cấp tấm nhựa

Sợi in 3D trắng - Amazon

Linh kiện điện tử - Farnell / Newark

Bulong M3 và Bộ đệm ren - Amazon

Sắt hàn

Lò nướng bánh mì - Cụm linh kiện gắn trên bề mặt

Bước 1: Bảng điều khiển PCB

Bắt đầu cuộc hành trình, tôi muốn một loạt các PCB nhỏ có thể chứa một số điểm ảnh LED và được kết nối với nhau theo cách rất đơn giản mà không cần thêm dây hoặc đầu nối. Tôi đã nghĩ ra một thiết kế rất đơn giản cho phép các đèn LED WS2812B được liên kết với nhau và sau đó truyền chuỗi cho PCB tiếp theo.

Tôi đã tạo ba PCB với kích thước pixel như sau.

• 1 x 8 - 9mm x 72mm
• 4 x 4 - 36mm x 36mm
• 8 x 8 - 72mm x 72mm

Đối với dự án này, chỉ các bảng 4x4 và 8x8 được sử dụng để tạo ra đèn.

Các đèn LED được bố trí trong một lưới 9mm ở cả hai chiều X và Y, được đan khá chặt chẽ nhưng cung cấp đủ không gian để hoạt động khi tính đến các đầu nối cạnh PCB. Các PCB được tạo ra để khi kết hợp với nhau, lưới LED 9mm được duy trì. PCB được kết nối đơn giản với nhau bằng cách hàn chảy từ bo mạch này sang bo mạch khác.

Mỗi đèn LED có tụ điện 100nF riêng để tách điện và giúp cung cấp dòng điện cho đèn LED theo yêu cầu.

Được hiển thị là sơ đồ cho bảng 4x4 pixel hoàn chỉnh với các lớp đồng trên cùng và đồng dưới cùng để minh họa cả bố trí đèn LED và bố trí đầu nối cạnh. Các dấu được thêm vào màn lụa để làm rõ hướng truyền dữ liệu giữa các đầu nối.

Các bảng này cũng có các lỗ lắp M3 trên kích thước 18mm x 18mm để đơn giản hóa việc lắp và tăng cường kết nối giữa các bảng.

Thêm một tấm acrylic màu trắng sữa 3mm được cắt bằng laser như hình minh họa mang lại hiệu ứng khuếch tán đẹp mắt cho đèn LED.

Các bảng được sản xuất bằng cách sử dụng một miếng dán hàn vào các miếng gắn bề mặt đồng phía dưới bằng cách sử dụng một stencil. Sau đó, tôi đặt các thành phần lên bảng để kiểm tra hướng chính xác trước khi nướng trong lò nướng bánh mì của mình để hàn chảy. Tôi đã đề cập đến loại hình sản xuất PCB chi phí thấp tự làm này trong một số bản dựng Thiết bị hướng dẫn khác của tôi.

Cảnh báo - KHÔNG SỬ DỤNG bất kỳ lò nướng nào được sử dụng để nấu thực phẩm có PCB vì điều này có thể dẫn đến thực phẩm bị nhiễm độc. Tôi đã mua lò nướng bánh mì PCB của mình với giá £ 10 ($ 15) trên eBay.

Bước 2: Kiểm soát PCB

Với các đèn LED được thực hiện, tôi muốn có khả năng điều khiển các đèn LED từ một bộ vi điều khiển. Tôi đã bắt đầu sử dụng Arduino nano và điều này rất hiệu quả nhưng tôi muốn bổ sung thêm một số chức năng cho ánh sáng và điều này ngày càng trở nên khó xử hơn khi xâm nhập vào bảng Arduino. Do đó, tôi quyết định tạo một PCB tùy chỉnh khác để điều khiển ánh sáng.

Đây là một số tính năng tôi đã thêm vào bảng điều khiển của mình.

• Bộ vi điều khiển tốc độ cao hơn với nhiều ROM và RAM hơn.
• Mức logic FET để cho phép tôi bật và tắt đèn LED trên toàn cầu - hữu ích khi bật nguồn và vận hành công suất thấp.
• Bộ đệm tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu 3V3 từ vi điều khiển thành 5V để điều khiển các đèn LED.
• Chuyển đổi để cho phép người dùng điều khiển ánh sáng.
• Photo Transistor - để chia tỷ lệ độ sáng của đèn LED cho phù hợp với mức độ ánh sáng xung quanh.
• Giám sát nguồn điện - để đảm bảo chúng tôi đã không thử và kéo thêm dòng điện thì nguồn điện có thể cung cấp.
• Đầu nối Bluetooth - HC05 / HC06.
• Đầu nối WIFI - ESP8266.
• Đầu nối I2C.
• Trình kết nối mở rộng trong tương lai.

Sơ đồ cho bảng được hiển thị cũng như các lớp đồng trên cùng và dưới cùng. Tài liệu BillOfMaterials đính kèm liệt kê các thành phần tôi đã lắp vào PCB điều khiển.

Cảm biến ánh sáng khá quan trọng đối với thiết kế vì độ sáng của đèn LED WS2812B rất nhanh có thể bị quá nhiều và thậm chí gây khó chịu ở độ sáng đầy đủ. Có cảm biến ánh sáng cho phép độ sáng của đèn LED tự động điều chỉnh tỷ lệ nghĩa là màn hình luôn dễ nhìn. Sống động trong một căn phòng đầy ánh nắng rực rỡ nhưng vẫn thoải mái như một chiếc đèn ngủ trong một căn phòng tối.

Một lần nữa để xây dựng bảng mạch, keo hàn được áp dụng bằng cách sử dụng một cây bút chì, các thành phần được đặt bằng tay với nhíp và sau đó được nướng trong lò nướng bánh mì đáng tin cậy của tôi.

PCB được cấp nguồn qua nguồn 5V DC, có thể đến trực tiếp từ PSU loại chính hoặc qua ổ cắm sạc USB 2A.

Cũng được hiển thị là nỗ lực trước đó của tôi bằng cách sử dụng Arduino.

Bước 3: Bộ xương in 3D

Ban đầu, tôi đã chơi đùa với việc sử dụng các tấm nhựa cắt laser làm bộ khuếch tán nhưng điều này để lại một khoảng trống khá xấu xí giữa mỗi tấm. Tôi đã kết thúc việc in 3D bộ khuếch tán xung quanh vì điều này cho phép tôi tạo một lớp bọc liền mạch đẹp mắt cho sáu PCB LED. Nó cũng cho phép tôi giảm đáng kể độ dày của bộ khuếch tán, mang lại một màn hình tổng thể sắc nét hơn nhiều.

Bên trong, sáu PCB LED được gắn với nhau bằng cách sử dụng khung in 3D. Bộ xương này đi vào các lỗ M3 khác nhau trên PCB hiển thị giữ chúng trong một hình lục giác đẹp mắt.

Khung xương được in 3D cũng có các lỗ để cho phép gắn PCB điều khiển gần với bảng cắt laser trên cùng cho phép tiếp cận công tắc và cho phép cảm biến ánh sáng đọc tốt mức ánh sáng xung quanh.

Với các bảng ở vị trí giữa khung xương và bộ khuếch tán, sau đó tôi có thể dễ dàng hàn các bảng với nhau bằng cách chảy hàn giữa các miếng kết nối PCB. Tôi bắt đầu bằng cách thêm chất hàn vào miếng đệm xa nhất và sau đó xoay đèn trên cạnh của nó để cho phép trọng lực trợ giúp tác động của chất hàn chảy vào miếng đệm liền kề. Lặp lại ba kết nối và sau đó chuyển sang kết nối bo mạch tiếp theo. Ở lần nối thứ sáu giữa các PCB, tôi chỉ gắn nguồn và đường ray nối đất để lại kết nối dữ liệu không được kết nối. Điều này cung cấp hai đường dẫn dòng điện tròn cho mỗi bảng để thu thập năng lượng của chúng tương tự như cách hoạt động của một vòng chính đối với hệ thống dây điện nội bộ trong ngôi nhà của bạn.

Cũng sử dụng máy in 3D là một số miếng đệm để cho phép các tấm cắt laser trên cùng và dưới cùng được giữ đúng vị trí.

Các tệp máy in 3D được thiết kế bằng Sketchup và nguồn được đính kèm.

Bước 4: Cắt Laser trên và dưới

Các bộ phận được cắt bằng tia laze có dạng hình lục giác rất đơn giản với các lỗ ở vị trí thích hợp để lắp các bu lông.

Mặt trên có một lỗ nhỏ cho cảm biến ánh sáng và một lỗ khác lớn hơn cho công tắc đẩy. Trong khi bảng điều khiển phía dưới có một lỗ cho cáp nguồn USB cũng như hai lỗ nhỏ để cho phép sử dụng dây buộc để giảm căng thẳng cho cáp.

Các bản vẽ cho các bộ phận này được bao gồm trong tệp Sketchup ở bước trước.

Bước 5: Phần mềm cơ sở

Tôi đã chọn thiết bị PIC24FJ256GA702 làm vi điều khiển chính của mình vì nó chạy khá nhanh ở tốc độ lên đến 32MHz bằng cách sử dụng bộ dao động bên trong và có rất nhiều bộ nhớ chương trình và RAM có sẵn để tạo ra các hình ảnh động đẹp mắt.

Để phát triển phần mềm cơ sở, tôi đã sử dụng Flowcode vì nó cho phép tôi mô phỏng và gỡ lỗi mã như tôi đã làm, điều này giúp tạo ra mã hiệu quả đẹp chạy ở tốc độ cao. Flowcode có sẵn miễn phí hoàn toàn mở khóa trong 30 ngày và sau đó bạn có thể chọn mua hoặc chỉ cần đăng ký dùng thử lại. Nó cũng có một cộng đồng trực tuyến tốt đẹp sẵn sàng tham gia và giúp đỡ nếu tôi gặp bất kỳ bức tường nào trên đường đi. Nói điều này, tất cả phần mềm có thể được tạo ra bằng Arduino IDE hoặc tương tự, bạn sẽ mất khả năng mô phỏng.

Tôi đã sử dụng PICkit 3 để lập trình PIC trên bo mạch điều khiển PCB của tôi. Điều này có thể được tích hợp vào Flowcode để nó biên dịch và lập trình thông qua PICkit chỉ bằng một cú nhấp chuột, tương tự như nút tải xuống trong Arduino.

Bộ vi điều khiển tôi đã chọn không có EEPROM trên bo mạch, điều này ban đầu là một vấn đề khi tôi muốn lưu chế độ hoạt ảnh hiện được chọn. Tuy nhiên, nó có bộ nhớ flash có thể lập trình của người dùng và vì vậy tôi có thể đạt được chức năng này một cách vòng vo.

Chương trình Flowcode tôi đã tạo được đính kèm. Cửa sổ thuộc tính cho phép bạn chọn kích thước của bảng hiển thị được sử dụng. tức là 4x4 hoặc 8x8 và điều này thiết lập một loạt các tham số như số lượng đèn LED, v.v. sau đó điều khiển các hoạt ảnh khác nhau để một chương trình có thể được sử dụng trên cả hai kích thước màn hình.

Giao diện người dùng của đèn khá đơn giản. Nhấn công tắc trong ít hơn ba giây và đèn chuyển sang chế độ tiếp theo. Trước khi mỗi chế độ bắt đầu, chỉ số chế độ được hiển thị trên mỗi bảng LED. Nhấn công tắc trong hơn ba giây và đèn sẽ tắt. Nhấn thêm vào công tắc sẽ làm cho đèn bật sáng trở lại chế độ đã chọn trước đó. Đèn mất nguồn sẽ dẫn đến việc đèn tiếp tục hoạt động hiện tại khi nguồn được khôi phục, bao gồm cả trạng thái bật / tắt.

Dưới đây là các chế độ hoạt ảnh khác nhau mà ánh sáng hiện có thể thực hiện với chương trình cơ sở hiện tại.

1. Nhòe màu - Màu pha trộn trong các vòng
2. Trò chơi của cuộc sống - Mô phỏng dựa trên dạng sống
3. Các mẫu quay - Các mẫu hoạt hình có 2, 3 hoặc 4 màu
4. Máy tạo sóng - Sóng hình sin màu
5. Màu cố định - Sáu bảng màu xoay riêng lẻ
6. Bóng râm - Màu bảng hoạt hình Tất cả / Cá nhân
7. Ngọn hải đăng - Bảng đơn xoay
8. Nhẫn - Vòng ngang hoạt hình
9. Lửa - Hiệu ứng lửa hoạt hình
10. Mưa - Hiệu ứng mưa màu hoạt hình
11. Pháo hoa - Hiệu ứng pháo hoa màu hoạt hình
12. Shifting - Hiệu ứng cuộn hoạt hình
13. Snake - Trận chiến rắn retro hoạt hình
14. Snakes - Rắn xoay hoạt hình
15. Ngẫu nhiên - Chế độ 1 đến 14 với chuyển tiếp chậm (khoảng 60 giây)
16. Ngẫu nhiên - Chế độ 1 đến 14 với chuyển tiếp nhanh (khoảng 30 giây)

Mỗi chế độ có một hoặc nhiều yếu tố ngẫu nhiên bao gồm tốc độ hoạt ảnh và các thông số khác. Một số chế độ cũng có các yếu tố ngẫu nhiên có thể trôi dạt hoặc thay đổi theo thời gian cho phép tạo ra nhiều hoạt ảnh động hơn. Ví dụ đám cháy có một lượng nhiên liệu ngẫu nhiên được thêm vào mỗi chu kỳ, lượng nhiên liệu này có giới hạn trên và dưới cố định. Theo thời gian, các giới hạn này có thể tăng hoặc giảm cho phép cường độ của ngọn lửa lấp đầy màn hình hoặc chỉ chìm xuống một vài pixel dưới cùng.

Bước 6: Kết nối

Bo mạch điều khiển được kết nối với nguồn điện bằng cáp USB A hoặc cáp ổ cắm DC, cả hai đều có thể được mua với giá rất rẻ trên các trang web như eBay.

Bảng điều khiển được kết nối với ổ cắm IN không được kết nối của bảng hiển thị bằng cách sử dụng đầu nối cạnh có thể tiếp cận và cáp ribbon servo 3 chiều tiêu chuẩn.

Các tấm cắt laser trên và dưới sau đó được giữ vào vị trí bằng bu lông đầu chảo M3 và miếng đệm ren M3.

Nâng cấp trong tương lai

Có tùy chọn thêm Bluetooth và WIFI vào bảng điều khiển của tôi cho phép nâng cấp trong tương lai như cập nhật hoạt ảnh và tích hợp thông minh với những thứ như Amazon Alexa thông qua các dịch vụ trực tuyến như ITTT. Đây là điều mà tôi hiện đang điều tra.

Sẽ thật tuyệt nếu bạn có thể đặt màu đèn, chế độ hoạt ảnh hoặc thậm chí hiển thị tin nhắn văn bản chỉ bằng cách nói chuyện với trợ lý thông minh của bạn.

Cảm ơn bạn đã xem bản dựng của tôi và tôi hy vọng tôi đã truyền cảm hứng cho bạn để theo bước chân tôi hoặc tạo ra thứ gì đó tương tự.

Về nhì trong cuộc thi Make it Glow