Arduino / Đèn bàn điều khiển ứng dụng: 6 bước (có hình ảnh)

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

Đối với dự án này, tôi muốn một thứ gì đó có thể cho phép tôi tự học thêm về điện tử / phần mềm, một thứ mà tôi chưa thực sự hiểu rõ.. Tôi quyết định đèn sẽ là một nền tảng tốt cho việc này.

Thiết kế mà tôi nghĩ ra là dành cho một chiếc đèn nền có tính năng điều chỉnh màu sắc và độ sáng. Trên sản phẩm, nhiệt độ và độ sáng màu trắng từ ấm đến lạnh được điều khiển thông qua 'puck', vị trí và hướng của nó thay đổi những điều này một cách độc lập - một tương tác khá độc đáo / thú vị.

Tôi cũng đã kết thúc việc tạo một Ứng dụng (cũng có thể thử thách bản thân) để điều chỉnh những điều này, cũng như thêm chức năng bổ sung để điều khiển một số đèn LED RGB và đặt báo thức mặt trời mọc. Báo thức mặt trời mọc tăng dần độ sáng trên 30 phút để giúp bạn thức dậy.

Vì đây là dự án Arduino / Ứng dụng đầu tiên của tôi, tôi cho rằng chắc chắn sẽ có nhiều cách tốt hơn để thực hiện mã, vì vậy hãy bình tĩnh nhé! Nó lo lắng, vì vậy tôi rất vui. Nếu bạn có đề xuất về các cải tiến, v.v … rất vui được lắng nghe..

Tất cả các tệp cho dự án này (mã arduino / ứng dụng phát minh, đồ họa ứng dụng, v.v.) và apk ứng dụng. có thể được tìm thấy tại liên kết này.

Tôi đã tham gia cuộc thi Raspberry Pi và FULL SPECTRUM LASER, vì vậy nếu bạn nghĩ rằng nó xứng đáng thì một phiếu bầu sẽ được đánh giá cao !!

Những gì bạn cần….

Thanh lịch. Các thành phần:

• Arduino Micro
• 12 Cảm biến Hiệu ứng Hall Đo bức xạ Tuyến tính
• Giắc cắm DC
• Nguồn điện 12V
• 2x 1W LED trắng mát (6000K)
• 2x 1W LED trắng ấm (2800K)
• 4x Adafruit RGB Neopixels
• Sparkfun Picobuck 350mA trình điều khiển hiện tại không đổi
• Mô-đun Bluetooth HC06
• Ban nguyên mẫu
• Khối thiết bị đầu cuối
• Dây điện

Vật liệu:

• Vật liệu làm khuôn (bìa cứng hoặc silicone, v.v.)
• Nhựa đúc polyurethane
• Ván ép

Vật tư tiêu hao:

• Hàn
• Sơn phun
• Giấy nhám
• Cốc trộn / máy khuấy

Công cụ:

• Sắt hàn
• Súng bắn keo
• Kìm / tua vít / dao cắt, v.v.
• Máy cắt laser

Phần mềm:

• Arduino
• Nhà phát minh ứng dụng MIT (dựa trên web miễn phí)
• Photoshop hoặc thứ gì đó để tạo đồ họa ứng dụng

Bước 1: Cảm biến hiệu ứng Hall

Đối với việc kiểm soát / tương tác với sản phẩm, tôi đang tìm kiếm một thứ gì đó khác biệt một chút, không chỉ là một mặt số hay thứ gì đó.

Sau khi nghiên cứu một chút về các loại linh kiện điện tử khác nhau, tôi đã tìm thấy cảm biến hiệu ứng hội trường bức xạ tuyến tính. Về cơ bản, đây là một cảm biến mà đầu ra bị ảnh hưởng bởi từ trường. Thông thường đầu ra của cảm biến bằng một nửa điện áp đầu vào. Tuy nhiên, khi một nam châm được đưa đến gần nó, đầu ra sẽ tăng đến điện áp đầu vào hoặc giảm xuống 0V (giới hạn bão hòa) tùy thuộc vào cực bắc hay cực nam của nam châm.

Tôi nhận ra rằng tôi có thể sử dụng điều này để cho phép tôi kiểm soát hai cài đặt khác nhau trên một cảm biến sảnh duy nhất - ý tưởng 'puck' đã được sinh ra. Một nam châm được giấu trong miếng cắt laser và sẽ kiểm soát độ sáng hoặc nhiệt độ màu tùy thuộc vào đầu nào hướng về phía các cảm biến. Tôi đi vào mã Arduino sau, nhưng về cơ bản tôi đọc các cảm biến này và tìm xem liệu đầu ra đã tăng trên 'trình kích hoạt cao' hay giảm xuống dưới 'trình kích hoạt thấp'. Tôi sử dụng nhiều cảm biến hiệu ứng hội trường để cho phép tôi lập bản đồ giá trị nhiệt độ và độ sáng màu cụ thể lên từng cảm biến, được kích hoạt khi bạn trượt puck xung quanh vòng cung..

Bước 2: Phần cứng Điện tử

Bước đầu tiên của dự án này là kết nối phần cứng điện tử. Tôi đã chọn sử dụng Arduino Micro vì nó có rất nhiều chân đọc analog - cho phép tôi sử dụng nhiều cảm biến hiệu ứng hội trường để cung cấp đủ độ phân giải cho việc điều chỉnh cài đặt. Nguồn điện DC 12V được phân chia giữa cấp nguồn cho trình điều khiển Arduino và đèn LED.

Vòng cung điều khiển sử dụng 11 cảm biến hội trường, với 1 cảm biến khác được sử dụng để tắt đèn. Chúng được kết nối vào các chân A0-> A5 và 4, 6, 8, 9, 10, 12. Chúng chia sẻ một chân / pin 5v và đường sắt nối đất.

Đèn LED tôi đã sử dụng là 1W và yêu cầu trình điều khiển dòng điện không đổi. Sparkfun PicoBuck được sử dụng vì nó cung cấp 350mA không đổi cho tối đa 3 kênh đầu ra. Nguồn cung cấp 12V được kết nối vào các chân Vin của trình điều khiển. Trình điều khiển có các chân đầu vào để điều khiển PWM của các đầu ra, chúng được kết nối với các chân 3 và 5 của Arduino.

Mô-đun bluetooth sau đó đã được kết nối. Bluetooth Rx-> Arduino Tx, Tx-> Rx và 5v.ground.

Đèn LED được gắn trên một bảng riêng biệt. Hai đèn LED trắng mát được mắc nối tiếp, cũng như đèn LED ấm. Chúng kết nối vào Đầu ra 1 và 2 của trình điều khiển. Đèn LED RGB là Adafruit Neopixels; đây là những mô-đun có thể điều chỉnh được mà bạn có thể điều khiển màu sắc và độ sáng của từng chiếc từ một chân Arduino. Chúng kết nối vào chân 11 và chân 5V / nối đất.

Bước 3: Nhà phát minh ứng dụng

Để tạo ứng dụng, tôi đã sử dụng MIT App Inventor, miễn phí và khá dễ học / sử dụng. Đầu tiên, tôi phải tạo màn hình / đồ họa ứng dụng - điều này có thể được thực hiện bằng photoshop, v.v. Điều này sẽ dễ dàng hơn trong App Inventor nếu bạn có tất cả các thành phần tạo nên màn hình dưới dạng hình ảnh / tệp riêng biệt.

App Inventor có hai chế độ xem, có tab 'Nhà thiết kế' cho nội dung trực quan giao diện người dùng và tab 'Khối' cho mã.

Sử dụng tab 'Nhà thiết kế', tôi đã tạo các màn hình ứng dụng. Một vấn đề tôi phát hiện ra là thành phần bluetooth không hoạt động trên nhiều màn hình nên sau màn hình 'chào mừng', tất cả những thứ khác (kết nối, RGB, nhiệt độ màu, báo thức) đều được tạo trong cùng một màn hình - hiệu quả là các lớp mà tôi bật /tắt.

Các công cụ chính mà tôi sử dụng là cho 'bố cục / căn chỉnh' và 'canvas'. Canvas là một vùng nhạy cảm mà bạn có thể hiển thị dưới dạng hình ảnh.

Sau khi hình ảnh được thiết lập, đã đến lúc chuyển sang tab 'Khối' và viết mã. Tôi sẽ mô tả nó một cách ngắn gọn, nhưng nó có lẽ dễ dàng hơn nếu bạn nhập tệp của tôi vào App Inventor và tự chơi…

Các khối đầu tiên này dành cho các màn hình kết nối. Để cho phép Ứng dụng thử tự động kết nối với mô-đun bluetooth Arduinos, tôi tạo và đặt một biến thành địa chỉ của HC06 của tôi. Tôi sử dụng bộ hẹn giờ để thay đổi hình nền trong khi nó đang kết nối. Nếu kết nối thành công thì nó sẽ tải lên màn hình tạm thời màu. Nếu bluetooth không tự động kết nối, bạn cần nhấn nút 'kết nối với thiết bị'. Thao tác này sẽ hiển thị danh sách tất cả các thiết bị bluetooth mà điện thoại của bạn có thể nhìn thấy. Lệnh 'bluetoothclient1.connect' sử dụng địa chỉ thiết bị bạn chọn từ danh sách đó để kết nối.

Các khối này kiểm soát những gì xảy ra khi bạn chạm vào từng nút menu - thay đổi giữa RGB, nhiệt độ màu và cảnh báo. Khi chúng chạm vào, các lớp hình ảnh áp dụng được bật và tắt. Tức là khi bạn nhấn vào nút menu RGB, nó sẽ chuyển hình ảnh nền của canvas các nút thành biểu tượng tối, bật màn hình RGB và tắt màn hình khác.

Điều khiển công suất và độ sáng được chia sẻ giữa màn hình RGB và màn hình tạm thời màu. Để Arduino biết đèn LED nào cần điều khiển, tôi cần cho nó biết màn hình nào được tải. Một chuỗi văn bản trong định dạng (màn hình)? được gửi bằng bluetooth điện thoại của bạn bằng lệnh BluetoothClient1. SendText.

Khối này gửi chuỗi (Power)? bất cứ khi nào nút nguồn được nhấn.

Các khối này kiểm soát việc điều chỉnh nhiệt độ màu. Khi bạn chạm vào canvas, tọa độ Y của điểm tiếp xúc của bạn được sử dụng để đặt biến 'cool'. Giá trị Y được điều khiển bởi kích thước pixel của canvas, vì vậy trong trường hợp của tôi là giá trị từ 0 đến 450. Tôi sử dụng hệ số để chuyển đổi giá trị đó thành giá trị PWM có thể sử dụng (0-255). Sau đó, tôi gửi một chuỗi có giá trị đó và một số nhận dạng ở dạng (Tempvalue)?.

Các khối tương tự như trên nhưng để kiểm soát độ sáng. Sử dụng tọa độ X lần này và các hệ số nhân khác nhau để đặt biến 'Sáng' thành giá trị từ 10 đến 100.

Các khối này dành cho điều khiển RGB. Có một lệnh gọi là 'GetPixelColor' có thể được sử dụng để nhận giá trị RGB của pixel mà ngón tay bạn đang chạm vào. Nó xuất ra giá trị có thêm 255 ở cuối vì một số lý do, vì vậy tôi phải làm một chút công việc để đưa giá trị vào định dạng (RGBredvalue.greenvalue.bluevalue.)? Một lần nữa, điều này sau đó được gửi đến Arduino, nhưng với RGB làm mã định danh trong chuỗi.

Phần tiếp theo của các khối dành cho cài đặt cảnh báo. Khối đầu tiên kiểm soát những gì sẽ xảy ra khi bạn chạm / kéo mặt trời lên và xuống. Một lần nữa, các lệnh 'lấy X và Y hiện tại' được sử dụng để lấy giá trị cho vị trí ngón tay của bạn và thay đổi hình nền tùy thuộc vào độ cao của mặt trời. Vị trí mặt trời cũng điều khiển cho dù cảnh báo được bật hay tắt, điều này được gửi qua bluetooth.

Khi bạn chạm hoặc hoàn thành việc di chuyển mặt trời, nó sẽ hiển thị bộ chọn thời gian để cho phép bạn đặt thời gian báo thức. Phần chính của khối tiếp theo này là sử dụng thời gian hiện tại để tính xem còn bao nhiêu mili giây cho đến khi cài đặt cảnh báo. Giá trị này sau đó được gửi đến Arduino

Trong bước tiếp theo, tôi sẽ trình bày cách Arduino đọc và sử dụng các chuỗi…

Bước 4: Mã Arduino

Đối với mã Ứng dụng, tôi sẽ trình bày ngắn gọn về vấn đề này….

Đầu tiên, tôi thiết lập tất cả các biến của mình, gán các cảm biến và đèn LED vào các chân chính xác. Đầu ra từ cảm biến hiệu ứng hội trường sẽ được đọc bằng cách sử dụng chức năng analogRead, cho giá trị từ 0 đến 1023. Như đã mô tả trước đây, đầu ra một nửa khi không có nam châm, vì vậy khoảng 500. Tôi sử dụng các biến kích hoạt Thấp và Cao để cho phép tôi dễ dàng điều chỉnh khi nó biết puck nằm trên cảm biến.

Các neopixel yêu cầu một thư viện để được xác định ở đây..

Thiết lập void bắt đầu nối tiếp, đối với Micro, các chân Rx / Tx (bluetooth) sử dụng Serial1.. Sau đó, các chân này được đặt thành đầu vào hoặc đầu ra và đèn LED được đặt thành tắt.

Bây giờ nó là vòng lặp chính…

Phần đầu tiên này là kiểm tra xem có bất kỳ dữ liệu nào đang được nhận từ Ứng dụng hay không. Serial1.available () đang đọc chuỗi và nhận số byte trong chuỗi. Nếu điều đó> 0, tôi biết dữ liệu đang đến.

Nếu bạn nhớ, tất cả các chuỗi mà tôi gửi từ Ứng dụng đều kết thúc bằng dấu chấm hỏi…. tức là (Bright100)?

Tôi sử dụng hàm.readStringUntil để đọc dữ liệu nối tiếp đến dấu chấm hỏi (Bright100) và đặt biến BTstring thành này. Tôi kiểm tra xem chuỗi BT có kết thúc bằng dấu ')' hay không để đảm bảo rằng các lệnh hoàn chỉnh đang được nhận. Nếu đúng như vậy, thì vòng lặp BluetoothProgram được gọi … điều này được mô tả kỹ hơn..

Bit tiếp theo này điều khiển cảnh báo mặt trời mọc. Về cơ bản, nếu báo thức được bật và thời gian chính xác thì đèn LED sẽ bắt đầu mờ dần. Do mắt người cảm nhận ánh sáng theo lôgarit, tốt hơn nên làm bất kỳ loại đèn LED nào làm mờ dần lên / xuống theo đường cong hàm mũ hơn là tuyến tính. Do đó, một phương trình đang điều khiển các giá trị PWM…

Để tránh sự cố can thiệp vào việc kiểm soát Ứng dụng, nó sẽ bị vô hiệu hóa khi bạn sử dụng Ứng dụng. Để kích hoạt lại puck, bạn cần di chuyển nó ra khỏi sản phẩm trong 5 giây.. Đoạn mã này trước tiên sẽ kiểm tra xem tất cả các cảm biến có đang xuất giá trị trạng thái ổn định (không có nam châm) hay không và sau đó bắt đầu hẹn giờ. Khi hoàn tất 5 giây, biến BTinControl được đặt lại thành false.

Mã cho puck bây giờ.. Đầu tiên các cảm biến cần phải được đọc.

Nếu đèn hiện đang tắt, nó sẽ kiểm tra xem có bất kỳ cảm biến nào ở trên hoặc dưới điểm kích hoạt hay không, tức là puck đã được đặt trên vòng cung. Nếu đúng như vậy thì đèn LED trắng sẽ mờ dần về cài đặt cuối cùng của bạn cho dù bạn đặt nó ở đâu.

Để giữ cho đèn LED được đặt thành cài đặt cuối cùng của bạn thay vì cập nhật các giá trị được liên kết với bất kỳ cảm biến nào mà nó kích hoạt, biến MovedSinceStandby được đặt thành false. Đoạn mã tiếp theo này về cơ bản sẽ kiểm tra xem bạn đã di chuyển puck từ vị trí ban đầu của nó với một số tiền đã định hay chưa….

Nếu bạn đang di chuyển puck, 'MainProgram' sẽ được gọi để cập nhật độ sáng / nhiệt độ màu. Điều này được mô tả sâu hơn.

Bit cuối cùng trong vòng lặp chính này kiểm tra xem puck đã được đặt trở lại đế chờ hay chưa - cảm biến 12 có đang đọc giá trị trên / dưới điểm kích hoạt hay không. Nếu vậy, nó làm mờ đèn LED trở lại..

Vòng lặp bluetooth:

Như đã mô tả ở trên khi dữ liệu được nhận qua bluetooth, chuỗi được đọc. Bây giờ chúng ta cần kiểm tra xem chuỗi đó nói gì…

Tất cả các chuỗi ngoại trừ độ sáng, nhiệt độ màu và RGB đều khá dễ xử lý. Bạn kiểm tra xem BTstring có bằng với văn bản được gửi từ Ứng dụng hay không.

Nếu bạn nhớ lại, bất cứ khi nào bạn thay đổi màn hình trong Ứng dụng, nó sẽ gửi một lệnh bluetooth. Ở đây chúng tôi đặt câu hỏi cho điều đó và đặt một số biến thành true hoặc false để chúng tôi biết bạn đang ở màn hình nào.

Lưu ý ở cuối mỗi phần, tôi đặt biến BTinControl thành true và xóa giá trị BTstring.

Khi bạn nhấn vào nút nguồn trong Ứng dụng, nó sẽ làm mờ các đèn LED lên hoặc xuống. Các biến được đặt ở trên cho màn hình bạn đang sử dụng được sử dụng để quyết định xem nó là đèn LED RGB hay đèn LED trắng để điều khiển..

Đối với độ sáng, nhiệt độ màu và RGB, tôi cần đọc các chuỗi theo một cách hơi khác. Bởi vì phần số của chuỗi sẽ thay đổi, tôi đặt câu hỏi liệu chuỗi có bắt đầu bằng một trong các số nhận dạng không phải là chuỗi đầy đủ hay không, vì vậy chỉ cần (Sáng đây..

Bây giờ tôi cần tách giá trị độ sáng thực tế ra khỏi chuỗi. Định dạng của chuỗi được gửi từ Ứng dụng là (Brightvalue), do đó tôi biết giá trị độ sáng sẽ nằm giữa 't' và ')'. Vị trí của 't' sẽ không đổi, nó sẽ luôn là ký tự thứ 7 trong chuỗi. Nhưng vì giá trị độ sáng có thể nằm trong khoảng từ 10 đến 100 nên vị trí của dấu ')' sẽ thay đổi. Tôi sử dụng lệnh.indexOf để tìm ra vị trí của ký tự ')', ký tự đó là gì và sau đó có thể sử dụng lệnh.substring để đọc chuỗi giữa ký tự thứ 7 và vị trí ký tự ')'. Điều này giúp tôi chỉ có giá trị độ sáng mà tôi có thể sử dụng để điều chỉnh đèn LED RGB hoặc đèn LED trắng tùy thuộc vào màn hình.

Điều chỉnh nhiệt độ màu là một quá trình tương tự như trên nhưng giá trị sẽ nằm giữa 'p' và ')' lần này…

Đối với điều chỉnh RGB, chúng tôi có ba giá trị để trích xuất từ chuỗi, nhưng quá trình tương tự của nó một lần nữa. Từ ứng dụng, chúng tôi nhận được các chuỗi ở dạng (RGBvalue.value.value)

Vì vậy, tôi biết giá trị màu đỏ sẽ nằm giữa 'B' và điểm dừng đầy đủ đầu tiên. Giá trị màu xanh lá cây nằm giữa điểm dừng đầy đủ thứ 1 / thứ 2 và giá trị màu xanh lam nằm giữa điểm dừng hoàn toàn thứ 2 và dấu ')'.

Sau khi chúng tôi có các giá trị, neopixles được đặt thành màu mới…

Tại đây chúng tôi kiểm tra xem báo thức đang được bật hay tắt. Nếu thay đổi thời gian báo thức, chúng tôi sẽ nhận được một chuỗi với số mili giây từ bây giờ cho đến khi có báo thức. Một lần nữa giá trị này được trích xuất từ chuỗi và để có thể kiểm tra xem thời gian bắt đầu mặt trời mọc của nó, chúng ta cần đặt một biến thành thời gian hiện tại (mili)..

Điều khiển Puck:

Như đã mô tả trước đây nếu puck (nam châm) lên một chiều, nó sẽ điều khiển đầu ra cảm biến Hall bên dưới bộ kích hoạt thấp và nếu ngược lại lên phía trên bộ kích hoạt cao.

Điều này cho phép kiểm soát cả độ sáng và nhiệt độ màu trên cùng một cung..

Các giá trị cảm biến được đọc. Nếu bất kỳ giá trị nào trong số chúng nhỏ hơn giá trị kích hoạt thấp thì chúng tôi đang điều chỉnh nhiệt độ màu. Có 11 cảm biến dưới khu vực vòng cung, các đầu ra này sẽ lần lượt đi xuống bên dưới điểm kích hoạt khi puck di chuyển qua chúng. Mỗi cảm biến có một giá trị PWM cho các đèn LED mát và ấm so với nó, bắt đầu với cảm biến 1 ở 100% ấm, 0% mát và hoạt động đến cảm biến thứ 11 ở 0% ấm, 100% mát.

Việc kiểm soát độ sáng được thực hiện theo cách tương tự.. lần này kiểm tra xem đầu ra của cảm biến có ở trên mức kích hoạt cao hay không và cung cấp cho mỗi cảm biến một giá trị trọng số độ sáng.

Trọng số độ sáng này sau đó được nhân với giá trị nhiệt độ màu để đưa ra giá trị đầu ra tổng thể. Cho phép bạn đặt mọi nhiệt độ màu ở bất kỳ độ sáng nào…

Bước 5: Nhà ở

1. Tôi bắt đầu bằng cách tạo một khuôn từ bìa cứng cho phần dưới của nhà ở. Để tạo các hốc cho khu vực điều khiển, tôi đã cắt laser một miếng ván ép thành hình vòng cung và sử dụng một đồng xu 5p cho dock 'chờ'. Chúng được dán xuống khuôn bìa cứng, chú ý để chúng ở đúng vị trí sẽ phù hợp với các cảm biến hiệu ứng hội trường.
2. Tiếp theo là trộn nhựa polyurethane. Những thứ tôi sử dụng có tỷ lệ 1: 1 đơn giản và chữa khỏi trong vòng khoảng 20 phút.. vì vậy cần phải làm việc khá nhanh chóng!
3. Đổ ban đầu là để đầy đáy khuôn. Sau bộ này, tôi đã thêm một bức tường bên trong bằng bìa cứng để cho phép tôi đổ các bức tường bên.
4. Để tạo phần trên mà đèn LED sẽ nằm trong đó, tôi cắt và dán một số ống / cốc nhựa vào vị trí theo một góc. Và một lần nữa nhựa được đổ vào và cho phép đông kết.
5. Bây giờ nhà ở đã được sắp xếp xong, tôi cần phải khoan một số lỗ và cho cát xuống.
6. Sơn lót được sơn và sau đó phun lớp sơn phủ cuối cùng.

Bước 6: Lắp ráp / Kết luận

1. Một khe cắm cho giắc cắm DC đã bị cắt ra khỏi vỏ. Giắc cắm sau đó được dán vào.
2. Bảng LED sau đó có thể được vặn xuống ở phần trên, với các dây dẫn được đưa qua phần dưới.
3. Sau đó, các dây dẫn từ giắc cắm của đèn LED và giắc cắm DC đã được vặn vào các khối thiết bị đầu cuối chính xác.
4. Bo mạch chính sau đó được vặn vào vỏ
5. Sau đó, một miếng ván ép được vặn xuống để che đi phần dưới của hộp.
6. Điều cuối cùng là dán 'puck' lại với nhau, đảm bảo định hướng các cực của nam châm với nắp cuối 'độ sáng' hoặc 'nhiệt độ màu' chính xác.

Nhìn chung đèn hoạt động khá tốt! Có một vài lỗi trong phần mềm cần giải quyết và đèn LED RGB có thể sáng hơn. Tôi cũng có thể thêm cảm biến ánh sáng xung quanh để tự động thay đổi nhiệt độ màu, bắt đầu "mát" vào ban ngày và chuyển thành "ấm" vào ban đêm.

Chúc bạn đọc!