Bàn cà phê LED Arduino điều khiển bằng Bluetooth: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Đây là dự án Arduino thực sự đầu tiên của tôi và cũng là người hướng dẫn đầu tiên của tôi, vì vậy hãy vui lòng đóng góp ý kiến :) Tôi muốn thử và trả lời các câu hỏi mà tôi đã mất một thời gian để tìm ra và cung cấp hướng dẫn chi tiết, vì vậy nếu bạn rất quen thuộc với người có sở thích điện tử thì bạn có thể đọc lướt qua từng bước nhưng nếu bạn chưa quen với điều này, nó sẽ cung cấp cho bạn mọi thứ bạn cần.

Mục đích của dự án là tạo ra một màn hình 12 x 12 pixel trong một chiếc bàn cà phê có thể được điều khiển qua bluetooth và được sử dụng làm đèn chiếu sáng trong phòng mát mẻ / chơi trò chơi trên đó.

Đối với bản dựng này, bạn sẽ cần những phần sau:

1. Arudino Mega (hoặc bản sao) -
2. Arduino micro SD Card Shield (Tôi đã sử dụng cái này và hàn các tiêu đề vào) -
3. Thẻ Micro SD - Mọi kích thước đều được nhưng nó phải được định dạng ở FAT32
4. Dải đèn LED có thể thay thế 5m WS2812B -
5. Mô-đun Bluetooth HC05 -
6. Nguồn cung cấp 5 V 6 Amp - (Tôi đã sử dụng cái này nhưng có hàng trăm cái khác trên ebay)
7. Bảng Ikea LACK (những người có sở thích cổ điển) -
8. Tiếp cận máy cắt laser cho ván ép 3 mm (hoặc một tay cầm rất chắc chắn). Bạn có thể đặt hàng trực tuyến các bộ phận cắt laser ở nhiều nơi khác nhau (ví dụ:
9. Sơn phun trắng
10. Phần nhôm chữ T dài 2 m (1 1/2 x 1 1/2 x 1/8) -
11. Mặt kính 450 mm x 450 mm x 6 mm (hầu hết các thợ lắp kính địa phương có thể cắt các miếng tùy chỉnh cho bạn nhưng tôi đã sử dụng những miếng kính này
12. Tụ Farad 1 x 100 micro
13. Điện trở 2 x 1k
14. 1 x 2k điện trở
15. 1 x chiết áp quay tuyến tính
16. Nhiều jumper khác nhau (có thể là một tá trong quá trình tạo mẫu)
17. Ít nhất ba màu của cáp tương đối dày để hàn (điều này có thể tạo ra một số dòng điện lớn, vì vậy tôi không khuyên bạn nên dùng dây nhảy cho nguồn điện)
18. Stripboard cho mạch bên trong (đừng lo lắng nó rất đơn giản)

Công cụ yêu cầu:

1. Một mỏ hàn + thuốc hàn
2. Một cặp ảnh
3. Dụng cụ tuốt dây
4. Một Dremel hoặc ghép hình của một số loại để phá vỡ bảng. Tôi đã sử dụng https://www.amazon.co.uk/gp/product/B0078LENZC/ref… này với các bit cắt xoắn ốc

Bước 1: Kiểm tra ban đầu và bố trí

Bước đầu tiên của cuộc gọi là cắt dải LED thành độ dài bạn cần. Dải đèn LED này thực sự dễ sử dụng vì nó chỉ có 3 chân và giúp Arduino thực hiện công việc thực sự. Tôi cắt ống chỉ thành 12 phần, mỗi phần có chiều dài 12 đèn LED như thể hiện trong hình và đặt chúng ở mặt sau của bảng để giúp tôi hình dung mình sẽ đi đâu với cái này.

Sau đó, tôi còn thừa một vài đèn LED nên tôi đã kết nối chúng với Arduino UNO. Tôi phải kiểm tra xem chúng có hoạt động không (bạn cũng có thể sử dụng Mega được đề cập trong đề cương dự án). Để làm điều này, tôi cắt và tước một số tiêu đề nam thành nam và hàn chúng vào các miếng đệm ở cuối dải đèn LED. Trên dải WS2812, tôi đã sử dụng dây 5V có màu đỏ, tiếp đất là màu trắng và dữ liệu có màu xanh lá cây. Đảm bảo rằng bạn chú ý đến mũi tên chỉ hướng được in trên dải WS2812B để bạn không thử và gửi dữ liệu sai hướng. Tôi đã kết nối đường 5V với 5V trên Arduino, Ground với GND và Data vào chân 6 với một điện trở 1k mắc nối tiếp. Hãy nhớ rằng sơ đồ Fritzing của đèn LED WS2812B hơi khác với sơ đồ tôi đã phân phối - đủ để nói, chỉ cần đảm bảo dữ liệu được kết nối với chân 6, Gnd được kết nối với đất và 5 được kết nối với 5V.

Với quá ít đèn LED (5 hoặc hơn), Arduino sẽ ổn để cung cấp năng lượng; tuy nhiên, bạn không thể cấp nguồn cho nhiều đèn vì khi chúng ở chế độ trắng hoàn toàn, các đèn LED hút tới 60mA mỗi đèn và có thể nhanh chóng áp đảo Arduino.

Giả sử bạn có Arduino IDE (nếu không tải xuống và cài đặt nó), hãy đặt loại chipset thành Arduino bạn có và đặt cổng COM thành cổng hiển thị Arduino trong các tùy chọn. Bây giờ tải xuống thư viện FastLED và cài đặt nó (https://fastled.io/). Mở ví dụ striptest.h và đặt số lượng đèn LED trong bản phác thảo thành số lượng đèn LED mà bạn có (tôi còn lại 5 đèn). Nhấn xác minh và (giả sử mọi thứ đều suôn sẻ) tải nó lên Arduino và bạn sẽ thấy đèn trên dải nhỏ bật sáng và thay đổi màu sắc.

Bước 2: Hàn Ma trận và Dải bảng

Bây giờ là lúc bắt đầu tạo ma trận LED.

Cắt 11 đoạn dài ngắn của mỗi đoạn dây trong ba màu bạn có. Đảm bảo chúng đủ dài để đi từ cuối dải này đến đầu dải tiếp theo. Khi đặt các dải LED ra ngoài, bạn cần đảm bảo rằng mũi tên của luồng dữ liệu đi theo một con rắn. Khi điều này được trình bày, hãy cẩn thận hàn từng hàng led với hàng tiếp theo như thể hiện trong hình. Điều này dễ dàng hơn đáng kể nếu bạn sử dụng cùng một màu cho từng loại kết nối.

Bây giờ, hàn nhiều hơn, chúng ta cần tạo bảng dải sẽ xử lý nguồn điện từ nguồn điện chính. Tôi đã hàn hai cột trên bảng mạch dải với nhau cho cả 5V và GND để nó xử lý dòng điện tốt hơn. Xem sơ đồ đính kèm cho mạch bạn cần tạo. Khi hàn tụ điện, hãy đảm bảo rằng đầu âm được gắn vào thanh GND, không phải đầu 5V. Khi bảng điều khiển hoàn thành, chúng ta cần kết nối + VE và GND với dải LED và cũng sử dụng nửa còn lại của jumper mà chúng ta đã cắt trước đó để kết nối Arduino với nguồn điện và bảng dải. Bây giờ sẽ là thời điểm tốt để thêm bảng đột phá SD vào Arduino để chúng ta có thể lưu tệp vào đó và đọc từ đó sau này. Khi bo mạch đột phá SD được đặt ở vị trí, chúng ta có thể kết nối đường ray 5V với chân Vin và GND với bất kỳ chân GND nào trên Arduino.

Cuối cùng, chúng ta có thể kết nối một chiết áp với đầu vào tương tự A0 như được hiển thị để chúng ta có cách kiểm soát độ sáng của đèn LED.

Khi tất cả điều này được thực hiện, chúng tôi có thể tải lên bản phác thảo Striptest một lần nữa thay đổi số lượng đèn LED thành 144. Hãy đảm bảo rằng bạn đã kích hoạt nguồn điện trước khi tải bản phác thảo này lên. Hy vọng rằng tất cả các đèn LED sẽ sáng lên theo các mẫu của bản phác thảo nổi bật nhất để chúng tôi biết mọi thứ đang hoạt động.

Bước 3: Tích hợp mô-đun Bluetooth

Đoạn dây cuối cùng bây giờ, thiết bị HC05 kết nối với Arduino Mega như được hiển thị trong sơ đồ. Đảm bảo rằng thiết bị HC05 kết nối với các cổng Rx1 và Tx1 trên mega - điều này giúp lập trình dễ dàng hơn nhiều và tránh sử dụng thư viện "phần mềm".

NB. Thiết bị HC05 sẽ sử dụng 5V in hoặc 3.3V và thường hoạt động trên logic 3.3V vì vậy tôi đã kết nối nó với đường sắt 3.3V. Một số hướng dẫn khác đã hiển thị Tx (trên Arduino) đến Rx (trên thiết bị HC05) với một mạch phân chia tiềm năng để loại logic 5 V từ Arduino sang mức gốc cho mô-đun HC05. Đây là lý do tôi có các điện trở 1k và 2k trong danh sách các bộ phận; tuy nhiên, tôi đã không bận tâm và nó có vẻ hoàn toàn hạnh phúc trên bàn của tôi:)

Bước 4: Đánh cắp bảng

Bây giờ chúng ta cần bắt đầu cắt rời bảng để tạo cho đèn LED và thiết bị điện tử của chúng ta một ngôi nhà mới.

Đầu tiên, đánh dấu một hình vuông 450 mm x 450 mm ở giữa mặt trên của mặt bàn LACK. Sử dụng Dremel (hoặc máy ghép hình) cắt hình vuông ra sao cho tốt nhất bạn có thể để giữ cho nó thẳng. Bây giờ chúng ta có thể loại bỏ phần trên và các miếng bên trong bằng bìa cứng để lại cho bạn một mặt bàn rỗng như trong hình. Sử dụng lại Dremel, chúng ta có thể khoan một lỗ ở góc của đáy bàn để chúng ta có một nơi nào đó để luồn dây cáp điện qua.

Khi bàn đã được chuẩn bị, chúng ta có thể dán các đèn LED xuống gần đúng vị trí trước khi chuyển sang các bước tiếp theo. Tôi thấy hữu ích khi đảm bảo rằng các thiết bị điện tử đều đúng sau mỗi bước, vì vậy hãy thử lại bản phác thảo nổi bật nhất.

Khi bạn cảm thấy thoải mái, mọi thứ đã ở đúng vị trí của nó thì bạn có thể khoan một vài lỗ nhỏ để gắn nguồn điện vào bên trong cạnh bàn bằng cách sử dụng các bu lông nhỏ. Tôi đã chọn gắn Arduino bên ngoài bảng để tôi có thể lập trình lại dễ dàng nếu tôi muốn nhưng nó được gắn ngược xuống dưới cùng của bảng và không dễ nhìn thấy. Tôi cũng gắn chiết áp qua đáy bàn để điều khiển độ sáng trông đẹp và chuyên nghiệp.

Bước 5: Các bộ phận cắt bằng laser

Bây giờ chúng ta cần giới thiệu các phần được cắt bằng laser tạo thành ma trận các hình vuông để chúng ta có các pixel được xác định. Tôi đã bao gồm các tệp dxf cho các bộ phận được cắt bằng laser tạo thành ma trận gỗ và cả hình ảnh của chúng để bạn biết chúng trông như thế nào. Chúng được làm từ hai mảnh riêng biệt, một mảnh đi dọc theo mỗi hàng đèn LED và mảnh kia cắt chúng. Các bộ phận cắt ngang có một khe hở cao 10 mm được cắt ra ở phía dưới để cho phép hệ thống dây điện đi qua. Khoảng cách này có thể giảm xuống còn 5 mm vì tôi dường như có một chút rò rỉ ánh sáng từ điểm ảnh này sang điểm ảnh tiếp theo.

11 trong số các bản sao của cả hai bộ phận cần được cắt bằng tia laze khỏi ván ép 3mm và sau đó lắp ráp chúng để đảm bảo chúng vừa khít. Một khi bạn hài lòng, hãy tách ma trận ra một lần nữa và phun nó màu trắng để cải thiện các đặc tính phản chiếu của bảng. Khi khô, đặt chúng lại với nhau một lần nữa và đặt chúng trên đèn LED. Có thể hơi khó để lắp chúng lại với nhau sau khi xịt vì chúng hiện đã dày hơn một chút nhưng đừng lo, chỉ cần nhẹ nhàng gõ nhẹ chúng vào vị trí trước khi bạn đặt ma trận vào bảng.

Bước 6: Glediator

Bây giờ chúng tôi đã triển khai tất cả phần cứng, chúng tôi có thể bắt đầu xem xét phần mềm. Tôi đã tải xuống và cài đặt phần mềm có tên Glediator để tạo hoạt ảnh cho đèn LED (https://www.solderlab.de/index.php/software/glediat…). Hướng dẫn cài đặt có thể hơi rắc rối nhưng hãy làm theo trang web chặt chẽ và bạn sẽ ổn. Chúng tôi cũng cần tải xuống bản phác thảo từ trang web Glediator để tải lên Arduino (https://www.solderlab.de/index.php/downloads/catego…). Chúng tôi đang sử dụng đèn LED WS2812B vì vậy hãy đảm bảo bạn tải xuống đúng đèn LED (Giao diện Glediator WS2812). Khi bạn mở bản phác thảo này, hãy thay đổi NUMBER_OF_PIXELS thành 144 và tải nó lên Arduino.

Sau khi Glediator được cài đặt, chúng ta có thể bắt đầu phát các hoạt ảnh trên bàn. Đầu tiên, chúng ta cần đặt kích thước ma trận thành 12 x 12 trong phần mềm Glediator và cũng đặt kiểu đầu ra là HSBL - Rắn ngang (bắt đầu) Dưới cùng bên trái vì đây là cách chúng ta đã nối dây các đèn LED và thay đổi thứ tự màu thành GRB (đây là những gì đèn LED lấy dữ liệu). Trên tab đầu ra, mở cổng COM và ma trận LED sẽ bắt đầu hiển thị mẫu LED trên màn hình giữa của phần mềm Glediator.

Bạn có thể tạo hoạt ảnh và ghi chúng vào tệp.dat mà chúng tôi có thể tải lên thẻ SD, nghĩa là các hoạt ảnh yêu thích của bạn có thể được hiển thị trên bàn mà không cần kết nối PC. Có một số hướng dẫn trực tuyến về điều này (ví dụ: https://hackaday.io/project/5714-glediator-from-sd…). Tôi đã sửa đổi một số nguồn mã khác nhau để làm việc này nên mã của tôi sẽ ổn.

Khi lưu hoạt ảnh của bạn, hãy đảm bảo bạn lưu chúng dưới dạng "animX.dat" trong đó X là bất kỳ số nào từ 1-15. Bạn có thể triển khai nhiều hơn bằng cách thay đổi một vài dòng trong mã của tôi.

NB- Khi ghi các tệp Glediator, phần mềm có một lỗi trong đó có nghĩa là nó không nhớ cách bạn đấu dây dải đèn LED. Trong mã của mình, tôi đã triển khai một hàm đơn giản để đảo ngược thứ tự của các hàng được đánh số chẵn có nghĩa là tất cả đều hiển thị chính xác

Bước 7: Điều khiển nối tiếp Bluetooth

Việc thiết lập giao tiếp bluetooth giữa điện thoại thông minh và Arduino tỏ ra khó khăn một cách đáng ngạc nhiên nhưng có một vài bước đơn giản sẽ giúp việc này dễ dàng hơn nhiều. Trước tiên, bạn sẽ cần tải xuống một ứng dụng cho điện thoại thông minh của mình. Tôi đã sử dụng https://play.google.com/store/apps/details?id=com…. nhưng có lẽ có một chiếc iphone tương đương (mà bạn phải trả tiền; p)

Bạn có thể nhận thấy rằng mô-đun HC05 có một công tắc nhỏ trên đó. Nếu bạn bật nguồn bằng cách nhấn công tắc này, nó sẽ chuyển sang chế độ AT, có nghĩa là bạn có thể thẩm vấn các thông số trên đó và thay đổi chúng nếu bạn muốn.

Tải bản phác thảo đính kèm lên Mega và đặt tốc độ nối tiếp trên PC của bạn thành 9600. Ngắt kết nối nguồn với thiết bị HC05 rồi nhấn nút trên thiết bị khi bạn kết nối lại. Việc nhấp nháy bây giờ sẽ khoảng hai giây một lần - lúc này HC05 đang ở chế độ AT.

Bây giờ trong màn hình nối tiếp, chúng ta có thể gửi lệnh đến HC05 và xem phản hồi của nó. Gõ "AT" và nhấn gửi và bạn sẽ thấy "OK" trở lại trên màn hình nối tiếp - bây giờ chúng tôi biết nó đang nghe. Tên bluetooth của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách nhập "AT + NAME = XYZPQR" trong đó XYZPQR là những gì bạn muốn mô-đun được gọi. Tôi đã gọi là LightWave của mình. Mật mã mặc định cho mô-đun bluetooth là 1234 (hoặc 0000) nhưng bạn cũng có thể thay đổi mật mã này bằng cách gửi "AT + PSWD = 9876" chẳng hạn. Cuối cùng, chúng ta có thể thay đổi tốc độ truyền thông của HC05 bằng cách gửi "AT + UART = 38400". Đây là tỷ lệ mặc định cho hầu hết các mô-đun HC05 nhưng của tôi đã được đặt khác, vì vậy tốt hơn hết là bạn nên đặt nó để chắc chắn. Có rất nhiều thông tin chi tiết về các lệnh này tại đây: https://www.itead.cc/wiki/Serial_Port_Bl Bluetooth_M… và cũng có các hướng dẫn về bước này chi tiết hơn nhiều https://www.instructables.com/id/Modify - HC-05-…

Bây giờ chúng ta có thể thử gửi lệnh tới mô-đun thông qua thiết bị bluetooth. Trước hết ngắt kết nối nguồn với mô-đun HC05 và sau đó kết nối lại. Bạn sẽ thấy rằng tốc độ nhấp nháy của đèn LED nhanh hơn nhiều - điều này có nghĩa là nó đang chờ ghép nối. Trên điện thoại thông minh của bạn, hãy mở ứng dụng Bộ điều khiển Bluetooth Arduino và tìm mô-đun HC05. Nếu bạn chưa thay đổi tên, nó có thể sẽ được gọi là HC05 hoặc tương tự. Khi được cung cấp các tùy chọn về cách bạn muốn kết nối, hãy chọn Chế độ đầu cuối. Bây giờ, hãy thử gửi một số số và văn bản và xem liệu màn hình nối tiếp trên PC có báo cáo rằng chúng đã được nhận hay không. Hy vọng rằng họ có để chúng tôi có thể tiếp tục, nếu không có rất nhiều hướng dẫn có thể cung cấp cho bạn một vài gợi ý (ví dụ: https://www.instructables.com/id/Bl Bluetooth-Hc-05-W…).

Điều cuối cùng cần làm ở đây là ánh xạ các đầu vào của bộ điều khiển thành các con số mà Arduino có thể làm được điều gì đó. Tôi đã sử dụng các giá trị sau:

Lên = 1, Xuống = 2, Left = 3, Đúng = 4, Bắt đầu = 5, Chọn = 6.

Bước 8: Trò chơi

Tôi không có tín dụng cho mã trò chơi. Tôi đã sử dụng mã nguồn được tìm thấy ở đây https://github.com/davidhrbaty/IKEA-LED-Table được viết bởi davidhrbaty. Tuy nhiên, tôi đã sửa đổi nó theo một số cách khác nhau:

1. Tôi đã thêm một chức năng hạn chế độ sáng dựa trên giá trị chiết áp để chúng tôi có thể thay đổi độ sáng
2. Tôi đã xóa trò chơi gạch vì tôi không thể biên dịch nó
3. Tôi đã thay đổi mã màu của các khối tetris để chúng có các màu khác nhau
4. Tôi đã sắp xếp lại menu
5. Tôi đã triển khai một tùy chọn để phát hoạt ảnh từ thẻ SD
6. Tôi đã thêm theo dõi điểm cao và tùy chọn hiển thị điểm cao trong menu

Mã đính kèm sẽ hoạt động ngay lập tức nhưng nếu không, đề xuất của tôi sẽ loại bỏ các trò chơi dường như gây ra thông báo lỗi và xác minh lại mã cho đến khi bạn tìm ra vấn đề ở đâu.

Tác giả ban đầu của mã này đã thực hiện một công việc tuyệt vời khi xây dựng một thứ gì đó thực sự mang tính mô-đun và dễ dàng thêm vào. Không khó để thêm vào các trường hợp phụ để thêm nhiều chức năng vào bảng.

Các tùy chọn trong menu là:

1. Thẻ SD - Phát hình ảnh động được lưu trữ trên thẻ SD
2. Tetris
3. Rắn
4. Pong
5. Dice - Máy tạo hạt nhân ngẫu nhiên từ 1 đến 6
6. Hoạt ảnh - Một bộ sưu tập các hoạt ảnh từ thư viện FastLED
7. Stars Animation - EDIT - Tôi hiện đã triển khai Trò chơi cuộc sống của Conway thay vì hoạt ảnh này
8. Hoạt hình cầu vồng
9. Điểm cao - Hiển thị điểm cao cho tetris và rắn

Trước khi bắt đầu chơi, bạn cần tạo hai tệp txt trên thẻ SD, một tệp có tên là "teths.txt" và tệp còn lại có tên "snkhs.txt". Trong cả hai tệp này, hãy đặt số 0 sau đó lưu chúng vào thư mục gốc của thẻ SD. Đây là những tệp theo dõi điểm cao và sẽ được cập nhật mỗi khi điểm cao được đánh bại. Nếu bạn muốn đặt lại nó, chỉ cần thay đổi các giá trị về 0 trên PC.

Khi bạn tải chương trình LED_table lên Arduino, bạn có thể mở màn hình nối tiếp và bạn sẽ có thể thấy các lệnh bluetooth khi bạn gửi chúng - bằng cách này bạn biết mọi thứ đang hoạt động tốt.

Bước 9: Thưởng thức

Tất cả những gì còn lại cần làm là tải mã bảng LED chính lên Mega và sau đó vui chơi và cho tôi biết điểm cao của bạn!

Tôi vẫn đang chờ các bộ phận cho mặt bàn đến (phần nhôm T và kính) nhưng chiếc bàn hiện hoạt động tốt và tôi có thể chơi trò chơi trên đó.

Hãy cho tôi biết nếu bạn có bất kỳ nhận xét, chỉnh sửa hoặc phát hiện bất kỳ lỗi nào tôi đã mắc phải.

Bước 10: Cập nhật

Bây giờ nó đã hoàn thành hoàn toàn!:)

Cuối cùng tôi đã nhận phần nhôm chữ T cho phần viền và làm công việc tốt nhất của mình trong việc mài khớp (hóa ra 45 độ là một trong những góc khó hơn) nhưng nó gần như hoàn toàn vuông. Đối với mặt trên, tôi quyết định lấy một tấm kính dày hơn (425 x 425 x 8mm) và tôi làm mờ mặt dưới bằng cách sử dụng bình xịt làm mờ kính Rustoleum. Tôi đã sử dụng caulk thông thường (keo silicon) để nối các miếng ghép trên cùng và các góc để có một chút uốn cong trong các mối nối nếu cần thiết.

Bản cập nhật đã cập nhật. Bây giờ tôi đã thêm trong Trò chơi cuộc sống của Conway dưới dạng tùy chọn 7 trong menu thay vì hoạt ảnh các ngôi sao như tôi chưa bao giờ sử dụng. Nếu bạn không biết trò chơi này là gì, hãy Google nó, nhưng về cơ bản nó là một trò chơi không người chơi thể hiện sự tiến hóa dựa trên ba quy tắc đơn giản. Trò chơi cuộc sống của Conway

Cập nhật ^ 3. Tôi đã thực hiện một số sửa đổi đối với mã để bây giờ nó bao gồm một bản sửa lỗi liên quan đến việc làm mờ các đèn LED màu đỏ và cũng bao gồm hình ảnh động cây Giáng sinh như Tùy chọn 11 trong Menu. Thưởng thức.