Ô LED với Arduino: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:37

Ô LED với Arduino kết hợp ô, ma trận LED 8x10 và vi điều khiển Arduino để tạo ra trải nghiệm LED có thể điều khiển, lập trình được trong sự riêng tư của ô của riêng bạn. Dự án này được lấy cảm hứng từ Electric Umbrella của sockmaster và một số hướng dẫn về ma trận LED trên trang web này, đặc biệt là hướng dẫn rất hoàn chỉnh này của barney_1.

Hãy sẵn sàng để Pimp My Umbrella! Bất kỳ ai thực hiện dự án này đều phải có quyền truy cập vào các công cụ hàn tiêu chuẩn - kìm, máy cắt chéo, máy cắt dây và dao tước, mỏ hàn và vật hàn, đồng hồ vạn năng - và đã có kinh nghiệm làm việc với Arduino. Việc thiết lập Arduino không khó và một chương trình bao gồm một số hình ảnh động khác nhau của đèn LED được bao gồm trong hướng dẫn này. Video đang được phát hành! Mã mẫu (xem bước cuối cùng) cũng đang được thực hiện. Mã mà tôi có không tận dụng được công tắc nút bấm và tôi đang làm việc trên đó bây giờ.

Bước 1: Các bộ phận

Có rất ít phần cho dự án này và chúng chủ yếu là chung chung. Bạn có thể dễ dàng lấy được chúng từ bất kỳ nhà bán lẻ trực tuyến nào - Adafruit Industries, DigiKey, Jameco và All Electronics, trong số nhiều nhà bán lẻ khác. Thay thế có vẻ hợp lý. Điện tử 1 x Vi điều khiển - Arduino Diecimilia 1 x Ô 1 x MIC2981 - mảng trình điều khiển nguồn 8 kênh, điện áp cao, dòng điện cao - 576-1158-ND1 x Protoshield cho Arduino với breadboard nhỏ - Adafruit Industries 80 x Đèn LED - có thể có nhiều tùy chọn Điện trở 8 x - tùy thuộc vào lựa chọn đèn LED và điện áp nguồn Dây điện Cần rất nhiều dây cho dự án này. Mỗi sườn của chiếc ô có một dây màu đen (đối với cực âm của đèn LED) và mỗi vòng tròn của đèn LED xung quanh chiếc ô yêu cầu chiều dài đầy đủ của dây màu đỏ (đối với cực dương của đèn LED). Một số cũng cần thiết để trả các đầu của chuỗi trở lại Arduino. Dây đen 24 feet cho chuỗi catốt (theo đường gân trở về trung tâm) 70 feet dây đỏ cho vòng cực dương (vòng quanh ô) Các tiêu chuẩn khác của tiêu chuẩn nam - Ống co nhiệt 1/16 - cần khoảng bảy feet của ống. Công tắc xúc giác - Off-MomPatience… và kỹ năng hàn. Ma trận đèn LED phải được xây dựng cẩn thận và các cực dương và cực âm được cách ly với nhau bằng ống co nhiệt. Quá trình này có thể mất một lúc.

Bước 2: Suy nghĩ sau - Đã báo trước là được báo trước

Ô Đừng sử dụng ô tốt nhất của bạn! Hoặc thậm chí là chiếc ô tốt nhất của người khác. Chiếc ô cam kết với dự án và mặc dù bạn có thể lấy ma trận LED ra ngoài, nhưng bạn sẽ không muốn làm như vậy vào thời điểm bạn kết thúc. / phía trên ô. Cân nhắc xem bạn có muốn đèn LED ở bên ngoài ô hay không. Chúng sẽ hiển thị nhiều hơn và việc cài đặt sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Bạn sẽ phải chọc các lỗ trên vải để luồn dây xuống Arduino. Phong cách trong trường hợp này vượt trội hơn khả năng chống thấm. Đèn LED có vẻ rẻ hơn trên eBay so với thông qua danh mục, vì vậy hãy khám phá các tùy chọn của bạn. Dây điện có kích thước nhỏ hơn hoặc dây nhiều sợi có lẽ tốt hơn dây rắn AWG xxx. Tôi đã sử dụng dây chắc chắn và nó làm cho việc gấp chiếc ô gần như không thể. Ngoài ra, tôi sẽ không sử dụng dây màu đỏ cho các vòng cực dương. Tôi sẽ chọn một màu tối hơn và ít nhìn thấy hơn.

Bước 3: Cân nhắc thiết kế

Arduino Tôi đã chọn sử dụng Arduino thay vì một bộ vi điều khiển Atmel AVR khác để làm cho dự án này có thể truy cập được. Với Arduino, không cần thiết kế một bảng tùy chỉnh và việc lập trình và tùy chỉnh dễ dàng hơn nhiều với nền tảng Arduino. Nhược điểm duy nhất của Arduino là nó lớn và không vừa với một chiếc ô. Tuy nhiên, lợi ích lớn hơn chi phí. Dự án này dựa trên Arduino Diecimilia nhưng (tôi nghĩ) sơ đồ chân vẫn giống nhau trên các phiên bản mới hơn. Trong mọi trường hợp, nếu bạn thực hiện dự án này, hãy đảm bảo rằng bạn hiểu rõ về các trạng thái và chân của mô hình Arduino mà bạn đang sử dụng. Điều này sẽ làm cho bất kỳ thay đổi nào giữa những gì được mô tả ở đây và những gì bạn cần làm dễ thực hiện. MIC2981 Chip MIC2981 của Micrel có thể cấp nguồn cho 8 chuỗi đèn LED. Điều này có nghĩa là 8 hàng / vòng tròn của mười đèn LED đi xung quanh ô có cực dương của chúng được liên kết với MIC2981 (một pin cấp nguồn cho mỗi hàng / vòng) và các đèn LED trong chuỗi dọc theo sườn (cột) có cực âm của chúng được liên kết với một ghim trên Arduino. Điều này cho phép khả năng 10 đèn LED liên tiếp / vòng được bật đồng thời với đủ dòng điện để chiếu sáng đồng đều cho chúng. Con chip này hiện không được sử dụng trong dự án này. Tôi có kế hoạch sử dụng nó để cấp nguồn và làm sáng các vòng LED. Proto Shield cho Arduino từ AdaFruit Industries Tôi đã sử dụng protoshield này với một breadboard nhỏ để tôi có thể tách Arduino ra khỏi ô cho các dự án khác. Bảng mạch nhỏ chỉ đủ chỗ cho các kết nối cần thiết cho dự án này.

Bước 4: MockUp

Để chắc chắn rằng tôi đã hiểu cách chế tạo mảng LED, tôi đã tạo mảng 3x3 để xem liệu quá trình hàn và lập trình có hoạt động hay không. Họ đã làm! Vì vậy, tôi quyết định tiếp tục với dự án. Nếu bạn chắc chắn rằng bạn hiểu mảng LED, hãy bỏ qua bước này. Nếu không, hãy đầu tư một vài đèn LED, một số dây điện, dây quấn, và một giờ hoặc lâu hơn để tạo mảng 3x3 và thử nghiệm nó. Chi tiết về cách tạo mảng nằm trong các bước sau nhưng có thể áp dụng cho mô hình.

Để tạo ma trận LED 3x3, hãy làm theo và sửa đổi các bước Tạo Ma trận LED mô tả ma trận đầy đủ. Mã mẫu dưới đây cho mô hình không tận dụng được MIC2981 (Tôi đã viết nó trước khi có:-). Lần lượt từng đèn LED được chiếu sáng. Điều này hoạt động cho một mảng 3x3 nhưng không mở rộng quy mô tốt. [Trên thực tế, nó cân chỉnh hợp lý với ma trận đầy đủ nhưng đèn LED hơi mờ.]

Bước 5: Tạo Ma trận LED - Chuẩn bị các bộ phận

Đèn LED Chuẩn bị đèn LED bằng cách uốn cong các dây dẫn của chúng. Sau đây định hướng các đèn LED với các cạnh phẳng của chúng hướng về cùng một hướng. Sự lựa chọn là tùy ý, nhưng việc chuẩn hóa một định hướng sẽ giảm nguy cơ sai sót. Giữ đèn LED với mặt phẳng của nó (mặt cực âm) quay sang bên phải của bạn. Uốn cong cực âm về phía bạn. Điều này hướng các cực âm xuống đất, hướng dòng điện muốn chạy:-). Tạo phần uốn cong khoảng 1-2 mm bên dưới đáy của đèn LED. Điều này sẽ cho phép đèn LED đứng tự hào về dây. Cực dương sẽ bị uốn cong sang trái sau khi hàn các cực âm vào đúng vị trí. Điều này sẽ tránh nhầm lẫn khi hàn. Hai dây dẫn phải tạo thành một góc vuông với cực âm hướng về phía bạn và cực dương hướng về phía bên trái của bạn. Ống co nhiệt Cắt hai đoạn ống co nhiệt dài 1/2 "của 1/16" cho mỗi đèn LED. Đó là một trăm sáu mươi mảnh và yêu cầu khoảng bảy feet chỉ cho những thứ này. Cắt thêm mười tám (18) mảnh cho tiêu đề. Làm cho chúng đủ dài hơn xương sườn để có đủ dây để tạo các tiêu đề kết nối với Arduino. Có 8 vòng đèn LED đi xung quanh ô (đây là số chân đầu ra trên MIC2981) vì vậy mỗi chuỗi hoặc cột catốt sẽ bao gồm 8 đèn LED. Rải dây ra và đánh dấu vị trí cho các đèn LED dọc theo sườn. Khoảng cách tại điểm này thiết lập khoảng cách giữa các vòng đồng tâm. Dải một miếng cách nhiệt nhỏ (khoảng 3mm) tại mỗi điểm. Cắt qua lớp cách điện bằng dụng cụ tuốt dây ở hai vị trí cách nhau một phần tư inch. Sau đó dùng kìm bóp nát lớp cách điện và cắt lớp cách điện ra bằng dao tiện ích hoặc dùng ngón tay kéo nó ra. Trong mỗi không gian mở, đặt một lượng nhỏ thuốc hàn. Điều này là để chuẩn bị cho việc hàn các cực âm LED vào những điểm này.

Bước 6: Tạo Ma trận LED - Chuỗi Cathode

Bước đầu tiên trong việc tạo ma trận LED là xây dựng các chuỗi cho các catốt LED. Trong bước trước, bạn cắt mười (hoặc số đường gân trên ô của bạn) dây đen và tước lớp cách điện tại các điểm mà đèn LED được hàn. Trong bước này, bạn sẽ hàn các cực âm của đèn LED.

Lấy một vết hàn nhỏ trên đầu bàn ủi của bạn. Đặt đèn LED để dây dẫn đi qua giữa hai dây dẫn của đèn LED và đặt bàn là nóng để hàn catốt. Chất hàn trên bàn là và dây dẫn phải chảy để tạo kết nối. Bạn sẽ đốt ngón tay của mình và chúng sẽ thuần hóa bạn. Sau khi hàn, cắt cực dương sao cho càng ngắn càng tốt. Để tránh ngắn mạch, mỗi mối nối hàn được bao phủ bởi một đoạn ống co nhiệt. Ống phải được áp dụng sau khi kết nối được thực hiện và trước khi đèn LED tiếp theo được gắn vào (bất kỳ sự nhầm lẫn nào? Bạn sẽ sớm hiểu:-) vì vậy hãy trượt một đoạn ngay bây giờ. Nhiệt để co lại tại chỗ. Lặp lại đối với các đèn LED còn lại trong chuỗi và các chuỗi còn lại. Các cực âm LED được hàn vào các dây (màu đen) này. Các vòng đèn LED xung quanh ô được gọi là hàng và mỗi hàng bắt đầu tại một trong các chân đầu ra của MIC2981. Các cực dương của đèn LED được hàn vào các dây (màu đỏ) này.

Bước 7: Tạo ma trận LED - Vòng cực dương

Bước này là lâu nhất và khó chịu nhất. Không gian trống, bạn làm việc trong vài ngày, hoặc miễn là bạn có thể tiếp quản bàn ăn trong phòng ăn.

Ma trận LED được hoàn thành bằng cách hàn cực dương của đèn LED trên chuỗi catốt vào các hàng / vòng tròn của dây màu đỏ. Việc đo ở giai đoạn này có phần phức tạp hơn so với chuỗi catốt vì mỗi vòng là một bán kính khác nhau và khoảng cách LED khác nhau đối với mỗi vòng. Tính độ dài chính xác bằng cách xác định vị trí mỗi vòng rơi trên chiếc ô và đo khoảng cách giữa các sườn của chiếc ô. Bạn cũng sẽ sử dụng phép đo này để xác định khoảng cách trên vòng. Nhân khoảng cách này với số xương sườn và sau đó tính chiều dài của đường trở lại. Mỗi vòng cần có sự quay trở lại Arduino. Vòng ngoài cùng có thời gian trả về dài nhất và số tiền thu được sẽ ngắn dần khi các vòng nhỏ dần. Cắt tám (8) đoạn dây màu đỏ có độ dài thích hợp. Như trong bước trước, đánh dấu các dây ở khoảng cách chính xác, nghiền nát và loại bỏ lớp cách điện, và cho một chút thuốc hàn vào mỗi chỗ hở. Các chuỗi catốt nằm trên đầu dây màu đỏ (đó là lý do tại sao độ uốn cong của dây dẫn LED thấp hơn một chút). Hàn lại như cũ và đặt ống co nhiệt lên từng khớp trước khi chuyển sang chuỗi tiếp theo. Keo nóng các dây dẫn tại các điểm nối này để giữ chặt các dây dẫn của đèn LED khỏi bị căng và đứt. Điều này cực kỳ quan trọng vì làm việc ma trận vào ô sẽ gây ra một lượng đáng kể ứng suất lên các khớp. Ở cuối bước này, bạn sẽ có một dãy đèn LED hình tròn với hai bộ dây (một đen, một đỏ) quay trở lại giữa vòng tròn. Trong bước tiếp theo, bạn sẽ tạo các đầu ghim để gắn các dây này vào Arduino và trình điều khiển.

Bước 8: Tạo Ma trận LED - Ma trận đã hoàn thành

Tại thời điểm này, bạn sẽ có một ma trận LED hoàn chỉnh. Cực âm hàn vào dây đen, cực dương hàn đỏ. Nó phải có hình dạng của một chiếc ô. Các ngón tay của bạn có thể bị bỏng. Gia đình bạn nghĩ rằng bạn bị điên.

Phiên bản mockup được hiển thị bên dưới. Phiên bản đầy đủ là khó sử dụng nhất và tôi đã không dừng lại để chụp ảnh. Nhìn vào hình ảnh của ô có lắp ma trận để thấy ma trận LED thành phẩm.

Bước 9: Tạo Ma trận LED - Đầu cắm và Điện trở Pin

Trước khi bạn cắt các dây màu đỏ và đen theo chiều dài, hãy xác định vị trí và cách bạn sẽ gắn Arduino vào ô. Nó phải phù hợp với không gian mở ở trên cùng. Sau khi xác định, hãy cắt dây theo chiều dài và hàn chúng vào các đầu.

Trượt các miếng ống co nhiệt lên tám sợi dây màu đỏ, hàn chúng vào đầu cắm 8 chân và nhiệt co ống lại. Đảm bảo tạo các kết nối một cách hợp lý. Tôi coi vòng trong nhỏ nhất là hàng 1 nên nó được gắn vào chân 1 trên tiêu đề và chân thích hợp trên MIC2981. Nếu bạn mắc lỗi, bạn có thể giải quyết các dây hoặc sửa bằng mã. Đừng phạm sai lầm. [Tôi bó các dây cực dương lại với nhau và quá lười biếng để sắp xếp thứ tự hợp lý. Nó chỉ ra là dễ dàng để kiểm soát trong mã. Xem ghi chú trong phần lập trình.] Tương tự, hãy tạo tiêu đề cho chuỗi catốt. Tuy nhiên, lần này, các vị trí ghim trên Arduino yêu cầu bạn tạo hai tiêu đề. Bạn cũng phải hàn một điện trở duy nhất trong dòng. Điện trở phụ thuộc vào đèn LED và điện áp - hãy tham khảo máy tính điện trở LED trực tuyến để biết giá trị thích hợp. Mỗi tiêu đề phải có năm (5) chân. Đảm bảo tạo các kết nối một cách hợp lý. Keo nóng các kết nối vì chúng sẽ chịu sự uốn cong và căng thẳng. Hình ảnh dưới đây là mô hình.

Bước 10: Công tắc nút bấm để thay đổi chương trình

Công tắc nút bấm được sử dụng để chuyển đổi giữa các chương trình. Nó kích hoạt một ngắt trên Arduino làm tăng số chương trình. Arduino Diecimilia (và các loại khác; kiểm tra phiên bản của bạn) có hai ngắt bên ngoài có thể được bật trên các chân kỹ thuật số 2 và 3 bằng cách sử dụng chức năng đính kèm (ngắt, chức năng, chế độ). Đặt chân kỹ thuật số 3 cho công tắc nút bấm. Điều này để lại các chân kỹ thuật số 0, 1, 2 và 4, 5, 6, 7, 8 như các khối cho các chân cực dương.

Ngắt được thiết lập để kích hoạt khi chân 3 ở mức thấp. Do đó, nó phải được giữ ở mức cao cho đến khi nút được nhấn, tại đó chân cắm ở mức thấp. Điều này yêu cầu một điện trở kéo lên 10K để giữ chân cao. Xem hình ảnh breadboard và đọc về điện trở kéo lên và kéo xuống.

Bước 11: Breadboarding

Dự án này sử dụng Protoshield từ Adafruit Industries với một breadboard nhỏ (mặc dù bất kỳ thiết lập nào phù hợp với ô đều hoạt động). Bảng mạch nhỏ có mười bảy (17) hàng và dự án này sử dụng tất cả chúng! Lưu ý rằng bảng mạch hiển thị không bao gồm MIC2981. Tôi không có. Nhưng. Chiếc ô hoạt động đủ tốt mà không có nó, tôi quyết định viết hướng dẫn này trước khi mua một chiếc.

Có thể có nhiều cấu hình khác nhau, vì vậy hãy sử dụng điều này làm hướng dẫn. Lưu ý, tuy nhiên, vị trí của công tắc nút bấm. Hai chân trên Arduino có thể được cấu hình (dễ dàng) làm ngắt và công tắc nút bấm phải kết nối với một trong số chúng. Hình ảnh dưới đây KHÔNG CÓ chip MIC2981. Tôi sẽ tải lên một hình ảnh khi tôi nhận được một phần và sửa đổi breadboard cho phù hợp.

Bước 12: Kiểm tra Ma trận LED

Điều này có thể là muộn trong trò chơi để xem xét thử nghiệm, nhưng muộn còn hơn không. Trước khi cài đặt ma trận LED vào ô (bước tiếp theo), hãy kết nối ma trận với Arduino và chạy mã kiểm tra bao gồm bên dưới. Mã chỉ chạy qua mỗi đèn LED và kiểm tra nó. Nếu bất kỳ kết nối nào bị hỏng hoặc đèn LED bị hỏng, hãy sửa chúng ngay bây giờ trong khi mọi thứ đều có thể truy cập được.

Đây cũng là lúc xác định chốt tương ứng với hàng, cột nào. Nếu bạn cẩn thận khi làm đầu ghim, bạn đã biết. Nếu không, bạn sẽ cần phải tìm ra bằng cách làm chậm hoạt ảnh và xác định ghim nào kiểm soát hàng hoặc cột nào. Bạn đặt một mảng trong mã chứa các số pin theo đúng thứ tự.

Bước 13: Lắp ráp các đèn LED trong Ô

Với ma trận LED hoàn chỉnh và các đầu pin và điện trở đúng vị trí, đã đến lúc hoàn thành việc lắp ráp. Ma trận LED phải được định vị giữa vải của ô và sườn. Vải của một chiếc ô được kéo dài trên các sườn và thường được may ở một nơi cho mỗi sườn. Điều này sẽ phải cắt trước khi toàn bộ ma trận LED có thể được trượt lên giữa các đường gân và vải. Sau khi định vị ma trận LED, hãy may lại những gì bạn đã cắt. Điều này sẽ bảo mật ma trận vào ô. Đừng may lại nếu bạn nghĩ rằng bạn có thể muốn loại bỏ các đèn LED. Không thể tưởng tượng tại sao.

Đây là một quá trình rất mất thời gian. Nếu bạn chưa dán nóng các dây dẫn LED, hãy làm như vậy ngay bây giờ. Nếu không, bạn chắc chắn sẽ làm hỏng một vài đèn LED trong quá trình cài đặt. Tôi làm việc với chiếc ô treo trên một cây chổi lơ lửng giữa hai chiếc ghế (không có hình:-). Ô được giữ mở bởi trọng lực và vải không bị kéo căng. Tôi có thể di chuyển xung quanh. Bắt đầu bằng cách trượt một cột hoàn chỉnh dưới một trong các xương sườn. Nâng cao nó và cột tiếp theo. Lặp lại. Đó là một quá trình tẻ nhạt. Cuối cùng, khi bạn định vị các đèn LED, hãy đảm bảo rằng các đường gân nằm trên ống co nhiệt. Điều này sẽ giảm thiểu cơ hội mài mòn. Chiếc ô sẽ không đóng lại dễ dàng. Tôi cho rằng tôi nên đề cập đến điều này sớm hơn. Mặc dù tôi chưa làm điều này, tôi sẽ khâu một vài vòng xung quanh đèn LED và vào đường may của vải để giữ chúng cố định. Xem xét kỹ các đường nối của các tấm và bạn sẽ thấy một chút chất liệu để bạn có thể may.