Llum animada i llum nocturna: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Tenint una fascinació que limita a l’obsessió per la llum, vaig decidir crear una selecció de petits PCB modulars que es poguessin utilitzar per crear pantalles de llum RGB de qualsevol mida. Un cop fet el PCB modular, vaig trobar-me amb la idea d’organitzar-los en un hexàgon per crear una pantalla 3D que es pogués utilitzar per crear qualsevol cosa, des d’una simple llum nocturna de dormitori fins a una llum d’ànim que no estaria massa fora de lloc asseguda sobre una taula. en un restaurant de gamma alta.

Per descomptat, també es podrien crear altres formes utilitzant els mateixos principis.

Aquí hi ha algunes de les animacions que s’executen actualment a la llum.

• Foc
• Pluja
• Serp (retro)
• Joc de la vida
• Oscil·lacions de forma d'ona
• Far
• Patrons de filatura (barberia)

Actualment, la llum es crea en dues mides: petita (96 LED) i gran (384 LED), però es pot ampliar segons sigui necessari.

Subministraments

LEDs WS2812B - AliExpress

PCB - ALLPCB

Plàstic de tall làser negre de 3 mm: proveïdor de làmines de plàstic

Filament d'impressió 3D en blanc: Amazon

Components electrònics - Farnell / Newark

Cargols M3 i separadors roscats: Amazon

Soldador

Forn de torradora - Muntatge de components de muntatge superficial

Pas 1: PCB de panell

Començant el viatge, volia una sèrie de petits PCB que poguessin allotjar diversos píxels LED i que s’unissin d’una manera molt senzilla sense necessitat de cables o connectors addicionals. Vaig arribar a un disseny molt senzill que permetia encadenar els LED WS2812B i després passar la cadena al següent PCB.

Vaig crear tres PCB amb les següents dimensions de píxels.

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

Per a aquest projecte només s’utilitzen les taules 4x4 i 8x8 per crear els llums.

Els LED estan disposats en una quadrícula de 9 mm tant en dimensions X com en Y, que és bastant unida però que proporciona suficient espai per treballar quan es tenen en compte els connectors de vora PCB. Els PCB es creen de manera que quan s’uneixen es manté la xarxa LED de 9 mm. Els PCB simplement es connecten junts mitjançant una soldadura fluida d'una placa a la següent.

Cada LED té el seu propi condensador 100nF per a la desacoblació elèctrica i per ajudar a subministrar corrent al LED a demanda.

Es mostra l’esquema del tauler de 4x4 píxels amb les capes de coure superior i inferior de coure per il·lustrar tant el disseny del LED com el disseny del connector de vora. Es van afegir marques a la pantalla de seda per fer evident la direcció de la transferència de dades entre els connectors.

Les taules també inclouen forats de muntatge M3 en un pas de 18 mm per 18 mm per simplificar el muntatge i reforçar les connexions entre taules.

Afegir una làmina d’acrílic de color blanc lletós de 3 mm tallat amb làser tal com es mostra proporciona un bon efecte difós als LED.

Les juntes es van fabricar mitjançant l’aplicació de pasta de soldadura a les coixinetes de muntatge superficial de coure amb una plantilla. Aleshores vaig col·locar els components a la placa comprovant si hi havia una orientació correcta abans de coure’ls al forn de la torradora per fer fluir la soldadura. He cobert aquest tipus de fabricació de PCB de baix cost per a bricolatge en diverses de les meves altres versions Instructables.

Advertència: NO FEREU cap forn que s’utilitzi per menjar per cuinar PCB, ja que això pot provocar aliments contaminats. Vaig obtenir el meu forn de torradora PCB per 10 £ (15 $) a eBay.

Pas 2: control del PCB

Amb els LEDs fets, volia la possibilitat de controlar els LED des d’un microcontrolador. Vaig començar a utilitzar un nano Arduino i això va funcionar molt bé, però volia afegir una mica més de funcionalitat a la llum i això era cada vegada més incòmode per piratejar a la placa Arduino. Per tant, vaig decidir crear un altre PCB personalitzat per conduir la llum.

Aquí hi ha algunes de les funcions que he afegit a la meva placa de control.

• Microcontrolador de major velocitat amb més ROM i memòria RAM.
• FET de nivell lògic que em permet encendre i apagar els LED de forma global: útil quan s’encén i per a un funcionament de baixa potència.
• Memòria intermèdia d'alta velocitat per convertir el senyal 3V3 del microcontrolador a 5V per accionar els LED.
• Canvieu per permetre a l'usuari controlar la llum.
• Photo Transistor: per escalar la brillantor dels LED per adaptar-los als nivells de llum ambiental.
• Supervisió de la font d'alimentació: per assegurar-nos que no hem intentat treure més corrent que la font d'alimentació.
• Connector Bluetooth: HC05 / HC06.
• Connector WIFI: ESP8266.
• Connector I2C.
• Connector d'expansió futura.

Es mostra l'esquema del tauler, així com les capes de coure superior i inferior. El document BillOfMaterials adjunt llista els components que he instal·lat al PCB de control.

Un sensor de llum és bastant important per al disseny, ja que la brillantor dels LED WS2812B pot obtenir molt de vista molt ràpidament i fins i tot és dolorosa a la brillantor total. Disposar d’un sensor de llum permet que la brillantor del LED s’escali automàticament, de manera que la pantalla sempre és agradable de veure. Vívida en una habitació il·luminada pel sol i, tot i així, còmoda de veure com una llum de nit en una habitació enfosquida.

Una vegada més per construir el tauler, la pasta de soldadura es va aplicar amb una plantilla, components col·locats a mà amb pinces i després es van coure al meu forn de torradora.

El PCB s’alimenta mitjançant un subministrament de 5 V CC, que pot provenir directament d’una alimentació tipus alimentació o mitjançant una presa de corrent USB 2A.

També es mostra el meu intent anterior amb un Arduino.

Pas 3: Esquelet imprès en 3D

Originalment, joguina amb làmines de plàstic tallades amb làser com a difusors, però això va deixar un buit bastant lleig entre cadascun dels panells. Vaig acabar imprimint en 3D el difusor circumdant, ja que això em va permetre crear un bon embolcall sense costures per als sis PCB LED. També em va permetre reduir considerablement el gruix del difusor, cosa que proporciona una visualització general molt més nítida.

Internament, els sis PCB LED es mantenen units mitjançant un esquelet imprès en 3D. Aquest esquelet entra als diversos forats M3 dels PCB de la pantalla que els mantenen en un bonic patró hexagonal.

L’esquelet imprès en 3D també compta amb forats per permetre que el PCB de control es pugui muntar a prop del panell de tall làser superior, cosa que permet que l’interruptor sigui accessible i que el sensor de llum aconsegueixi una bona lectura del nivell de llum ambiental.

Amb les taules en posició entre l’esquelet i el difusor, puc soldar les taules fàcilment juntes mitjançant la soldadura entre els coixinets de connexió del PCB. Començo afegint soldadura al coixinet més allunyat i després giro la llum del seu cantó per permetre que la gravetat ajudi a fer fluir la soldadura cap al coixinet adjacent. Repetiu-ho per a les tres connexions i, a continuació, passeu a la següent placa per connectar-la al tauler. A la sisena unió entre PCB només connecto els rails d’alimentació i terra, deixant la connexió de dades sense connexió. Això proporciona dos camins de corrent circular per a cada placa per recollir la seva potència de manera similar a com funciona un anell principal per al cablejat de la xarxa interna de casa.

També utilitzeu la impressora 3D alguns separadors per permetre que els panells tallats amb làser superior i inferior es mantinguin bé al seu lloc.

Els fitxers de la impressora 3D es van dissenyar mitjançant Sketchup i la font s’adjunta.

Pas 4: tall per làser superior i inferior

Les peces tallades amb làser són formes hexagonals molt senzilles amb forats al lloc adequat per als cargols de muntatge.

El panell superior presenta un petit forat per al sensor de llum i un altre forat més gran per al polsador. Mentre que el panell inferior presenta un forat per al cable d’alimentació USB, així com dos forats petits per permetre que s’utilitzi una cinta de subjecció per proporcionar alleujament del cable.

Els dibuixos d’aquestes parts s’inclouen al fitxer Sketchup del pas anterior.

Pas 5: Firmware

Vaig escollir el dispositiu PIC24FJ256GA702 com el meu microcontrolador principal, ja que funciona bastant ràpid fins a 32 MHz mitjançant el seu oscil·lador intern i té tones de memòria de programa i RAM disponibles per crear animacions agradables.

Per desenvolupar el firmware, he utilitzat Flowcode, ja que em permetia simular i depurar el codi a mesura que anava, cosa que va ajudar a produir un bon codi eficaç que s'executa a gran velocitat. Flowcode està disponible de forma gratuïta desbloquejat completament durant 30 dies i, després d’això, podeu optar per comprar o tornar-vos a inscriure a la prova. També té una bona comunitat en línia que està disposada a participar i ajudar en cas que toqui qualsevol paret del camí. Dit això, tot el programari es podria fer amb l'IDE Arduino o similar, només perdreu la possibilitat de simular.

He utilitzat un PICkit 3 per programar el PIC a bord del meu PCB de control. Es pot integrar a Flowcode, de manera que es compila i programa mitjançant el PICkit amb un sol clic del ratolí, similar al botó de descàrrega d’Arduino.

El microcontrolador que vaig triar no tenia EEPROM a bord, cosa que inicialment era un problema, ja que volia desar el mode d’animació seleccionat actualment. No obstant això, tenia memòria flash programable per l'usuari i, per tant, vaig poder aconseguir aquesta funcionalitat d'una manera rotonda.

S'adjunta el programa Flowcode que he creat. La finestra de propietats us permet seleccionar la mida del tauler de visualització utilitzat. és a dir, 4x4 o 8x8 i això estableix una gran quantitat de paràmetres, com ara el nombre de LEDs, etc., que després condueixen les diverses animacions de manera que es pugui utilitzar un programa en les dues mides de pantalla.

La interfície d'usuari de la llum és bastant senzilla. Premeu l'interruptor durant menys de tres segons i la llum passarà al següent mode. Abans que cada mode comenci, es mostra l'índex de mode a cada panell LED. Premeu l'interruptor durant més de tres segons i el llum s'apagarà. Si premeu més l’interruptor, la llum es tornarà a encendre i tornar al mode seleccionat anterior. La pèrdua d'energia de la llum donarà lloc a que la llum reprengui el seu funcionament actual quan es restableixi l'alimentació, inclòs l'estat d'encesa / apagada.

Aquests són els diversos modes d’animació que la llum pot fer actualment amb el firmware actual.

1. Taca de colors: colors combinats en anells
2. Joc de la vida: simulació basada en formes de vida
3. Patrons de filatura: patrons animats de 2, 3 o 4 colors
4. Generador d'ones: ones sinusoïdals de colors
5. Color fix: sis panells individuals de color que giren
6. Ombra: colors del tauler animats Tots / Individuals
7. Far: panell individual giratori
8. Anells: anells horitzontals animats
9. Foc: efecte de foc animat
10. Pluja: efecte de pluja de colors animats
11. Focs artificials: efecte de focs artificials de colors animats
12. Desplaçament: efecte de desplaçament animat
13. Serp: batalles de serps retro animades
14. Serps: serps giratòries animades
15. Aleatori: modes 1 a 14 amb transició lenta (aproximadament 60 segons)
16. Aleatori: modes 1 a 14 amb transició ràpida (aproximadament 30 segons)

Cada mode té un o més elements aleatoris, inclosa la velocitat d'animació i altres paràmetres. Alguns modes també inclouen elements aleatoris que poden derivar o variar amb el temps, cosa que permet animacions més dinàmiques. Per exemple, el foc té una quantitat aleatòria de combustible que s'afegeix a cada cicle; aquesta quantitat té límits superiors i inferiors fixats. Amb el pas del temps, aquests límits poden augmentar o disminuir permetent que la intensitat del foc ompli la pantalla o s'enfonsi fins als pocs píxels inferiors.

Pas 6: connectivitat

La placa de control es connecta a la font d'alimentació mitjançant un cable USB A o un cable de presa de corrent continu, que es poden comprar a preus molt baixos a llocs com eBay.

El tauler de control està connectat a la presa IN desconnectada del tauler de visualització mitjançant un connector de vora accessible i un cable de cinta servo de 3 vies estàndard.

Les plaques tallades per làser superior i inferior es mantenen a la posició mitjançant perns de capçal M3 i separadors roscats M3.

Actualitzacions futures

Tenir l’opció d’afegir Bluetooth i WIFI al meu tauler de control permet actualitzacions futures com ara actualitzacions d’animació i integració intel·ligent amb coses com Amazon Alexa mitjançant serveis en línia com ITTT. Actualment estic investigant això.

Estaria bé poder configurar el color de la làmpada, el mode d’animació o fins i tot mostrar un missatge de text només parlant amb el vostre assistent intel·ligent.

Gràcies per mirar la meva versió i espero haver-vos inspirat a seguir els meus passos o crear alguna cosa similar.

Accèssit al concurs Make it Glow