Suport per a ampolles Music Interacting amb llums ajustables: 14 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Fa un temps, un amic meu va ordenar un anell LED de 16 bits per jugar-hi i, mentre ho feia, va tenir la idea de col·locar-hi una ampolla. Quan ho vaig veure, em va fascinar l’aspecte de la llum que il·luminava el matràs i vaig recordar l’impressionant projecte “Mc Lighting” de l’usuari de Hackaday Tobias Blum:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Un aspecte del seu projecte havia estat controlar els LED WS2812 mitjançant una interfície web autoescrita sense l'ús de cap servei extern. Inspirat en el seu enfocament sobre el control d’un anell LED, vaig decidir combinar aquestes dues idees i portar-les al següent nivell. En la meva ment tenia un suport per a ampolles de fins a tres ampolles, controlable a través d’una pàgina web local, amb diversos llamps. modes, inclosos els que interactuen amb la música ambiental. Per tal de crear un dispositiu portàtil, s’alimenta d’una pila de bateria de ions de Li.

En aquest instructiu, passaré pel procés de construcció i us ensenyaré sobre la seva funció subjacent. Després hauríeu de poder crear la vostra pròpia versió i tenir una idea de com afegir webcontrol a un projecte sense utilitzar cap servei extern.

Pas 1: Opcions de creació

Quan es tracta de l'electrònica d'aquest projecte, podeu utilitzar una placa NodeMCU, que és fàcil d'utilitzar i bastant barata, o bé podeu crear la vostra pròpia placa com jo. No hi ha cap avantatge especial en fer-ho, només tenia un xip ESP8226-12E estirat i vaig decidir utilitzar-lo per poder mantenir la placa NodeMCU per fer prototips ràpids. Només hi ha una diferència important: necessiteu una placa USB de 3,3 V a sèrie per programar la placa de control de fabricació pròpia. Tot i que no marca la diferència del tipus que escolliu, només cal tenir-ho en compte quan es tracta de les peces necessàries.

Hi ha una opció que marca la diferència: el mode de música. Si decidiu incloure-la, el suport per a ampolles es pot utilitzar com a mesurador de VU i, a més, pot canviar el color dels LED sempre que els baixos de la música arribin a un llindar determinat. Tot i això, requereix maquinari addicional. Heu de construir un amplificador que amplifiqui la sortida d’una càpsula de micròfon condensador i un filtre de pas baix per a les freqüències greus. Tot i que això pot semblar difícil, realment no ho és. No requereix cap component especial i us recomano incloure aquest circuit, ja que millora força el dispositiu.

Pas 2: peces i materials necessaris

El cas:

Potser la part més difícil d’aquest projecte sigui el cas. Com que volia provar alguna cosa nova, vaig decidir utilitzar plaques de MDF amb un gruix de 18 mm i pintar-les. En comparació amb altres tipus de fusta / materials, el MDF té l'avantatge que la seva superfície es pot esmolar especialment llisa i, per tant, la pintura que hi ha pot semblar extremadament brillant. A més, necessiteu un vidre acrílic amb un gruix de 4 mm com a tapa dels anells LED.

La caixa té una longitud de 33 cm i una amplada de 9 cm, per la qual cosa recomano una placa amb les dimensions següents:

Placa MDF 400 x 250 x 18 mm

Les cobertes dels anells LED tenen un diàmetre d’uns 70 mm, de manera que la placa de vidre acrílic hauria de tenir almenys les dimensions següents:

Placa acrílica 250 x 100 x 4 mm

Per pintar-lo, he obtingut 125 ml de pintura acrílica blanca i 125 ml de capa clara brillant. A més, us recomano que utilitzeu un corró d’escuma, ja que us permet aplicar la pintura de manera més uniforme. Per a la part de poliment he utilitzat una làmina de paper de vidre amb un gra de 180, una amb 320 i una amb 600.

Electrònica:

Per a l'electrònica necessiteu tres anells LED de 16 bits WS2812. Aneu amb compte, ja que he trobat dos tipus d’anells LED de 16 bits, que necessiteu els que tinguin un diàmetre més gran (al voltant de 70 mm) i, per tant, la bretxa més gran entre els LED.

Per a la font d’alimentació, necessiteu una pila de bateria de Li-Ion, un carregador corresponent i un interruptor. A més, necessiteu un regulador de voltatge de 3,3 V amb baixa tensió de sortida (LDO) i dos condensadors per alimentar el microcontrolador. Us explico per què necessiteu el regulador LDO al pas 7.

Si decidiu construir l’amplificador de música i el circuit de filtre opcionals, necessiteu un amplificador operatiu i alguns components passius. I si decidiu crear la vostra pròpia unitat de control, necessiteu el xip ESP, una placa de sortida, algunes resistències, un botó i alguns pins.

I recomano un tros de perfboard per soldar-hi tot.

Anell LED

Cèl·lula Li-Ion de 3,7 V (he recuperat una del tipus TW18650 d'un paquet de bateries no utilitzat)

Carregador Li-Ion

Switch (res d’especial, he utilitzat un vell que he recuperat d’un conjunt d’altaveus trencat)

Regulador de voltatge LDO (addicionalment els condensadors esmentats a la fitxa tècnica: condensador ceràmic 2 x 1uF)

perfboard

Circuit musical (opcional):

Segons l'esquema

Microcontrolador:

NodeMCU

ESP8266 12E (placa adaptadora, botó, resistències i pins segons esquema)

USB a sèrie (necessari per programar una placa de control de fabricació pròpia, si ja en teniu, no cal obtenir-ne una altra)

Pas 3: Fresar el cas

Un amic meu es va construir un MP-CNC i va ser tan amable de fresar-me les dues parts de MDF i els tres anells acrílics. Les parts de fusta són la part superior i inferior d’una caixa en forma de pastilla. A la part superior de la caixa, hi ha tres llocs per als anells LED i les seves cobertes acríliques. Com que aquests aprofundiments estan dissenyats per ser només una fracció més grans que els PCB, s’ajusten i s’asseuen al seu lloc sense necessitat de cola ni cargols. El mateix passa amb les cobertes d’acrílic. Com que tenen un diàmetre més gran que els anells LED, es col·loquen en una vora per sobre dels LED (vegeu la imatge).

Pas 4: completeu el cas

És possible que us hàgiu adonat que ara mateix, hi ha diverses coses que falten en el cas fressat. Coses com ara forats per als cables de l’anell, un forat per a la presa USB i una butxaca per a la bateria. A més, si escolliu incloure el circuit musical, també cal un forat per al micròfon. A més, us recomano que practiqueu forats sota els anells LED perquè pugueu treure'ls de la caixa. Vaig utilitzar una eina de rectificat rotativa per afegir els forats descrits anteriorment.

A la tercera imatge, podeu veure els "forats de manteniment" i els cables de l'anell. Com potser ja heu notat, vaig crear dos forats per al cable. Això no va ser a propòsit. Va ser en una fase inicial on vaig pensar que els angles dels anells serien poc importants, però no ho són. Munteu-los tots tres amb els cables al mateix costat. Vaig acabar muntant-los cap a la part frontal.

Important: Utilitzeu sempre una màscara de pols quan serreu, taladreu o fresareu MDF. El mateix passa amb polir-lo.

Pas 5: acabant el cas

Ara el cas es pinta. Abans de fer això, us recomano veure o llegir un tutorial sobre això, ja que es demostrava que era més difícil del que pensava que era. Aquest inclou tot el que cal saber sobre el tema.

En primer lloc, polit la part exterior de les parts de MDF. Vaig fer servir el paper granulat 160. Després d'això, molts tutorials recomanen segellar la superfície, especialment a les vores, amb una imprimació especial de MDF. He saltat aquesta part perquè la cartilla és bastant cara i, tot i que el resultat no és tan bo com podria haver estat, ho tornaria a fer.

Després, podeu començar a pintar la superfície amb el color desitjat. Vaig decidir pintar la meva en un blanc clar. Espereu que el color s’assequi i, després, liureu-lo amb paper de vidre fi (he utilitzat el gra 320), espolseu-lo i apliqueu la següent capa de color. Repetiu aquest procés fins que us agradi l’opacitat de la coloració. Vaig aplicar quatre capes de color.

Després de la capa final de color, lijeu-la amb un paper de vidre encara més fi que abans (en el meu cas el gra 600) i elimineu tota la pols que quedi a la superfície. Després podeu aplicar la primera capa de la capa transparent brillant. Igual que amb el color, apliqueu tantes capes com necessiteu per satisfer-vos. He utilitzat tres per a la part superior i els laterals i dos per a la part inferior. Podeu veure el resultat en una de les imatges. Tot i que la superfície podria ser més llisa (més poliment i imprimació de MDF), estic satisfet amb l’efecte brillantor aconseguit.

Pas 6: Preparació dels anells

Paral·lelament al procés d'assecat de la primera capa de color, podeu polir els anells de vidre acrílic. Després, aquests anells difonen la llum emesa pels anells LED. Parlant d'això, vaig experimentar que els PCB d'aquests anells tenien algunes vores no desitjades del procés de producció, de manera que és possible que hagueu de desbarbar-les. En cas contrari, no encaixaran en el cas.

Després, cal soldar alguns cables als anells. Us recomano que utilitzeu cable flexible. N’he utilitzat una de dura i tenia el problema que separaven les dues parts de la caixa, cosa que requeria una lletja lletja. A més, és més probable que es trenqui un cable rígid, cosa que resulta en un procés de soldadura desagradable, ja que heu de treure l'anell corresponent i la placa del controlador de la caixa.

Pas 7: font d'alimentació

S'utilitza una sola pila de bateria de ions de Li com a font d'alimentació. Es carrega a través del circuit del carregador. Aquest circuit presenta una protecció contra sobrecàrrega i sobreintensitat. Per apagar el dispositiu, s’inclou un interruptor que interromp la sortida positiva de la placa del carregador.

Com que el voltatge màxim de la pila de la bateria és de 4,2 V, l’ESP8266 no es pot alimentar directament. El voltatge és massa alt per al microcontrolador de 3,3 V, ja que només sobreviu a tensions entre 3,0 V i 3,6 V. Un regulador de voltatge de baixa caiguda (LDO) és un regulador de tensió que funciona fins i tot quan la tensió d’entrada és propera a la tensió de sortida especificada. Per tant, una tensió d’abandonament de 200 mV per a un LDO de 3,3V significa que emet 3,3V sempre que la tensió d’entrada sigui superior a 3,5V. Quan baixa aquest valor, el voltatge de sortida comença a disminuir. Com que l'ESP8266 funciona amb tensions de fins a 3,0 V, també funciona fins que la tensió d'entrada del LDO cau a uns 3,3 V (el descens no és lineal). Això ens permet alimentar el controlador mitjançant la cel·la de la bateria fins que estigui completament descarregat.

Pas 8: placa del microcontrolador

Si feu servir una placa NodeMCU, aquest pas és bastant senzill. Només cal que connecteu la sortida de 3,3V i la terra de la font d'alimentació a una de les plaques de 3V i pins G. A més, recomano soldar el tauler amb un tros de perfboard, ja que facilita la connexió de tot.

En cas que decidíssiu construir la vostra pròpia placa de control, el primer pas és soldar el xip ESP a la placa adaptadora. Després, afegiu tots els components i connexions tal com es mostra a l'esquema. Els dos botons són necessaris per reiniciar i parpellejar el controlador. És possible que observeu a les imatges següents que només faig servir un botó. La raó d’això és que acabo de trobar-ne un estirat, de manera que, en lloc del botó de GPIO0, faig servir dos pins i un pont.

Podeu veure el meu circuit acabat al següent pas.

Pas 9: Circuit musical (opcional)

Com a entrada per a la música s’utilitza una càpsula de micròfon condensador simple. S’alimenta mitjançant una resistència de limitació de corrent connectada al carril d’alimentació de 3,3 V. En poques paraules, la càpsula funciona com un condensador, de manera que quan les ones sonores colpegen el seu diafragma, la seva capacitat i la seva tensió analògica canvien. Aquest voltatge és tan baix que difícilment el podem mesurar amb el convertidor analògic-digital (ADC) d’ESP. Per canviar això, amplifiquem el senyal amb un Op-Amp. El voltatge de sortida amplificat es filtra mitjançant un filtre passiu baix passiu de primer ordre amb una freqüència de tall d’uns 70Hz.

Si decidiu utilitzar una placa NodeMCU, podeu connectar la sortida del circuit descrit anteriorment al pin A0 de la placa. Si voleu construir la vostra pròpia placa de control, heu d'afegir un divisor de voltatge al circuit. El motiu d’això és l’ADC integrat d’ESP que té una tensió d’entrada màxima d’1V. El NodeMCU té aquest divisor de voltatge ja incorporat, de manera que perquè el codi i l’amplificador funcionin a les dues plaques, també ho necessita el de fabricació pròpia.

Pas 10: Acabeu i munteu l'electrònica

Primer, introduïu els anells LED a les profunditats designades a la part superior de la caixa. Després, connecteu la font d'alimentació, el microcontrolador, els anells i, si el vau construir, el circuit d'amplificador segons l'esquema.

Advertència: Abans de fer-ho, comproveu de nou si heu apagat l’alimentació mitjançant l’interruptor. Em vaig oblidar de fer-ho i vaig fregir un regulador LDO mentre soldava. Després, podreu muntar l'electrònica dins de la caixa.

Vaig començar fixant la pila de la bateria a la caixa amb una mica de cola calenta. Després vaig col·locar el circuit del carregador i vaig comprovar si podia connectar un cable USB o no. Com que no confiava en que la cola calenta aguantés la força d’empènyer el cable diverses vegades, vaig picar acuradament claus fins a través de les pastilles de soldadura del carregador per obtenir la tensió d’entrada. Després del carregador vaig enganxar la càpsula del micròfon al seu lloc.

Després vaig utilitzar uns passadors de filferros doblegats per arreglar el microcontrolador. Aquest mètode em permet treure el controlador de la caixa per reparar-lo sempre que sigui necessari sense necessitat de tallar cola calenta i arruïnar el MDF.

Ara, he utilitzat algunes brides de cable i passadors de cable doblegats per muntar els cables. L'últim que cal fer és inserir els anells de coberta acrílica. Aneu amb compte mentre feu-ho, de manera que no danyeu la pintura, ja que és un ajust força ajustat. És possible que fins i tot s’hagi de reduir al diàmetre interior i / o exterior dels anells acrílics, ja que el tauler de MDF absorbia una mica de pintura i, per tant, els aprofundiments es van reduir una mica.

Pas 11: Intermitent del microcontrolador

Després d’acabar la construcció del maquinari, només queda intermitent el programari. Vaig fer servir l'IDE Arduino per a això. Però abans de poder programar el controlador, heu d’afegir algunes biblioteques i seleccionar la placa adequada.

Biblioteques

Podeu utilitzar el gestor de biblioteques IDEs (Sketch -> Inclou biblioteques -> Gestiona biblioteques) per afegir-les o bé baixar-les i moure-les a la carpeta de la biblioteca IDEs. Recomano el gestor, ja que és més convenient i hi podeu trobar totes les biblioteques necessàries.

DNSServer de Kristijan Novoselic (necessari per WiFiManager)

WiFiManager de tzapu i tablatronix (obre un AP on podeu introduir les vostres credencials de WiFi local)

WebSockets de Markus Sattler (necessari per a la comunicació entre el dispositiu de l'usuari i el boteller)

Adafruit NeoPixel per Adafruit (necessari per controlar els anells LED)

Pissarra

Independentment del tipus de placa de control que hàgiu triat utilitzar, a Eines -> Taula seleccioneu NodeMCU 1.0 (mòdul ESP-12E). Assegureu-vos que la mida del flaix estigui establerta en 4M (1M SPIFFS) i la velocitat de càrrega en 115200.

Parpellejant

Per fer flaixar la placa NodeMCU, simplement connecteu-la a l'ordinador, seleccioneu el port correcte i pengeu el programa. Intermitir la placa de control de fabricació pròpia és una mica més complicat. Connecteu el convertidor USB a sèrie als tres pins de la placa. Connecteu GND i GND, RX i TX i TX i RX. Per accedir al mode de flaix del controlador, reinicieu-lo amb el botó RST i, en fer-ho, mantingueu premut el botó GPIO0. Després, assegureu-vos que la vostra placa convertidora estigui configurada a 3,3V. Completeu el procés carregant el programa.

Important: enceneu el dispositiu abans de parpellejar.

Pas 12: pengeu la pàgina web

Els fitxers necessaris per a la pàgina web s’emmagatzemen a la memòria flash dels microcontroladors. Abans del primer ús, els heu de carregar manualment. Per fer-ho, engegueu el dispositiu (potser heu de carregar-lo primer). Els LED haurien de brillar de color vermell (a causa de la meva càmera, això sembla taronja a la imatge), cosa que significa que el suport de l'ampolla no està connectat a una xarxa. Al cap de poc temps, s'hauria d'obrir un punt d'accés WiFi anomenat "bottleStandAP". La contrasenya per defecte és "12345678", podeu canviar-la al fitxer ino. Connecteu-hi el vostre telèfon intel·ligent / tauleta / portàtil. Cal que aparegui una notificació i us reenviï a una pàgina web. Si no passa res semblant, només cal que obriu el navegador i escriviu 192.168.4.1. En aquesta pàgina, feu clic a Configurar WiFi i introduïu les vostres credencials de xarxa. Després d'això, el punt d'accés hauria de tancar-se i els LED canvien el seu color a un blau clar. Això significa que el dispositiu s'ha connectat correctament a la vostra xarxa.

Ara heu de determinar l'adreça IP dels dispositius. Per fer-ho, podeu connectar-lo a l’ordinador, obrir el monitor de sèrie de l’IDE Arduino (la velocitat en bauds és de 115200) i reiniciar el dispositiu. També podeu obrir la pàgina web del vostre enrutador WiFi. Després de conèixer la IP del dispositiu, obriu el navegador i escriviu xxx.xxx.xxx.xxx/upload (on els xs representen la IP de botella). Extraieu els fitxers del fitxer.rar i pengeu-los tots. Després d’això, només cal que escriviu la IP del dispositiu i la pàgina de control s’hauria d’obrir. I amb això, vau acabar de construir el vostre propi boteller. Enhorabona!

Pas 13: la pàgina web

La pàgina web us permet controlar el suport de les ampolles. Quan obriu la pàgina principal, podeu veure tres cercles blaus a la part superior mitjana. Permeten seleccionar quina configuració de timbre voleu canviar. La roda de colors canvia el color dels anells seleccionats quan hi feu clic. El camp següent mostra el color que heu seleccionat. En prémer el botó aleatori, els anells seleccionats es configuraran en mode de color aleatori. Això significa que el color canvia cada vegada que s’acaba un cicle de la respiració.

A la segona pàgina podeu seleccionar els diferents modes. El color fixat i la brillantor fixa fan exactament el que el seu nom implica. El mode respiració crea un efecte "respiració", és a dir, la brillantor dels anells augmenta al llarg d'un temps personalitzat al màxim, i després disminueix al mínim. El mode de cicle només il·lumina un LED durant un temps determinat, després s’encén el següent, el següent, etc. El mode llindar de música canvia el color cada vegada que el micròfon detecta un senyal superior al d’un llindar definit. No només la música ho pot desencadenar, també les palmes, per exemple. En el mode de mesurador VU, el nombre de LEDs que s'encenen depèn del volum dels baixos de la música.

Nota: Podeu utilitzar els regles sense activar els modes corresponents. Per exemple: si utilitzeu el mode de cicle i canvieu la brillantor mitjançant la regla de la brillantor fixa, els anells es mantindran en mode de cicle, però canviaran la seva brillantor en funció del que hàgiu definit.

Pas 14: Com funciona tot això?

El principi funcional és fàcil d’entendre. Sempre que obriu la pàgina web, l’ESP8266 envia els fitxers web al vostre dispositiu. Aleshores, quan canvieu alguna cosa a la pàgina, s’envia un caràcter especial, seguit principalment d’un valor enter, al microcontrolador mitjançant una connexió de socket web. El controlador processa aquestes dades i canvia els llums en conseqüència.

El web part està escrit en html, css i javascript. Per fer aquesta tasca més senzilla, ens vam fer amb el framework Materialize CSS i jQuery. Si voleu canviar l'aspecte del lloc web, consulteu la documentació del marc. També podeu escriure la vostra pròpia pàgina i penjar-la. Només heu d’establir la connexió de socket web i enviar les mateixes dades.