Taulell informàtic controlat a distància: 8 passos (amb imatges)

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

Recentment he trobat un problema que feia que la meva mandra es convertís en un enorme problema a casa. Tan aviat com me'n vaig al llit, m'agrada posar una bona llum LED amb algunes sèries que reprodueixen al meu PC. Però … Si vull desactivar aquestes coses, m'he d'AIXECAR cada vegada i desactivar-les a mà. Per tant, he decidit construir un controlador complet per a tot l’escriptori de l’ordinador, on puc encendre i apagar els monitors i la llum, ajustar el volum dels altaveus i la brillantor de la llum de la tira de LED prement un botó corresponent al comandament a distància.

El projecte és una caixa de controlador d’escriptori / banc de treball de PC, que funciona amb un comandament a distància IR. Hi ha molts tipus de comandaments a distància IR disponibles en aquests dies, però això no és un problema. Aquest controlador és ajustable i es pot emparellar amb qualsevol tipus de comandament a distància IR que admeti el protocol adequat per al sensor usat (ho cobrirem més endavant).

Les funcions de l’escriptori de l’ordinador controlat són:

1. Control d’alimentació de corrent altern: activar / apagar el monitor connectat a 220VAC
2. Control d’alimentació de corrent continu: encendre / apagar el monitor connectat a corrent continu (fins a 48 V)
3. Control de volum d’àudio: control complet del volum estèreo que es transmet als altaveus
4. Control de la llum de la tira LED: control complet de la brillantor de la llum de la tira LED

El dispositiu té una interfície d'usuari dissenyada adequadament i compartiments mecànics ajustables, que fan que sigui fàcil de construir i d'utilitzar:

1. Pantalla: l'estat en temps real de tots els sistemes controlats es presenta a la pantalla LCD de 16x4
2. LED RGB: per obtenir una retroalimentació addicional per al sistema, el propòsit d’aquest és reconèixer a l’usuari que hi ha un senyal acceptat rebut del comandament a distància IR.
3. Sistema de sincronització: el dispositiu conté un polsador únic que s’ha de prémer per al procés de sincronització. Quan s'inicia el procés de sincronització, podem emparellar qualsevol comandament a distància IR al nostre dispositiu seguint les instruccions que es mostren a la pantalla.

Després d’haver tractat els conceptes bàsics, anem a construir-lo.

Pas 1: explicació

El funcionament del dispositiu es pot considerar simple, a causa de la seva poca complexitat de disseny. Com es pot veure al diagrama de blocs, el "cervell" és el microcontrolador AVR, mentre que totes les altres parts estan controlades per aquest "cervell". Per tal d’organitzar tota la imatge a la nostra ment, descrivim el disseny bloc per bloc:

Unitat de font d'alimentació: la font d'alimentació del dispositiu que s'ha seleccionat és la banda LED d'alimentació, que és capaç de proporcionar entrada de 24VDC al sistema. Microcontrolador, relés, potenciòmetres digitals i amplificadors d’àudio funcionen a 5 V, per la qual cosa es va afegir al disseny el convertidor de descens DC-DC. La principal raó del DC-DC en lloc del regulador lineal és la dissipació de potència i la manca d’eficiència. Suposem que fem servir el clàssic LM7805 amb entrada de 24V i sortida de 5V. Quan el corrent assoleixi valors significatius, la potència que es dissiparà en forma de calor al regulador lineal serà enorme i pot sobreescalfar-se, afegint un soroll als circuits d'àudio:

Pout = Pin + Pdiss, de manera que a 1A aconseguim: Pdiss = Pin - Pout = 24 * 1 - 5 * 1 = 19W (de potència dissipada).

Microcontrolador: per escriure el codi el més ràpid que puc, he triat l’ATMEGA328P basat en AVR, que s’utilitza àmpliament a les plaques Arduino UNO. Segons els requisits de disseny, utilitzarem gairebé tot el suport perifèric: interrupcions, temporitzadors, UART, SPI, etc. Com que és un bloc principal del sistema, es connecta amb totes les parts del dispositiu

• Interfície d'usuari: el tauler frontal del dispositiu conté totes les parts amb les quals l'usuari hauria d'interactuar:

  1. Sensor IR: sensor per descodificar les dades remotes IR.
  2. Polsador: és necessari per emparellar el comandament a distància IR amb el dispositiu
  3. LED RGB: fitxer adjunt estètic per proporcionar informació sobre la recepció d'informació pel sistema
  4. LCD: representació gràfica del que passa a l’interior del dispositiu

Control de monitors: per fer que el dispositiu sigui capaç de canviar l'alimentació dels monitors de PC, cal fer front a valors de tensió excel·lents. Per exemple, els meus monitors Samsung no comparteixen cap configuració d’alimentació: un és subministrat per 220VAC mentre que l’altre s’alimenta amb una alimentació pròpia de 19,8V. Així, la solució consistia en un circuit de relé per a cadascuna de les línies elèctriques del monitor. Aquests relés estan controlats per MCU i estan totalment separats, cosa que fa que la transmissió de potència del monitor sigui independent per a cada monitor

Control de llum: tinc una tira LED, que ve amb la font d'alimentació de 24VDC, que s'utilitza com a entrada d'alimentació del sistema. Com que cal conduir un gran corrent a través de la tira LED, el seu mecanisme de brillantor implica un circuit limitador de corrent basat en un MOSFET, que funciona en una regió lineal de la zona activa

Control de volum: aquest sistema es basa en fer passar els senyals d'àudio als canals ESQUERRA i DRETA a través dels divisors de tensió, on es modifica el voltatge aplicat mitjançant el moviment del netejador del potenciòmetre digital. Hi ha dos circuits bàsics LM386 on a cada entrada hi ha un únic divisor de voltatge (ho cobrirem més endavant). L’entrada i la sortida són preses estèreo de 3,5 mm

Sembla que hem cobert totes les parts integrals dels circuits. Passem als esquemes elèctrics …

Pas 2: Parts i instruments

Tot el que necessitem per construir el projecte:

Components electrònics

1. Components comuns:

   • Resistències:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2 x 1M
     6. 2 x 10R
     7. Condensadors:
     8. 1. 1 x 68 nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100nF
        4. 2 x 50 nF
        5. 3 x 47uF

     9. Altres:

        1. Diodes: 2 x 1N4007
        2. Talladora: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Circuits integrats:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Amplificador d'àudio: 2 x LM386
         • Potenciòmetre digital dual: 1 x MCP4261
         • Potenciòmetre digital únic: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (es pot substituir per qualsevol dispositiu compatible amb DC-DC 5V)
         • Amplificador operatiu: 1 x LM358
         • Relleus: SPDT dual tolerant 5V
         • Font d'alimentació externa de 24V

     11. Interfície d'usuari:

         • Pantalla LCD: 1 x 1604A
         • Sensor IR: 1 x CDS-IR
         • Polsador: 1 x SPST
         • LED: 1 x LED RGB (4 contactes)

     12. Connectors:

         • Blocs de terminals: 7 x 2-TB de contacte
         • Connectors de placa a cable: 3 x 4 cables de contacte + connectors de carcassa
         • Àudio: 2 connectors jack femella de 3,5 mm
         • Alimentació de sortida: 2 connectors d'alimentació de 220VAC (mascle)
         • Presa de corrent continu: 2 connectors de presa de corrent continu masculins
         • Tira LED i font d'alimentació externa: 1 x 4 contactes de connexió muntats de placa a fil + cable

     Components mecànics

     1. Filament d'impressora 3D: PLA + de qualsevol color
     2. 4 cargols de 5 mm de diàmetre
     3. Tauler de prototipat de 9 x 15 cm com a mínim
     4. Existència de cables no utilitzats

     Eines

     1. Impressora 3D (he utilitzat Creality Ender 3 amb llit adjunt tipus vidre)
     2. Pistola de cola calenta
     3. Pinces
     4. Alicates
     5. Cortador
     6. Font d'alimentació externa de 24V
     7. Oscil·loscopi (opcional)
     8. Programador ISP AVR (per a intermitents MCU)
     9. Tornavís elèctric
     10. Soldador
     11. Generador de funcions (opcional)

Pas 3: Esquemes elèctrics

El diagrama esquemàtic es divideix en circuits separats, cosa que ens pot facilitar la comprensió del seu funcionament:

Unitat de microcontrolador

Es tracta d’un ATMEGA328P basat en AVR, tal com es va descriure anteriorment. Utilitza un oscil·lador intern i funciona a 8 MHz. J13 és un connector de programador. Hi ha molts programadors al món AVR, en aquest projecte he utilitzat un ISP Programmer V2.0 d’Ebay. J10 és la línia UART TX i s'utilitza principalment per a la depuració. A l’hora de construir un procediment de manipulació d’interrupcions, de vegades és bo saber quin sistema ens ha de dir des de dins. El D4 és un LED RGB que s’acciona directament des de l’MCU, a causa de les seves baixes qualificacions de corrent. El pin PD0 s’uneix a un polsador de tipus SPST amb un pull-up extern.

Sensor IR

El sensor IR que s’utilitza en aquest projecte és un sensor IR de tres pins d’ús general que està disponible a eBay, a preus molt amigables. El pin de senyal de sortida IR està connectat al pin d’entrada d’interrupció (INT1) de l’MCU,

LCD

La pantalla és una implementació senzilla d’una pantalla 1604A, amb transmissió de dades de 4 bits. Tots els pins de control / dades estan lligats a la MCU. És important notar que el LCD està connectat a la placa principal mitjançant dos connectors J17, J18. Per activar / desactivar el mòdul LCD, hi ha un únic interruptor BJT, que commuta la línia de terra per a LCD.

Font d'alimentació

Tots els circuits interns, excepte la tira LED, funcionen a 5V. Com es va esmentar abans, la font d'alimentació de 5V és un mòdul DC-DC senzill (aquí eBay em va ajudar a trobar la solució), que converteix 24V a 5V, sense problemes d'escalfament, que es podria produir al regulador lineal. Els condensadors C [11..14] s’utilitzen per passar per alt i són necessaris per a aquest disseny a causa del soroll de commutació present a les línies d’alimentació DC-DC, tant d’entrada com de sortida.

Control del monitor

Els circuits de control del monitor són només sistemes de commutació de relés. Com que tinc dos monitors, un s’alimenta des de 220VAC i el segon des de 19,8V, es necessita una implementació diferent. Cada sortida MCU està connectada a 2N2222 BJT i s’adjunta una bobina de relé com a càrrega de 5V al pin del col·lector BJT.. (No oblideu connectar un díode invers per obtenir una descàrrega de corrent adequada!). A 220VAC, el relé commuta les línies LINE i NEUTRAL i, a un 19,8V, el relé commuta només la línia d’alimentació de CC, ja que té la seva pròpia font d’alimentació, les línies de terra es comparteixen per als dos circuits.

Control de volum d’àudio

Volia utilitzar amplificadors d'àudio LM386 com a memòria intermèdia per als divisors de tensió, per a una transmissió acurada del senyal d'àudio. Cada canal, esquerre i dret, prové d’una entrada de jack d’àudio de 3,5 mm. Atès que el LM386 implementa en una configuració mínima de peces un guany estàndard de G = 20, hi ha una resistència de 1MOhm per als dos canals. D’aquesta manera, podem reduir la quantitat total d’energia dels canals d’entrada al sistema d’altaveus:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1.1M.

I el guany total és: G = (Vout / Vin) * 20 = 20/11 ~ 1.9

El divisor de tensió és una simple xarxa de potenciòmetre digital, on el netejador passa el senyal al buffer LM386 (U2 és el CI). El dispositiu comparteix SPI per a tots els circuits perifèrics, on només hi ha línies ENABLE separades per a cadascun d'ells. MCP4261 és un CI de potenciòmetre digital lineal de 8 bits de 100K, de manera que cada pas de l'augment del volum s'expressa: dR = 100, 000/256 ~ 390Ohm.

Els pins A i B de cada canal ESQUERRA i DRETA estan lligats a GND i 5V. Així, a la posició del netejador a la part inferior passa tot el senyal d'àudio a GND mitjançant el volum del dispositiu MUTING de la resistència de 1MOhm.

Control de lluminositat de tira LED:

La idea del control de la brillantor és similar a la del control de volum, però aquí tenim un problema: el potenciòmetre digital només pot transmetre senyals que les amplituds no superin els 5V a GND. Per tant, la idea és col·locar un simple buffer Op-Amp (LM358) després del divisor de tensió del potenciòmetre digital. i controlar la tensió lligada directament a un transistor PMOS.

X9C104P és un potenciòmetre digital de 8 bits amb un valor de 100KOhm. Podem obtenir un càlcul del voltatge de la porta seguint regles merament algebraiques per al flux de corrent:

V (porta) = V (eixugaparabrises) * (1 + R10 / R11) = 2V (eixugaparabrises) ~ 0-10V (que és suficient per encendre / apagar i controlar la brillantor)

Pas 4: crear un recinte 3D

Per al tancament de dispositius, he utilitzat un FreeCAD v0.18, que és una gran eina fins i tot per a principiants com jo.

Tipus de recinte

Volia crear una caixa on hi hagués una sola closca que enfosquís el tauler soldat. El tauler frontal conté totes les parts de la interfície d'usuari i el tauler posterior conté tots els connectors de l'electrònica de l'escriptori. Aquests panells s’insereixen directament a la carcassa principal amb un conjunt de 4 cargols a la coberta superior.

Dimensions

Probablement el pas més important de la seqüència. Cal tenir en compte totes les distàncies i regions de tall adequades. Com es veu a les imatges, en primer lloc les dimensions que es van prendre es troben als panells frontal i posterior:

Tauler frontal: regions de tall per a LCD, interruptor, LED i sensor IR. Totes aquestes dimensions es deriven del full de dades del fabricant per a cada part. (En el cas que vulgueu utilitzar una part diferent, cal tranquil·litzar totes les regions de tall.

Tauler posterior: dos forats per a preses d'àudio de 3,5 mm, dos connectors d'alimentació de 3 línies de 220 V, dos preses masculines per a alimentació de corrent continu i forats addicionals per a la tira LED i l'alimentació del dispositiu

Shell superior: aquest shell només s’utilitza per unir totes les parts. Ja que el panell frontal i posterior s’insereixen a la carcassa inferior.

Shell inferior: base del dispositiu. Sosté els panells, el tauler soldat electrònic i els cargols connectats a la coberta superior.

Disseny de les peces

Després de crear els panells, podem procedir a la capa inferior. Es recomana assegurar l’allotjament total de les peces després de cada pas. La carcassa inferior és una forma extrusionada simple basada en rectangles, amb butxaques simètriques a prop de les vores de la carcassa (vegeu la imatge 4).

Després del pas de la butxaca, cal crear bases de 4 cargols per a la fixació de la coberta. Es van dissenyar com una inserció de cilindres primitius de diferent radi, on el cilindre retallat està disponible després de l'operació XOR.

Ara tenim una capa inferior completa. Per crear una coberta adequada, cal fer un esbós a la part superior de la carcassa i crear els mateixos punts de cilindre (només he adjuntat punts per perforar, però hi ha la possibilitat de crear forats de diàmetres fixos).

Un cop acabat tot el recinte del dispositiu, podem comprovar-ho muntant les peces juntes.

Pas 5: impressió 3D

Finalment, som aquí i podem avançar cap a la impressió. Hi ha fitxers STL disponibles per a aquest projecte, segons el meu disseny. Pot ser que hi hagi un problema per imprimir, perquè no es tenen en compte les toleràncies. Aquestes toleràncies es poden ajustar a l'aplicació de talladora (he utilitzat un Ultimaker Cura) per als fitxers STL.

Les parts descrites es van imprimir a Creality Ender 3, amb llit de vidre. Les condicions no estan lluny de les normals, però cal tenir-les en compte:

• El diàmetre del broquet: 0,4 mm
• Densitat d'ompliment: 50%
• Assistència: no hi ha necessitat de cap fitxer adjunt de suport
• Velocitat recomanada: 50 mm / s per al projecte

Tan bon punt s’imprimeixin les parts del recinte, cal comprovar-les a la vida real. Si no hi ha cap problema relacionat amb la fixació de les peces del recinte, podem procedir al muntatge i al pas de soldadura.

Hi ha algun problema amb el visor STL a les instruccions, així que us proposo descarregar-lo primer:)

Pas 6: Muntatge i soldadura

El procés de soldadura és dur, però si separem la seqüència en diferents circuits, ens serà molt més fàcil acabar-lo.

1. Circuit MCU: primer s’ha de soldar amb el seu connector de programació femella. En aquesta etapa, podem provar-ne el funcionament i la connectivitat.
2. Circuit d’àudio: el segon. No oblideu fixar blocs de terminals a la placa soldada. És molt important aïllar el camí de retorn dels circuits d'àudio dels digitals, especialment els circuits integrats de potenciòmetres digitals, a causa de la seva naturalesa sorollosa.
3. Circuits de monitorització: de manera similar al circuit d’àudio, no us oblideu de connectar un bloc de terminals als ports d’E / S.
4. Connectors i tauler d’interfície d’usuari: les darreres coses que s’haurien de connectar. El panell de la interfície d'usuari està connectat a la placa soldada mitjançant un connector Board-To-Wire, on els cables es solden directament a les parts externes.

Després del procés de soldadura, hi ha una seqüència senzilla de fixacions de peces mecàniques. Com es va observar anteriorment, cal posar 4 cargols (he utilitzat uns de 5 mm de diàmetre) a les cantonades, que es presenten al recinte. Després d’això, cal connectar parts de la interfície d’usuari i connectors del panell posterior al món exterior. L’eina preferida és una pistola de cola calenta.

Serà molt útil revisar l'allotjament de les peces al recinte imprès. Si tot sembla bo, podem passar al pas de programació.

Pas 7: Programació

Aquest pas és divertit. Com que hi ha diverses coses que han de funcionar, utilitzarem un total de 5 serveis de la MCU: interrupció externa, perifèrics SPI, UART per al registre, temporitzadors per al recompte precís i EEPROM per emmagatzemar els nostres codis remots IR.

La EEPROM és una eina essencial per a les nostres dades emmagatzemades. Per emmagatzemar codis remots IR, cal realitzar una seqüència de botons prement. Després de cada seqüència, el sistema recordarà els codis, independentment de l'estat, que el dispositiu estigui alimentat o no.

Podeu trobar tot el projecte Atmel Studio 7 arxivat com a RAR al final d’aquest pas.

La programació la fa AVR ISP Programmer V2, 0, mitjançant una senzilla aplicació anomenada ProgISP. És una aplicació molt amigable, amb una interfície d'usuari completa. Només heu de seleccionar el fitxer HEX adequat i descarregar-lo al MCU.

IMPORTANT: Abans de qualsevol programació de MCU, assegureu-vos que tots els paràmetres adequats es defineixen segons els requisits de disseny. Igual que la freqüència de rellotge interna: per defecte, té el fusible divisor actiu a la configuració de fàbrica, de manera que s’ha de programar a la lògica HIGH.

Pas 8: emparellament i proves

Finalment som aquí, després de tot el treball dur que es va fer:)

Per utilitzar el dispositiu correctament, cal una seqüència d’aparellament, de manera que el dispositiu recordarà el comandament a distància IR que s’utilitzarà. Els passos de l'aparellament són els següents:

1. Enceneu el dispositiu, espereu la inicialització de la pantalla de la IU principal
2. Premeu el botó per primera vegada
3. Abans que el comptador arribi a zero, premeu el botó una altra vegada
4. Premeu la tecla adequada que vulgueu tenir una funció específica, segons el dispositiu
5. Reinicieu el dispositiu, assegureu-vos que ara respon a les claus definides.

I ja està!

Espero que us sigui útil, Gràcies per llegir!