Luce dell'albero di Natale controllata da un giocattolo.: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Saluti creatori!

Natale e Capodanno stanno arrivando. Significa un'atmosfera festosa, regali e, naturalmente, un albero di Natale decorato con brillanti luci colorate.

Per me, le luci dell'albero di Natale del mercato di massa sono troppo noiose. Per accontentare i bambini, ho realizzato una decorazione per l'albero di Natale unica che è controllata da un giocattolo.

In questo manuale, ti dirò come puoi farlo.

Fase 1: L'idea

L'idea è quella di mettere un giocattolo, per esempio, morbido, sotto l'albero di Natale, e renderlo intelligente. Voglio un giocattolo per leggere il colore di qualsiasi oggetto attaccato e per dipingere un albero con questo colore. Quindi, sarà un gioco divertente per i bambini che possono usare cose diverse per dipingere l'albero di Natale in diversi colori.

Passaggio 2: preparazione. Striscia LED

Per prima cosa devo trovare un sostituto per le solite luci di Natale.

Le nuove luci dovrebbero essere luminose, colorate e, soprattutto, dovrebbero essere facili da programmare.

Per le luci di Natale, ho scelto la striscia LED RGB digitale programmabile indirizzabile ws2812b. Queste strisce LED sono molto popolari, le puoi trovare ovunque. Sono facili da collegare a vari controller Arduino. Tali LED sono venduti in nastri di diverse dozzine di pezzi e sono alimentati da 5 12 o 24 V CC. È possibile collegare più nastri in fila e gestire un numero enorme di LED.

Ho trovato un paio di strisce simili a casa. Le mie strisce hanno 50 LED ciascuna e sono alimentate da 5 V DC.

2 x WS2812B Nodi stringa modulo LED pre-saldati ~ 18$

Ecco una possibile sostituzione dal negozio Amazon:

• WS2812b 5m 60leds/pixel/m Striscia led flessibile indirizzabile individualmente
• ALITOVE 16.4ft WS2812B Striscia LED indirizzabile individualmente

I nastri LED hanno molte varietà. Si differenziano per il numero di LED, la distanza tra i LED, il raggruppamento, la tensione di alimentazione, ecc. Scegli quello che vuoi.

Per il mio giocattolo ho preparato un alberello di Natale, quindi 100 LED mi bastano.

Passaggio 3: preparazione. Giocattolo

Trova il giocattolo e decidi dove posizionare il controller della striscia LED.

Questo passaggio è il più importante perché il risultato sarà valutato dai bambini =).

In un vicino negozio di giocattoli, ho trovato un meraviglioso orso di capodanno. Puoi migliorare un giocattolo che hai già.

Ho deciso di coprire il controller della striscia LED con un tessuto e cucirlo alle zampe dell'orso. Voglio che l'orso sembri con in mano un regalo.

Ho comprato due pezzi di tessuto con motivi divertenti. Uno è morbido per il substrato e il secondo è sottile per lo strato superiore.

Passaggio 4: preparazione. Elettronica

Hai bisogno di alcuni componenti elettronici per rendere il giocattolo più intelligente.

Uso schede breakout e shield Arduino dal negozio Amperka. Per quanto mi riguarda, sono molto convenienti a causa di una struttura modulare. I moduli possono essere facilmente combinati senza saldature.

Potresti avere difficoltà ad acquistarli, quindi includo collegamenti con un possibile sostituto.

Controllore

Uso la scheda di sviluppo ESP-12 basata sul chip ESP8266. Queste schede sono super piccole e hanno abbastanza funzionalità. Buona scelta per piccoli progetti che richiedono uno spazio limitato, anche se non utilizzi il WiFi e ti connetti a Internet.

1 x slot Wi-Fi Amperka ~ 19$

Uso questa scheda di sviluppo perché è compatibile con altri moduli dello stesso produttore.

Inoltre, ha una forma quadrata! Dovrebbe stare facilmente in una piccola scatola regalo per l'orso.

Possibile sostituzione:

• ESP-12E NODEMCU
• WEMOS D1 MINI

Sensore di colore

Per determinare il colore utilizzo la scheda breakout del sensore di colore Amperka Troyka TCS34725. Il mio sensore è compatibile con la scheda controller ma può essere sostituito con questo:

1 x sensore di colore RGB con filtro IR e LED bianco - TCS34725 ~ 8$

Questo sensore utilizza un'interfaccia I2C per la comunicazione. Dispone di LED luminosi integrati e impostazioni estese come il guadagno del colore o l'integrazione del colore per un riconoscimento più accurato.

Pulsante

Un semplice pulsante compatibile con Arduino. Lo uso come sensore tattile, notificando al controller che è necessario leggere il colore di un nuovo articolo.

1 x modulo pulsante Amperka Troyka ~ 1$

Possibile sostituzione:

• Breakout dell'interruttore di alimentazione a pulsante Adafruit
• Modulo pulsante blocchi elettronici

Convertitore di tensione AC-DC

Per alimentare la striscia LED e il controller, ho acquistato l'alimentatore AC-DC 5V 8A.

1 x alimentatore 5V 8.0A 40W ~16$

La mia striscia LED è alimentata a 5V. La corrente di 8 A è sufficiente per un numero enorme di LED. Alimento anche il controller ESP da questo alimentatore. Assicurati di acquistare alimentatori in contenitori isolati, senza piazzole di contatto aperte!

Possibile sostituzione:

• Convertitore di alimentazione per adattatore da CA a CC ALITOVE 5V 8A 40W
• MEAN WELL originale LPV-60-5 5V 8A meanwell LPV-60 5V 40W

Opzionale:

Convertitore di tensione DC-DC e driver WS2812b

Per i controller Arduino, il cavo di segnale della striscia LED ws2812b può essere collegato direttamente ai pin sulla scheda controller. La maggior parte dei pin della scheda di sviluppo ESP8266 non è compatibile con la logica 5V. È meglio ora collegare direttamente la striscia LED a tali controller. Per risolvere questo problema utilizzo questo modulo.

1 x driver per strisce LED Amperka Troyka ws2812 ~ 9$

Uso questo modulo perché si collega facilmente al mio controller. Inoltre, il modulo ha un buffer logico da 5 Volt e un convertitore di tensione DC-DC 5 o 3.3V. In questo modo il controller ESP può essere alimentato da un filo insieme a una striscia LED da 12 o 24V.

Passaggio 5: assemblaggio. Elettronica

Assemblare componenti elettronici. Ho collegato i miei componenti come mostrato nello schema allegato.

Lo schema può variare a seconda dei componenti, ma il significato rimane lo stesso.

• Collega un pulsante al controller. L'ho collegato al pin A2 Esp8266. Se non si utilizza un modulo, è possibile collegare un pulsante momentaneo comune tramite un resistore.
• Collega un sensore di colore al controller. Le schede breakout del sensore di colore TCS34725 comunicano tramite bus I2C. Collegare i pin SDA e SCL tra il sensore e il controller. Se la tua scheda sensore ha un pin LED per controllare il LED integrato, collegalo. Ho collegato il mio pin LED al pin A0 Esp8266.
• Collegare un'estremità della striscia LED al controller. La striscia LED ws2812b si collega a un controller utilizzando il pin DI. La tensione logica per le strisce LED ws2812b è 5V. Se stai usando una scheda simile ad Arduino, puoi collegare il pin DI direttamente al pin del controller. La tensione del livello logico per la maggior parte delle schede Esp8266 è 3,3 V, quindi utilizzare un convertitore di livello logico o il driver per strisce LED. Ho saldato il filo DI Strip alla scheda del driver e ho collegato la scheda del driver al pin A5 Esp8266.
• Collegare un'altra estremità della striscia LED all'alimentatore. Quello con il pin DO. Se necessario, saldare la spina all'alimentatore. Non dimenticare di isolare i fili.

La mia striscia LED ws2812b è alimentata a 5V. Ho alimentato sia la striscia che il controller da un singolo alimentatore AC-DC 5V. Se la tua striscia LED funziona a 12 o 24 V, usa il convertitore di tensione di downgrade per alimentare tutta l'elettronica da un singolo alimentatore.

Passaggio 6: XOD

Programmiamo il controller.

Come nei miei progetti precedenti, utilizzo l'ambiente di programmazione visuale XOD per il firmware del controller.

Ho pubblicato un paio di librerie che ti serviranno per creare un programma. Quindi, assicurati di aggiungerli al tuo spazio di lavoro XOD.

• gabbapeople/christmas-tree - La libreria contiene il driver Neopixel ws2811 e il wrapper per un sensore di colore tcs34725.
• gabbapeople/color - Libreria per lavorare con i colori in XOD.

Successivamente, descriverò come programmare questo dispositivo in XOD.

Passaggio 7: programmazione

Ecco i nodi di cui hai bisogno:

Il nodo tsc-color-sensor.

Questo è il primo nodo da posizionare sulla patch. Viene utilizzato per misurare il valore del colore dal sensore. Il nodo utilizza l'interfaccia I2C per scambiare dati.

Il sensore di colore rileva il colore della superficie nella scala RGB. Il colore è il risultato dell'interazione tra una fonte di luce, un oggetto e un osservatore. In caso di luce riflessa, la luce che cade su un oggetto verrà riflessa o assorbita a seconda delle caratteristiche della superficie. La maggior parte dei sensori di colore contiene un emettitore di luce bianca e tre sensori di intensità della luce con filtri colorati.

• I pin di ingresso LED e LUM sono per il LED integrato sulla scheda breakout del sensore. Questo LED integrato è un emettitore di luce del sensore. Secondo il mio schema, ho inserito il valore A0 sul pin LED e impostato il valore di luminanza 1 sul pin LUM.
• Il pin IT imposta il valore del tempo di integrazione. Questo fattore descrive un numero di cicli per integrare un colore. I possibili valori di IT sono 1, 10, 20, 42, 64, 256.
• Il valore del pin GAIN è un fattore di amplificazione. Questo coefficiente esalta il colore. È possibile migliorare il valore del colore di 4, 16 o 60 volte. Non puoi esaltare il colore. Quindi il valore sul pin GAIN deve essere uguale a 1. Ho ottenuto il risultato più accurato utilizzando il valore 20 IT e il valore 60 GAIN.
• Il pin INIT attiva l'inizializzazione del sensore e imposta fattori personalizzati. Cambio il valore del pin INIT in On boot.
• Il pin UPD attiva la nuova lettura del sensore. Lascia che questo valore sia Continuo.

Il tcs-color-node emette un valore di colore sotto forma di tipo di colore personalizzato.

Il nodo ws2811

Questo nodo viene utilizzato per impostare la striscia LED o la matrice.

• Il pin DI è per il numero di porta della scheda a cui è collegata la striscia LED o la matrice. Secondo il mio schema, ci metto il valore A5.
• Metti il numero di LED utilizzati sul pin SIZE. Ho 2 strisce led di 50 diodi collegate tra loro, quindi ho impostato il valore SIZE su 100.
• Il pin B imposta la luminosità complessiva per tutti i LED in un intervallo da 0 a 100. Ho impostato la luminosità su 80.

Questo nodo inizializza la tua striscia LED o matrice e costruisce un tipo personalizzato ws2811 per ulteriori operazioni.

Il nodo di tutti i colori

Quando è installato il nodo ws2811, è possibile controllare la striscia LED utilizzando diversi nodi funzionali.

• colore-tutto. Node dipinge tutti i LED sulla striscia o matrice in un colore selezionato.
• colore-pixel. Nodo colori particolare LED sulla striscia nel colore selezionato. Metti il numero di pixel sul pin PN.
• colore-n-pixel. Il nodo colora un gruppo di N LED nel colore selezionato. Specificare il numero del LED di avvio del gruppo utilizzando il pin STRT. Specificare l'ordine di un gruppo sul pin STEP. Ad esempio, per dipingere ogni secondo LED iniziando con il numero 30 e finendo con il numero 70 inserire i seguenti valori: STRT = 30; N = 40 (70 - 30); PASSO = 2.

In questo progetto, controllo tutti i LED contemporaneamente e utilizzo il nodo color-all.

Collego il primo pin di input del nodo color-all con il pin di output del nodo ws2811. Quindi collego il pin CLR di input che prende il valore del colore al pin di output del sensore.

Un impulso sul pin SET del nodo color-all attiva un nuovo set di colori.

Il nodo pulsante

Uso il pulsante per informare il controller di un nuovo oggetto davanti al sensore di colore. Per questo, colloco il nodo del pulsante sulla patch e collego il suo pin PRS di uscita con il pin SET del nodo color-all. In questo modo, cliccando sul pulsante si genera un segnale a impulsi per cambiare il colore.

Ho attaccato il pulsante al pin A2 Esp8266, quindi ho messo il valore A2 al pin PORT.

Il nodo purificatore

Il sensore di colore può emettere valori di colore in una vasta gamma. Ma la striscia LED non è in grado di visualizzare le tinte intermedie. Per risolvere questo uso solo i cosiddetti colori puri. Hanno una tonalità arbitraria, ma hanno sempre la loro saturazione al massimo. Per purificare un valore di colore posiziono il nodo purifica tra i nodi tsc-color-sensor e color-all.

La patch è pronta. Puoi premere Deploy, scegliere il tipo di scheda e caricarla sul dispositivo.

Passaggio 8: assemblaggio. Portafoto

Posso iniziare a creare una custodia morbida, assicurandomi che il dispositivo funzioni come dovrebbe.

Come cornice, ho stampato un motivo della scatola su cartone spesso.

Quindi piegare i lati della scatola e praticare un foro quadrato per il sensore di colore.

Nota:

Ho realizzato questa custodia appositamente per i miei componenti elettronici, che molto probabilmente differiscono dai tuoi. La custodia non è universale, inoltre puoi avere un giocattolo completamente diverso. Quindi usa l'immaginazione!

Passaggio 9: assemblaggio. Tessuto

Ho messo due tessuti diversi l'uno sull'altro.

Il tessuto spesso e morbido è per il volume e il sottile è per l'aspetto. In entrambi i tessuti ho fatto anche un foro per il sensore.

Ho fissato la cornice di cartone sul tessuto con del normale nastro adesivo. Allo stesso modo, ho fissato i bordi del foro.

Poi ho tagliato dei pezzi di tessuto in più e ho cucito a mano il contorno del buco dall'interno.

Devo dire che non sono il miglior sarto, quindi non giudicare la qualità. =)

Passaggio 10: assemblaggio. Custodia morbida

Ho allungato il tessuto e l'ho fissato con lo stesso nastro adesivo. Il nastro rimarrà all'interno della custodia e non sarà visibile.

Quindi, ho posizionato il dispositivo in una cornice e l'ho cucito completamente attorno al contorno, ad eccezione di un angolo dove vanno i fili.

Passaggio 11: assemblaggio. Giocattolo e dispositivo

Ho cucito il mio dispositivo alle zampe di un orsacchiotto.

Volevo che sembrasse che abbia in mano un regalino di Natale.

Passaggio 12: risultato

Una volta che il dispositivo è stato programmato e fissato al giocattolo, puoi collegare la striscia LED e mettere il giocattolo sotto l'albero!

Attacca gli oggetti colorati al regalo degli orsacchiotti e l'albero sarà dipinto dello stesso colore!

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Ci saranno molte diverse istruzioni divertenti.