Cartolina di Natale hackerabile e ornamento: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

I biglietti di auguri che lampeggiano e suonano ci hanno sempre affascinato. Questa è la nostra versione hackerabile fai-da-te realizzata con un ATtiny13A e alcuni LED: premi il pulsante per riprodurre un breve spettacolo di luci nell'albero. Le inviamo ad amici e parenti quest'anno. È un regalo fatto a mano e hackerabile, ed è stato molto divertente da costruire. Questa istruzione spiega il nostro design, quindi puoi prendere i file open source e crearne uno tuo.

La carta è anche un omaggio al kit di ornamenti per l'albero di Natale di Velleman e un riferimento kit-biz alla promessa di Adafruit. (Sapevi che Velleman ha un kit di orologi a tubo nixie? Davvero!)

Puoi acquistare una copia della nostra carta presso Seeed Studio. Le carte assemblate costano ($ 15) e un kit per saldatori avventurosi costa $ 12. Puoi anche vedere questo articolo con la formattazione originale su DangerousPrototypes.com.

Passaggio 1: hardware - ATtiny13A

Lo schema e il PCB sono stati realizzati con la versione freeware di Cadsoft Eagle. Scarica gli ultimi file di progettazione e firmware dalla pagina del codice Google del progetto.

AVR ATTINY-13A

Un piccolo microcontrollore ATMEL ATtiny13A (IC1) è il cervello del circuito. Un pin (PWM) fa lampeggiare le luci, la maggior parte degli altri pin viene utilizzata per la programmazione e l'alimentazione. Potresti ottenere effetti simili con un timer 555 o componenti discreti, ma il nostro obiettivo è conoscere una nuova famiglia di microcontrollori e creare qualcosa di facile da hackerare.

L'ATtiny ha bisogno di un resistore di pull-up da 10K (R1) per mantenere alto il pin di ripristino, un mini interruttore tattile (S1) ripristina l'ATtiny collegando temporaneamente il pin di ripristino a terra. Un condensatore da 0.1uF (C1) disaccoppia il chip dall'alimentatore.

Passaggio 2: Hardware - Programmazione e batteria

I microcontrollori ATtiny sono programmati tramite una connessione In System Programming (ISP) a sei pin. L'intestazione dell'ISP è orientata verso il retro della carta. Abbiamo realizzato una sonda di programmazione per evitare di saldare un'intestazione del pin sulla scheda.

L'alimentazione è fornita da una pila a bottone al litio da 3 volt, 20 mm (BAT1) sul retro del PCB. Il supporto dovrebbe funzionare con pile a bottone 2025 o 2032. L'ATtiny funzionerà su un intervallo di tensioni, fino a 1,8 volt.

Passaggio 3: hardware - LED ad albero

LED ad albero

Le nostre piccole e scintillanti luci per alberi di Natale sono 0805 LED a montaggio superficiale (LED1-10). Ogni LED ha un resistore di limitazione della corrente (R3-12). Abbiamo usato resistori da 390 ohm, per circa 3 mA a 3 volt e 8 mA a 5 volt durante lo sviluppo. Tutti e 10 i LED insieme utilizzano circa 30 mA quando sono alimentati dalla batteria.

30 mA sono troppa corrente per essere alimentata o assorbita sui pin ATtiny. Invece, un transistor NPN (T1) commuta la connessione di massa dei LED. I transistor richiedono anche un resistore di base (R2) per limitare la quantità di corrente prelevata dal pin del microcontrollore. I LED devono essere collegati nella direzione corretta o non si accendono. I LED a foro passante di solito hanno un cavo più lungo che indica il lato positivo dell'alimentazione (anodo). I LED SMD hanno un bordo verde, e talvolta una freccia sul retro, per indicare la connessione a terra (catodo). Questo grafico mostra l'orientamento corretto per ciascun LED, il collegamento a terra dovrebbe puntare nella stessa direzione della freccia.

Fase 4: Hardware - PCB e lista delle parti

Lo schema e il PCB sono stati realizzati con la versione freeware di Cadsoft Eagle. Scarica gli ultimi file di progettazione e firmware dalla pagina del codice Google del progetto. Abbiamo realizzato i PCB con il servizio Propaganda di Seeed Studio, le schede extra del nostro ordine sono nel negozio Seeed. Ci aspettavamo PCB verdi, ma abbiamo ottenuto il nero: i PCB finali saranno rossi.

Abbiamo usato via, componenti e la serigrafia per creare un tema natalizio. Questo è il nostro primo tentativo, forse diventerà una tradizione natalizia che miglioriamo anno dopo anno. Il PCB finale dovrebbe avere vias argentati visibili sull'albero, non li abbiamo fatti abbastanza grandi sul prototipo. Abbiamo anche rimosso l'anno, quindi se non viene consegnato in tempo per Natale può essere riutilizzato in seguito.

Questo è un PCB a due strati con parti su entrambi i lati. Abbiamo iniziato dalla parte anteriore, saldando grandi parti come il microcontrollore (IC1) e l'interruttore (S1), quindi abbiamo aggiunto passivi più piccoli come resistori e condensatori. Il supporto della batteria va sul retro del PCB, l'abbiamo saldato per ultimo in modo che la superficie di lavoro rimanesse piatta e stabile mentre lavoravamo sulla parte anteriore.

Se stai saldando il PCB da solo, assicurati di avere delle pinzette con estremità appuntite per posizionare e tenere i componenti. Avrai anche bisogno di flusso per far scorrere tutto e stoppino di rame per pulire qualsiasi saldatura extra. Usiamo Blu-Tack per tutto il resto.

Elenco delle parti

Nome	Quantità	Valore (dimensione)
IC1	1	AVR ATtiny13A (SOIC-8)
do1	1	condensatore 0.1uf (0805)
T1	1	Transistor NPN 200ma+ 100hfe+ (SOT23)
R1	1	Resistenza da 10.000 ohm (10K) (0805)
R2-R12	10	Resistenza da 390 ohm (390R) (0805)
LED1-10	10	LED, vari colori (0805)
S1	1	Mini interruttore tattile (SMD)
BAT	1	Portabatterie da 20 mm (SMD)
CELLULA	1	Batteria da 20 mm (CR-2025)

Passaggio 5: firmware

Il firmware è scritto in C utilizzando il compilatore open source AVR-GCC con AVRStudio. Scarica gli ultimi file di progettazione e firmware dalla pagina del codice Google del progetto. Programmare il firmware tramite l'intestazione di programmazione ISP a 6 pin con qualcosa come STK500 o USBtinyISP. In una nota a margine, siamo davvero entusiasti di utilizzare un compilatore open source per questo progetto.

Quando viene applicata l'alimentazione al circuito, l'ATtiny esegue un semplice programma che fa pulsare le luci dell'albero di Natale. Al termine del programma, il chip resta inattivo finché non viene ripristinato premendo un pulsante o cambiando la batteria.

Il programma di dissolvenza utilizza la modulazione di larghezza di impulso software per attenuare i LED. L'ATtiny13A ha PWM hardware, ma emette sui pin ISP che sono già occupati. È possibile condividere i pin di programmazione con altre funzioni, anche se non eravamo pronti a farlo su questo progetto.

Quando il programma è completo, il chip va a dormire per sempre. Questo è diverso da molti programmi di microcontrollori che riprendono dallo stato di sospensione su un'interruzione di cambio pin. La pressione di un pulsante ripristina l'ATtiny e riavvia il programma.

Passaggio 6: andare oltre

Abbiamo molte idee per futuri biglietti di auguri: più canali LED, LED che cambiano colore, suono, controllo dell'accelerometro, rilevamento tattile capacitivo, schermi LCD, epaper, PCB tagliati a festa e altro ancora. Non abbiamo usato un bootloader in questo progetto, ma ecco una discussione sulle possibili opzioni.

Cosa faresti? Hai qualche hack per questa carta o idee per le carte future?Prendine una

Seeed Studio ha la scheda assemblata o come kit. Il kit include parti per montaggio superficiale di dimensioni 0805, non è per tutti. Questo è il nostro primo progetto offerto come kit, siamo entusiasti di vedere quante persone sono interessate a un kit SMD. Questa sarà una corsa molto limitata, probabilmente 100-200 in totale, quindi prendi la tua in anticipo!

• Crea la tua scheda dai nostri file di progettazione e firmware open source.
• Una carta assemblata costa $ 15 a Seeed Studio. Il PCB sarà rosso. Firmware programmato e batteria inclusa.
• Un kit costa $ 12 a Seeed Studio. Il PCB sarà rosso. Firmware programmato e batteria inclusa.

Vorremmo che gli ordini venissero consegnati in tempo per Natale, ma c'è una significativa possibilità che ciò non accada. Seeed Studio sta già lavorando su un piccolo numero di schede, che dovrebbe aiutare ad accelerare la consegna. Speriamo che arrivino in tempo per Natale, ma la consegna sarà davvero stretta. Pubblicheremo aggiornamenti di produzione non appena li avremo.

Buona festa d'argento!