Ombrello LED con Arduino: 14 passaggi (con immagini)

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

L'ombrello LED con Arduino combina un ombrello, una matrice LED 8x10 e un microcontrollore Arduino per creare un'esperienza LED controllabile e programmabile nella privacy del tuo ombrellone. Questo progetto è stato ispirato dall'Electric Umbrella di sockmaster e da una serie di istruzioni sulla matrice LED su questo sito, in particolare questo molto completo di barney_1.

Preparati a Pimp My Umbrella! Chiunque intraprenda questo progetto dovrebbe avere accesso a strumenti di saldatura standard - pinze, tronchesi diagonali, tronchesi e spelafili, saldatore e saldatore, multimetro - e avere esperienza di lavoro con Arduino. La configurazione di Arduino non è difficile e in questo tutorial è incluso un programma che include diverse animazioni dei LED. Il video è in arrivo! Anche il codice di esempio (vedi l'ultimo passaggio) è in arrivo. Il codice che ho non sfrutta l'interruttore a pulsante e ci sto lavorando ora.

Passaggio 1: parti

Ci sono pochissime parti per questo progetto e sono per lo più generiche. Possono essere facilmente ottenuti da qualsiasi numero di rivenditori online: Adafruit Industries, DigiKey, Jameco e All Electronics, tra molti altri. Sostituisci come sembra ragionevole. Elettronica 1 x Microcontrollore -- Arduino Diecimilia 1 x Ombrello 1 x MIC2981 -- Array di driver source a 8 canali, ad alta tensione e alta corrente -- 576-1158-ND1 x Protoshield per Arduino con piccola breadboard -- Adafruit Industries 80 x LED -- sono possibili molte opzioni 8 x resistori -- dipende dalla scelta del LED e dalla tensione della sorgenteCavo Per questo progetto sono necessari molti cavi. Ogni costola dell'ombrellone ha un filo nero (per i catodi dei led) e ogni cerchio di led intorno all'ombrellone richiede un filo rosso per tutta la lunghezza (per gli anodi dei led). Alcuni sono anche necessari per restituire le estremità delle catene all'Arduino. Cavo nero da 24 piedi per catene catodiche (seguire le nervature fino al centro) Cavo rosso da 70 piedi per anelli anodici (anelli intorno all'ombrello) Varie Intestazioni maschili standard - Guaina termorestringente 1/16 - sono necessari circa sette piedi di tubo Interruttore tattile -- Off-MomPatience …e abilità di saldatura. La matrice di LED deve essere costruita con cura e gli anodi e i catodi isolati l'uno dall'altro con un tubo termoretraibile. Questo può richiedere del tempo.

Fase 2: Ripensamenti - Preavviso è salvaguardato

Ombrello Non usare il tuo ombrellone migliore! O anche il miglior ombrello di qualcun altro. L'ombrello è impegnato nel progetto e, anche se potresti estrarre la matrice LED, non vorrai farlo quando avrai finito. Posizionamento Sebbene i LED forniscano un'esperienza personalizzabile sotto l'ombrellone, non sono particolarmente visibili dall'esterno /sopra l'ombrellone. Considera se vuoi i LED all'esterno dell'ombrellone. Sarebbero molto più visibili e l'installazione sarebbe molto più semplice. Dovresti fare dei buchi nel tessuto per far passare i fili nell'Arduino. Lo stile in questo caso vince sull'impermeabilità. LED Scegli un bel colore prima di dedicare molto tempo a realizzare questa cosa. I LED sono apparentemente più economici su eBay che attraverso i cataloghi, quindi esplora le tue opzioni. Filo di calibro più piccolo o filo a più fili è probabilmente migliore del filo solido AWG xxx. Ho usato un filo pieno e rende quasi impossibile piegare l'ombrello. Inoltre, non userei il filo rosso per gli anelli anodici. Avrei scelto un colore più scuro e meno visibile.

Passaggio 3: considerazioni sulla progettazione

Arduino Ho scelto di utilizzare Arduino piuttosto che un diverso microcontrollore Atmel AVR per rendere accessibile questo progetto. Con Arduino, non è necessario progettare una scheda personalizzata e la programmazione e la personalizzazione sono molto più semplici con la piattaforma Arduino. L'unico aspetto negativo di Arduino è che è grande e non si adatta bene a un ombrello. I benefici, tuttavia, superano i costi. Questo progetto è basato su Arduino Diecimilia ma (credo) i pinout sono gli stessi nelle versioni più recenti. In ogni caso, se intraprendi questo progetto, assicurati di avere una chiara comprensione degli stati e dei pin del modello Arduino che stai utilizzando. Ciò consentirà di apportare modifiche tra ciò che è descritto qui e ciò che è necessario eseguire facilmente da implementare. MIC2981 Il chip MIC2981 di Micrel può alimentare 8 catene di LED. Ciò significa che le 8 file/anelli circolari di dieci LED che girano intorno all'ombrellone hanno i loro anodi collegati al MIC2981 (un pin che alimenta ogni fila/anello) e i LED nelle catene lungo le nervature (le colonne) hanno i loro catodi collegati a uno spillo su Arduino. Ciò consente la possibilità che i 10 LED di una fila/anello siano accesi contemporaneamente con una corrente sufficiente per illuminarli in modo uniforme. Questo chip non è attualmente utilizzato in questo progetto. Ho intenzione di usarlo per alimentare e illuminare gli anelli LED. Proto Shield per Arduino di AdaFruit Industries Ho usato questo protoshield con una piccola breadboard in modo da poter staccare l'Arduino dall'ombrello per altri progetti. La piccola breadboard ha spazio appena sufficiente per le connessioni necessarie per questo progetto.

Passaggio 4: mockup

Per essere sicuro di aver capito come dovrebbe essere fabbricato l'array di LED, ho realizzato un array 3x3 per vedere se la saldatura e la programmazione avrebbero funzionato. Loro fecero! Così ho deciso di andare avanti con il progetto. Se sei sicuro di aver compreso l'array di LED, salta questo passaggio. Altrimenti, investi un paio di LED, un po' di filo, pellicola termoretraibile e un'ora circa per creare l'array 3x3 e testarlo. I dettagli della creazione dell'array sono nei passaggi seguenti ma sono applicabili al mockup.

Per creare la matrice LED 3x3, seguire e modificare i passaggi Realizzazione della matrice LED che descrivono la matrice completa. Il codice di esempio di seguito per il mockup non sfrutta il MIC2981 (l'ho scritto prima di averne uno:-). Ogni LED è illuminato a turno. Funziona per un array 3x3 ma non scala bene. [In realtà, si adatta abbastanza bene alla matrice completa, ma i LED sono un po' fiochi.]

Passaggio 5: creazione della matrice LED: preparazione delle parti

LED Preparare i LED piegandone i fili. Quanto segue orienta i LED con i bordi piatti rivolti nella stessa direzione. La scelta è arbitraria, ma standardizzare un orientamento riduce il rischio di errore. Tenere il LED con il lato piatto (lato catodo) rivolto verso destra. Piega il catodo verso di te. Questo punta i catodi verso terra, la direzione in cui l'elettricità vuole fluire:-). Crea la curva a circa 1-2 mm sotto la parte inferiore del LED. Ciò consentirà al LED di stare orgoglioso del filo. L'anodo sarà piegato a sinistra dopo che i catodi sono stati saldati in posizione. Ciò eviterà confusione durante la saldatura. I due cavi dovrebbero formare un angolo retto con il catodo che punta verso di te e l'anodo che punta verso la tua sinistra. Tubo termoretraibile Taglia due pezzi lunghi 1/2" di tubo termoretraibile da 1/16" per ogni LED. Sono centosessanta pezzi e ci vogliono circa sette piedi solo per questi. Tagliare altri diciotto (18) pezzi per le intestazioni. Filo Tagliare i fili neri in numero uguale alle nervature sull'ombrello. Rendili abbastanza più lunghi delle nervature in modo che ci sia abbastanza filo per creare le intestazioni che si collegano ad Arduino. Ci sono 8 anelli di LED che circondano l'ombrello (questo è il numero di pin di uscita sul MIC2981), quindi ogni catena o colonna catodica sarà composta da 8 LED. Disporre i fili e contrassegnare le posizioni dei LED lungo le nervature. La spaziatura a questo punto stabilisce la distanza tra gli anelli concentrici. Spelare un piccolo pezzo di isolamento (circa 3 mm) in ogni punto. Tagliare l'isolamento con spellafili in due punti a circa un quarto di pollice l'uno dall'altro. Quindi schiacciare l'isolamento con una pinza e tagliare l'isolamento con un taglierino o estrarlo con le dita. In ogni spazio aperto, metti una piccola quantità di saldatura. Questo è in preparazione per la saldatura dei catodi LED a questi punti.

Passaggio 6: creazione della matrice LED - catene catodiche

Il primo passo per realizzare la matrice LED è costruire le catene per i catodi LED. Nel passaggio precedente hai tagliato dieci (o il numero di nervature sul tuo ombrello) fili neri e spellato l'isolamento nei punti in cui i LED sono saldati. In questo passaggio salderai i catodi dei LED.

Prendi una piccola goccia di saldatura sulla punta del tuo ferro. Posizionare il LED in modo che il filo passi tra i due conduttori del LED e applicare il ferro caldo per saldare il catodo. La saldatura sul ferro e il filo dovrebbero scorrere per stabilire una connessione. Ti brucerai il dito e ti tazeranno. Dopo la saldatura, tagliare l'anodo in modo che sia il più corto possibile. Per evitare cortocircuiti, ogni giunto di saldatura è coperto con un pezzo di tubo termoretraibile. Il tubo deve essere applicato dopo aver effettuato una connessione e prima che venga collegato il LED successivo (qualsiasi confusione? lo capirai presto:-) quindi infila un pezzo ora. Scaldare per restringersi in posizione. Ripeti per i restanti LED nella catena e le restanti catene. Nota In questo istruibile, le catene di LED che seguono le nervature dell'ombrello sono indicate come colonne e ciascuna termina su un pin dell'Arduino. I catodi LED sono saldati a questi fili (neri). Gli anelli di LED che circondano l'ombrello sono indicati come file e ciascuno inizia da uno dei pin di uscita MIC2981. Gli anodi dei LED sono saldati a questi fili (rossi).

Passaggio 7: creazione della matrice LED - anelli anodici

Questo passaggio è il più lungo e frustrante. Distanzia il tuo lavoro per diversi giorni o finché puoi occuparti del tavolo della sala da pranzo.

La matrice LED viene completata saldando gli anodi dei LED sulle catene catodiche alle file/anelli circolari di fili rossi. La misurazione in questa fase è un po' più complicata rispetto alle catene catodiche perché ogni anello ha un raggio diverso e la spaziatura dei LED è diversa per ogni anello. Calcola la lunghezza corretta individuando il punto in cui ogni anello cade sull'ombrellone e misura la distanza tra le nervature dell'ombrellone. Utilizzerai questa misura anche per determinare la spaziatura sull'anello. Moltiplica questa distanza per il numero di nervature e poi calcola la lunghezza del ritorno. Ogni anello deve avere un ritorno all'Arduino. L'anello più esterno ha il ritorno più lungo e i rendimenti si accorciano progressivamente man mano che gli anelli si riducono. Taglia otto (8) pezzi di filo rosso di lunghezza adeguata. Come nel passaggio precedente, segnare i fili alle distanze corrette, schiacciare e rimuovere l'isolamento e inserire un po' di saldatura in ogni apertura. Le catene catodiche si trovano sopra i fili rossi (motivo per cui la curvatura nel cavo del LED è un po' più bassa). Saldare come prima e mettere il tubo termoretraibile su ogni giunto prima di passare alla catena successiva. Incolla a caldo i fili a queste giunzioni per proteggere i cavi LED da sollecitazioni e rotture. Questo è estremamente importante poiché lavorare la matrice nell'ombrello mette una quantità considerevole di stress sulle articolazioni. Alla fine di questo passaggio dovresti avere una serie circolare di LED con due serie di fili (uno nero, uno rosso) che tornano al centro del cerchio. Nel passaggio successivo, creerai le intestazioni dei pin per collegare questi fili all'Arduino e al driver.

Passaggio 8: creazione della matrice LED - Matrice completata

A questo punto dovresti avere una matrice LED completa. I catodi saldati ai fili neri, gli anodi al rosso. Dovrebbe avere la forma di un ombrello. Probabilmente le tue dita sono bruciate. La tua famiglia pensa che tu sia pazzo.

La versione mockup è mostrata di seguito. La versione completa è ingombrante nella migliore delle ipotesi e non mi sono fermato a fare foto. Guarda le immagini dell'ombrellone con la matrice installata per vedere la matrice LED finita.

Passaggio 9: creazione della matrice LED: intestazioni pin e resistori

Prima di tagliare a misura i fili rosso e nero, determina dove e come attaccare l'Arduino all'ombrello. Dovrebbe adattarsi allo spazio aperto in alto. Una volta determinati, tagliare i fili alla lunghezza desiderata e saldarli alle intestazioni.

Far scorrere pezzi di tubo termoretraibile sugli otto fili rossi, saldarli a un'intestazione a 8 pin e termorestringere il tubo. Assicurati di effettuare i collegamenti in modo logico. Considero l'anello interno più piccolo la riga 1 in modo che venga collegato al pin 1 sull'intestazione e al pin appropriato sul MIC2981. Se commetti un errore, puoi risaldare i fili o correggere il codice. Non commettere errori. [Ho messo insieme i fili dell'anodo ed ero troppo pigro per risolvere l'ordine logico. Risulta essere altrettanto facile da controllare nel codice. Vedere le note nella sezione di programmazione.] Allo stesso modo creare intestazioni per le catene catodiche. Questa volta, tuttavia, le posizioni dei pin su Arduino impongono di creare due intestazioni. Devi anche saldare un singolo resistore in linea. Il resistore dipende dal LED e dalla tensione: consulta un calcolatore di resistori LED online per il valore corretto. Ogni intestazione dovrebbe avere cinque (5) pin. Assicurati di effettuare le connessioni in modo logico. Incollare a caldo le connessioni in quanto queste subiranno flessioni e sollecitazioni. L'immagine qui sotto è del mockup.

Passaggio 10: interruttore a pulsante per la modifica dei programmi

L'interruttore a pulsante viene utilizzato per passare da un programma all'altro. Attiva un interrupt su Arduino che fa avanzare il numero del programma. L'Arduino Diecimilia (e altri; controlla la tua versione) ha due interrupt esterni che possono essere abilitati sui pin digitali 2 e 3 usando la funzione attachInterrupt(interrupt, function, mode). Riservare il pin digitale 3 per l'interruttore a pulsante. Questo lascia i pin digitali 0, 1 e 2 e 4, 5, 6, 7, 8 come blocchi per i pin anodici.

L'interrupt è impostato per attivarsi quando il pin 3 diventa basso. Deve quindi essere tenuto alto fino a quando non viene premuto il pulsante, al quale il perno si abbassa. Ciò richiede un resistore di pull-up da 10K per mantenere alto il pin. Guarda l'immagine della breadboard e leggi le resistenze pull-up e pull-down.

Passaggio 11: breadboard

Questo progetto utilizza il Protoshield di Adafruit Industries con una piccola breadboard (anche se qualsiasi configurazione che si adatta all'ombrello dovrebbe funzionare). La piccola breadboard ha diciassette (17) righe e questo progetto le usa tutte! Si noti che la breadboard mostrata non include il MIC2981. Non ne ho uno. Ancora. L'ombrello funziona abbastanza bene senza di esso, che ho deciso di scrivere questo istruibile prima di prenderne uno.

Sono possibili molte configurazioni diverse, quindi usalo come guida. Notare, tuttavia, la posizione dell'interruttore a pulsante. Due pin su Arduino possono essere (facilmente) configurati come interrupt e l'interruttore a pulsante deve essere collegato a uno di essi. L'immagine sotto è SENZA il chip MIC2981. Caricherò un'immagine quando ottengo la parte e modificherò la breadboard di conseguenza.

Passaggio 12: test della matrice LED

Questo è probabilmente in ritardo nel gioco per considerare i test, ma meglio tardi che troppo tardi. Prima di installare la matrice LED nell'ombrellone (passaggio successivo), collegare la matrice ad Arduino ed eseguire il codice di test incluso di seguito. Il codice scorre semplicemente attraverso ciascun LED e lo testa. Se alcune connessioni sono difettose o i LED sono interrotti, riparali ora mentre tutto è accessibile.

Questo è anche il momento per determinare quale pin corrisponde a quale riga o colonna. Se sei stato attento durante la creazione delle intestazioni dei pin, lo sai già. Altrimenti, dovrai capirlo rallentando l'animazione e determinando quale pin controlla quale riga o colonna. Hai impostato un array nel codice che contiene i numeri dei pin nell'ordine corretto.

Passaggio 13: assemblaggio dei LED nell'ombrello

Con la matrice LED completa e le intestazioni dei pin e i resistori in posizione, è il momento di completare l'assemblaggio. La matrice LED va posizionata tra il tessuto dell'ombrellone e le stecche. Il tessuto di un ombrello è teso sulle costole e tipicamente cucito in un punto a ciascuna costola. Questo dovrà essere tagliato prima che l'intera matrice LED possa essere fatta scorrere tra le nervature e il tessuto. Dopo aver posizionato la matrice LED, ricuci ciò che hai tagliato. Ciò assicurerà la matrice nell'ombrello. Non ricucire se pensi di voler rimuovere i LED. Non riesco a immaginare perché.

Questo è un processo che richiede molto tempo. Se non hai già incollato a caldo i cavi LED, fallo ora. In caso contrario, durante l'installazione si romperanno sicuramente alcuni LED. Ho lavorato con l'ombrello appeso a un manico di scopa sospeso tra due sedie (nessuna foto:-). L'ombrello era tenuto aperto per gravità e il tessuto non era teso. potrei muovermi. Inizia facendo scorrere una colonna completa sotto una delle nervature. Avanzalo e la colonna successiva. Ripetere. È un processo noioso. Quando finalmente posizioni i LED, assicurati che le nervature poggino sul tubo termoretraibile. Ciò ridurrà al minimo la possibilità di abrasione. L'ombrello non si chiude bene. Suppongo che avrei dovuto menzionarlo prima. Anche se non l'ho ancora fatto, cucirò alcuni anelli attorno ai LED e nella cucitura del tessuto per tenerli in posizione. Guarda attentamente le cuciture dei pannelli e vedrai un po' di materiale in cui puoi cucire.