Animated Mood Light & Night Light: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Memiliki daya tarik yang berbatasan dengan obsesi terhadap cahaya, saya memutuskan untuk membuat pilihan PCB modular kecil yang dapat digunakan untuk membuat tampilan cahaya RGB dalam berbagai ukuran. Setelah membuat PCB modular, saya menemukan ide untuk mengaturnya menjadi segi enam untuk membuat tampilan 3D yang dapat digunakan untuk membuat apa saja, mulai dari lampu malam kamar tidur sederhana hingga lampu suasana hati yang tidak akan terlalu aneh. Duduk di atas meja di restoran kelas atas.

Tentu saja bentuk lain juga dapat dibuat menggunakan prinsip yang sama.

Berikut adalah beberapa animasi yang sedang berjalan di atas lampu.

• Api
• Hujan
• Ular (Retro)
• Permainan Kehidupan
• Osilasi Bentuk Gelombang
• Mercu suar
• Pola Pemintalan (Toko Tukang Cukur)

Lampu saat ini dibuat dalam dua ukuran - Kecil (96 LED) dan Besar (384 LED) tetapi ini dapat ditingkatkan sesuai kebutuhan.

Perlengkapan

WS2812B LED - AliExpress

PCB - ALLPCB

3mm Hitam Laser Cut Plastik - Pemasok Lembaran Plastik

Filamen Cetak 3D Putih - Amazon

Komponen Elektronik - Farnell / Newark

Baut M3 dan Spacer Berulir - Amazon

Solder Besi

Oven Pemanggang Roti - Rakitan komponen pemasangan permukaan

Langkah 1: Panel PCB

Memulai perjalanan, saya menginginkan rangkaian PCB kecil yang dapat menampung sejumlah piksel LED dan disatukan dengan cara yang sangat sederhana tanpa memerlukan kabel atau konektor tambahan. Saya datang dengan desain yang sangat sederhana yang memungkinkan LED WS2812B untuk dirantai bersama-sama dan kemudian meneruskan rantai ke PCB berikutnya.

Saya membuat tiga PCB dengan dimensi piksel berikut.

• 1 x 8 - 9mm x 72mm
• 4 x 4 - 36mm x 36mm
• 8 x 8 - 72mm x 72mm

Untuk proyek ini hanya papan 4x4 dan 8x8 yang digunakan untuk membuat lampu.

LED diatur dalam kisi-kisi 9mm dalam dimensi X dan Y yang cukup erat tetapi menyediakan ruang yang cukup untuk bekerja saat mempertimbangkan konektor tepi PCB. PCB dibuat sehingga ketika digabungkan bersama, grid 9mm LED dipertahankan. PCB hanya dihubungkan bersama dengan cara mengalirkan solder dari satu papan ke papan berikutnya.

Setiap LED memiliki kapasitor 100nF sendiri untuk decoupling listrik dan untuk membantu memasok arus ke LED sesuai permintaan.

Ditampilkan adalah skema untuk papan piksel 4x4 lengkap dengan lapisan tembaga atas dan tembaga bawah untuk menggambarkan tata letak LED dan tata letak konektor tepi. Tanda ditambahkan ke layar sutra untuk memperjelas arah transfer data antar konektor.

Papan juga memiliki lubang pemasangan M3 pada pitch 18mm kali 18mm untuk menyederhanakan pemasangan dan untuk memperkuat koneksi antar-papan.

Menambahkan lembaran akrilik putih susu 3mm yang dipotong laser seperti yang ditunjukkan memberikan efek menyebar yang bagus ke LED.

Papan dibuat dengan cara mengoleskan pasta solder ke bantalan pemasangan permukaan tembaga bawah menggunakan stensil. Saya kemudian menempatkan komponen ke papan untuk memeriksa orientasi yang benar sebelum dipanggang di oven pemanggang roti saya untuk mengalirkan solder. Saya telah membahas jenis pembuatan PCB biaya rendah DIY ini di beberapa build Instructables saya yang lain.

Peringatan - JANGAN GUNAKAN oven yang digunakan untuk memasak PCB karena dapat menyebabkan makanan terkontaminasi. Saya mendapatkan oven pemanggang PCB saya seharga £10 ($15) di eBay.

Langkah 2: Kontrol PCB

Setelah LED selesai, saya kemudian menginginkan kemampuan untuk mengontrol LED dari mikrokontroler. Saya mulai menggunakan Arduino nano dan ini bekerja dengan baik, tetapi saya ingin menambahkan lebih banyak fungsionalitas ke lampu dan ini menjadi semakin canggung untuk meretas ke papan Arduino. Oleh karena itu saya memutuskan untuk membuat PCB kustom lain untuk menggerakkan lampu.

Berikut adalah beberapa fitur yang saya tambahkan ke papan pengontrol saya.

• Mikrokontroler berkecepatan lebih tinggi dengan lebih banyak ROM dan RAM.
• FET tingkat logika untuk memungkinkan saya menyalakan dan mematikan LED secara global - berguna saat menyalakan dan untuk operasi daya rendah.
• Buffer berkecepatan tinggi untuk mengubah sinyal 3V3 dari mikrokontroler menjadi 5V untuk menggerakkan LED.
• Beralih untuk memungkinkan pengguna mengontrol cahaya.
• Photo Transistor - untuk menskalakan kecerahan LED agar sesuai dengan tingkat cahaya sekitar.
• Pemantauan catu daya - untuk memastikan kami tidak mencoba dan menarik lebih banyak arus maka catu daya dapat menyediakan.
• Konektor Bluetooth - HC05/HC06.
• Konektor WIFI - ESP8266.
• Konektor I2C.
• Konektor Ekspansi Masa Depan.

Skema untuk papan ditampilkan serta lapisan tembaga atas dan bawah. Dokumen BillOfMaterials terlampir mencantumkan komponen yang saya pasang ke PCB kontrol.

Sensor cahaya cukup penting untuk desain karena kecerahan LED WS2812B dapat dengan cepat menjadi terlalu banyak untuk dilihat dan bahkan menyakitkan pada kecerahan penuh. Memiliki sensor cahaya memungkinkan kecerahan LED untuk skala otomatis yang berarti tampilan selalu menyenangkan untuk dilihat. Terang di ruangan yang diterangi sinar matahari namun tetap nyaman untuk dilihat sebagai cahaya malam di ruangan yang gelap.

Sekali lagi untuk membangun papan, pasta solder diaplikasikan menggunakan stensil, komponen ditempatkan dengan tangan dengan pinset dan kemudian dipanggang di oven pemanggang roti terpercaya saya.

PCB ditenagai melalui suplai DC 5V, ini bisa langsung dari PSU tipe listrik atau melalui soket pengisi daya USB 2A.

Juga ditampilkan adalah upaya saya sebelumnya menggunakan Arduino.

Langkah 3: Kerangka Cetak 3D

Saya awalnya bermain-main dengan menggunakan lembaran plastik potong laser sebagai diffuser tetapi ini meninggalkan celah yang agak jelek di antara masing-masing panel. Saya akhirnya mencetak 3D diffuser sekitarnya karena ini memungkinkan saya untuk membuat pembungkus mulus yang bagus untuk enam PCB LED. Ini juga memungkinkan saya untuk mengurangi ketebalan diffuser yang memberikan tampilan keseluruhan yang jauh lebih tajam.

Secara internal enam PCB LED disatukan menggunakan kerangka cetak 3D. Kerangka ini masuk ke berbagai lubang M3 pada layar PCB yang menahannya dalam pola heksagonal yang bagus.

Kerangka cetak 3D juga dilengkapi lubang untuk memungkinkan PCB kontrol dipasang di dekat panel potong laser atas yang memungkinkan sakelar dapat diakses dan sensor cahaya mendapatkan pembacaan yang baik dari tingkat cahaya sekitar.

Dengan papan pada posisi antara kerangka dan diffuser saya kemudian dapat dengan mudah menyolder papan bersama-sama dengan mengalirkan solder antara bantalan koneksi PCB. Saya mulai dengan menambahkan solder ke bantalan terjauh dan kemudian memutar lampu di tepinya untuk memungkinkan gravitasi membantu dengan tindakan mengalirkan solder ke bantalan yang bersebelahan. Ulangi untuk tiga koneksi dan kemudian pindah ke koneksi papan ke papan berikutnya. Pada sambungan keenam antara PCB, saya hanya memasang rel daya dan ground meninggalkan koneksi data tidak terhubung. Ini menyediakan dua jalur arus melingkar untuk setiap papan untuk mengumpulkan kekuatannya mirip dengan cara kerja ring utama untuk kabel listrik internal rumah Anda.

Juga menggunakan printer 3D adalah beberapa spacer untuk memungkinkan panel potong laser atas dan bawah dipegang dengan baik di tempatnya.

File printer 3D dirancang menggunakan Sketchup dan sumbernya terlampir.

Langkah 4: Potong Laser Atas dan Bawah

Bagian potong laser berbentuk segi enam yang sangat sederhana dengan lubang di tempat yang tepat untuk baut pemasangan.

Panel atas memiliki lubang kecil untuk sensor cahaya dan lubang lain yang lebih besar untuk sakelar tekan. Sementara panel bawah memiliki lubang untuk kabel daya USB serta dua lubang kecil untuk memungkinkan tali pengikat digunakan untuk meredakan ketegangan pada kabel.

Gambar untuk bagian ini disertakan dalam file Sketchup pada langkah sebelumnya.

Langkah 5: Firmware

Saya memilih perangkat PIC24FJ256GA702 sebagai mikrokontroler utama saya karena berjalan cukup cepat hingga 32MHz menggunakan osilator internal dan memiliki banyak memori program dan RAM yang tersedia untuk membuat animasi yang bagus.

Untuk mengembangkan firmware saya menggunakan Flowcode karena memungkinkan saya untuk mensimulasikan dan men-debug kode saat saya pergi yang membantu menghasilkan kode efisien yang bagus yang berjalan dengan kecepatan tinggi. Flowcode tersedia secara gratis tidak terkunci sepenuhnya selama 30 hari dan setelah itu Anda dapat memilih untuk membeli atau cukup mendaftar ke uji coba lagi. Ini juga memiliki komunitas online yang bagus yang bersedia untuk ikut serta dan membantu jika saya menabrak dinding di sepanjang jalan. Mengatakan ini semua perangkat lunak dapat dibuat menggunakan Arduino IDE atau serupa, Anda hanya akan kehilangan kemampuan untuk mensimulasikan.

Saya menggunakan PICkit 3 untuk memprogram PIC di papan kontrol PCB saya. Ini dapat diintegrasikan ke dalam Flowcode sehingga mengkompilasi dan memprogram melalui PICkit dengan satu klik mouse, mirip dengan tombol unduh di Arduino.

Mikrokontroler yang saya pilih tidak memiliki EEPROM on-board yang awalnya menjadi masalah karena saya ingin menyimpan mode animasi yang saat ini dipilih. Namun itu memang memiliki memori flash yang dapat diprogram pengguna dan jadi saya dapat mencapai fungsi ini secara tidak langsung.

Program Flowcode yang saya buat terlampir. Jendela properti memungkinkan Anda untuk memilih ukuran papan tampilan yang digunakan. yaitu 4x4 atau 8x8 dan ini mengatur beban parameter seperti jumlah LED dll yang kemudian menggerakkan berbagai animasi sehingga satu program dapat digunakan pada kedua ukuran tampilan.

Antarmuka pengguna untuk lampu cukup sederhana. Tekan sakelar kurang dari tiga detik dan lampu akan beralih ke mode berikutnya. Sebelum setiap mode dimulai, indeks mode ditampilkan pada setiap panel LED. Tekan sakelar selama lebih dari tiga detik dan lampu mati. Menekan sakelar lebih lanjut akan menghidupkan kembali dan kembali ke mode yang dipilih sebelumnya. Hilangnya daya ke lampu akan mengakibatkan lampu melanjutkan operasinya saat ini saat daya dipulihkan, termasuk status hidup/mati.

Berikut adalah berbagai mode animasi yang dapat dilakukan cahaya saat ini dengan firmware yang ada.

1. Warna smear - Warna campuran dalam cincin
2. Game of life - Simulasi berbasis bentuk kehidupan
3. Pola berputar - Pola animasi 2, 3 atau 4 warna
4. Generator gelombang - Gelombang sinus berwarna
5. Warna Tetap - Enam panel warna individu berputar
6. Naungan - Warna panel animasi Semua/Individu
7. Mercusuar - Memutar panel tunggal
8. Cincin - Cincin horizontal animasi
9. Api - Efek api animasi
10. Hujan - Efek hujan berwarna animasi
11. Kembang api - Efek kembang api berwarna animasi
12. Pergeseran - Efek gulir animasi
13. Snake - Pertempuran ular retro animasi
14. Ular - Ular berputar animasi
15. Acak - Mode 1 hingga 14 dengan transisi lambat (kira-kira 60 detik)
16. Acak - Mode 1 hingga 14 dengan transisi cepat (kira-kira 30 detik)

Setiap mode memiliki satu atau lebih elemen acak termasuk kecepatan animasi dan parameter lainnya. Beberapa mode juga menampilkan elemen acak yang dapat melayang atau bervariasi dari waktu ke waktu sehingga memungkinkan animasi yang lebih dinamis. Misalnya api memiliki jumlah bahan bakar yang ditambahkan secara acak pada setiap siklus, jumlah ini memiliki batas atas dan bawah yang tetap. Seiring waktu, batas-batas ini dapat bertambah atau berkurang sehingga memungkinkan intensitas api memenuhi tampilan atau tenggelam hanya ke beberapa piksel bawah.

Langkah 6: Konektivitas

Papan kontrol terhubung ke catu daya menggunakan kabel USB A atau kabel soket DC, keduanya dapat dibeli dengan harga sangat rendah di situs seperti eBay.

Papan kontrol terhubung ke soket IN yang tidak terhubung pada papan display menggunakan konektor tepi yang dapat diakses dan kabel pita servo 3 arah standar.

Pelat potong laser atas dan bawah kemudian ditahan pada posisinya menggunakan baut kepala panci M3 dan spacer berulir M3.

Peningkatan di masa mendatang

Memiliki opsi untuk menambahkan Bluetooth dan WIFI ke papan kontrol saya memungkinkan peningkatan di masa mendatang seperti pembaruan animasi dan integrasi cerdas dengan hal-hal seperti Amazon Alexa melalui layanan online seperti ITTT. Ini adalah sesuatu yang sedang saya selidiki.

Akan menyenangkan untuk dapat mengatur warna lampu, mode animasi atau bahkan untuk menampilkan pesan teks hanya dengan berbicara dengan asisten pintar Anda.

Terima kasih telah melihat bangunan saya dan saya harap saya telah menginspirasi Anda untuk mengikuti jejak saya atau membuat sesuatu yang serupa.

Runner Up dalam Kontes Make it Glow