Payung LED Dengan Arduino: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:59

Payung LED dengan Arduino menggabungkan payung, matriks LED 8x10, dan mikrokontroler Arduino untuk menciptakan pengalaman LED yang dapat dikontrol dan diprogram dalam privasi payung Anda sendiri. Proyek ini terinspirasi oleh Payung Listrik oleh sockmaster dan sejumlah instruksi matriks LED di situs ini, terutama yang sangat lengkap ini oleh barney_1.

Bersiaplah untuk Pimp My Umbrella! Siapa pun yang melakukan proyek ini harus memiliki akses ke alat solder standar -- tang, pemotong diagonal, pemotong kawat dan penari telanjang, besi solder dan solder, multimeter -- dan telah berpengalaman bekerja dengan Arduino. Pengaturan Arduino tidak sulit dan program termasuk beberapa animasi LED yang berbeda disertakan dalam instruksi ini. Video sedang dalam perjalanan! Kode sampel (lihat langkah terakhir) juga sedang dalam proses. Kode yang saya miliki tidak memanfaatkan sakelar tombol tekan dan saya sedang mengerjakannya sekarang.

Langkah 1: Bagian

Ada sangat sedikit bagian untuk proyek ini dan sebagian besar bersifat generik. Mereka dapat dengan mudah diperoleh dari sejumlah pengecer online -- Adafruit Industries, DigiKey, Jameco, dan All Electronics, di antara banyak lainnya. Pengganti yang tampaknya masuk akal. Elektronik 1 x Mikrokontroler -- Arduino Diecimilia 1 x Umbrella 1 x MIC2981 -- 8-channel, rangkaian driver sumber tegangan tinggi, arus tinggi -- 576-1158-ND1 x Protoshield untuk Arduino dengan papan tempat memotong roti kecil -- Adafruit Industries 80 x LED -- banyak pilihan yang memungkinkan 8 x resistor -- tergantung pada pilihan LED dan sumber teganganKawat Banyak kabel yang dibutuhkan untuk proyek ini. Setiap rusuk payung memiliki kabel hitam (untuk katoda LED) dan setiap lingkaran LED di sekitar payung membutuhkan kabel merah penuh (untuk anoda LED). Beberapa juga diperlukan untuk mengembalikan ujung rantai kembali ke Arduino. Kabel hitam 24 kaki untuk rantai katoda (ikuti rusuk kembali ke tengah) Kabel merah 70 kaki untuk cincin anoda (cincin di sekitar payung)Lain-lain Header standar pria -- Heat shrink tubing 1/16 -- sekitar tujuh kaki tubing diperlukan Saklar taktil -- Off-MomPatience …dan keterampilan menyolder. Matriks LED harus dibuat dengan hati-hati dan anoda dan katoda diisolasi satu sama lain dengan tabung panas menyusut. Ini bisa memakan waktu cukup lama.

Langkah 2: Renungan - Diperingatkan Lebih Awal

Payung Jangan gunakan payung terbaikmu! Atau bahkan payung terbaik orang lain. Payung berkomitmen untuk proyek dan, sementara Anda dapat mengeluarkan matriks LED, Anda tidak akan menginginkannya pada saat Anda selesai. Penempatan Meskipun LED memberikan pengalaman yang dapat dipersonalisasi di bawah payung, mereka tidak terlalu terlihat dari luar / di atas payung. Pertimbangkan apakah Anda ingin LED di bagian luar payung. Mereka akan jauh lebih terlihat dan pemasangannya akan jauh lebih mudah. Anda harus membuat lubang di kain untuk memasukkan kabel ke Arduino. Gaya dalam hal ini mengalahkan waterproofing. LEDs Pilih warna yang bagus sebelum Anda meluangkan banyak waktu untuk membuat benda ini. LED tampaknya lebih murah di eBay daripada melalui katalog, jadi jelajahi pilihan Anda. Kawat Pengukur yang lebih kecil atau kawat multi-untai mungkin lebih baik daripada kawat padat AWG xxx. Saya menggunakan kawat padat dan itu membuat melipat payung hampir tidak mungkin. Juga, saya tidak akan menggunakan kabel merah untuk cincin anoda. Saya akan memilih warna yang lebih gelap yang kurang terlihat.

Langkah 3: Pertimbangan Desain

Arduino Saya memilih untuk menggunakan Arduino daripada mikrokontroler Atmel AVR yang berbeda untuk membuat proyek ini dapat diakses. Dengan Arduino, tidak perlu merancang papan kustom dan pemrograman dan kustomisasi jauh lebih mudah dengan platform Arduino. Satu-satunya kelemahan Arduino adalah ukurannya yang besar dan tidak pas untuk ditaruh di dalam payung. Manfaatnya, bagaimanapun, lebih besar daripada biayanya. Proyek ini didasarkan pada Arduino Diecimilia tetapi (saya pikir) pinoutnya sama pada versi yang lebih baru. Bagaimanapun, jika Anda melakukan proyek ini, pastikan Anda memiliki pemahaman yang jelas tentang status dan pin model Arduino yang Anda gunakan. Ini akan membuat perubahan apa pun antara apa yang dijelaskan di sini dan apa yang perlu Anda lakukan agar mudah diterapkan. MIC2981 Chip MIC2981 dari Micrel dapat memberi daya pada 8 rantai LED. Ini berarti bahwa 8 baris/cincin melingkar dari sepuluh LED yang mengelilingi payung memiliki anoda yang terhubung ke MIC2981 (satu pin memberi daya pada setiap baris/cincin) dan LED di rantai sepanjang rusuk (kolom) memiliki katoda yang terhubung ke pin pada Arduino. Hal ini memungkinkan kemungkinan bahwa 10 LED berturut-turut/cincin menyala secara bersamaan dengan arus yang cukup untuk menyalakannya secara merata. Chip ini saat ini tidak digunakan dalam proyek ini. Saya memiliki rencana untuk menggunakannya untuk menyalakan dan mencerahkan cincin LED. Proto Shield untuk Arduino dari AdaFruit Industries Saya menggunakan protoshield ini dengan papan tempat memotong roti kecil sehingga saya dapat melepaskan Arduino dari payung untuk proyek lain. Papan tempat memotong roti kecil memiliki cukup ruang untuk koneksi yang dibutuhkan untuk proyek ini.

Langkah 4: MockUp

Untuk memastikan saya mengerti bagaimana array LED harus dibuat, saya membuat array 3x3 untuk melihat apakah penyolderan dan pemrograman akan bekerja. Mereka lakukan! Jadi saya memutuskan untuk melanjutkan proyek. Jika Anda yakin memahami larik LED, lewati langkah ini. Jika tidak, investasikan beberapa LED, beberapa kawat, bungkus susut, dan sekitar satu jam untuk membuat larik 3x3 dan mengujinya. Detail pembuatan array ada di langkah-langkah berikut tetapi berlaku untuk mockup.

Untuk membuat matriks LED 3x3, ikuti dan modifikasi langkah-langkah Membuat Matriks LED yang menggambarkan matriks lengkap. Kode contoh di bawah ini untuk mockup tidak memanfaatkan MIC2981 (saya menulisnya sebelum saya memilikinya:-). Setiap LED menyala secara bergantian. Ini berfungsi untuk array 3x3 tetapi tidak skala dengan baik. [Sebenarnya, skalanya cukup baik ke matriks penuh tetapi LED agak redup.]

Langkah 5: Membuat Matriks LED - Mempersiapkan Bagian

LED Siapkan LED dengan menekuk ujungnya. Berikut ini mengarahkan LED dengan tepi datar menghadap ke arah yang sama. Pilihannya sewenang-wenang, tetapi standarisasi orientasi mengurangi risiko kesalahan. Pegang LED dengan sisi datar (sisi katoda) diputar ke kanan. Tekuk katoda ke arah Anda. Ini mengarahkan katoda ke ground, arah aliran listrik:-). Buat lekukan sekitar 1-2 mm di bawah bagian bawah LED. Ini akan memungkinkan LED untuk berdiri bangga dengan kawat. Anoda akan ditekuk ke kiri setelah katoda disolder ke tempatnya. Ini akan mencegah kebingungan saat menyolder. Kedua sadapan harus membentuk sudut kanan dengan katoda mengarah ke Anda dan anoda mengarah ke kiri Anda. Heat shring tubing Potong dua 1/2 "potongan panjang 1/16" heat shrink tubing untuk setiap LED. Itu seratus enam puluh keping dan membutuhkan sekitar tujuh kaki hanya untuk ini. Potong tambahan delapan belas (18) potong untuk tajuk. Kawat Potong kabel hitam dengan jumlah yang sama dengan rusuk pada payung. Buat cukup panjang dari rusuknya sehingga ada cukup kabel untuk membuat header yang terhubung ke Arduino. Ada 8 cincin LED yang mengelilingi payung (ini adalah jumlah pin output pada MIC2981) sehingga setiap rantai atau kolom katoda akan terdiri dari 8 LED. Letakkan kabel dan tandai lokasi untuk LED di sepanjang rusuk. Spasi pada titik ini menetapkan jarak antara cincin konsentris. Lepaskan sepotong kecil insulasi (sekitar 3mm) di setiap titik. Potong isolasi dengan penari telanjang kawat di dua tempat sekitar seperempat inci terpisah. Kemudian hancurkan insulasi dengan tang dan potong insulasi dengan pisau utilitas atau tarik keluar dengan jari Anda. Di setiap ruang terbuka, masukkan sedikit solder. Ini adalah persiapan untuk menyolder katoda LED ke titik-titik ini.

Langkah 6: Membuat Matriks LED - Rantai Katoda

Langkah pertama dalam membuat matriks LED adalah membuat rantai untuk katoda LED. Pada langkah sebelumnya Anda memotong sepuluh (atau jumlah rusuk pada payung Anda) kabel hitam dan melepaskan insulasi pada titik di mana LED disolder. Pada langkah ini Anda akan menyolder katoda LED.

Dapatkan gumpalan kecil solder di ujung setrika Anda. Posisikan LED sehingga kawat lewat di antara dua ujung LED dan gunakan setrika panas untuk menyolder katoda. Solder pada setrika dan kawat harus mengalir untuk membuat sambungan. Anda akan membakar jari Anda dan mereka akan menjebak Anda. Setelah menyolder, potong anoda agar sesingkat mungkin. Untuk mencegah korsleting, setiap sambungan solder ditutupi dengan sepotong tabung panas menyusut. Pipa harus dipasang setelah sambungan dibuat dan sebelum LED berikutnya dipasang (ada kebingungan? Anda akan segera mengerti:-) jadi geser bagiannya sekarang. Panas menyusut ke tempatnya. Ulangi untuk LED yang tersisa dalam rantai dan rantai yang tersisa. Catatan Dalam instruksi ini, rantai LED yang mengikuti rusuk payung disebut sebagai kolom dan masing-masing berakhir pada pin Arduino. Katoda LED disolder ke kabel (hitam) ini. Cincin LED yang melingkari payung disebut sebagai baris dan masing-masing dimulai pada salah satu pin keluaran MIC2981. Anoda LED disolder ke kabel (merah) ini.

Langkah 7: Membuat Matriks LED - Cincin Anoda

Langkah ini adalah yang terpanjang dan paling membuat frustrasi. Ruang keluar Anda bekerja selama beberapa hari, atau selama Anda bisa mengambil alih meja ruang makan.

Matriks LED dilengkapi dengan menyolder anoda LED pada rantai katoda ke baris/cincin melingkar kabel merah. Pengukuran pada tahap ini agak lebih rumit daripada untuk rantai katoda karena setiap cincin memiliki radius yang berbeda dan jarak LED berbeda untuk setiap cincin. Hitung panjang yang benar dengan mencari di mana setiap cincin jatuh pada payung dan mengukur jarak antara rusuk payung. Anda juga akan menggunakan pengukuran ini untuk menentukan jarak pada ring. Kalikan jarak ini dengan jumlah rusuk dan kemudian hitung panjang pengembalian. Setiap cincin harus memiliki pengembalian ke Arduino. Cincin terluar memiliki pengembalian terpanjang, dan pengembalian semakin pendek saat cincin semakin kecil. Potong delapan (8) potong kabel merah dengan panjang yang sesuai. Seperti pada langkah sebelumnya, tandai kabel pada jarak yang benar, hancurkan dan lepaskan insulasi, dan letakkan sedikit solder di setiap bukaan. Rantai katoda berada di atas kabel merah (itulah sebabnya tikungan pada kabel LED sedikit lebih rendah). Solder seperti sebelumnya dan pasang pipa heat shrink di atas setiap sambungan sebelum melanjutkan ke rantai berikutnya. Lem panas kabel di persimpangan ini untuk mengamankan kabel LED dari tegangan dan kerusakan. Ini sangat penting karena memasukkan matriks ke dalam payung memberikan tekanan yang cukup besar pada sendi. Di akhir langkah ini, Anda harus memiliki rangkaian LED melingkar dengan dua set kabel (satu hitam, satu merah) kembali ke tengah lingkaran. Pada langkah selanjutnya, Anda akan membuat pin header untuk memasang kabel tersebut ke Arduino dan driver.

Langkah 8: Membuat Matriks LED -- Matriks Selesai

Pada titik ini Anda harus memiliki matriks LED yang lengkap. Katoda disolder ke kabel hitam, anoda ke merah. Itu harus memiliki bentuk payung. Jari-jari Anda mungkin terbakar. Keluarga Anda menganggap Anda gila.

Versi mockup ditunjukkan di bawah ini. Versi lengkapnya sangat berat dan saya tidak berhenti untuk mengambil gambar. Lihat gambar payung dengan matriks terpasang untuk melihat matriks LED yang sudah jadi.

Langkah 9: Membuat Matriks LED -- Pin Header dan Resistor

Sebelum Anda memotong kabel merah dan hitam menjadi panjang, tentukan di mana dan bagaimana Anda akan memasang Arduino ke payung. Itu harus pas di ruang terbuka di bagian atas. Setelah ditentukan, potong kabel menjadi panjang dan solder ke header.

Geser potongan tabung panas menyusut ke delapan kabel merah, solder ke header 8-pin, dan panaskan tabung. Pastikan untuk membuat koneksi dengan cara yang logis. Saya menganggap cincin bagian dalam terkecil sebagai baris 1 sehingga terpasang ke pin 1 pada header dan pin yang sesuai pada MIC2981. Jika Anda membuat kesalahan, Anda dapat menyolder ulang kabel atau memperbaiki kode. Jangan membuat kesalahan. [Saya menyatukan kabel anoda dan terlalu malas untuk memilah urutan logis. Ternyata mudah dikendalikan dalam kode. Lihat catatan di bagian pemrograman.] Demikian pula membuat header untuk rantai katoda. Namun kali ini, lokasi pin pada Arduino mengharuskan Anda membuat dua header. Anda juga harus menyolder satu resistor sesuai. Resistor tergantung pada LED dan tegangan -- lihat kalkulator resistor LED online untuk nilai yang tepat. Setiap header harus memiliki lima (5) pin. Pastikan untuk membuat koneksi dengan cara yang logis. Lem panas sambungan karena ini akan mengalami pembengkokan dan tekanan. Gambar di bawah ini adalah mockup.

Langkah 10: Tombol Tekan untuk Mengubah Program

Sakelar tombol tekan digunakan untuk beralih antar program. Ini memicu interupsi pada Arduino yang memajukan nomor program. Arduino Diecimilia (dan lainnya; periksa versi Anda) memiliki dua interupsi eksternal yang dapat diaktifkan pada pin digital 2 dan 3 menggunakan fungsi attachInterrupt(interrupt, function, mode). Cadangan pin digital 3 untuk sakelar tombol tekan. Ini meninggalkan pin digital 0, 1, dan 2 dan 4, 5, 6, 7, 8 sebagai blok untuk pin anoda.

Interupsi diatur untuk memicu ketika pin 3 menjadi rendah. Oleh karena itu harus dipegang tinggi sampai tombol ditekan, di mana pin menjadi rendah. Ini membutuhkan resistor pull-up 10K untuk menahan pin tinggi. Lihat gambar papan tempat memotong roti dan baca tentang resistor pull-up dan pull-down.

Langkah 11: Breadboarding

Proyek ini menggunakan Protoshield dari Adafruit Industries dengan papan tempat memotong roti kecil (meskipun pengaturan apa pun yang sesuai dengan payung harus berfungsi). Papan tempat memotong roti kecil memiliki tujuh belas (17) baris dan proyek ini menggunakan semuanya! Perhatikan bahwa papan tempat memotong roti yang ditampilkan tidak termasuk MIC2981. Saya tidak punya. Belum. Payung bekerja cukup baik tanpanya, sehingga saya memutuskan untuk menulis instruksi ini sebelum mendapatkannya.

Banyak konfigurasi berbeda yang mungkin, jadi gunakan ini sebagai panduan. Namun, perhatikan lokasi sakelar tombol tekan. Dua pin pada Arduino dapat (dengan mudah) dikonfigurasi sebagai interupsi, dan sakelar tombol harus terhubung ke salah satunya. Gambar di bawah ini TANPA chip MIC2981. Saya akan mengunggah gambar ketika saya mendapatkan bagiannya dan memodifikasi papan tempat memotong roti yang sesuai.

Langkah 12: Menguji Matriks LED

Ini mungkin terlambat dalam permainan untuk mempertimbangkan pengujian, tetapi lebih baik terlambat daripada terlambat. Sebelum memasang matriks LED di dalam payung (langkah selanjutnya), sambungkan matriks ke Arduino dan jalankan kode uji yang disertakan di bawah ini. Kode hanya berjalan melalui setiap LED dan mengujinya. Jika ada koneksi yang buruk atau LED rusak, perbaiki sekarang selagi semuanya dapat diakses.

Ini juga merupakan waktu untuk menentukan pin mana yang sesuai dengan baris atau kolom mana. Jika Anda berhati-hati saat membuat pin header, Anda sudah tahu. Jika tidak, Anda perlu mengetahuinya dengan memperlambat animasi dan menentukan pin mana yang mengontrol baris atau kolom mana. Anda mengatur array dalam kode yang berisi nomor pin dalam urutan yang benar.

Langkah 13: Merakit LED di Payung

Dengan matriks LED lengkap dan header pin dan resistor terpasang, sekarang saatnya untuk menyelesaikan perakitan. Matriks LED harus diposisikan antara kain payung dan tulang rusuk. Kain payung direntangkan di atas tulang rusuk dan biasanya dijahit di satu tempat ke setiap tulang rusuk. Ini harus dipotong sebelum seluruh matriks LED dapat digeser di antara tulang rusuk dan kain. Setelah memposisikan matriks LED, jahit kembali apa yang Anda potong. Ini akan mengamankan matriks ke dalam payung. Jangan menjahit ulang jika Anda merasa ingin melepas LED. Tidak bisa membayangkan mengapa.

Ini adalah proses yang sangat memakan waktu. Jika Anda belum menempelkan kabel LED dengan lem panas, lakukan sekarang. Jika tidak, Anda pasti akan merusak beberapa LED selama instalasi. Saya bekerja dengan payung yang tergantung di sapu yang digantung di antara dua kursi (tidak ada gambar:-). Payung dibuka oleh gravitasi dan kainnya tidak diregangkan dengan kencang. Aku bisa bergerak. Mulailah dengan menggeser kolom lengkap di bawah salah satu rusuk. Maju dan kolom berikutnya. Mengulang. Ini adalah proses yang membosankan. Saat Anda akhirnya memposisikan LED, pastikan tulang rusuknya berada di tabung heat shrink. Ini akan meminimalkan kemungkinan abrasi. Payung tidak akan menutup dengan baik. Saya kira saya seharusnya menyebutkan ini sebelumnya. Meskipun saya belum melakukan ini, saya akan menjahit beberapa loop di sekitar LED dan ke dalam jahitan kain untuk menahannya di tempatnya. Perhatikan baik-baik jahitan panel dan Anda akan melihat sedikit bahan yang bisa Anda jahit.