Glasbeno interaktivno stojalo za steklenice z nastavljivimi lučmi: 14 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Pred časom je moj prijatelj naročil 16-bitni LED-obroč, s katerim se je treba poigrati, pri tem pa je dobil idejo, da bi nanj postavil steklenico. Ko sem ga zagledal, me je očaral pogled svetlobe, ki je osvetljevala bučko, in se spomnil čudovitega projekta "Mc Lighting" uporabnika Hackadaya Tobiasa Bluma:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Eden od vidikov njegovega projekta je bil nadzor svetlečih diod WS2812 prek lastnoročno napisanega spletnega vmesnika brez uporabe zunanjih storitev. Navdihnjen z njegovim pristopom pri nadzoru LED obroča sem se odločil združiti ti dve ideji in jih popeljati na naslednjo stopnjo. V mislih sem imel stojalo za tri steklenice, ki ga je mogoče upravljati prek lokalne spletne strani z več strelami načini, vključno s tistimi, ki komunicirajo z ambientalno glasbo. Za izdelavo prenosne naprave se napaja iz Li-Ion baterije.

V tem navodilu bom šel skozi postopek gradnje in vas naučil o njegovi osnovni funkciji. Potem bi morali imeti možnost izdelave lastne različice in imeti idejo o tem, kako projektu dodati spletni nadzor, ne da bi pri tem uporabljali zunanjo storitev.

1. korak: Možnosti gradnje

Ko gre za elektroniko tega projekta, lahko uporabite ploščo NodeMCU, ki je enostavna za uporabo in precej poceni, ali pa zgradite svojo ploščo, kot sem jaz. Pri tem ni nobene posebne koristi, pravkar sem ležal čip ESP8226-12E in se odločil, da ga uporabim, da lahko obdržim ploščo NodeMCU za hitro izdelavo prototipov. Obstaja le ena velika razlika: za programiranje samostojne krmilne plošče potrebujete 3,3 V USB na serijsko ploščo. Kljub temu, da ni pomembno, katero vrsto boste izbrali, ne pozabite, ko gre za zahtevane dele.

Obstaja pa možnost, ki naredi veliko razliko: glasbeni način. Če se odločite, da ga vključite, lahko stojalo za steklenice uporabite kot merilnik VU, poleg tega pa lahko spremeni barvo LED, kadar glasba basa doseže določen prag. To pa zahteva nekaj dodatne strojne opreme. Za nizke frekvence morate zgraditi ojačevalnik, ki ojača izhod kapsule kondenzatorskega mikrofona in nizkoprepustni filter. Čeprav se to morda sliši težko, v resnici ni. Ne potrebuje posebnih delov in toplo priporočam, da vključite to vezje, saj zelo izboljša napravo.

2. korak: potrebni deli in materiali

Primer:

Morda je najtežji del tega projekta. Ker sem želel poskusiti nekaj novega, sem se odločil za uporabo MDF plošč debeline 18 mm in jih pobarval. V primerjavi z drugimi vrstami lesa/materialov ima MDF to prednost, da lahko površino brusi še posebej gladko, zato je lahko barva na njem videti izjemno sijajna. Poleg tega potrebujete nekaj akrilnega stekla debeline 4 mm kot pokrov LED obročev.

Ohišje ima dolžino 33 cm in širino 9 cm, zato priporočam ploščo naslednjih dimenzij:

MDF plošča 400 x 250 x 18 mm

Pokrovi LED obročev imajo premer okoli 70 mm, zato morajo imeti vaše plošče iz akrilnega stekla vsaj naslednje dimenzije:

Akrilna plošča 250 x 100 x 4 mm

Za barvanje sem si priskrbel 125 ml bele akrilne barve in 125 ml sijajnega prozornega laka. Poleg tega vam priporočam uporabo penastega valja, saj vam tako omogoča bolj enakomerno nanašanje barve. Za brusni del sem uporabil list brusnega papirja zrnavosti 180, enega s 320 in enega s 600.

Elektronika:

Za elektroniko potrebujete tri 16-bitne LED obroče WS2812. Bodite previdni, saj sem našel dve vrsti 16-bitnih LED obročev, potrebujete tiste z večjim premerom (okoli 70 mm) in s tem večjo vrzel med LED.

Za napajanje potrebujete Li-Ion baterijsko celico, ustrezen polnilec in stikalo. Poleg tega za napajanje mikrokrmilnika potrebujete napetostni regulator 3,3 V z nizko izpadno napetostjo (LDO) in dva kondenzatorja. Pojasnjujem, zakaj v koraku 7 potrebujete regulator LDO.

Če se odločite za izdelavo dodatnega glasbenega ojačevalnika in filtrirnega vezja, potrebujete Op-Amp in nekaj pasivnih komponent. In če se odločite za ustvarjanje lastne krmilne enote, potrebujete čip ESP, odklopno ploščo, nekaj uporov, gumb in nekaj zatičev.

In močno priporočam kos perfarda, da spajkate vse na njem.

LED obroček

3,7 V Li-Ion celica (eno izmed vrst TW18650 sem rešil iz neuporabljene baterije)

Li-Ion polnilec

Stikalo (nič posebnega, uporabil sem starega, ki sem ga rešil iz pokvarjenega niza zvočnikov)

LDO regulator napetosti (dodatno kondenzatorji, navedeni v podatkovnem listu: 2 x 1uF keramični kondenzator)

perfboard

Glasbeno vezje (neobvezno):

Po shemi

Mikrokrmilnik:

NodeMCU

ESP8266 12E (adapterna plošča, gumb, upori in zatiči po shemi)

USB v serijski vmesnik (potreben za programiranje samostojne krmilne plošče, če jo že imate, druge ni treba kupiti)

3. korak: Rezkanje ohišja

Moj prijatelj si je izdelal MP-CNC in je bil tako prijazen, da mi je izrezal dva dela MDF-ja in tri akrilne obroče. Leseni deli so zgornji in spodnji del škatle v obliki tabletke. Na vrhu škatle so trije obroči za LED obroče in njihove akrilne prevleke. Ker so ta poglabljanja zasnovana tako, da so le za del večja od tiskanih vezij, se prilegajo in sedijo na mestu brez potrebe po lepilu ali vijakih. Enako velja za akrilne prevleke. Ker imajo večji premer kot LED obroči, so nameščeni na robu nad LED diodami (glej sliko).

4. korak: Dokončajte primer

Morda ste opazili, da v tem času manjka nekaj stvari. Stvari, kot so luknje za kable obroča, luknja za vtičnico USB in žep za baterijo. Poleg tega, če se odločite vključiti glasbeno vezje, je potrebna tudi luknja za mikrofon. Poleg tega vam priporočam, da izvrtate luknje pod LED obroči, da jih lahko potisnete iz ohišja. Z vrtljivim brusilnim orodjem sem dodal zgoraj opisane luknje.

Na tretji sliki lahko vidite "vzdrževanje" in luknje za kabel za obroč. Kot ste morda že opazili, sem ustvaril dve luknji za kable. To ni bilo namerno. To je bilo v zgodnji fazi, ko sem mislil, da bodo koti obročev nepomembni, vendar niso. Vse tri pritrdite s kabli na isto stran. Na koncu sem jih namestil proti čelni strani.

Pomembno: Med žaganjem, vrtanjem ali rezkanjem v MDF vedno nosite masko proti prahu. Enako velja za brušenje.

5. korak: Dokončanje primera

Zdaj je ohišje pobarvano. Preden to storite, vam priporočam, da si ogledate ali preberete vadnico o tem, saj se je to izkazalo za težje, kot sem mislil. Ta zajema vse, kar morate vedeti o temi.

Najprej temeljito obrusite zunanje dele MDF. Za to sem uporabil brusni papir 160. Po tem številne vadnice priporočajo tesnjenje površine, zlasti na robovih, s posebnim temeljnim premazom iz MDF. Ta del sem preskočil, ker je temeljni premaz precej drag in, čeprav rezultat ni tako dober, kot bi lahko bil, bi to storil še enkrat.

Nato lahko površino začnete barvati v želeni barvi. Odločil sem se, da bom svojega pobarval v čisto belo. Počakajte, da se barva posuši, nato pa jo pobrusite s finim brusnim papirjem (uporabil sem zrnatost 320), jo odprašite in nanesite naslednjo plast barve. Ta postopek ponavljajte, dokler niste zadovoljni z motnostjo barve. Nanesla sem štiri plasti barve.

Po končni barvni plasti jo obrusite s še bolj finim brusnim papirjem kot prej (v mojem primeru zrnatost 600) in odstranite ves prah, ki ostane na površini. Po tem lahko nanesete prvo plast sijajnega laka. Tako kot pri barvi nanesite toliko plasti, kolikor je potrebno, da vas zadovolji. Za zgornji in stranski del sem uporabil tri, za spodnji pa dva. Rezultat lahko vidite na eni od slik. Čeprav je površina lahko bolj gladka (več brušenja in MDF temeljnega premaza), sem zadovoljen z doseženim učinkom sijaja.

6. korak: Priprava prstanov

Vzporedno s postopkom sušenja prve plasti barve lahko obrusite steklene obroče iz akrilnega stekla. Po tem ti obroči razpršijo svetlobo, ki jo oddajajo LED obroči. Ko smo že pri tem, sem na PCB -jih teh obročev doživel nekaj nezaželenih robov, ki so ostali v proizvodnem procesu, zato jih boste morda morali odstraniti. V nasprotnem primeru se ne bodo prilegali ohišju.

Nato je treba nekaj žic spajkati na obroče. Priporočam uporabo prožne žice. Uporabil sem trdega in imel sem težavo, da sta oba dela ohišja razmaknila, kar je zahtevalo grdo upogibanje. Poleg tega je verjetnost, da se trda žica zlomi, kar povzroči neprijeten postopek spajkanja, saj morate iz ohišja odstraniti ustrezen obroč in krmilno ploščo.

7. korak: Napajanje

Kot vir energije se uporablja ena sama Li-Ion baterija. Polni se preko vezja polnilnika. To vezje ima zaščito pred prenapetostjo in pretokom. Za izklop naprave je vgrajeno stikalo, ki prekine pozitiven izhod polnilne plošče.

Ker je največja napetost baterije 4,2 V, ESP8266 ni mogoče napajati neposredno. Napetost je previsoka za mikrokrmilnik 3.3V, saj preživi le napetosti med 3.0V - 3.6V. Regulator napetosti z nizkim izpadom (LDO) je regulator napetosti, ki deluje tudi, če je vhodna napetost blizu določene izhodne napetosti. Torej izpadna napetost 200 mV za 3.3V LDO pomeni, da oddaja 3.3V, dokler je vhodna napetost nad 3.5V. Ko podceni to vrednost, se izhodna napetost začne zmanjševati. Ker ESP8266 deluje z napetostmi do 3,0 V, tako deluje, dokler vhodna napetost LDO ne pade na okoli 3,3 V (spust ni linearen). To nam omogoča, da krmilnik napajamo preko baterije, dokler se popolnoma ne izprazni.

8. korak: Mikrokrmilna plošča

Če uporabljate ploščo NodeMCU, je ta korak precej preprost. Samo priključite 3.3V izhod in ozemljitev napajalnika na enega od 3V in G nožic plošč. Poleg tega priporočam, da ploščo spajkate na kos plošče, saj tako olajšate povezavo.

V primeru, da ste se odločili za izdelavo lastne krmilne plošče, je prvi korak spajkanje čipa ESP na vmesniško ploščo. Nato dodajte vse komponente in povezave, kot je prikazano na shemi. Dva gumba sta potrebna za ponastavitev in utripanje krmilnika. Na naslednjih slikah boste morda opazili, da uporabljam samo en gumb. Razlog za to je, da sem pravkar našel enega, zato namesto gumba za GPIO0 uporabljam dva zatiča in skakalec.

V naslednjem koraku si lahko ogledate moje končano vezje.

9. korak: Glasbeno vezje (neobvezno)

Kot vhod za glasbo se uporablja preprosta kapsula s kondenzatorskim mikrofonom. Napaja se prek tokovnega omejevalnega upora, priključenega na 3, 3 -voltno vodilo. Na kratko, kapsula deluje kot kondenzator, zato se, ko zvočni valovi zadenejo njeno membrano, spremeni njena zmogljivost in analogno temu tudi napetost. Ta napetost je tako nizka, da je komaj merimo z analogno -digitalnim pretvornikom ESP (ADC). Da bi to spremenili, ojačamo signal z Op-Amp. Ojačana izhodna napetost se nato filtrira s pasivnim nizkoprepustnim filtrom prvega reda z mejno frekvenco okoli 70Hz.

Če se odločite za uporabo plošče NodeMCU, lahko izhod zgoraj opisanega vezja priključite na pin A0 na plošči. Če želite zgraditi svojo krmilno ploščo, morate vezju dodati delilnik napetosti. Razlog za to so ESP vgrajeni ADC, ki ima največjo vhodno napetost 1V. NodeMCU ima ta razdelilnik napetosti že vgrajen, zato, da koda in ojačevalnik delujeta na obeh ploščah, ga potrebuje tudi sam izdelan.

10. korak: Dokončajte in namestite elektroniko

Najprej vstavite LED obroče v označena poglabljanja na vrhu ohišja. Po tem priključite napajalnik, mikrokrmilnik, obroče in, če ste ga zgradili, ojačevalno vezje v skladu s shemo.

Opozorilo: Preden to storite, dvakrat preverite, če ste izklopili napajanje s stikalom. Pozabil sem na to in med spajkanjem popražil regulator LDO. Po tem ste pripravljeni za vgradnjo elektronike v ohišje.

Začel sem tako, da sem baterijsko celico pritrdil na ohišje z vročim lepilom. Nato sem namestil polnilnik in preveril, ali lahko priključim kabel USB ali ne. Ker nisem zaupal, da bo vroče lepilo večkrat zdržalo silo potiskanja kabla, sem previdno zabodel tanke žeblje skozi spajkalne blazinice polnilnika za vhodno napetost. Po polnilniku sem prilepila kapsulo mikrofona.

Nato sem uporabil nekaj ukrivljenih žičnih zatičev, da sem popravil mikrokrmilnik. Ta metoda mi omogoča, da vzamem krmilnik iz ohišja za popravila, kadar koli to potrebujem, ne da bi morali prerezati vroče lepilo in uničiti MDF.

Zdaj sem za pritrditev žic uporabil nekaj kabelskih vezi in upognjenih žičnih zatičev. Zadnja stvar, ki jo morate narediti, je, da vstavite akrilne pokrovčke. Pri tem bodite previdni, da ne poškodujete barve, saj je zelo tesno prilegajoča. Morda ste celo zmanjšali notranji in/ali zunanji premer akrilnih obročev, saj je plošča MDF vpila nekaj barve in so se poglabljanja nekoliko zmanjšala.

11. korak: Utripanje mikrokrmilnika

Po končani izdelavi strojne opreme ostane le utripanje programske opreme. Za to sem uporabil Arduino IDE. Toda preden lahko programirate krmilnik, morate dodati nekaj knjižnic in izbrati pravo ploščo.

Knjižnice

Za njihovo dodajanje lahko uporabite Upravitelj knjižnic IDE (Sketch -> Include Libraries -> Mange Libraries) ali pa jih naložite in premaknete v mapo knjižnice IDE. Priporočam upravitelja, ker je bolj priročen in tam najdete vse potrebne knjižnice.

DNSServer Kristijana Novoselica (potrebno za WiFiManager)

WiFiManager tzapu in tablatronix (odpre dostopno točko, kamor lahko vnesete poverilnice za lokalno WiFi)

WebSockets Markus Sattler (potrebno za komunikacijo med uporabniško napravo in stojalom)

Adafruit NeoPixel podjetja Adafruit (potrebno za nadzor LED obročev)

Odbor

Ne glede na to, katero vrsto krmilne plošče ste izbrali, v razdelku Orodja -> Plošča izberite NodeMCU 1.0 (modul ESP -12E). Prepričajte se, da je velikost bliskavice nastavljena na 4M (1M SPIFFS), hitrost nalaganja pa na 115200.

Utripa

Za utripanje plošče NodeMCU preprosto povežite z računalnikom, izberite ustrezna vrata in naložite program. Utripanje samostojne krmilne plošče je nekoliko bolj zapleteno. USB -serijski pretvornik priključite na tri zatiče plošče. Povežite GND in GND, RX in TX ter TX in RX. Če želite vstopiti v način bliskavice krmilnika, ga znova zaženite z gumbom RST in pri tem držite pritisnjen gumb GPIO0. Po tem se prepričajte, da je pretvorniška plošča nastavljena na 3.3V. Postopek dokončajte tako, da naložite program.

Pomembno: Pred utripanjem vklopite napravo.

Korak: Naložite spletno stran

Datoteke, potrebne za spletno stran, so shranjene v pomnilniku mikrokontrolerjev. Pred prvo uporabo jih morate naložiti ročno. Če želite to narediti, vklopite napravo (morda jo morate najprej napolniti). LED diode naj svetijo rdeče (zaradi mojega fotoaparata je to na sliki videti oranžno), kar pomeni, da stojalo za steklenice ni povezano z omrežjem. Po kratkem času bi se morala odpreti dostopna točka WiFi z imenom "bottleStandAP". Privzeto geslo je "12345678", spremenite ga lahko v datoteki ino. Z njim povežite pametni telefon/tablični računalnik/prenosni računalnik. Odpre se obvestilo in vas posreduje na spletno stran. Če se kaj takega ne zgodi, preprosto odprite brskalnik in vnesite 192.168.4.1. Na tej strani kliknite Konfiguriraj WiFi in vnesite poverilnice za omrežje. Po tem bi se morala dostopna točka zapreti in LED diode spremeniti barvo v svetlo modro. To pomeni, da se je naprava uspešno povezala z vašim omrežjem.

Zdaj morate določiti naslov IP naprave. Če želite to narediti, ga lahko povežete z računalnikom, odprete serijski monitor Arduino IDE (hitrost prenosa 115200) in znova zaženete napravo. Druga možnost je, da odprete spletno stran usmerjevalnika WiFi. Ko poznate IP naprave, odprite brskalnik in vnesite xxx.xxx.xxx.xxx/upload (kjer xs pomeni IP steklenic). Izvlecite datoteke iz.rarja in jih naložite. Nato samo vnesite IP svoje naprave in odprla se bo nadzorna stran. In s tem ste končali z gradnjo lastnega stojala za steklenice. Čestitamo!

Korak: Spletna stran

Spletna stran vam omogoča nadzor nad stojalom za steklenice. Ko odprete glavno stran, lahko na vrhu v sredini vidite tri modre kroge. Ti vam omogočajo, da izberete nastavitve zvonjenja, ki jih želite spremeniti. Barvno kolo spremeni barvo izbranih obročev, ko kliknete nanj. Spodnje polje prikazuje barvo, ki ste jo izbrali. S pritiskom na naključni gumb so izbrani obroči nastavljeni v naključni barvni način. To pomeni, da se barva spremeni, ko se cikel dihalnega načina konča.

Na drugi strani lahko izberete različne načine. Fiksna barva in stalna svetlost naredita točno to, kar pove njihovo ime. Način dihanja ustvari učinek "dihanja", kar pomeni, da se svetlost obročev v času po meri poveča do največje vrednosti, nato pa se zmanjša na minimum. Način cikla za določen čas prižge samo eno LED, nato prižge naslednjo, nato naslednjo in tako naprej. Način praga glasbe spremeni barvo, kadar mikrofon zazna signal, ki je višji od praga po meri. To ne more sprožiti samo glasba, lahko tudi ploskanje. V načinu merilnika VU je število LED, ki zasvetijo, odvisno od glasnosti nizkih tonov glasbe.

Opomba: Ravnila lahko uporabite brez aktiviranja ustreznih načinov. Na primer: Če uporabljate ciklični način in spreminjate svetlost s pomočjo ravnila fiksne svetlosti, obroči ostanejo v ciklu, vendar spremenijo svojo svetlost glede na nastavljeno vrednost.

14. korak: Kako vse to deluje?

Funkcionalno načelo je enostavno razumeti. Ko odprete spletno stran, ESP8266 pošlje spletne datoteke v vašo napravo. Potem, ko kaj spremenite na strani, se mikrokontrolerju prek povezave websocket pošlje poseben znak, ki mu večinoma sledi celoštevilska vrednost. Krmilnik nato obdeluje te podatke in ustrezno spremeni luči.

Spletni del je napisan v html, css in javascript. Da bi olajšali to nalogo, smo predstavili okvir Materialize CSS in jQuery. Če želite spremeniti videz spletnega mesta, si oglejte dokumentacijo okvira. Druga možnost je, da preprosto napišete svojo stran in jo naložite. Vzpostaviti morate le povezavo websocket in poslati iste podatke.