Računalniška miza na daljavo: 8 korakov (s slikami)

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

Pred kratkim sem naletel na težavo, da je moja lenoba postala zame velika težava. Takoj, ko grem spat, rad v računalnik postavim lepo LED lučko z nekaj serijami. Ampak … Če želim te stvari izklopiti, moram vsakič vstati in jih ročno izklopiti. Tako sem se odločil zgraditi popoln krmilnik za celotno namizje računalnika, kjer lahko vklopim in izklopim monitorje ter osvetlim, prilagodim glasnost zvočnikov in svetlost osvetlitve LED traku s pritiskom na ustrezen gumb na daljinskem upravljalniku.

Projekt je krmilna omarica za računalniško mizo / delovno mizo, ki jo upravlja daljinski upravljalnik IR. Danes je na voljo veliko vrst IR daljincev, vendar to ni problem. Ta krmilnik je nastavljiv in ga je mogoče povezati z vsemi vrstami daljinskega upravljalnika IR, ki podpira ustrezen protokol za uporabljeni senzor (o tem bomo govorili kasneje).

Nadzorna miza računalniške mize je:

1. AC Power Control: Vklop/izklop monitorja, ki je priključen na 220VAC
2. DC Power Control: Vklop/izklop monitorja, ki je priključen na enosmerni tok (do 48V)
3. Nadzor glasnosti zvoka: Popoln nadzor stereo glasnosti, ki se prenaša na zvočnike
4. Nadzor osvetlitve LED traku: Popoln nadzor svetlosti osvetlitve LED traku

Naprava ima ustrezno oblikovan uporabniški vmesnik in nastavljive mehanske predelke, ki olajšajo izdelavo in uporabo:

1. Zaslon: Stanje vseh nadzorovanih sistemov v realnem času je prikazano na LCD zaslonu 16x4
2. RGB LED: Za dodatno povratno informacijo sistema je namen tega potrditi uporabniku, da je sprejet signal sprejet z daljinskega upravljalnika IR
3. Sistem za seznanjanje: Naprava vsebuje en sam gumb, ki ga je treba pritisniti za postopek seznanjanja. Ko se postopek povezovanja začne, lahko kateri koli daljinski upravljalnik IR povežemo z našo napravo, tako da sledimo navodilom, prikazanim na zaslonu.

Ko bomo obravnavali osnove, jo gradimo!

1. korak: Pojasnilo

Zaradi pomanjkanja kompleksnosti zasnove je delovanje naprave lahko preprosto. Kot je razvidno iz blokovnega diagrama, so "možgani" mikrokrmilnik AVR, medtem ko vse ostale dele nadzirajo ti "možgani". Da bi v mislih organizirali celotno sliko, opišimo oblikovanje po blokih:

Napajalna enota: Vir napajanja za izbrano napravo je LED tračni napajalnik, ki lahko v sistem vnese 24VDC vhod. Mikrokrmilnik, releji, digitalni potenciometri in zvočni ojačevalniki delujejo pri 5V, zato je bil zasnovi dodan še DC-DC pretvornik. Glavni razlog za DC-DC namesto linearnega regulatorja je odvajanje moči in pomanjkanje učinkovitosti. Predpostavimo, da uporabljamo klasični LM7805 z 24V vhodom in 5V izhodom. Ko tok doseže znatne vrednosti, bo moč, ki se bo razpršila v obliki toplote na linearnem regulatorju, velika in se lahko pregreje, kar pripelje šumenje v zvočna vezja:

Pout = Pin + Pdiss, torej pri 1A dosežemo: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19 W (razpršene moči).

Mikrokrmilnik: Da bi kodo napisali čim hitreje, sem se odločil za AVMEGA328P, ki temelji na AVR, ki se pogosto uporablja na ploščah Arduino UNO. V skladu z oblikovalskimi zahtevami bomo uporabili skoraj vso zunanjo podporo: prekinitve, časovnike, UART, SPI itd. Ker je glavni blok v sistemu, se povezuje z vsemi deli v napravi

• Uporabniški vmesnik: Sprednja plošča naprave vsebuje vse dele, s katerimi mora uporabnik komunicirati:

  1. IR senzor: Senzor za dekodiranje IR podatkov na daljavo.
  2. Potisni gumb: Potreben je za seznanjanje daljinskega upravljalnika IR z napravo
  3. RGB LED: Estetska priloga za zagotavljanje povratnih informacij o prejemu informacij s strani sistema
  4. LCD: grafični prikaz dogajanja v napravi

Nadzor monitorjev: Da bi naprava lahko preklapljala napajanje na monitorjih računalnika, se je treba spoprijeti z velikimi vrednostmi napetosti. Na primer, moji monitorji Samsung sploh ne delijo konfiguracije napajanja: enega napaja 220VAC, drugih pa napaja lastna napajalna enota 19,8V. Rešitev je bila torej v relejnem vezju za vsako od vodov monitorja. Te releje upravlja MCU in so popolnoma ločeni, zaradi česar je prenos moči monitorja neodvisen za vsak monitor

Nadzor svetlobe: Imam LED trak, ki je priložen napajalniku 24VDC, ki se uporablja kot vhod za sistemsko napajanje. Ker je treba skozi LED trak voditi velik tok, njegov mehanizem svetlosti vključuje vezje omejevalnika toka na osnovi MOSFET-a, ki deluje v linearnem območju aktivne cone

Nadzor glasnosti: Ta sistem temelji na prenašanju zvočnih signalov na levem in desnem kanalu skozi razdelilnike napetosti, kjer se uporabljena napetost spreminja z gibanjem brisalca digitalnega potenciometra. Obstajata dva osnovna vezja LM386, kjer je na vsakem vhodu en sam razdelilnik napetosti (o tem bomo govorili kasneje). Vhod in izhod sta 3,5 mm stereo priključka

Zdi se, da smo zajeli vse sestavne dele vezij. Nadaljujmo z električnimi shemami …

2. korak: Deli in instrumenti

Vse, kar potrebujemo za izdelavo projekta:

Elektronske komponente

1. Skupne komponente:

   • Upori:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2 x 1M
     6. 2 x 10R
     7. Kondenzatorji:
     8. 1. 1 x 68 nF
        2. 2 x 10 uF
        3. 4 x 100 nF
        4. 2 x 50 nF
        5. 3 x 47uF

     9. Razno:

        1. Diode: 2 x 1N4007
        2. Trimer: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Integrirana vezja:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Zvočni ojačevalnik: 2 x LM386
         • Dvojni digitalni potenciometer: 1 x MCP4261
         • En sam digitalni potenciometer: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (lahko ga nadomestite s katero koli DC-DC 5V prijazno napravo)
         • Op-ojačevalnik: 1 x LM358
         • Releji: 5V Tolerantni dvojni SPDT
         • Zunanji 24V napajalnik

     11. Uporabniški vmesnik:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR senzor: 1 x CDS-IR
         • Tipkalo: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontakti)

     12. Priključki:

         • Terminalni bloki: 7 x 2-kontaktna TB
         • Priključki plošča-žica: 3 x 4 kontaktni kabel + priključki ohišja
         • Zvok: 2 x 3,5 mm ženski konektorji
         • Izhodni napajalnik: 2 x 220VAC priključki za napajanje (moški)
         • DC priključek: 2 x priključka za moški enosmerni vtič
         • LED trak in zunanji napajalnik: 1 x 4-kontaktni priključki plošča-v-žica + kabel

     Mehanske komponente

     1. 3D tiskalniška nit - PLA+ katere koli barve
     2. 4 vijaki s premerom 5 mm
     3. Vsaj 9 x 15 cm prototipna plošča
     4. Zaloga neuporabljenih žic

     Orodja

     1. 3D tiskalnik (uporabljal sem Creality Ender 3 s pritrjeno posteljo iz stekla)
     2. Pištola za vroče lepilo
     3. Pinceta
     4. Klešče
     5. Rezalnik
     6. Zunanji 24V napajalnik
     7. Osciloskop (neobvezno)
     8. AVR ISP programer (za utripanje MCU)
     9. Električni izvijač
     10. Spajkalnik
     11. Generator funkcij (neobvezno)

Korak: Električna shema

Shematski diagram je razdeljen na ločena vezja, kar nam olajša razumevanje njegovega delovanja:

Enota mikrokrmilnika

To je ATMEGA328P, ki temelji na AVR, kot je opisano zgoraj. Uporablja notranji oscilator in deluje pri 8MHz. J13 je priključek za programer. V svetu AVR je veliko programerjev, pri tem projektu sem uporabil ISP Programmer V2.0 z eBaya. J10 je linija UART TX in se uporablja predvsem za odpravljanje napak. Pri izdelavi postopka obravnave prekinitev je včasih dobro vedeti, kaj nam mora sistem povedati od znotraj. D4 je RGB LED, ki se napaja neposredno iz MCU zaradi nizkih tokovnih vrednosti. Zatič PD0 je pritrjen na tipko tipa SPST z zunanjim izvlekom.

IR senzor

IR senzor, ki se uporablja v tem projektu, je univerzalni tropolni IR senzor, ki je na voljo na eBayu po zelo prijaznih cenah. Pin izhodnega signalnega signala IR je povezan z vhodnim vtičem za prekinitev (INT1) MCU,

LCD

Zaslon je preprosta izvedba zaslona 1604A s 4-bitnim prenosom podatkov. Vsi kontrolni/podatkovni zatiči so vezani na MCU. Pomembno je omeniti, da je LCD pritrjen na glavno ploščo prek dveh priključkov J17, J18. Za vklop/izklop LCD modula obstaja eno stikalo BJT, ki preklopi ozemljitveno linijo za LCD.

Napajanje

Vsa notranja vezja, razen LED traku, delujejo pri 5V. Kot je bilo že omenjeno, je 5V vir energije preprost DC-DC modul (tukaj mi je eBay pomagal najti rešitev), ki pretvori 24V v 5V, brez težav z ogrevanjem, kar bi lahko nastalo na linearnem regulatorju. Kondenzatorji C [11..14] se uporabljajo za izogibanje in so potrebni za to zasnovo zaradi stikalnega hrupa, ki je prisoten na enosmernih napajalnih vodih DC -DC - tako vhodnih kot izhodnih.

Nadzor monitorja

Nadzorna vezja monitorja so le relejni preklopni sistemi. Ker imam dva monitorja, eden se napaja iz 220VAC, drugi pa iz 19.8V, je potrebna drugačna izvedba.: Vsak izhod MCU je priključen na 2N2222 BJT, relejna tuljava pa je priključena kot obremenitev od 5V do kolektorja BJT. (Ne pozabite priključiti povratne diode za ustrezen izpust toka!). Pri 220VAC rele preklopi na linijo LINE in NEUTRAL, pri 19,8V pa rele preklopi samo na enosmerni vod - ker ima lastno napajanje, so ozemljitvene črte skupne za oba vezja.

Nadzor glasnosti zvoka

Želel sem uporabiti avdio ojačevalnike LM386 kot odbojnike za delilnike napetosti, za skrben prenos zvočnega signala. Vsak kanal - levi in desni prihaja iz 3,5 mm vhoda za avdio priključek. Ker LM386 pri minimalni konfiguraciji delov izvaja standardni dobiček G = 20, je za oba kanala upor 1MOhm. Na ta način lahko zmanjšamo skupno moč za vhodne kanale v sistem zvočnikov:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1,1M.

Skupni dobiček je: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

Delitelj napetosti je preprosto digitalno potenciometrično omrežje, kjer brisalnik prenaša signal v vmesnik LM386 (U2 je IC). Naprava deli SPI za vsa obrobna vezja, pri čemer so za vsakega od njih ločene le možnosti ENABLE. MCP4261 je 100K 8-bitni linearni digitalni potenciometer IC, zato je vsak korak povečanja glasnosti izražen: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Zatiča A in B za vsak levi in desni kanal sta vezana na GND in 5V. Tako na mestu brisalca na dnu prenaša celoten zvočni signal v GND prek upora 1MOhm MUTING glasnosti naprave.

Nadzor svetlosti LED traku:

Zamisel o nadzoru svetlosti je podobna nadzoru glasnosti, toda tu imamo težavo: digitalni potenciometer lahko prenaša samo signale, katerih amplitude ne presegajo 5 V do GND. Zato je ideja postaviti preprost medpomnilnik Op-Amp (LM358) za delilnikom napetosti digitalnega potenciometra. in krmilna napetost, vezana neposredno na tranzistor PMOS.

X9C104P je en sam 8-bitni digitalni potenciometer z vrednostjo 100KOhm. Izračun napetosti vrat lahko dobimo le po algebarskih pravilih za tok toka:

V (vrata) = V (brisalnik) * (1 + R10/R11) = 2 V (brisalec) ~ 0 - 10 V (kar zadošča za vklop/izklop in nadzor svetlosti)

4. korak: Ustvarite 3D ohišje

Za ohišje naprav sem uporabil FreeCAD v0.18, ki je odlično orodje tudi za novince, kot sem jaz.

Vrsta ohišja

Želel sem ustvariti škatlo, kjer je ena sama lupina, ki bo zvarila spajkano ploščo. Sprednja plošča vsebuje vse dele uporabniškega vmesnika, zadnja plošča pa vse priključke na namizno elektroniko. Te plošče so vstavljene neposredno v glavno lupino s 4 vijačnim sklopom na zgornjem pokrovu.

Dimenzije

Verjetno najpomembnejši korak v zaporedju. Upoštevati je treba vse ustrezne razdalje in odrezana območja. Kot je razvidno iz slik, so najprej dimenzije, ki so bile posnete, na sprednji in zadnji plošči:

Sprednja plošča: odrezana območja za LCD, stikalo, LED in IR senzor. Vse te dimenzije izhajajo iz podatkovnega lista proizvajalca za vsak del. (Če želite uporabiti drugačen del, morate pomiriti vsa rezana območja.

Zadnja plošča: Dve luknji za 3,5-milimetrske avdio priključke, dva 220-voltna 3-linijska napajalna konektorja, dva moška priključka za enosmerno napajanje in dodatne luknje za LED trak in napajanje naprave

Zgornja lupina: Ta lupina se uporablja samo za pritrditev vseh delov skupaj. Ker sta sprednja in zadnja plošča vstavljena v spodnjo lupino.

Spodnja lupina: osnova za napravo. V njem so plošče, elektronsko spajkana plošča in vijaki, pritrjeni na zgornji pokrov.

Oblikovanje delov

Ko so plošče izdelane, lahko nadaljujemo do spodnje lupine. Priporočljivo je, da po vsakem koraku v celoti zagotovite namestitev delov. Spodnja lupina je preprosta ekstrudirana oblika na podlagi pravokotnika s simetričnimi žepi ob robovih lupine (glej sliko 4).

Po žepnem koraku morate ustvariti podstavke s 4 vijaki za pritrditev pokrova. Zasnovani so bili kot vložek primitivnih valjev z različnim polmerom, kjer je po operaciji XOR na voljo izrezan valj.

Zdaj imamo popolno spodnjo lupino. Če želite ustvariti pravi pokrov, morate narediti skico na vrhu lupine in ustvariti enake cilindrične točke (za vrtanje sem pritrdil samo točke, vendar obstaja možnost ustvarjanja lukenj s fiksnimi premeri).

Ko je celotno ohišje naprave končano, ga lahko preverimo tako, da sestavne dele sestavimo skupaj.

5. korak: 3D tiskanje

Končno smo tu in lahko nadaljujemo s tiskanjem. Za ta projekt so na voljo datoteke STL, ki temeljijo na moji zasnovi. Morda je prišlo do težav pri tiskanju teh datotek, ker se ne upoštevajo tolerance. Te tolerance lahko nastavite v aplikaciji za rezanje (uporabil sem Ultimaker Cura) za datoteke STL.

Opisani deli so bili natisnjeni na Creality Ender 3 s stekleno posteljo. Pogoji niso daleč od standardnih, vendar jih je treba upoštevati:

• Premer šobe: 0,4 mm
• Gostota polnjenja: 50%
• Podpora: Priloga za podporo sploh ni potrebna
• Priporočena hitrost: 50 mm/s za projekt

Takoj, ko so deli ohišja natisnjeni, jih je treba preveriti v resničnem življenju. Če pri pritrditvi delov ohišja ni težav, lahko nadaljujemo s korakom montaže in spajkanja.

Obstaja nekaj težav s pregledovalnikom STL v navodilih za uporabo, zato predlagam, da ga najprej prenesete:)

6. korak: Montaža in spajkanje

Postopek spajkanja je težak, če pa zaporedje ločimo v različna vezja, ga bomo veliko lažje zaključili.

1. MCU vezje: Najprej je treba spajkati z ženskim programskim priključkom. Na tej stopnji lahko dejansko preizkusimo njegovo delovanje in povezljivost.
2. Zvočni tokokrog: Drugi. Ne pozabite pritrditi priključnih blokov na spajkano ploščo. Zelo pomembno je izolirati povratno pot zvočnih vezij od digitalnih - zlasti digitalnih potenciometričnih IC -jev - zaradi njihove hrupne narave.
3. Nadzorna vezja: Podobno kot zvočno vezje ne pozabite pritrditi priključnega bloka na V/I vrata.
4. Priključki in plošča uporabniškega vmesnika: zadnje stvari, ki jih je treba povezati. Plošča uporabniškega vmesnika je povezana s spajkano ploščo prek priključka Board-To-Wire, kjer so žice spajkane neposredno v zunanje dele.

Po postopku spajkanja je preprosto zaporedje pritrditve mehanskih delov. Kot je bilo opaženo zgoraj, je treba na vogale, ki so prisotni na ohišju, namestiti 4 vijake (uporabil sem tiste s premerom 5 mm). Po tem je potrebno priključiti dele uporabniškega vmesnika in priključke na zadnji plošči na zunanji svet. Prednostno orodje je pištola za vroče lepilo.

Zelo koristno bo preveriti namestitev delov v tiskano ohišje. Če je vse v redu, lahko nadaljujemo s korakom programiranja.

7. korak: Programiranje

Ta korak je zabaven. Ker je treba delovati na različne načine, bomo skupaj uporabljali 5 storitev MCU: Zunanji prekinitev, SPI periferne enote, UART za beleženje, časovniki za natančno štetje in EEPROM za shranjevanje naših IR kod na daljavo.

EEPROM je bistveno orodje za shranjene podatke. Za shranjevanje IR kod na daljavo morate izvesti zaporedje pritiskov gumbov. Po vsakem zaporednem zaporedju si bo sistem zapomnil kode, neodvisno od stanja, ali je naprava napajana ali ne.

Na dnu tega koraka najdete celoten projekt Atmel Studio 7, arhiviran kot RAR.

Programiranje izvaja programer AVR ISP V2, 0 s preprosto aplikacijo ProgISP. To je zelo prijazna aplikacija s popolnim uporabniškim vmesnikom. Samo izberite ustrezno datoteko HEX in jo prenesite v MCU.

POMEMBNO: Pred kakršnim koli programiranjem MCU se prepričajte, da so vse ustrezne nastavitve definirane v skladu z zahtevami glede zasnove. Tako kot notranja frekvenca ure - privzeto ima pri tovarniških nastavitvah razdelilno varovalko, zato jo je treba programirati pri logiki HIGH.

8. korak: Seznanjanje in testiranje

Končno smo tu, po vsem napornem delu:)

Za pravilno uporabo naprave je potrebno zaporedje seznanjanja, zato si bo naprava "zapomnila" priloženi daljinski upravljalnik IR, ki bi ga uporabili. Koraki seznanjanja so naslednji:

1. Vklopite napravo, počakajte na inicializacijo glavnega zaslona uporabniškega vmesnika
2. Prvič pritisnite gumb
3. Preden števec doseže ničlo, pritisnite gumb še enkrat
4. Pritisnite ustrezno tipko, za katero želite, da ima določeno funkcijo, glede na napravo
5. Znova zaženite napravo in se prepričajte, da se odziva na definirane ključe.

In to je to!

Upam, da vam bo ta pouk koristen, Hvala za branje!