Luz da árvore de natal controlada por um brinquedo: 12 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Saudações, fabricantes!

O Natal e o ano novo estão chegando. Significa um clima festivo, presentes e, claro, uma árvore de Natal decorada com luzes coloridas brilhantes.

Para mim, as luzes da árvore de Natal do mercado de massa são muito chatas. Para agradar as crianças, fiz uma decoração única para árvore de Natal que é controlada por um brinquedo.

Neste manual, vou dizer como você pode fazer isso.

Etapa 1: a ideia

A ideia é colocar um brinquedo, por exemplo, um fofo, embaixo da árvore de natal, e torná-lo inteligente. Quero um brinquedo para ler a cor de qualquer objeto anexado e pintar uma árvore dessa cor. Assim, será um jogo divertido para crianças que poderão usar diferentes coisas para pintar a árvore de Natal em diferentes cores.

Etapa 2: Preparação. Faixa de LED

Primeiro, preciso encontrar um substituto para as habituais luzes de Natal.

As novas luzes devem ser brilhantes, coloridas e, o mais importante, fáceis de programar.

Para as luzes de Natal, escolhi fita LED RGB ws2812b digital programável endereçável. Essas fitas de LED são muito populares, você pode encontrá-las em qualquer lugar. Eles são fáceis de conectar a vários controladores Arduino. Esses LEDs são vendidos em fitas de várias dezenas de peças e são alimentados por 5 12 ou 24 V DC. Você pode conectar várias fitas em uma fileira e gerenciar um grande número de LEDs.

Encontrei algumas dessas tiras em casa. Minhas fitas têm 50 LEDs cada e são acionadas por 5 V DC.

2 x WS2812B LED Módulo String Nodes Pré-soldado ~ 18 $

Aqui está uma possível substituição da loja da Amazon:

• WS2812b 5m 60leds / pixels / m Faixa LED flexível endereçável individualmente
• ALITOVE 16,4 pés WS2812B tira luz LED individualmente endereçável

As fitas LED têm muitas variedades. Eles diferem no número de LEDs, na distância entre os LEDs, agrupamento, tensão de alimentação, etc. Escolha o que você deseja.

Para o meu brinquedo, preparei uma pequena árvore de Natal, então 100LEDs são suficientes para mim.

Etapa 3: Preparação. Brinquedo

Encontre o brinquedo e decida onde colocar o controlador de faixa de LED.

Esta etapa é a mais importante porque o resultado será avaliado por crianças =).

Em uma loja de brinquedos próxima, encontrei um urso maravilhoso de ano novo. Você pode melhorar um brinquedo que já possui.

Decidi cobrir o controlador de faixa de LED com um tecido e costurá-lo para fazer patas de urso. Eu quero que o urso pareça que está segurando um presente.

Comprei duas peças de tecido com motivos engraçados. Um é macio para o substrato e o segundo é fino para a camada superior.

Etapa 4: Preparação. Eletrônicos

Você precisa de alguns componentes eletrônicos para tornar o brinquedo mais inteligente.

Eu uso placas de breakout e escudos Arduino da loja Amperka. Quanto a mim, eles são muito convenientes por causa de uma estrutura modular. Os módulos podem ser facilmente combinados sem solda.

Você pode achar difícil comprá-los, então incluo links com uma possível substituição.

Controlador

Eu uso a placa de desenvolvimento ESP-12 baseada no chip ESP8266. Essas placas são super pequenas e têm funcionalidade suficiente. Boa escolha para pequenos projetos que requerem espaço limitado, mesmo se você não usar WiFi e se conectar à Internet.

1 slot de Wi-Fi Amperka ~ 19 $

Utilizo esta placa de desenvolvimento porque é compatível com outros módulos do mesmo fabricante.

Além disso, tem uma forma quadrada! Deve caber facilmente em uma pequena caixa de presente para o urso.

Possível substituição:

• ESP-12E NODEMCU
• WEMOS D1 MINI

Sensor de cor

Para determinar a cor, eu uso a placa de fuga do sensor de cores Amperka Troyka TCS34725. Meu sensor é compatível com a placa controladora, mas pode ser substituído por este:

1 x sensor de cor RGB com filtro IR e LED branco - TCS34725 ~ 8 $

Este sensor usa uma interface I2C para comunicação. Possui LED brilhante embutido e configurações abrangentes, como ganho de cor ou integração de cores para um reconhecimento mais preciso.

Botão

Um botão compatível com o Arduino simples. Eu o utilizo como um sensor de toque, avisando ao controlador que é necessário ler a cor de um novo item.

1 x módulo de botão Amperka Troyka ~ 1 $

Possível substituição:

• Interruptor de energia com botão de pressão Adafruit Breakout
• Módulo de botão de blocos de construção eletrônicos

Conversor de tensão AC-DC

Para alimentar a faixa de LED e o controlador, comprei a fonte de alimentação AC-DC 5V 8A.

1 x 5V 8,0A 40W fonte de alimentação ~ 16 $

Minha faixa de LED é alimentada por 5V. A corrente 8A é suficiente para um grande número de LEDs. Eu também ligo o controlador ESP a partir desta fonte de alimentação. Certifique-se de comprar fontes de alimentação em gabinetes isolados, sem placas de contato abertas!

Possível substituição:

• ALITOVE 5V 8A 40W AC para conversor de alimentação do adaptador DC
• MEAN WELL original LPV-60-5 5V 8A meanwell LPV-60 5V 40W

Opcional:

Conversor de tensão DC-DC e driver WS2812b

Para controladores Arduino, o fio de sinal da faixa de LED ws2812b pode ser conectado diretamente aos pinos na placa do controlador. A maioria dos pinos da placa de desenvolvimento ESP8266 não são compatíveis com a lógica 5V. É melhor agora conectar a faixa de LED a esses controladores diretamente. Para resolver esse problema, uso este módulo.

1 x Amperka Troyka ws2812 LED strip driver ~ 9 $

Eu uso este módulo porque ele se conecta facilmente ao meu controlador. Além disso, o módulo possui um buffer lógico de 5 volts e conversor de tensão DC-DC 5 ou 3,3V. Desta forma, o controlador ESP pode ser alimentado por um fio junto com uma faixa de LED de 12 ou 24V.

Etapa 5: montagem. Eletrônicos

Monte os componentes eletrônicos. Eu conectei meus componentes conforme mostrado no diagrama anexo.

O esquema pode ser diferente dependendo de seus componentes, mas o significado permanece o mesmo.

• Conecte um botão ao controlador. Liguei no pino A2 Esp8266. Se você não estiver usando um módulo, pode conectar um botão momentâneo comum por meio de um resistor.
• Conecte um sensor de cor ao controlador. As placas de breakout do sensor de cor TCS34725 se comunicam usando o barramento I2C. Conecte os pinos SDA e SCL entre o sensor e o controlador. Se a placa do sensor tiver pino de LED para controlar o LED integrado, conecte-o. Liguei meu pino LED ao pino A0 Esp8266.
• Conecte uma extremidade da faixa de LED ao controlador. A faixa de LED ws2812b se conecta a um controlador usando o pino DI. A tensão lógica para as tiras de LED ws2812b é de 5V. Se você estiver usando placas do tipo Arduino, poderá conectar o pino DI diretamente ao pino do controlador. A tensão de nível lógico para a maioria das placas Esp8266 é de 3,3 V, então use um conversor de nível lógico ou o driver de faixa de LED. Soldei o fio DI Strip à placa do driver e conectei a placa do driver ao pino A5 Esp8266.
• Conecte a outra extremidade da faixa de LED à fonte de alimentação. Aquele com o pino DO. Se for necessário, solde o plugue na fonte de alimentação. Não se esqueça de isolar os fios.

Minha faixa de LED ws2812b é alimentada por 5V. Alimentei a tira e o controlador com uma única fonte de alimentação AC-DC 5V. Se sua faixa de LED operar 12 ou 24 V, use o conversor de voltagem de redução para alimentar todos os componentes eletrônicos a partir de uma única fonte de alimentação.

Etapa 6: XOD

Vamos programar o controlador.

Como em meus projetos anteriores, uso o ambiente de programação visual XOD para o firmware do controlador.

Publiquei algumas bibliotecas de que você precisará para criar um programa. Portanto, certifique-se de adicioná-los ao seu espaço de trabalho XOD.

• gabbapeople / christmas-tree - A biblioteca contém o driver ws2811 Neopixel e o invólucro para um sensor de cores tcs34725.
• gabbapeople / color - Biblioteca para trabalhar com cores em XOD.

A seguir, descreverei como programar este dispositivo em XOD.

Etapa 7: Programação

Aqui estão os nós de que você precisa:

O nó tsc-color-sensor.

Este é o primeiro nó a ser colocado no patch. É usado para medir o valor da cor do sensor. O Node usa a interface I2C para trocar dados.

O sensor de cores detecta a cor da superfície na escala RGB. A cor é o resultado da interação entre uma fonte de luz, um objeto e um observador. No caso de luz refletida, a luz que incide sobre um objeto será refletida ou absorvida dependendo das características da superfície. A maioria dos sensores de cores contém um emissor de luz branca e três sensores de intensidade de luz com filtros de cores.

• Os pinos de entrada LED e LUM são para o LED embutido na placa de breakout do sensor. Este LED embutido é um emissor de luz do sensor. De acordo com meu esquema, coloquei o valor A0 no pino do LED e defini o valor de luminância 1 no pino LUM.
• O pino de TI define o valor do tempo de integração. Este fator descreve vários ciclos para integrar uma cor. Os valores possíveis de IT são 1, 10, 20, 42, 64, 256.
• O valor do pino GAIN é um fator de amplificação. Este coeficiente realça a cor. Você pode aumentar o valor da cor em 4, 16 ou 60 vezes. Você não pode melhorar a cor. Então, o valor no pino GAIN deve ser igual a 1. Eu obtive o resultado mais preciso usando o valor 20 IT e o valor 60 GAIN.
• O pino INIT aciona a inicialização do sensor e configura fatores personalizados. Eu mudo o valor do pino INIT para On boot.
• O pino UPD aciona uma nova leitura do sensor. Deixe este valor ser Contínuo.

O tcs-color-node produz um valor de cor em uma forma de tipo personalizado de cor.

O nó ws2811

Este nó é usado para configurar a faixa ou matriz de LED.

• O pino DI é para o número da porta da placa à qual a faixa de LED ou matriz está conectada. De acordo com meu esquema, coloquei o valor A5 nele.
• Coloque o número de LEDs usados no pino SIZE. Eu tenho 2 faixas de led de 50 diodos conectadas entre si, então configurei o valor SIZE para 100.
• O pino B define o brilho geral para todos os LEDs em um intervalo de 0 a 100. Eu defini o brilho para 80.

Este nó inicializa sua faixa ou matriz de LED e constrói um tipo personalizado ws2811 para operações posteriores.

O nó com todas as cores

Quando o nó ws2811 é instalado, você pode controlar a faixa de LED usando diferentes nós funcionais.

• cor-tudo. O Node pinta todos os LEDs na faixa ou matriz em uma cor selecionada.
• pixel de cor. As cores do nó LED particular na faixa na cor selecionada. Coloque o número do pixel no pino PN.
• color-n-pixels. O nó colore um grupo de N LEDs na cor selecionada. Especifique o número do LED inicial do grupo usando o pino STRT. Especifique a ordem de um grupo no pino STEP. Por exemplo, para pintar a cada segundo LED começando com o número 30 e terminando com o número 70, coloque os seguintes valores: STRT = 30; N = 40 (70 - 30); PASSO = 2.

Neste projeto, eu controlo todos os LEDs ao mesmo tempo e uso o nó com todas as cores.

Eu vinculo o primeiro pino de entrada do nó colorido com o pino de saída do nó ws2811. Em seguida, vinculo o pino CLR de entrada que leva o valor da cor ao pino de saída do sensor.

Um pulso no pino SET do nó de todas as cores aciona um novo conjunto de cores.

O nó do botão

Eu uso o botão para informar o controlador sobre um novo objeto na frente do sensor de cor. Para isso, coloco o nó do botão no patch e vinculo seu pino PRS de saída ao pino SET do nó com todas as cores. Dessa forma, clicar no botão gera um sinal de pulso para alterar a cor.

Coloquei o botão no pino A2 Esp8266, então coloquei o valor A2 no pino PORT.

O nó purificar

O sensor de cores pode gerar valores de cores em uma grande variedade. Mas a faixa de LED não é capaz de exibir matizes intermediários. Para resolver isso, uso apenas as chamadas cores puras. Eles têm uma tonalidade arbitrária, mas sempre estão com a saturação no máximo. Para purificar um valor de cor, coloco o nó purify entre os nós tsc-color-sensor e color-all.

O patch está pronto. Você pode pressionar Deploy, escolher o tipo de placa e carregá-lo no dispositivo.

Etapa 8: montagem. Quadro

Posso começar a criar uma capa flexível, certificando-me de que o dispositivo funciona como deveria.

Como moldura, imprimi um padrão da caixa em papelão grosso.

Em seguida, dobrei as laterais da caixa e fez um orifício quadrado para o sensor de cores.

Observação:

Fiz este caso especificamente para meus componentes eletrônicos, que provavelmente são diferentes dos seus. O case não é universal, além disso você pode ter um brinquedo completamente diferente. Portanto, use a imaginação!

Etapa 9: montagem. Tecido

Coloquei dois tecidos diferentes um no outro.

Tecido macio e espesso é para volume e fino é para aparência. Em ambos os tecidos, também fiz um furo para o sensor.

Fixei a moldura de papelão no tecido com fita adesiva comum. Da mesma forma, consertei as bordas do buraco.

Em seguida, cortei pedaços de tecido extras e costurei à mão o contorno do buraco por dentro.

Eu tenho que dizer, eu não sou o melhor seamster, então não julgue a qualidade. =)

Etapa 10: montagem. Soft Case

Estiquei o tecido e fixei com a mesma fita adesiva. A fita ficará dentro da caixa e não será visível.

Em seguida, coloquei o dispositivo em uma moldura e costurei completamente ao redor do contorno, exceto por um canto onde vão os fios.

Etapa 11: montagem. Brinquedo e dispositivo

Costurei meu dispositivo nas patas de um ursinho de pelúcia.

Eu queria que parecesse que ele está segurando um presentinho de Natal.

Etapa 12: Resultado

Assim que o aparelho estiver programado e fixado no brinquedo, você pode conectar a faixa de LED e colocar o brinquedo embaixo da árvore!

Anexe objetos coloridos ao presente do ursinho de pelúcia e a árvore será pintada da mesma cor!

Inscreva-se Se você gostou deste mini-projeto! =)

Haverá muitas instruções engraçadas diferentes.