Garrafas de leite endereçáveis (iluminação LED + Arduino): 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Transforme as garrafas de leite PPE em luzes LED de boa aparência e use um Arduino para controlá-las. Isso recicla uma série de coisas, principalmente as garrafas de leite, e usa uma quantidade muito baixa de energia: os LEDs aparentemente dissipam menos de 3 watts, mas são brilhantes o suficiente para ver. Entre outras coisas, eu queria ver se eu poderia fazer um a luz eletrônica é mais amigável do que a maioria, e os controladores rotativos são uma boa maneira de fazer isso. As garrafas de leite PPE são uma maneira barata, mas esteticamente agradável, de difundir a iluminação LED. Especialmente se você puder encontrar bonitos redondos:) Modificar um objeto com iluminação LED não é apenas ecologicamente correto, mas também muito mais simples do que construir uma caixa do zero. Como os LEDs são minúsculos, você pode colocá-los em quase qualquer lugar, e eles não produzem muito calor, desde que estejam espalhados e funcionando na voltagem correta. Este instrutível tratará principalmente de projeto físico e produção, e eu estou vai assumir que você tem um conhecimento básico de criação de circuitos eletrônicos e iluminação LED. Já que os LEDs exatos e a fonte de alimentação que você usa provavelmente variam, irei apenas no básico do meu circuito em termos de especificações. Também tentarei apontar recursos úteis e explicar mais sobre o microcontrolador Arduino e o código que os instrui a trabalhar em sequência. A eletrônica da iluminação LED básica é realmente simples, semelhante à eletrônica do ensino fundamental, então provavelmente não demoram muito para você pegar em tudo.

Etapa 1: Ferramentas e materiais

Para fabricar as próprias lâmpadas, você precisará de: Garrafas de leite EPI; folha de 3 mm de cabo elétrico de núcleo acrílico transparente 2 (ou fio de alto-falante servirá - pode ser bastante leve, uma vez que levará apenas cerca de 12v e muito pouca corrente, dependendo de como você projeta seu circuito). LEDsResistoresSoldaTubo encolhível de calorUm transformador antigo (verruga de parede para os americanos), além de soquete + plugue para acompanhar. Fio de cobre trançadoFio de sino de núcleo sólidoZip amarrasFerramentas de que você precisará: cortador DrillHole (compatível com a largura das tampas de suas garrafas de leite - consulte etapa 2) Brocas minúsculas e variadasSerras Júnior (dependendo do que você usa como invólucro) Chaves de fenda Decapantes de fioCortadores laterais / Tesoura de arameFerro de soldaMultímetroTerceira mão (vital para soldar componentes). teste / prototipagem). Você também pode querer fazer algum tipo de alojamento para eles. Eu tentei várias maneiras de pendurá-los e me acomodei em uma seção curvada de tubo de PVC, pendurada no teto com orifícios feitos para os cabos. Também tentei grampear até o teto. Você também pode pendurá-los em um pedaço de placa montada no teto, em um conduíte, ou mesmo fazer orifícios no próprio teto para acomodar os fios e alimentá-los de um loft. A etapa 5 mostra e fala sobre algumas dessas opções. A descrição acima é tudo que você precisa para fazer algumas luzes que funcionem com um botão liga / desliga básico. Para fornecer a eles funções mais avançadas, como desvanecimento ou sequenciamento, você também precisará de uma carga de componentes, como transitores e um microcontrolador: Arduino miniMini adaptador USB para acima, ou FTDL USB para cabo de cabeçalho. mostrado abaixo, mas mais sobre eles e como eles funcionam juntos na etapa 6. Há também um gabinete para caixa de distribuição, que pode ser o que você quiser. Vi uma linda caixa redonda de sacramento na sala do Japão no Museu Britânico, mas eles não me deixaram pegá-la. No final, usei uma caixa de cartão moo de plástico branco porque ela se encaixa muito bem com o tema:) Com esse circuito instalado, há todos os tipos de coisas que você pode programar um arduino para fazer com ele. Gosto de iluminação cinética, mas acho luzes piscantes de natal, etc., chamativas e mecânicas. Sua regularidade e consistência são frias e hostis (deve dar trabalho para criar o brilho natural de boas luzes de natal). Não quero nada chamativo (literalmente). Eu quero um único controle analógico para as luzes que pareça muito operado por humanos, que simplesmente sequencie a maneira como elas acendem e apagam. Código para isso, juntamente com um botão de toque agradável e um botão de alumínio esteticamente agradável o torna um brinquedo agradável.

Etapa 2: corte e fure Perspex

Em primeiro lugar, vamos cortar alguns discos de perspex para entrar nas tampas das garrafas de leite e, em seguida, fazer orifícios para montar os LEDs e o cabo. Ao usar o cortador, faça um furo em um pedaço de madeira. Pressionar o material contra algo assim enquanto corta ajudará a manter a borda posterior limpa. Softwood também permite que você saiba quando você percorreu todo o caminho, pois você pode realmente sentir a forma como a broca muda conforme atinge a madeira. Assim que seus discos estiverem prontos, faça orifícios em todas as tampas de suas garrafas de leite para coincidir com o centro furos no perspex. Você também precisa fazer furos prontos para a fiação e os LEDs. O que você faz exatamente aqui depende do tipo de fonte de alimentação que usará e dos tipos de circuitos que deseja conectar a ela. O meu usa três LEDs por luz, que organizei uniformemente ao redor do disco. Você precisa de um par de orifícios para passar as pernas de cada LED e dois orifícios grandes o suficiente para passar os dois fios do cabo. (Veja a foto para notas explicativas). Não usei um template nem nada para isso, só fiz a olho nu com uma furadeira de bateria, alguns pedacinhos e paciência. Ocasionalmente, dois orifícios seriam um pouco distantes ou próximos demais para as pernas do LED, mas contanto que você seja cuidadoso, um pouco de curvatura permitirá que eles se encaixem. Se isso ainda não fizer sentido, não se preocupe, a próxima etapa deve deixar isso claro.

Etapa 3: montar LEDs

Agora, coloque os LEDs nos orifícios, tendo o cuidado de observar a polaridade. Basicamente, vamos conectá-los em cadeia, com cada perna negativa de um LED conectando-se à perna positiva do próximo. A quantidade de daisy-chain assim, se é que vai fazer, depende da voltagem da fonte de alimentação que você usa. O meu é 12v e meus LEDs têm uma voltagem direta de 3,3, então os 9,9 volts de três LEDs é o máximo que minha fonte pode suportar. Eles também precisarão de um resistor para aumentar o circuito até 12v. Definitivamente, você deve ter um resistor em cada garrafa, porque se não o fizer, os LEDs queimarão ou pelo menos esquentarão (e ficarão mais brilhantes). Eu tentei isso com um protótipo inicial, e eles esquentaram o suficiente sem um resistor para derreter o EPI da tampa da garrafa. Você pode usar esta calculadora LED útil para descobrir o que fazer com seu próprio circuito: https://led.linear1.org / led.wiz A captura de tela nesta etapa mostra exatamente os valores com os quais eu estava trabalhando e o circuito resultante (os resistores são adicionados na próxima etapa). Uma vez que seus LEDs estão nos orifícios e você tem certeza de que a polaridade é correto, comece a torcer os cabos juntos, conforme mostrado na sequência de imagens para esta etapa. Os terminais mais próximos dos orifícios do cabo são deixados sem torção, porque eles serão soldados ao cabo e não um ao outro. Continue fazendo isso com todos eles, certificando-se de conectar apenas o positivo ao negativo em vez de pos-pos ou neg-neg. Eu também me certifiquei de manter todas essas luzes consistentes. Olhando para baixo, a corrente sempre entra pela esquerda e, em seguida, no sentido horário ao redor dos LEDs, que são aterrados pelo orifício esquerdo.

Etapa 4: Componentes da solda

Agora precisamos soldar tudo no lugar. Primeiro, solde todos os seus pares de fios trançados juntos e, em seguida, corte o excesso. Em seguida, remova pedaços do cabo elétrico e passe-os pelos orifícios do cabo que você perfurou em cada disco. Enrole os cabos ao redor dos fios do LED, com a ligação viva (marrom) indo para o fio longo (positivo) do fio do LED. Enrole o cobre ao redor dos fios, solde-o no lugar e corte novamente qualquer excesso de chumbo. Dobre o cabo de volta pelo orifício central e deslize a tampa do frasco pelo chumbo e sobre o disco. Na outra extremidade, solde um resistor do valor correto (no meu caso 120 ohms) ao cabo positivo. O comprimento dos cabos depende de como você vai pendurar as lâmpadas. Como você pode ver na imagem final desta etapa, optei por usar comprimentos flexíveis razoavelmente curtos, porque sabia que iria juntá-los em comprimentos mais longos e fazer caixas que esconderiam as juntas. Também é mais fácil trabalhar com 12 comprimentos mais curtos, em vez de 12 muito mais longos.

Etapa 5: Interruptores e invólucros

Neste ponto, você tem um conjunto de luzes montadas nas tampas das garrafas de leite e projetadas para funcionar com uma fonte de alimentação específica. Os frascos de PPE, depois de removidos e lavados, vão enroscar de volta nas tampas e funcionar como difusores de boa aparência. Agora você pode conectar as luzes com uma caixa de interruptor simples, como fiz no início, ou escolher fazer algo mais complexo, como acioná-los usando a mesma fonte de alimentação, mas também um microcontrolador para torná-los mais interessantes. Devido às restrições de tempo, tive essas luzes por aí como um protótipo em vários estágios de desenvolvimento por cerca de 18 meses, e, nesse tempo, montei-os de duas maneiras diferentes com três caixas de comutação diferentes. Eu também os adaptei com alguns LEDs melhores, que forneciam uma luz um pouco mais azul e tinham caixas difusas. Em vez de detalhar cada etapa de cada iteração, coloquei uma seleção de imagens nesta etapa com notas ilustrando cada uma delas. este instrutível vai lidar com a forma mais recente (e mais legal) que escolhi para usá-los: montados em tubo de plástico e controlados individualmente.

Etapa 6: Microcontrole, Componentes, Eliminação

Ok, então, ótimo. Temos luzes de garrafa de leite funcionando agora. Mas o controle liga-desliga não é muito interessante. E quanto a escurecimento e sequenciamento? Para isso, precisamos de um microcontrolador e vou usar um Arduino. Também precisaremos de um monte de componentes para trabalhar com ele, alguns dos quais vou limpar e reciclar de hardware antigo. Usei um Arduino padrão para prototipagem e certificando-me de que poderia codificar o que queria (ainda sou muito um novato nesse tipo de coisa): https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimilaE comprei um desses além de um adaptador USB para ir na luz real: https://arduino.cc/en/ Main / ArduinoBoardMiniCaso você ainda não tenha ouvido falar deles, os Arduinos são lindas pequenas plataformas de prototipagem que permitem que você comece a aprender sobre microcontroladores de forma econômica. A linguagem de programação usada para dizer a eles o que fazer também é bastante acessível. Há ótimas referências no site do Arduino e vários bons tutoriais de nível iniciante de Limor Friedman: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePagehttps://www.ladyada.net/learn/arduino/So I preciso redesenhar meu circuito, mais complexo para acomodar um mini arduino. Eu quero poder ligá-los e desligá-los de acordo com uma leitura de um potenciômetro rotativo, o que significa incorporar transistores no circuito para o arduino acionar como interruptores. O arduino também funciona a 5v, então precisarei produzir um suprimento regulado de 5v do meu existente de 12v, a menos que eu use duas verrugas de parede. O LM317T se encaixa no projeto; usando apenas alguns resistores com ele (detalhado posteriormente), posso fazer com que ele empurre a quantidade certa de voltagem para o arduino. Aqui estão algumas referências sobre o LM317T: https://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page12.htm Eu incluí algumas fotos dos componentes abaixo, que na verdade formarão um circuito bem simples. Também incluí algumas fotos de um amplificador antigo que comprei no mercado local por 2 libras. Ele tem lindos botões de alumínio que provavelmente custariam mais de 2 libras cada, e uma grande quantidade de bons potenciômetros e interruptores robustos para inicializar. A remoção de equipamentos antigos pode levar a você alguns componentes antigos muito bons por quase nada. Veja as fotos para algumas dicas.

Etapa 7: circuito do transistor

Não posso simplesmente ligar as luzes no arduino, porque eles funcionam a 12v e o Arduino a 5v. Os transistores me permitem usar uma corrente menor para ligar e desligar um muito maior, sem fritar o Arduino. Na primeira vez que separei a fiação para as luzes, rotulei cada fio com um número, sabendo que voltaria a eles. com um Arduino em algum ponto. Como estou usando transistores NPN, que ficam na extremidade terra do circuito, vou precisar separar todos esses cabos e começar a unir os + 12v. Usando o fio do alto-falante, eu segui a convenção de que o lado listrado preto de cada par seria vivo, enquanto o liso seria terra. Fazer e seguir convenções como essas é importante para não se perder depois. Depois de separar todos os fios, serrei um buraco irregular na parte superior do tubo para a fiação. Era minha intenção selá-lo novamente com fita isolante branca, com a fiação e o arduino dentro, mas deu um pouco errado, como você verá mais tarde. A primeira coisa foi testar meu circuito. O transistor tem três pinos: um coletor, saída de tensão e base. A base é aquela com a qual o Arduino se comunicará por meio de um resistor de 1K, o coletor receberá a corrente da conexão à terra e a tensão de saída vai para a terra. O teste funciona. Mais informações sobre o uso de transistores com Arduinos aqui: https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads (observe o resistor de 1K entre o Arduino e o pino base lá) aqui está um manual sobre transistores também: https:// www.mayothi.com / transistors.htmlAssim, basicamente:

• Resistores de solda para pinos de base do transistor
• Conexão de aterramento separada para cada luz e número para que você possa mantê-los em uma ordem compreensível.
• Emende todas as conexões ativas para as luzes, retraindo-as pelo calor sobre as emendas quando elas estiverem prontas (isso é muito importante, como os fios serão embalados de volta no tubo, seria muito provável que eles encurtassem a luz quando embalados se eles não estavam devidamente isolados). Construa as emendas para uma única conexão para + 12v.
• Solde o coletor de cada transistor à conexão de aterramento de cada lâmpada, reduzindo-o também pelo calor.
• Use pedaços curtos de fio para unir todos os emissores de transistor, construindo-os em uma única conexão de aterramento.

Em seguida, eles serão conectados para se comunicar.

Etapa 8: Cabos de comunicação

Corte e descasque 12 cabos para soldar aos resistores nos pinos de base dos transistores. Esses serão os cabos que o arduino usará para se comunicar com os transistores. Não se esqueça do termorretrátil. Depois que os cabos estiverem no lugar, solde-os nos soquetes de pinos para encaixar nos conectores de pinos do Arduino Mini. Usei os pinos 4 - 13 e os pinos AD0 (14) e AD1 (15) como os 12 pinos de saída para alternar os transistores. Você pode encontrar a pinagem do Arduino Mini aqui: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMiniSe você soldar seus fios de comunicação aos soquetes de pinos na ordem certa, eles devem se conectar diretamente ao arduino e funcionar como pretendia … o meu sim. Ufa. Com os soquetes concluídos, rosqueie-os através da extremidade do tubo por enquanto, junto com as conexões ativas e aterradas que você emendou anteriormente. Se você tiver qualquer cabeçote de pino sobressalente por perto, eles tornam mais fácil usar clipes de crocodilo para testar se tudo ainda está funcionando. Você pode dizer ao arduino para definir um único pino alto o tempo todo e, em seguida, usar uma derivação dele para tocar no pino de cada luz por vez.

Etapa 9: Regulação de Tensão

Como as luzes funcionam com uma fonte de 12v, é necessário um regulador de tensão reduzindo-a para 5v para o arduino. Insira o LM317T, que fornece uma tensão de saída dependendo dos resistores com os quais você o aumenta. A diferença entre a entrada e a saída é eliminada como calor, então às vezes esses ICs precisam de um dissipador de calor. Aqui está um tutorial sobre o LM317: https://www.sash.bgplus.com/lm_317/tutorial-full.htm e aqui está um prático calculadora: https://www.electronics-lab.com/articles/LM317/Uma vez que encontrei os valores corretos para obtê-lo com 5 V para o Arduino, soldo, termoforço e testei. 5.07v saindo, nada mal. Agora que sei que funciona, posso soldá-lo no feixe principal de fiação, levando 12v, indo para a terra, e tendo uma terceira saída que irá para o arduino. Eu inicio outro soquete de cabeçalho, colocando a linha 5v nele correspondente ao pino 5v no arduino. Eu também conecto o aterramento do arduino no mesmo soquete também. Quase na hora de testá-lo.

Etapa 10: Programação

Preciso escrever um código para testar primeiro e fazer o upload para o Arduino preciso conectar uma placa de ensaio para conectar o adaptador USB ao Arduino Mini. Consulte o guia do Arduino mini aqui: https:// arduino. cc / en / Guide / ArduinoMiniand a pinagem do adaptador USB aqui: https://arduino.cc/en/Main/MiniUSBAfter experimentar sequências de flash com o código, etc. Decido em algo como o código depurado e ajustado no final deste instrutível. Observe também como os testes de clipe de crocodilo ficam mais organizados quanto mais solda é feita. É meio satisfatório, e também vale muito a pena testar se cada luz ainda funciona em todos os estágios. Testar apenas no final o deixará perplexo e sem saber por onde começar se tiver um problema.

Etapa 11: Cabeamento e Switchbox

Agora, para os controles. Como quero que os controles sejam separados da luz, vou precisar de alguns cabos. O circuito precisa de conexões ativas e aterradas, e o potenciômetro precisará de três conexões. Um deles será ao vivo do Arduino, e um deles será a conexão com o pino analógico que o arduino usará para ler o potenciômetro. O outro é terra, o que significa que preciso de apenas quatro núcleos indo até a luz. Como não tenho nenhum cabo de quatro núcleos, torço dois longos fios de alto-falante juntos. Não é perfeito, mas não é ruim. Você pode fazer isso facilmente, conforme mostrado nas fotos abaixo, amarrando as pontas de dois comprimentos de cabo com zíper, colocando uma ponta sob algo pesado o suficiente para segurá-lo e, em seguida, trançando os cabos você mesmo. caixa de papelão de plástico branco vazia que eu tenho há um bom tempo. Alguns dos componentes, como a tomada, também são reciclados de projetos anteriores. Uma tampa de extremidade e alguns laços de zíper servirão como alívio de tensão na extremidade leve do cabo. Eu começo marcando a caixa para o pote, em seguida, configuro para conectar os cabos na extremidade leve. Ao remover um par, mas não o outro, quando estão entrelaçados, é fácil identificá-los. Um dos descarnados irá aterrar no potenciômetro da caixa de distribuição, o outro irá para + 12v na tomada. Os outros dois serão fios de sinalização conectados aos outros pinos do potenciômetro. Na outra extremidade, um deles irá para o pino analógico do qual o código diz ao arduino para fazer uma leitura, e um para + 5v. Mais uma vez, todo o calor encolheu quando no lugar. As fotos devem mostrar melhor como eu fiz minha caixa de interruptor, que quase deu desastrosamente errado. Tentei colar primeiro, e o plástico parece impermeável à supercola … no final, resolvi usando algumas almofadas de borracha dentro da caixa e, em seguida, coloquei alguns parafusos do gabinete do PC em todas as camadas da caixa para segurar -los juntos e manter a panela no lugar. A tomada também precisava de um zíper, já que eu não tinha nenhuma porca para encaixar a linha nela.

Etapa 12: luz sequenciada

Finalizado! Mais fotos e vídeos por vir, e o código está anexado abaixo. Descobriu-se que a fiação era grande demais para voltar para o cano, o que é uma pena. Isso significa que o LM317 e o arduino ficam fora do topo do tubo porque ele está cheio de fios e componentes. Esmagá-los ainda mais começou a fazer com que se comportasse de maneira errática, então vou deixá-los do lado de fora. Uma vez que ficará pendurado no teto, duvido que sejam particularmente perceptíveis. No entanto, eu gostaria de ter criado uma solução que tivesse uma boa aparência enquanto acomodasse todos os circuitos. Não importa, porém, funciona como eu quero. O controle analógico simples parece agradavelmente humano. Observe no código que os números em que as coisas são ligadas e desligadas não têm diferenças uniformes? Isso porque o pote que usei acabou sendo Log em vez de Linear, portanto, distribuir os limites uniformemente resultou em toda a atividade sendo comprimida em uma das extremidades do trajeto do pote.

Primeiro prêmio no desafio Epilog