A carga da matriz de luz: 3 etapas

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

Este é um conjunto de latas de ração vazias, cada uma com uma única luz LED dentro e uma lente colorida na abertura. Os LEDs são controlados por detectores de movimento acionados pela interação do visualizador. Usando LEDs como fonte de luz para cada uma das latas, os requisitos de energia são baixos. O circuito usa uma pequena quantidade de componentes para acionar os LEDs, e este instrutível descreverá com alguns detalhes como ele usa detectores de movimento, transistores, resistores e LEDs para criar o show de luz interativo. Sou um novato em eletrônica e só recentemente criei meu primeiro projeto de circuito e construí este projeto com sucesso. Qualquer pessoa interessada em eletrônica poderia facilmente atingir meu nível de especialização como um novato de sucesso lendo e fazendo, minha sabedoria aprendida é que se você pode comprar ferramentas melhores, esse é o caminho a percorrer. Como artista, eu realmente não quero promover uma loja ou produto em vez de outro, mas minha comunidade não tem a melhor seleção de lojas onde posso encontrar bons componentes eletrônicos, então listo a Radio Shack apenas como "Shack", substitua por sua loja ou fornecedor favorito. Componentes: 64 latas de comida para cães (lavadas) 32 LEDs super brilhantes verdes de 10 mm (www.evilmadscientist.com) 32 LEDs super brilhantes azuis de 10 mm (www.evilmadscientist.com) Fio de conexão de 50 '(fornecimento eletrônico, supondo que não contei o uso) 10 painéis de cedro (loja de ferragens) 2 barras angulares de alumínio (loja de ferragens) 2 barras de alumínio de 1/16 polegada de espessura (loja de ferragens) 8 resistores 1/4 w 1K (cabana) 8 transistores PNP (cabana) 8 detectores de movimento DP-001 (www.glolab.com) 8 lentes Fresnel (www.glolab.com) Tubo termorretrátil de 5 '(para um produto final profissional uct, cores coordenadas são legais) 1 fonte de alimentação de 9V 800ma (Shack) 1 switch (Shack) 1 PCB redondo (Shack) 31 parafusos # 8 de latão (loja de ferragens) 31 porcas # 8 de latão (loja de ferragens) 31 arruelas de bronze # 8 (Loja de ferragens) 32 lentes de vidro (a ideia original era para papel, pergaminho e mica ou qualquer forma de máscara de silhueta) 1 Cabo de extensão Ferramentas: Pistola de cola quente (melhor do que fita adesiva) Decapantes de fio (não confie nos dentes, a ferramenta mostrada aqui é a melhor ferramenta para o trabalho) ferro de solda (não se engane aqui, eu me tornei melhor com um ferro melhor) solda (fluxo) Pistola de calor (necessária apenas se você estiver reduzindo o calor de suas soldas de arame) mãos úteis (opcional, mas altamente sugerida) lente de aumento (opcional) Placa de ensaio (ferramenta opcional, mas necessária para qualquer pessoa interessada em design de circuito eletrônico) 1 resistor de 39K (programação de sensibilidade DP-001) 1 resistor de 2.7K (programação de permanência DP-001) 1 broca1 broca multi-tamanho (obrigatório em uma broca padrão) 1 chave de fenda 1 martelo (opcional, quebrar um dedo do pé remove o tédio e o tédio intensidade de soldagem 64 LEDs com 128 fios) 1 Paquímetro ou escala1 cola de madeira2 pinças de parafuso longo Notas elétricas: Vcc = fonte positiva Vdd = FET positivo, a fonte de alimentação fornece positivo para o detector, o transistor NFET no DP-001 emite um valor positivo no terminal, chamamos isso de VddVss = fonte negativa. Como um artista que trabalha principalmente com óleos e, recentemente, com peças mais de alta tecnologia, eu também queria incorporar um pouco de verde ao meu trabalho. Tenho dois pugs e eles parecem gostar de comer todos os dias, o que leva ao desperdício de embalagens de comida, então comecei a guardar as latas para algum projeto futuro que eu sabia que faria quando tivesse uma coleção maior. Outro artista amigo, que trabalha com vidro fundido, mencionou que havia uma mostra com júri que tinha como tema "colaboração" e decidimos trabalhar juntos em uma peça de arte. Foi uma oportunidade perfeita para usar aquelas latas de comida de cachorro que estavam fixando residência na minha garagem. Com tantas latas, era evidente que a peça devia assumir a forma de uma espécie de matriz, que se iluminava pelo movimento do observador. Nós nos encontramos em um café local e eu expus meu plano, o nome da peça veio tão natural quanto a própria natureza, uma matriz de luz usando uma carga elétrica. Aqui está uma rápida descrição do trabalho e do processo de criação desta obra de arte.

Etapa 1: Construindo a Estrutura

Os painéis de cedro foram encontrados em uma loja de ferragens local e foram projetados para revestir armários. O custo era barato de $ 23 dólares por 12 pranchas; eles eram perfeitos para o projeto. Eles também foram escolhidos pela cor e forma, com um benefício adicional do leve aroma de cedro.

Primeiro, a face das tábuas foi lixada e revestida com um Varithane plano para evitar que atraíssem graxa e sujeira durante o manuseio e para realçar a cor do cedro. As pranchas têm 3,75 "de largura e 48" de comprimento, perfeitas para que a matriz se ajuste à largura e altura das pranchas, criando um espaçamento perfeito para uma matriz quadrada. O diâmetro da lata de comida de cachorro é de 3 "e encontrar uma serra de buracos desse tamanho foi fácil. Medi a linha de centro das pranchas e, em seguida, a distância entre os centros de duas pranchas lado a lado. Usando essa medida, separei os orifícios ao longo da linha vertical das pranchas para criar uma matriz quadrada de latas. Isso me deu algum espaço na parte superior e inferior da peça, para equilibrar a peça horizontalmente, duas pranchas em branco foram adicionadas, uma de cada lado da matriz. Faça os furos para as latas usando a serra copo de 3 ", lixe o buraco e teste a lata no buraco para testar a abertura. Cole os painéis com uma pequena quantidade de cola de madeira e prenda, deixe secar durante a noite. Eu queria que as extremidades das latas fossem uniformes e a base para que se projetassem na parte de trás do painel em apenas 1 ". Usando pilhas de peças de orifício que foram perfuradas nas pranchas para nivelar o painel concluído com a face para baixo de modo que cada um pode se projetar 1 "na parte de trás. Usando a pistola de cola quente, uma gota de cola foi colocada ao redor da base de cada lata, prendendo-as ao painel. Para dar à peça resistência suficiente para que os painéis não rachassem e se separassem quando manuseados, as pranchas também eram amarradas na parte superior e inferior com uma barra plana de alumínio e um pedaço de alumínio angular. A barra plana poderia ser deixada de fora, mas eu queria força e sou conhecido por fazer engenharia excessiva de vez em quando. Primeiro alinhe a barra e a cantoneira com a borda do painel, prenda e depois faça um único orifício na linha central vertical de cada prancha, um na parte superior e outro na parte inferior. Amarre-os com os parafusos de latão, porcas e arruelas. Para adicionar força a esta aplicação, uma gota de cola quente ao longo do comprimento das barras e das pranchas. Também coloquei uma pequena gota de cola quente na base de cada noz para mantê-las no lugar; o quadro está pronto. Em seguida, prepare as latas. O interior das latas era de uma cor cinza que absorvia a luz do LED, a fim de obter mais luz para atingir as lentes e saltar, isso foi feito pintando o interior das latas com tinta hidrocor. O motivo da escolha da tinta marcadora escolhida foi devido ao seu bico, que é projetado para apontar para o solo de forma que o bico fique reto, o que facilita a pintura do interior das latas. Eu também queria que as cores mudassem um pouco, então escolhi as cores vermelho, verde, azul, branco e amarelo; naquela época, a aparência e a cor não eram conhecidas por mim, já que meu amigo estava ocupado fazendo isso enquanto eu construía a estrutura e os componentes eletrônicos. Para fazer os furos nas latas, uma broca padrão criava uma rebarba, que era muito difícil de limpar e também tornava o furo oblongo depois de desbastado. Usando uma broca escalonada, o orifício fica limpo porque esta broca fresará as bordas do orifício enquanto faz um orifício redondo perfeito do tamanho certo para os LEDs. Em seguida, medi o diâmetro da extremidade comercial do DP-001, para fazer orifícios no painel para que eles pudessem espiar; escolheu um tamanho de broca correspondente e estabeleceu um padrão circular para os furos. Isso era para manter a semelhança consistente com os círculos. Com todas as latas pintadas, furadas e instaladas na moldura, é hora de trabalhar na eletrônica.

Etapa 2: Design eletrônico

Entenda que sou um novato em design eletrônico, se algumas das minhas interpretações sobre as operações de componentes estiverem incorretas, poste um comentário para que o leitor possa ter clareza. Além disso, a ferramenta stripper era uma ferramenta muito valiosa na bancada, ela pode salve seus dentes, se for seu hábito, e pode salvar sua sanidade ao descascar centenas de fios; esta é uma ferramenta barata, mas uma ótima ferramenta. Antes de adicionarmos todos os componentes eletrônicos, é melhor criar um projeto e, em seguida, testar o funcionamento do circuito. Desoldar não é a maneira de progredir e você pode desperdiçar muitas peças boas dessa forma. A primeira coisa a fazer é calcular os valores dos componentes e definir os requisitos de energia do circuito. O primeiro componente é o detector de movimento DP-001, que tem uma gama de requisitos de energia de 4 V CC mínimo a 15 V CC máximo, o que nos dá uma boa faixa para trabalhar. O circuito estará conduzindo 65 LEDs e cada LED é classificado para consumir 20mA de corrente máxima. 65 x 0,020 A = 1,3 A (64 LEDs em latas e 1 para uma luz de alimentação), a corrente necessária para o DP-001 é de 45 microamperes ou 0,0045 A x 8 = 00036 A, que é um requisito de energia muito baixo. escolhi um transformador de força 12v 800mA DC, percebendo que não ia ter todos os LEDs acesos ao mesmo tempo, e nenhum deles ficaria aceso por muito tempo, ele tem muita força. Agora que sabemos qual energia estará conduzindo os LEDs, precisamos calcular o tamanho dos resistores limitadores que evitarão que os LEDs queimem, mantendo-os o mais brilhantes possível. Esta é uma tarefa simples de usar a lei de Ohms para determinar quanta resistência cada LED precisa para se manter frio e brilhante. As especificações do LED dizem que a corrente máxima não deve exceder 0,020A (20mA), você pode empurrar este valor para torná-los mais brilhantes se a duração "on" for curta o suficiente. Calculando a resistência necessária, pegue a tensão e divida pelo valor máximo da corrente. 12v DC / 0,020mA = 600 ohms. Eu queria obter o máximo de luz de cada LED, então um resistor de 470 ohms foi escolhido. Lembre-se de que as luzes não ficarão acesas continuamente, então o perigo de queimar é pequeno, mais 470 está perto de 600. Para verificar quanta corrente vai ser desenhado através do LED se usarmos um resistor de 470 ohms, dividimos 12v por 470 ohms para igualar 0,0255mA, uma diferença de 0,0055mA, que é insignificante. Os detectores de movimento DP-001 só podem afundar 100ma de corrente, acionando todos os 64 Os LEDs de um módulo não funcionariam, além disso, todos acenderiam ao mesmo tempo, o que seria menos eficaz e um tanto enfadonho. Se dividirmos os 64 LEDs por 8 e usarmos 8 detectores DP-001, cada um acionando 8 LEDs para uma corrente total de 160ma por detector, ainda é muito para o DP-001 que tem um valor de dissipador máximo de 100mA. A especificação 2N3906 diz que ele pode cair de 10 micro amperes para 100 miliamperes, mas prefiro arriscar um transitor do que o módulo de detecção de movimento. Como escolho um transistor que funcionará em nosso circuito: Existem dois tipos básicos de transistores chaveadores que veremos, um transitor NPN ou PNP. A designação NPN e PNP descreve suas portas e operação. Eu escolhi um resistor PNP de uso geral, o 2N3906, ele não terá que dissipar muito calor e é bem adequado para este projeto. Os transistores têm três conectores chamados de base, coletor e emissor. Eles são ligados por uma tensão detectada em sua base, que irá abrir a porta e permitir que mais corrente flua entre o coletor e o emissor. A diferença de operação entre NPN e PNP é que o NPN ligará se a base tiver um tensão positiva de 0,7 V ou mais e desligará abaixo deste valor. O PNP tem polarização reversa e liga quando a base detecta uma tensão baixa abaixo de 0,07 V e liga acima desse valor. Os LEDs são ligados usando o terminal fora do DP-001 para ligar o transistor que permitirá que a corrente flua pelos LEDs. O DP-001 emite um "alto" no terminal de saída e irá "baixo" para negativo quando o movimento for detectado. Uma nota rápida sobre transistores PNP e NPN, não vou entrar na construção desses componentes, apenas o fato de que eles se comportam de forma oposta porque são polarizados de forma oposta. O transistor NPN conduzirá corrente entre o coletor e o emissor se houver uma diferença de valor de voltagem positiva entre a base e o emissor, enquanto o PNP conduzirá corrente entre o coletor e o emissor se a base detectar uma voltagem mais baixa entre a base e o emissor. Não podemos usar um transistor NPN porque ele é chaveado quando há um "alto" em sua base em relação ao seu emissor. Lembre-se, o DP-001 fica "baixo" quando o movimento é detectado. Então optei por usar transistores PNP, pois eles são acionados por um "baixo" na base em relação ao emissor, permitindo que a corrente flua através do transistor quando o terminal do DP-001 ficar "baixo" com a detecção de movimento IR. O circuito abaixo é um circuito simples que mostra como o sistema funcionará. Para adicionar outros 7 detectores, resistores e LEDs, tudo o que temos que fazer é copiar este projeto oito vezes. Aqui está um pouco da lógica que foi inserida no circuito projetado abaixo. que funcione como planejado e os componentes não queimem em uma nuvem de fumaça azul. Não precisamos de corrente para fluir pela saída do terminal do DP-001 e pela base do transistor 2N3906, só precisamos ter um alternar lógico entre "alto" e "baixo", para reduzir a corrente através da base do transitor, adicione um resistor de 1k ohm (r1) na saída do terminal DP-001 e na base do transistor 2N3906. Antes de ligar o ânodo do LED ao transistor, colocamos um resistor limitador de corrente (r2) com um valor de resistência de 470 ohms entre os dois componentes. Quando o DP-001 não estiver detectando movimento seu terminal de saída estará "alto" (Vdd) e este valor alto será detectado na base do nosso transistor, bloqueando o fluxo de corrente entre o coletor e o emissor. Quando o DP-001 detecta movimento, o terminal de saída irá "baixo" (Vss) e o transistor irá ligar e permitir que a corrente flua entre o coletor e o emissor, acendendo o LED, o resistor de 470 ohms irá limitar o calor causando a corrente através o LED.

Etapa 3: Construindo o Circuito

Eu sugiro investir em pelo menos uma placa de ensaio de tamanho médio, é uma boa ferramenta para um consertador de circuitos. Primeiro testei o design simples usando o DP-001, resistores limitadores, transistor de comutação e LED. Quando funcionou como planejado, construí o circuito de chaveamento com todos os oito transistores e resistores e os conectei para um teste final.

O circuito simples foi testado e funcionou, quando o movimento IR passou na frente do detector o LED acendeu. Nesse ponto, era hora de soldar os fios em todos os LEDs e, em seguida, conectar todos os detectores com suas saídas positivo (vermelho), negativo (preto) e terminal (verde). Para economizar espaço na placa de circuito, coloquei o resistor limitador de corrente (r2) em linha com o fio que estava amarrado ao lado do coletor do transistor. As fotos abaixo mostram a placa de circuito "flor", observe as linhas amarelas e vermelhas, cada uma com um resistor limitador de corrente (r2) em linha e coberto com termorretrátil. Agora prepare os 64 LEDs com todas as suas derivações positivas e negativas; é aqui que o martelo se torna útil para aliviar o tédio, opte por esmagar um dedo do pé porque você precisa dos seus dedos para terminar o trabalho. Conectando todos os oito detectores, transistores, LEDs, eu os conectei na placa de ensaio, com um aceno de mão, oito LEDs acenderam e depois desligaram. Era hora de conectar tudo isso. Como cada detector acionará oito LEDs, criei um padrão de grupos de LEDs, certificando-me de espalhar os LEDs que acenderiam por qualquer detector. Ligue todos os terminais positivos de um grupo de 8 LEDs juntos. Agora, pegue os oito grupos de terminais negativos e ligue-os todos ao aterramento comum na fonte de alimentação. Cada grupo de LEDs foi preso ao coletor dos transistores; positivo e o aterramento foram ligados à placa de circuito. O lado emissor dos transistores foi diretamente ligado ao Vdd e o lado do coletor amarrado ao ânodo do LED através do resistor limitador, enquanto o cátodo do LED foi ligado ao terra. O teste do circuito funcionou; a próxima parte foi colar todos os LEDs em suas latas, mantendo um roteamento ordenado dos fios. A flor do circuito foi amarrada na parte de trás do painel da matriz a um suporte de metal com laços de zíper na parte de trás do painel. Em seguida, amarrei cada grupo de 8 LEDs condutores positivos ao coletor de um transistor na flor. Em seguida, cole todos os detectores de movimento nos orifícios que foram perfurados anteriormente, certifique-se de usar um bom gerenciamento de fios para evitar que o ninho de fios se afaste de você. Na parte frontal do painel da matriz, colei as lentes de Fresnel a quente na frente de cada detector. Assim que as lentes de Fresnel foram colocadas, a sensibilidade dos detectores aumentou visivelmente. O transformador de parede da fonte de alimentação de 12 V DC foi então montado na parte de trás do painel com o fio positivo ligado ao interruptor e a outra extremidade ligada à conexão positiva do circuito. Os cabos de aterramento do detector de flor e movimento foram ligados ao terreno comum do sistema. O cabo de extensão foi amarrado com zíper ao transformador com amarras para evitar que qualquer puxão do cabo desconectasse a energia. O interruptor foi montado na borda posterior do painel com cola quente. Usei algumas correias de passagem de tubos para pendurar esta peça na parede (primeira imagem), elas eram temporárias e foram escolhidas para manter a semelhança dos círculos no design geral. Eles já foram trocados em D e batentes de porta para afastar o painel da parede. Esta peça é muito divertida de tocar, conforme o espectador se move, padrões de luz dançam com o movimento. No futuro, posso refazer a ligação desta peça adicionando um microcontrolador e fazer o charlieplex das luzes criando padrões legais quando não houver movimento por um período específico de tempo.