Cartão e enfeite de Natal que podem ser hackeados: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:41

Cartões de Natal que piscam e buzinam sempre nos fascinaram. Esta é a nossa versão DIY hackeável feita com um ATtiny13A e alguns LEDs - aperte o botão para reproduzir um pequeno show de luzes na árvore. Estamos enviando para amigos e familiares este ano. É um presente feito à mão e que pode ser hackeado, e foi muito divertido de construir. Este instrutível explica nosso design, então você pode pegar os arquivos de código aberto e construir o seu próprio.

O cartão também é uma homenagem ao kit piscante de enfeites de árvore de Natal de Velleman e uma referência de kit-biz à Promessa de Adafruit. (Você sabia que Velleman tem um kit de relógio de tubo nixie? Sério!)

Você pode comprar uma cópia do nosso cartão no Seeed Studio. As cartas montadas custam ($ 15) e um kit para soldadores aventureiros custa $ 12. Você também pode ver este artigo com a formatação original em DangerousPrototypes.com.

Etapa 1: Hardware - ATtiny13A

O esquema e o PCB foram feitos com a versão freeware do Cadsoft Eagle. Baixe os arquivos de design e firmware mais recentes na página do projeto Google Code.

AVR ATTINY-13A

Um pequeno microcontrolador ATMEL ATtiny13A (IC1) é o cérebro do circuito. Um pino (PWM) pisca as luzes, a maioria dos outros pinos são usados para programação e alimentação. Você poderia obter efeitos semelhantes com um temporizador 555 ou componentes discretos, mas nosso objetivo é aprender sobre uma nova família de microcontroladores e fazer algo fácil de hackear.

O ATtiny precisa de um resistor pull-up de 10K (R1) para manter o pino de reinicialização alto, um mini interruptor tátil (S1) reinicia o ATtiny conectando temporariamente o pino de reinicialização ao aterramento. Um capacitor de 0,1uF (C1) desacopla o chip da fonte de alimentação.

Etapa 2: Hardware - Programação e bateria

Os microcontroladores ATtiny são programados por meio de uma conexão ISP (In System Programming) de seis pinos. O cabeçalho do ISP está orientado para o verso da placa. Fizemos uma sonda de programação para evitar a soldagem de um cabeçalho de pino na placa.

A energia é fornecida por uma célula tipo moeda de lítio de 3 volts e 20 mm (BAT1) na parte traseira do PCB. O suporte deve funcionar com células tipo moeda 2025 ou 2032. O ATtiny funcionará em uma faixa de tensões, até 1,8 volts.

Etapa 3: Hardware - Árvore de LEDs

LEDs de árvore

Nossas luzes da árvore de Natal minúsculas e cintilantes são LEDs de montagem em superfície 0805 (LED1-10). Cada LED possui um resistor limitador de corrente (R3-12). Usamos resistores de 390ohm, para cerca de 3mA a 3volts, e 8mA a 5volts durante o desenvolvimento. Todos os 10 LEDs juntos usam cerca de 30mA quando alimentados pela bateria.

30mA é muita corrente para fornecer ou dissipar nos pinos minúsculos AT. Em vez disso, um transistor NPN (T1) muda a conexão de aterramento dos LEDs. Os transistores também exigem um resistor de base (R2) para limitar a quantidade de corrente puxada do pino do microcontrolador. Os LEDs precisam ser conectados na direção correta ou não acenderão. Os LEDs de passagem geralmente têm um fio mais longo que indica o lado positivo da alimentação (ânodo). Os LEDs SMD têm uma borda verde e, às vezes, uma seta na parte traseira, para indicar a conexão de aterramento (cátodo). Este gráfico mostra a orientação correta para cada LED, a conexão de aterramento deve apontar na mesma direção da seta.

Etapa 4: Hardware - PCB e lista de peças

O esquema e o PCB foram feitos com a versão freeware do Cadsoft Eagle. Baixe os arquivos de design e firmware mais recentes na página do projeto Google Code. Fizemos os PCBs com o serviço Propaganda do Seeed Studio, as placas extras do nosso pedido estão na loja Seeed. Esperávamos PCBs verdes, mas ficamos pretos - os PCBs finais serão vermelhos.

Usamos vias, componentes e serigrafia para criar um tema de Natal. Esta é a nossa primeira tentativa, talvez se torne uma tradição de férias que melhoramos ano após ano. O PCB final deve ter vias prateadas visíveis na árvore, nós não as tornamos grandes o suficiente no protótipo. Também removemos o ano, portanto, se não for entregue a tempo para o Natal, pode ser usado novamente mais tarde.

Este é um PCB de duas camadas com peças em ambos os lados. Começamos pela frente, soldando peças grandes como o microcontrolador (IC1) e a chave (S1), depois adicionamos passivos menores, como resistores e capacitores. O suporte da bateria fica na parte de trás do PCB, nós o soldamos por último para que a superfície de trabalho ficasse plana e estável enquanto trabalhamos na parte frontal.

Se você mesmo estiver soldando o PCB, certifique-se de ter pinças com pontas pontiagudas para colocar e segurar os componentes. Você também precisará de fluxo para fazer tudo fluir e pavio de cobre para limpar qualquer solda extra. Usamos Blu-Tack para quase todo o resto.

Lista de peças

Nome	Quantidade	Valor (tamanho)
IC1	1	AVR ATtiny13A (SOIC-8)
C1	1	Capacitor 0,1 uf (0805)
T1	1	NPN 200ma + 100hfe + transistor (SOT23)
R1	1	10.000 ohm (10K) resistor (0805)
R2-R12	10	Resistor de 390 ohm (390R) (0805)
LED1-10	10	LEDs, várias cores (0805)
S1	1	Mini interruptor tátil (SMD)
BASTÃO	1	Porta-bateria de 20 mm (SMD)
CÉLULA	1	Bateria de 20 mm (CR-2025)

Etapa 5: Firmware

O firmware é escrito em C usando o compilador AVR-GCC de código aberto com AVRStudio. Baixe os arquivos de design e firmware mais recentes na página do projeto Google Code. Programe o firmware por meio do cabeçalho de programação ISP de 6 pinos com algo como o STK500 ou USBtinyISP. Em uma observação lateral, estamos realmente empolgados em usar um compilador de código aberto para este projeto.

Quando a energia é aplicada ao circuito, o ATtiny executa um programa simples que aciona as luzes da árvore de Natal. Quando o programa termina, o chip dorme até que seja reiniciado por um pressionamento de botão ou troca de bateria.

O programa de desbotamento usa modulação de largura de pulso de software para reduzir o brilho dos LEDs. O ATtiny13A tem PWM de hardware, mas dá saída nos pinos do ISP que já estão ocupados. É possível compartilhar pinos de programação com outras funções, embora não estivéssemos prontos para fazer isso neste projeto.

Quando o programa termina, o chip adormece para sempre. Isso é diferente de muitos programas de microcontroladores que saem do modo de espera em uma interrupção de mudança de pino. Um pressionamento de botão redefine o ATtiny e inicia o programa novamente.

Etapa 6: levando mais longe

Temos muitas ideias para os cartões de Natal do futuro - vários canais de LED, LEDs de mudança de cor, som, controle de acelerômetro, sensor de toque capacitivo, telas de LCD, papel eletrônico, PCBs de corte festivo e muito mais. Não usamos um bootloader neste projeto, mas aqui está uma discussão sobre as opções possíveis.

O que você faria? Você tem algum truque para este cartão ou ideias para cartões futuros? Obtenha um

O Seeed Studio tem a placa montada ou em kit. O kit inclui peças de montagem em superfície de tamanho 0805, não é para todos. Este é o nosso primeiro projeto a ser oferecido como um kit, estamos ansiosos para ver quantas pessoas estão interessadas em um kit SMD. Esta será uma corrida muito limitada, provavelmente 100-200 no total, então comece a sua mais cedo!

• Crie seu próprio cartão a partir de nossos arquivos de design e firmware de código aberto.
• Um cartão montado custa US $ 15 no Seeed Studio. O PCB ficará vermelho. Firmware programado e bateria incluída.
• Um kit custa US $ 12 no Seeed Studio. O PCB ficará vermelho. Firmware programado e bateria incluída.

Gostaríamos que os pedidos fossem entregues a tempo para o Natal, mas há uma chance significativa de que isso não aconteça. O Seeed Studio já está trabalhando em um pequeno número de cartões, o que deve ajudar a acelerar a entrega. Espero que cheguem a tempo para o Natal, mas a entrega vai ser bem apertada. Publicaremos atualizações de fabricação à medida que as recebermos.

Tenha um feriado de prata, soldery!