Guarda-chuva LED com Arduino: 14 etapas (com imagens)

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

O guarda-chuva de LED com Arduino combina um guarda-chuva, uma matriz de 8x10 LED e um microcontrolador Arduino para criar uma experiência de LED programável e controlável na privacidade de seu próprio guarda-chuva. Este projeto foi inspirado pelo guarda-chuva elétrico de sockmaster e uma série de instructables de matriz de LED neste site, particularmente este muito completo por barney_1.

Prepare-se para Pimp My Umbrella! Qualquer pessoa que empreender este projeto deve ter acesso a ferramentas de solda padrão - alicates, cortadores diagonais, cortadores e descascadores de fios, ferro de solda e solda, multímetro - e ter experiência em trabalhar com o Arduino. A configuração do Arduino não é difícil e um programa incluindo várias animações diferentes dos LEDs está incluído neste manual. O vídeo está a caminho! O código de amostra (veja a última etapa) também está a caminho. O código que tenho não aproveita a vantagem do botão de pressão e estou trabalhando nisso agora.

Etapa 1: peças

Existem muito poucas partes para este projeto e são, em sua maioria, genéricas. Eles podem ser facilmente obtidos em qualquer número de varejistas online - Adafruit Industries, DigiKey, Jameco e All Electronics, entre muitos outros. Substitua conforme parecer razoável. Eletrônicos 1 x Microcontrolador - Arduino Diecimilia 1 x Guarda-chuva 1 x MIC2981 - Matriz de driver de fonte de alta tensão e 8 canais - 576-1158-ND1 x Protoshield para Arduino com placa de ensaio minúscula - Adafruit Industries 80 x LED - várias opções são possíveis 8 x resistores - depende da escolha do LED e da fonte de tensãoFio Muitos fios são necessários para este projeto. Cada costela do guarda-chuva tem um fio preto (para os cátodos dos LEDs) e cada círculo de LEDs ao redor do guarda-chuva requer um comprimento total de fio vermelho (para os ânodos dos LEDs). Parte também é necessária para devolver as pontas das cadeias ao Arduino. Fio preto de 24 pés para cadeias de cátodo (siga as costelas de volta ao centro) Fio vermelho de 70 pés para anéis de ânodo (anéis ao redor do guarda-chuva) Diversos Conectores macho padrão - Tubo termorretrátil de 1/16 - é necessário cerca de sete pés de tubo. Interruptor tátil - Off-MomPacience … e habilidades de soldagem. A matriz de LEDs deve ser construída com cuidado e os ânodos e cátodos isolados um do outro com tubo termorretrátil. Isso pode demorar um pouco.

Etapa 2: Reflexões posteriores - Prevenido é antecipado

Guarda-chuva Não use o seu melhor guarda-chuva! Ou mesmo o melhor guarda-chuva de outra pessoa. O guarda-chuva está comprometido com o projeto e, embora você possa retirar a matriz de LED, não vai querer quando terminar. Colocação Embora os LEDs forneçam uma experiência personalizável sob o guarda-chuva, eles não são particularmente visíveis de fora / acima do guarda-chuva. Considere se deseja os LEDs do lado de fora do guarda-chuva. Eles seriam muito mais visíveis e a instalação seria muito mais fácil. Você teria que fazer furos no tecido para alimentar os fios no Arduino. O estilo, neste caso, supera a impermeabilização. LEDs Escolha uma cor bonita antes de investir muito tempo fazendo isso. Os LEDs são aparentemente mais baratos no eBay do que em catálogos, portanto, explore suas opções. Fio Fio de bitola menor ou multifilamentar é provavelmente melhor do que o fio sólido xxx AWG. Usei arame sólido e isso torna quase impossível dobrar o guarda-chuva. Além disso, eu não usaria fio vermelho para os anéis de ânodo. Eu teria escolhido uma cor mais escura que fosse menos visível.

Etapa 3: Considerações sobre o projeto

Arduino Eu escolhi usar o Arduino em vez de um microcontrolador Atmel AVR diferente para tornar este projeto acessível. Com o Arduino, não há necessidade de projetar uma placa personalizada e a programação e a personalização são muito mais fáceis com a plataforma Arduino. A única desvantagem do Arduino é que ele é grande e não cabe bem em um guarda-chuva. Os benefícios, no entanto, superam os custos. Este projeto é baseado no Arduino Diecimilia, mas (eu acho) as pinagens são as mesmas nas versões mais recentes. Em qualquer caso, se você realizar este projeto, certifique-se de ter um entendimento claro dos estados e pinos do modelo Arduino que você está usando. Isso fará com que qualquer mudança entre o que é descrito aqui e o que você precisa fazer seja fácil de implementar. MIC2981 O chip MIC2981 da Micrel pode alimentar 8 cadeias de LEDs. Isso significa que as 8 linhas / anéis circulares de dez LEDs ao redor do guarda-chuva têm seus ânodos ligados ao MIC2981 (um pino alimentando cada linha / anel) e os LEDs nas cadeias ao longo das costelas (as colunas) têm seus cátodos ligados a um pino no Arduino. Isso permite a possibilidade de que os 10 LEDs em uma fileira / anel estejam acesos simultaneamente com corrente suficiente para acendê-los uniformemente. Este chip não é usado atualmente neste projeto. Tenho planos de usá-lo para alimentar e iluminar os anéis de LED. Proto Shield para o Arduino da AdaFruit Industries Usei este proto-escudo com uma placa de ensaio minúscula para poder separar o Arduino do guarda-chuva para outros projetos. A pequena placa de ensaio tem espaço suficiente para as conexões necessárias para este projeto.

Etapa 4: MockUp

Para ter certeza de que entendi como a matriz de LEDs deveria ser fabricada, fiz uma matriz 3x3 para ver se a solda e a programação funcionariam. Eles fizeram! Então decidi ir em frente com o projeto. Se você tem certeza de que entende a matriz de LED, pule esta etapa. Caso contrário, invista alguns LEDs, um pouco de fio, filme retrátil e uma hora ou mais para fazer o array 3x3 e testá-lo. Os detalhes de fazer a matriz estão nas etapas a seguir, mas são aplicáveis à maquete.

Para criar a matriz de LED 3x3, siga e modifique as etapas de Criação da matriz de LED que descrevem a matriz completa. O código de exemplo abaixo para a maquete não tira proveito do MIC2981 (eu o escrevi antes de ter um:-). Cada LED é iluminado por sua vez. Isso funciona para uma matriz 3x3, mas não se ajusta bem. [Na verdade, ele escala razoavelmente bem para a matriz completa, mas os LEDs estão um pouco escuros.]

Etapa 5: Fazendo a matriz de LED - Preparando as peças

LEDs Prepare os LEDs dobrando seus cabos. O seguinte orienta os LEDs com suas bordas planas voltadas na mesma direção. A escolha é arbitrária, mas padronizar uma orientação reduz o risco de erro. Segure o LED com o lado plano (lado do cátodo) virado para a direita. Dobre o cátodo em sua direção. Isso aponta os cátodos para o aterramento, a direção que a eletricidade deseja fluir:-). Crie a curvatura cerca de 1-2 mm abaixo da parte inferior do LED. Isso permitirá que o LED fique orgulhoso do fio. O ânodo será dobrado para a esquerda depois que os cátodos forem soldados no lugar. Isso evitará confusão durante a soldagem. Os dois cabos devem formar um ângulo reto com o cátodo apontando para você e o ânodo apontando para a esquerda. Tubo de fragmentação de calor Corte dois pedaços de 1/2 "de comprimento de tubo de 1/16" termorretrátil para cada LED. Isso é cento e sessenta peças e requer cerca de sete pés apenas para estes. Corte mais dezoito (18) peças para os cabeçalhos. Fio Corte os fios pretos em número igual às nervuras do guarda-chuva. Faça-os mais longos do que as costelas para que haja fio suficiente para criar os cabeçalhos que se conectam ao Arduino. Existem 8 anéis de LEDs que circundam o guarda-chuva (este é o número de pinos de saída no MIC2981), portanto, cada cadeia ou coluna catódica consistirá em 8 LEDs. Disponha os fios e marque os locais para os LEDs ao longo das costelas. O espaçamento neste ponto estabelece a distância entre os anéis concêntricos. Retire um pequeno pedaço de isolamento (cerca de 3 mm) em cada ponto. Corte o isolamento com descascadores de fio em dois lugares com cerca de um quarto de polegada de distância. Em seguida, esmague o isolamento com um alicate e corte-o com um estilete ou puxe-o com os dedos. Em cada espaço aberto, coloque uma pequena quantidade de solda. Isso é uma preparação para soldar os cátodos de LED a esses pontos.

Etapa 6: Fazendo a matriz de LED - cadeias catódicas

O primeiro passo para fazer a matriz de LED é construir as cadeias para os cátodos de LED. Na etapa anterior, você cortou dez (ou o número de nervuras em seu guarda-chuva) fios pretos e removeu o isolamento nos pontos onde os LEDs são soldados. Nesta etapa você soldará os cátodos dos LEDs.

Pegue uma pequena gota de solda na ponta do seu ferro. Posicione o LED de forma que o fio passe entre as duas pontas do LED e aplique o ferro quente para soldar o cátodo. A solda no ferro e no fio deve fluir para fazer a conexão. Você vai queimar o dedo e eles vão te ferir. Após a soldagem, corte o ânodo para que seja o mais curto possível. Para evitar curto-circuitos, cada junta de solda é coberta com um pedaço de tubo termorretrátil. O tubo deve ser aplicado após a conexão ser feita e antes que o próximo LED seja colocado (alguma confusão? Você logo entenderá:-) então deslize um pedaço agora. Aqueça para encolher no lugar. Repita para os LEDs restantes na cadeia e as cadeias restantes. Observação Neste instrutível, as cadeias de LEDs que seguem as costelas do guarda-chuva são chamadas de colunas e cada uma termina em um pino do Arduino. Os cátodos de LED são soldados a esses fios (pretos). Os anéis de LEDs que circulam ao redor do guarda-chuva são chamados de linhas e cada um começa em um dos pinos de saída do MIC2981. Os ânodos de LED são soldados a esses fios (vermelhos).

Etapa 7: Fazendo a matriz de LED - anéis anódicos

Esta etapa é a mais longa e a mais frustrante. Deixe você trabalhar por vários dias ou pelo tempo que puder ocupar a mesa da sala de jantar.

A matriz de LED é completada soldando os ânodos dos LEDs nas cadeias catódicas às filas / anéis circulares de fios vermelhos. A medição neste estágio é um pouco mais complicada do que para as cadeias catódicas porque cada anel tem um raio diferente e o espaçamento do LED é diferente para cada anel. Calcule o comprimento correto localizando onde cada anel cai no guarda-chuva e meça a distância entre as costelas do guarda-chuva. Você também usará essa medida para determinar o espaçamento no anel. Multiplique essa distância pelo número de costelas e calcule o comprimento do retorno. Cada anel precisa ter um retorno ao Arduino. O anel mais externo tem o retorno mais longo, e os retornos ficam progressivamente mais curtos à medida que os anéis ficam menores. Corte oito (8) pedaços de fio vermelho de comprimento apropriado. Como na etapa anterior, marque os fios nos espaçamentos corretos, amasse e remova o isolamento e coloque um pouco de solda em cada abertura. As cadeias catódicas ficam no topo dos fios vermelhos (é por isso que a curvatura do cabo do LED é um pouco mais baixa). Solde como antes e coloque um tubo termorretrátil sobre cada junta antes de passar para a próxima corrente. Cole os fios nessas junções para proteger os condutores do LED contra tensão e quebra. Isso é extremamente importante, pois trabalhar a matriz no guarda-chuva coloca uma quantidade considerável de estresse nas articulações. No final desta etapa, você deve ter uma matriz circular de LEDs com dois conjuntos de fios (um preto, um vermelho) voltando para o meio do círculo. Na próxima etapa, você fará cabeçalhos de pinos para conectar esses fios ao Arduino e ao driver.

Etapa 8: Fazendo a matriz de LED - Matriz concluída

Neste ponto, você deve ter uma matriz de LED completa. Os cátodos foram soldados aos fios pretos, os ânodos aos vermelhos. Deve ter a forma de um guarda-chuva. Seus dedos provavelmente estão queimados. Sua família acha que você é louco.

A versão da maquete é mostrada abaixo. A versão completa é, na melhor das hipóteses, complicada e eu não parei para tirar fotos. Veja as fotos do guarda-chuva com a matriz instalada para ver a matriz de LED acabada.

Etapa 9: Fazendo a matriz de LED - conectores e resistores de pinos

Antes de cortar os fios vermelho e preto no comprimento, determine onde e como você vai conectar o Arduino ao guarda-chuva. Deve caber no espaço aberto na parte superior. Uma vez determinado, corte os fios no comprimento certo e solde-os aos conectores.

Deslize pedaços de tubo termorretrátil nos oito fios vermelhos, solde-os em um conector de 8 pinos e termine o tubo. Certifique-se de fazer as conexões de maneira lógica. Considero que o menor anel interno é a linha 1, por isso ele fica preso ao pino 1 no cabeçalho e ao pino apropriado no MIC2981. Se você cometer um erro, pode revender os fios ou corrigir no código. Não se engane. [Juntei os fios do ânodo e estava com preguiça de ordenar a ordem lógica. Acontece que é tão fácil de controlar no código. Veja as notas na seção de programação.] Da mesma forma, faça cabeçalhos para as cadeias catódicas. Desta vez, no entanto, os locais dos pinos no Arduino determinam que você faça dois cabeçalhos. Você também precisa soldar um único resistor em linha. O resistor depende do LED e da tensão - consulte uma calculadora on-line do resistor de LED para obter o valor adequado. Cada cabeçalho deve ter cinco (5) pinos. Certifique-se de fazer as conexões de maneira lógica. Cole as conexões com cola quente, pois elas sofrerão dobras e tensões. A foto abaixo é da maquete.

Etapa 10: botão de pressão para alterar programas

O botão de pressão é usado para alternar entre programas. Ele dispara uma interrupção no Arduino que avança o número do programa. O Arduino Diecimilia (e outros; verifique sua versão) tem duas interrupções externas que podem ser habilitadas nos pinos digitais 2 e 3 usando a função attachInterrupt (interrupção, função, modo). Reserve o pino digital 3 para o botão de pressão. Isso deixa os pinos digitais 0, 1 e 2 e 4, 5, 6, 7, 8 como blocos para os pinos anódicos.

A interrupção é definida para disparar quando o pino 3 fica baixo. Portanto, ele deve ser mantido alto até que o botão seja pressionado, quando o pino abaixa. Isso requer um resistor pull-up de 10K para manter o pino alto. Veja a imagem do breadboard e leia sobre resistores pull-up e pull-down.

Etapa 11: breadboarding

Este projeto usa o Protoshield da Adafruit Industries com uma pequena placa de ensaio (embora qualquer configuração que caiba no guarda-chuva deva funcionar). A pequena placa de ensaio tem dezessete (17) linhas e este projeto usa todas elas! Observe que o breadboard mostrado não inclui o MIC2981. Eu não tenho um Ainda. O guarda-chuva funciona bem o suficiente sem ele, que decidi escrever este manual antes de conseguir um.

Muitas configurações diferentes são possíveis, portanto, use-as como um guia. Observe, no entanto, a localização do botão de pressão. Dois pinos no Arduino podem ser (facilmente) configurados como interrupções e o botão de pressão deve se conectar a um deles. A imagem abaixo SEM o chip MIC2981. Vou fazer o upload de uma imagem quando conseguir a peça e modificar a placa de ensaio de acordo.

Etapa 12: Testar a matriz de LED

Provavelmente é tarde para considerar o teste, mas antes tarde do que tarde demais. Antes de instalar a matriz de LED no guarda-chuva (próxima etapa), conecte a matriz ao Arduino e execute o código de teste incluído abaixo. O código simplesmente passa por cada LED e o testa. Se alguma conexão estiver ruim ou LEDs quebrados, conserte-os agora enquanto tudo está acessível.

Este também é o momento de determinar qual pino corresponde a qual linha ou coluna. Se você foi cuidadoso ao fazer os cabeçalhos dos alfinetes, você já sabe. Caso contrário, você precisará descobrir diminuindo a velocidade da animação e determinando qual pino controla qual linha ou coluna. Você define uma matriz no código que contém os números dos pinos na ordem correta.

Etapa 13: montagem dos LEDs no guarda-chuva

Com a matriz de LEDs completa e os cabeçotes e resistores de pinos no lugar, é hora de terminar a montagem. A matriz de LED deve ser posicionada entre o tecido do guarda-chuva e as costelas. O tecido de um guarda-chuva é esticado sobre as costelas e normalmente costurado em um lugar em cada costela. Isso terá que ser cortado antes que toda a matriz de LED possa deslizar para cima entre as nervuras e o tecido. Depois de posicionar a matriz de LED, costure novamente o que você cortou. Isso protegerá a matriz no guarda-chuva. Não costure novamente se achar que pode querer remover os LEDs. Não consigo imaginar por quê.

Este é um processo muito demorado. Se você ainda não colou os fios de LED a quente, faça-o agora. Do contrário, você certamente quebrará alguns LEDs durante a instalação. Trabalhei com o guarda-chuva pendurado em um cabo de vassoura suspenso entre duas cadeiras (sem foto:-). O guarda-chuva foi mantido aberto pela gravidade e o tecido não foi esticado com força. Eu poderia me mover. Comece deslizando uma coluna completa sob uma das costelas. Avance para a próxima coluna. Repetir. É um processo tedioso. Quando finalmente posicionar os LEDs, certifique-se de que as nervuras estejam apoiadas no tubo termorretrátil. Isso minimizará a chance de abrasão. O guarda-chuva não fecha bem. Acho que deveria ter mencionado isso antes. Embora ainda não tenha feito isso, vou costurar alguns laços em torno dos LEDs e na costura do tecido para mantê-los no lugar. Observe atentamente as costuras dos painéis e verá um pouco de material para costurar.