Arduino RGB Nachtlicht
Wahrscheinlich hatte jeder in der Kindheit einen Traum (und keinen). Sie können sogar versuchen, sich an das Gefühl zu erinnern, das die Seele eines Kindes bei der Erfüllung seiner Träume überwältigt, oder an das entfernte vertraute Leuchten in seinen Augen ... Als Kind träumte ich davon, mein Nachtlicht zu haben.Jetzt studiere ich im 4. Jahr der BSUIR und als uns mitgeteilt wurde, dass das Kursprojekt zum Schaltungsdesign nicht auf Papier, sondern auf einem Stück Eisen durchgeführt werden kann, wurde mir klar: Die Nachtlampe, die ich mir in meiner Kindheit gewünscht hatte, kann selbst durchgeführt werden. Und nicht nur ein Objekt zu schaffen, das den Raum im Dunkeln beleuchtet, sondern ein Gerät, das für jede Stimmung leicht zu steuern ist. Warum nicht? Ich habe beschlossen, die Möglichkeit hinzuzufügen, Farben mit meinen Händen zu ändern: Je näher die Hand dem Nachtlicht kommt, desto heller leuchtet eine der Farben (RGB) auf. Und ich möchte auch das Nachtlicht mit der Fernbedienung steuern.Ich gebe sofort zu, dass ich die Idee auf cxem.net ausspioniert habe . Kurz gesagt, in diesem Beispiel wurde eine RGB-Matrix verwendet, die unter Verwendung von Schieberegistern und Ultraschall-Abstandssensoren gesteuert wurde. Aber ich dachte, dass die Matrix ausschließlich in eine Richtung scheint, aber ich wollte, dass das Nachtlicht auf beiden Seiten scheint.Begründung von Schaltungselementen
Ich wandte mich den Arduino-Mikrocontrollern zu. UNO ist eine gute Option für meine Idee, zum einen, weil es die beliebteste Plattform ist und die Anzahl der Pins im Gegensatz zu Mega nicht zu groß ist, und zum anderen können Sie eine externe Stromquelle daran anschließen, in meinem Fall sind es 12 V, im Gegensatz zu Nano drittens ... nun, ich denke, Sie können sich auf diese beiden Punkte konzentrieren. Die Plattform ist aufgrund der Bequemlichkeit und Einfachheit der Programmiersprache sowie ihrer offenen Architektur und des Programmcodes auf der ganzen Welt sehr beliebt.Weitere Informationen zu diesem Forum finden Sie im Internet, sodass ich den Artikel nicht überladen werde.Also die Grundvoraussetzungen für das System. Erforderlich:- Sensoren, die den Abstand zur Barriere zur Steuerung des Systems verfolgen;- einen Sensor zum Lesen von Signalen von der Fernbedienung;- LEDs, die die erforderliche Beleuchtungsfunktionalität bieten;- eine Steuereinheit, die das gesamte System steuert.
Entfernungssensoren werden als Abstandssensoren für das Projekt benötigt, von denen jeder einer bestimmten Farbe entspricht: Rot, Grün, Blau. Die Abstandssensoren überwachen den Abstand der Hand zur Nachtlampe. Je näher die Hand einem bestimmten Sensor kommt, desto mehr brennt die diesem Entfernungsmesser entsprechende Farbe. Umgekehrt, je weiter die Hand entfernt ist, desto weniger Spannung wird an die Farbe angelegt, die dem Sensor entspricht.Die derzeit beliebtesten Entfernungsmesser sind der Sharp GP2Y0A21YK und der HC-SR04. Sharp GP2Y0A21YK ist ein Infrarot-Entfernungsmesser. Es ist mit einem Infrarot-Sender und einem Infrarot-Empfänger ausgestattet: Der erste dient als Quelle des Strahls, dessen Reflexion den zweiten einfängt. Gleichzeitig sind die Infrarotstrahlen des Sensors für das menschliche Auge bei dieser Intensität unsichtbar und harmlos.Gegenüber dem Ultraschallsensor HC-SR04 hat dieser Sensor sowohl Vor- als auch Nachteile. Zu den Vorteilen zählen Neutralität und Unbedenklichkeit. Die Nachteile sind eine kürzere Reichweite und die Abhängigkeit von externen Geräuschen, einschließlich einiger Beleuchtungsarten.
Die Ultraschall-Entfernungsmesser HC-SR04 wurden als Abstandssensoren für das Projekt verwendet.Das Wirkprinzip von HC-SR04 basiert auf dem bekannten Phänomen der Echolokalisierung. Bei Verwendung erzeugt der Sender ein akustisches Signal, das vom Hindernis reflektiert zum Sensor zurückkehrt und vom Empfänger aufgezeichnet wird. Wenn man die Geschwindigkeit der Ultraschallausbreitung in Luft (ungefähr 340 m / s) und die Verzögerungszeit zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal kennt, ist es einfach, den Abstand zur Schallbarriere zu berechnen.Der TRIG-Eingang ist mit einem beliebigen Pin des Mikrocontrollers verbunden. Dieser Ausgang erfordert ein gepulstes digitales Signal mit einer Dauer von 10 μs. Das Signal am TRIG-Eingangssensor sendet eine Packung Ultraschallimpulse. Nach dem Empfang des reflektierten Signals erzeugt der Sensor am ECHO-Ausgang ein Impulssignal, dessen Dauer proportional zum Abstand zum Hindernis ist.
IR-Sensor. Natürlich wird das für die Fernbedienung erforderliche Signal von diesem Sensor gelesen und decodiert. TSOP18 unterscheiden sich nur in der Frequenz. Für das Projekt wurde der Sensor VS1838B TSOP1838 ausgewählt.Das Projekt basierte auf der Idee, den Raum mit einer beliebigen Farbe zu beleuchten. Dies legt nahe, dass 3 Primärfarben benötigt werden, aus denen die Beleuchtung erhalten wird: Rot, Grün, Blau. Daher wurde das LED-Modell SMD 5050RGB gewählt, das die Aufgabe perfekt bewältigt.Abhängig von der an jede LED gelieferten Spannung ändern sie die Intensität dieser Beleuchtung. Die LED muss über einen Widerstand angeschlossen werden, sonst besteht die Gefahr, dass nicht nur sie, sondern auch Arduino beschädigt wird. Ein Widerstand wird benötigt, um den Strom an der LED auf einen akzeptablen Wert zu begrenzen. Tatsache ist, dass der Innenwiderstand der LED sehr niedrig ist und wenn Sie keinen Widerstand verwenden, fließt ein Strom durch die LED, der einfach sowohl die LED als auch den Controller verbrennt.
Die im Projekt verwendeten Streifen mit LEDs werden mit 12 V versorgt.Aufgrund der Tatsache, dass die Spannung an den LEDs im ausgeschalteten Zustand 6 V beträgt und die Stromversorgung über 5 V geregelt werden muss, müssen im Schlüsselmodus Transistoren zur Schaltung hinzugefügt werden. Meine Wahl fiel auf den BC547c.Betrachten Sie für diejenigen, die vergessen haben, kurz das Funktionsprinzip des npn-Transistors. Wenn Sie überhaupt keine Spannung anlegen, sondern einfach die Schlussfolgerungen von Basis und Emitter ziehen und schließen, auch wenn diese nicht kurz sind, sondern über einen Widerstand von mehreren Ohm, stellt sich heraus, dass die Basis-Emitter-Spannung Null ist. Folglich gibt es keinen Basisstrom. Der Transistor ist geschlossen, der Kollektorstrom ist vernachlässigbar, genau der gleiche Anfangsstrom. In diesem Fall wird gesagt, dass sich der Transistor in einem Abschaltzustand befindet. Der entgegengesetzte Zustand wird als Sättigung bezeichnet: Wenn der Transistor vollständig geöffnet ist, gibt es keinen Ort, an dem weiter geöffnet werden kann. Bei einem solchen Öffnungsgrad ist der Widerstand des Kollektor-Emitter-Abschnitts so gering, dass es einfach unmöglich ist, den Transistor ohne Last in der Kollektorschaltung einzuschalten, er brennt sofort. In diesem Fall kann die Restspannung am Kollektor nur 0,3 ... 0,5 V betragen.Diese beiden Zustände - Sättigung und Abschaltung - werden verwendet, wenn sich der Transistor wie ein normaler Relaiskontakt im Schlüsselmodus befindet. Der Hauptpunkt dieses Modus ist, dass ein kleiner Basisstrom einen großen Kollektorstrom steuert, der mehrere zehnmal größer ist als der Basisstrom. Ein großer Kollektorstrom wird durch eine externe Energiequelle erhalten, aber trotzdem ist die Stromverstärkung, wie sie sagen, offensichtlich. In unserem Fall enthält die Mikroschaltung, deren Betriebsspannung 5 V beträgt, 3 Streifen mit LEDs, die mit 12 V betrieben werden.Wir berechnen den Betriebsmodus der Tastenkaskade. Es ist erforderlich, den Wert des Widerstands im Basisstromkreis zu berechnen, damit die LEDs bei voller Leistung leuchten. Eine notwendige Bedingung bei der Berechnung ist, dass die Stromverstärkung größer oder gleich dem Quotienten zum Teilen des maximal möglichen Kollektorstroms durch den minimal möglichen Basisstrom ist:
Daher können die Streifen eine Betriebsspannung von 220 V haben und die Basisschaltung kann von einer 5-V-Mikroschaltung gesteuert werden. Wenn der Transistor so ausgelegt ist, dass er mit einer solchen Spannung am Kollektor arbeitet, leuchten die LEDs problemlos auf.Der Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang beträgt 0,77 V, vorausgesetzt, der Basisstrom beträgt 5 mA und der Kollektorstrom 0,1 A.Die Spannung am Basiswiderstand beträgt:
Nach dem Ohmschen Gesetz:
Aus der Standardwiderstandsreihe wählen wir einen 8,2-kOhm-Widerstand. Die Berechnung ist nun abgeschlossen.Ich möchte Ihre Aufmerksamkeit auf ein Problem lenken, auf das ich gestoßen bin. Bei Verwendung der IRremote-Bibliothek stürzte der Arduino beim Anpassen der blauen Farbe ab. Nach einer langen und gründlichen Suche im Internet stellte sich heraus, dass diese Bibliothek den Standard-Timer 2 für dieses Arduino-Modell verwendet. Timer werden zur Steuerung der PWM-Ausgänge verwendet.Timer 0 (Systemzeit, PWM 5 und 6);Timer 1 (PWM 9 und 10);Timer 2 (PWM 3 und 11).Anfangs habe ich PWM 11 verwendet, um die blaue Farbe anzupassen. Seien Sie daher vorsichtig, wenn Sie mit PWM, Timern und Bibliotheken von Drittanbietern arbeiten, die diese verwenden können. Es ist seltsam, dass auf der Hauptseite des Githubs nichts über diese Nuance gesagt wurde. Wenn Sie möchten, können Sie die Zeile mit Timer 1 und Kommentar 2 auskommentieren. DasVerbinden von Elementen auf dem Steckbrett sieht folgendermaßen aus:
Nach dem Testen auf dem Steckbrett begannen die Phasen „Platzierung der Elemente auf dem Brett“ und „Arbeiten mit einem Lötkolben“. Nach dem ersten Test des fertigen Boards schleicht sich mir der Gedanke ein: Etwas ist schief gelaufen. Und dann beginnt die vertraute Phase der „sorgfältigen Arbeit mit dem Tester“. Die Störungen (mehrere benachbarte Kontakte wurden versehentlich verlötet) wurden jedoch schnell behoben und hier ist er das lang erwartete schelmische Licht von LEDs.
Weiter war es nur der Fall. Aus diesem Grund wurde Sperrholz mit Löchern für unsere Sensoren geschnitten. Die hintere Abdeckung wurde speziell abnehmbar gemacht, damit Sie die Aussicht von innen genießen und, falls gewünscht, etwas fertigstellen oder neu gestalten können. Es hat auch 2 Löcher für die Neuprogrammierung der Platine und Stromversorgung.Der Körper wurde auf einen Zweikomponenten-Epoxidklebstoff geklebt. Es ist erwähnenswert, dass dieser Kleber für diejenigen, die ihn noch nicht kennengelernt haben, besonders ist. Dieser Begleiter wird in zwei getrennten Behältern geliefert, bei deren Inhalt eine sofortige chemische Reaktion auftritt. Nach dem Mischen müssen Sie innerhalb von 3-4 Minuten schnell handeln. Für die weitere Verwendung müssen Sie eine neue Portion mischen. Wenn Sie also versuchen, dies zu wiederholen, ist mein Rat an Sie, kleine Portionen zu mischen und sehr schnell zu handeln. Es wird nicht viel Zeit zum Nachdenken geben. Daher lohnt es sich im Voraus zu überlegen, wie und wo der Fall zu kleben ist. Und in einer Sitzung wird dies nicht funktionieren.Um die Streifen mit LEDs zu befestigen, wurde eine Röhre in die obere Abdeckung eingeführt, durch die alle Drähte perfekt verliefen.
Als die Frage mit einem Lampenschirm auftauchte, erinnerte ich mich daran, wie ich in meiner Kindheit Kunsthandwerk aus einfachem Faden, Kleber und einem Ballon gemacht habe, der als Grundlage diente. Das Prinzip für den Lampenschirm ist das gleiche, aber das Einwickeln eines Polyeders war schwieriger als das Einkugeln einer Kugel. Aufgrund des Drucks, den die Fäden auf die Struktur ausübten, begann sie sich nach oben zu verjüngen und die Fäden begannen zu fallen. Notfall, mit Händen im Kleber, wurde beschlossen, die Struktur von oben zu stärken. Und dann kam die CD zur Rettung. Als Ergebnis haben wir so ein Nachtlicht:
Was möchten Sie als Ergebnis sagen?
Was soll ich im Projekt ändern? Um TRIG-Abstandssensoren zu signalisieren, könnte ein Arduino-Ausgang anstelle von drei verwendet werden. Ich hätte auch ein Loch für den Infrarotsensor vorgesehen (das ich vergessen habe), das leider in dem Fall verborgen ist, aus dem er natürlich keine Signale von der Fernbedienung lesen kann. Wer hat jedoch gesagt, dass Sie nichts löten und bohren können?
Ich möchte darauf hinweisen, dass es ein interessantes Semester war und eine großartige Gelegenheit, etwas zu versuchen, das nicht auf Papier ist, damit ich neben dem Punkt „Kindheitstraum“ ein weiteres Häkchen setzen kann. Und wenn es Ihnen so vorkommt, als ob es schwierig ist, etwas Neues auszuprobieren, und Sie nicht wissen, was Sie zuerst tun sollen, machen Sie sich keine Sorgen. Der Gedanke geht vielen durch den Kopf: Wo soll ich anfangen und wie kann das überhaupt gemacht werden? Im Leben gibt es viele Aufgaben, bei denen Sie verwirrt sein können, aber wenn Sie es einfach versuchen, werden Sie feststellen, dass Sie mit einem Augenzwinkern Berge drehen können, auch wenn Sie ein wenig dafür versuchen müssen.Link zum Quellcode .Artikelautorin: Anastasia KovshSource: https://habr.com/ru/post/de388573/
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