Adresseerbare melkflessen (LED-verlichting + Arduino) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Maak van PPE-melkflessen mooie LED-lampjes en gebruik een Arduino om ze te bedienen. Dit recyclet een aantal dingen, voornamelijk de melkflessen, en verbruikt een zeer laag stroomverbruik: de LED's dissiperen blijkbaar minder dan 3 watt, maar zijn helder genoeg om te zien. Ik wilde onder andere kijken of ik een elektronisch licht voelt mensvriendelijker aan dan de meeste, en gevonden draairegelaars zijn een goede manier om dit te doen. PBM-melkflessen zijn een goedkope maar esthetische manier om LED-verlichting te verspreiden. Zeker als je mooie ronde exemplaren kunt vinden:) Een object modificeren met LED-verlichting is niet alleen milieuvriendelijk, maar ook veel eenvoudiger dan helemaal opnieuw een behuizing bouwen. Omdat LED's klein zijn, kun je ze bijna overal plaatsen en produceren ze niet veel warmte zolang ze verspreid zijn en op de juiste spanning werken. Deze instructable gaat voornamelijk over fysiek ontwerp en productie, en ik ben gaan ervan uit dat je een basiskennis hebt van het maken van elektronische schakelingen en LED-verlichting. Aangezien de exacte LED's en voeding die je gebruikt waarschijnlijk zullen variëren, zal ik alleen ingaan op de basis van mijn circuit in termen van specificaties. Ik zal ook proberen u te wijzen op nuttige bronnen en meer uitleg te geven over de Arduino-microcontroller en code die hen vertelt om in volgorde te werken. De elektronica van basis-LED-verlichting is heel eenvoudig, vergelijkbaar met elektronica op de basisschool, dus waarschijnlijk niet duurt lang voordat je helemaal opneemt.

Stap 1: Gereedschappen en materialen

Om de lampen zelf te vervaardigen, hebt u het volgende nodig: PBM-melkflessen Een vel van 3 mm helder acryl met 2 kernen elektrische kabel (of luidsprekerdraad is voldoende - het kan vrij licht zijn omdat het slechts ongeveer 12 V en heel weinig stroom nodig heeft, afhankelijk van hoe u ontwerpt LED's Weerstanden Soldeerkrimpkous Een oude transformator (muurwrat voor Amerikanen), plus socket + plug om erbij te horen. stap 2)Diverse kleine boortjesJunior ijzerzaag (afhankelijk van wat je als behuizing gebruikt)SchroevendraaiersDraadstrippersZijkniptangen/DraadknippersSoldeerboutMultimeterDerde hand (essentieel om componenten aan elkaar te solderen)Desoldeerlont (als je onderdelen van andere apparaten redt)Krokodillenklemkabels (voor testen/prototyping). Misschien wil je ook een soort behuizing voor ze maken. Ik heb verschillende manieren geprobeerd om ze op te hangen, en ging zitten op een gebogen stuk PVC-buis, opgehangen aan het plafond met gaten geboord voor de kabels. Ik heb ook geprobeerd ze aan het plafond te nieten. Je kunt ze ook door een stuk bord hangen dat aan het plafond is bevestigd, aan een leiding, of zelfs gaten in je plafond zelf maken om de draden op te nemen en ze vanaf een zolder van stroom te voorzien. Stap 5 toont en bespreekt een paar van deze opties. Het bovenstaande is alles wat je nodig hebt om lampen te maken die werken met een eenvoudige aan/uit-schakelaar. Om ze meer geavanceerde functies te geven, zoals fading of sequencing, heb je ook een heleboel componenten nodig, zoals transitoren en een microcontroller: Arduino miniMini USB-adapter voor hierboven, of FTDL USB naar header-kabel. hieronder getoond, maar meer over hen en hoe ze samenwerken in stap 6. Er is ook een behuizing voor een schakelkast, wat van alles kan zijn. Ik zag een mooie ronde sacramentendoos in de Japan-kamer van het British Museum, maar ze wilden me die niet geven. Uiteindelijk heb ik een wit plastic moo-kaartdoosje gebruikt omdat het zo goed bij het thema past:) Met zo'n circuit op zijn plaats, zijn er allerlei dingen die je een arduino kunt programmeren om ermee te doen. Ik hou van kinetische verlichting, maar ik vind knipperende kerstverlichting, enz., opzichtig en mechanisch. Hun regelmaat en consistentie is koud en onverwelkomend (het moet werk vergen om de natuurlijke twinkeling van goede kerstverlichting te creëren). Ik wil niets flitsends (letterlijk). Ik wil een enkele, analoge besturing voor de lampen die heel menselijk aanvoelt, die eenvoudig de manier waarop ze aan- en uit gaan, volgt. Code daarvoor, in combinatie met een prettig aanvoelende wijzerplaat en een esthetisch aangename aluminium knop, maakt dit tot een aangenaam speeltje.

Stap 2: Knip en boor perspex

Allereerst gaan we wat perspex schijven snijden om in de doppen op de melkflessen te gaan, dan boren we gaten waardoor we de LED's en kabel kunnen monteren. Wanneer u de gatenfrees gebruikt, boort u in een stuk hout. Als u uw materiaal tijdens het knippen ergens tegenaan drukt, blijft de achterkant netjes. Naaldhout laat je ook weten wanneer je er helemaal doorheen bent gegaan, omdat je echt kunt voelen hoe de boor bijt verandert als hij het hout bereikt. Zodra je schijven klaar zijn, maak je een gat in al je melkflesdoppen zodat ze overeenkomen met het midden gaten in het perspex. Je moet ook gaten boren voor de bedrading en LED's. Wat je hier precies doet, hangt af van wat voor voeding je gaat gebruiken en wat voor circuits je erop wilt aansluiten. De mijne gebruiken drie LED's per lamp, die ik gelijkmatig rond de schijf heb gerangschikt. Je hebt een paar gaten nodig om de poten van elke LED door te laten, en twee gaten die groot genoeg zijn om de twee strengen van je kabel door te laten. (Zie de afbeelding voor toelichting). Ik heb hiervoor geen sjabloon of iets dergelijks gebruikt, ik deed het gewoon op het oog met een accuboormachine, wat kleine stukjes en geduld. Af en toe zouden twee gaten een beetje te ver uit elkaar of te dicht bij elkaar zijn voor de LED-poten, maar zolang je voorzichtig bent, kunnen ze een beetje buigen. Als dit nog geen zin heeft, maak je geen zorgen, de volgende stap zou het duidelijk moeten maken.

Stap 3: Monteer LED's

Steek nu de LED's door de gaten en let goed op de polariteit. We gaan ze in principe in serie schakelen, waarbij elke negatieve poot op de ene LED wordt aangesloten op de positieve poot op de volgende. Hoeveel u op deze manier in een serieschakeling plaatst, hangt af van de spanning van de voeding die u gebruikt. De mijne is 12v en mijn LED's hebben een voorwaartse spanning van 3,3, dus de 9,9 volt van drie LED's is het maximum dat mijn voeding aankan. Ze hebben ook een weerstand nodig om het circuit op 12v te brengen. Je moet zeker een weerstand op elke fles hebben, want als je dat niet doet, zullen de LED's doorbranden of op zijn minst heet worden (en feller). Ik heb dit geprobeerd met een vroeg prototype en ze werden heet genoeg zonder weerstand om de PBM van de dop van de fles te smelten. U kunt deze handige LED-calculator gebruiken om uit te rekenen wat u met uw eigen circuit moet doen: https://led.linear1.org/led.wizDe screengrab ervan in deze stap toont precies de waarden waarmee ik werkte en het resulterende circuit (de weerstanden worden toegevoegd in de volgende stap). Zodra je LED's door de gaten zijn en je zeker weet dat de polariteit is correct is, begint u de draden in elkaar te draaien zoals weergegeven in de reeks afbeeldingen voor deze stap. De kabels die zich het dichtst bij de kabelgaten bevinden, worden niet getwist, omdat ze aan de kabel worden gesoldeerd in plaats van aan elkaar. Blijf dit allemaal doen en zorg ervoor dat u alleen positief op negatief aansluit in plaats van pos-pos of neg-neg. Ik heb er ook voor gezorgd om al deze lichten consistent te houden. Als je erop neerkijkt, gaat de stroom altijd links naar binnen en vervolgens met de klok mee rond de LED's, die via het linkergat zijn geaard.

Stap 4: Soldeercomponenten

Nu moeten we alles op zijn plaats solderen. Soldeer eerst al je paren gedraaide draden aan elkaar en knip dan het overtollige af. Strip vervolgens de lengtes van de elektrische kabel en steek ze vervolgens door de kabelgaten die je in elke schijf hebt geboord. Wikkel de kabels rond de LED-draden, met live (bruin) naar de lange (positieve) lead van de LED-string. Rol het koper rond de draden, soldeer het op zijn plaats en knip opnieuw het overtollige lood af. Verdubbel uw kabel terug door het middelste gat en schuif vervolgens de dop van de fles naar beneden en over de schijf. Aan het andere uiteinde soldeer je een weerstand van de juiste waarde (in mijn geval 120 ohm) aan de positieve kabel. De lengte van je kabels hangt af van hoe je je lampen gaat ophangen. Zoals je kunt zien in de laatste afbeelding van deze stap, heb ik ervoor gekozen om vrij korte stukken flex te gebruiken, omdat ik wist dat ik ze tot langere lengtes zou verbinden en behuizingen zou maken die de verbindingen zouden verbergen. Het is ook gemakkelijker om met 12 kortere lengtes te werken dan met 12 veel langere.

Stap 5: Schakelaars en behuizingen

Op dit punt heb je een set lampen gemonteerd in doppen van melkflessen en ontworpen om met een bepaalde voeding te werken. De PBM-flessen, als je ze eenmaal hebt verwijderd en gewassen, schroef je gewoon weer in de doppen en fungeren als mooie diffusers. Je kunt de lichten nu aansluiten met een eenvoudige schakelkast, zoals ik eerst deed, of ervoor kiezen om doe iets complexers, zoals ze besturen met dezelfde voeding maar ook een microcontroller om ze interessantere dingen te laten doen. Vanwege tijdgebrek heb ik deze lampen ongeveer 18 maanden als prototype in verschillende stadia van ontwikkeling gehad, en in die tijd heb ik ze op twee verschillende manieren gemonteerd met drie verschillende schakelkasten. Ik heb ze ook achteraf uitgerust met een aantal betere LED's, die een iets blauwer licht gaven en diffuse behuizingen hadden. deze instructable behandelt de nieuwste (en coolste) manier die ik heb gekozen om ze te gebruiken: gemonteerd in plastic buis en afzonderlijk bestuurd.

Stap 6: Microcontrole, componenten, opruimen

Oké, dus, geweldig. We hebben nu werkende melkflesverlichting. Maar aan-uitregeling is niet erg interessant. Hoe zit het met dimmen en sequencing? Hiervoor hebben we een microcontroller nodig en ik ga een Arduino gebruiken. We hebben ook een aantal componenten nodig om ermee te werken, waarvan ik sommige oude hardware zal opruimen en recyclen. Ik gebruikte een standaard Arduino voor prototyping en zorgde ervoor dat ik kon coderen wat ik wilde (ik ben nog steeds erg veel een newbie in dit soort dingen): https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimilaEn kocht een van deze plus een USB-adapter om in het echte licht te gaan: https://arduino.cc/en/ Main/ArduinoBoardMiniIn het geval je er nog niet van hebt gehoord, Arduino's zijn prachtige kleine prototypeplatforms waarmee je goedkoop kunt leren over microcontrollers. De programmeertaal die wordt gebruikt om hen te vertellen wat ze moeten doen, is ook redelijk toegankelijk. Er is een geweldige referentie op de Arduino-website en een heleboel goede tutorials op beginnersniveau door Limor Friedman: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePagehttps://www.ladyada.net/learn/arduino/So I moet mijn circuit opnieuw ontwerpen, complexer om plaats te bieden aan een arduino mini. Ik wil dat het ze kan in- en uitschakelen volgens een aflezing van een roterende potentiometer, wat betekent dat transistors in het circuit moeten worden opgenomen zodat de Arduino als schakelaars kan worden geactiveerd. De arduino werkt ook op 5v, dus ik moet een gereguleerde 5v-voeding produceren van mijn bestaande 12v, tenzij ik twee muurwratten gebruik. De LM317T past bij de rekening; door er slechts een paar weerstanden mee te gebruiken (later gedetailleerd) kan ik ervoor zorgen dat het de juiste hoeveelheid spanning naar buiten duwt voor de Arduino. Hier is wat referentie over de LM317T: https://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page12.htm Ik heb enkele afbeeldingen van de onderstaande componenten toegevoegd, die in feite een vrij eenvoudig circuit gaan vormen. Ik heb ook enkele foto's bijgevoegd van een oude versterker die ik voor 2 pond van een lokale markt heb gekregen. Het heeft prachtige aluminium knoppen die hoogstwaarschijnlijk meer dan 2 pond per stuk kosten, en een hele reeks mooie potentiometers en stevige schakelaars om op te starten. Als je oude apparatuur opruimt, kun je voor een prikkie een paar hele mooie oude componenten krijgen. Zie de foto's voor een paar tips.

Stap 7: Transistorcircuit

Ik kan de lichten niet zomaar door de arduino schakelen, omdat ze op 12v werken en de Arduino op 5v. Met transistors kan ik een kleinere stroom gebruiken om een veel grotere in en uit te schakelen, zonder de Arduino te braden. De eerste keer dat ik de bedrading voor de lichten scheidde, labelde ik elke draad met een nummer, wetende dat ik erop zou terugkomen op een gegeven moment met een Arduino. Aangezien ik NPN-transistoren gebruik, die aan het aardeinde van het circuit gaan, moet ik al deze kabels scheiden en de +12v-kabels aan elkaar koppelen. Met behulp van luidsprekerdraad hield ik me aan de afspraak dat de zwart gestreepte kant van elk paar live zou zijn, terwijl de gewone aarde zou zijn. Het maken en vasthouden aan conventies als deze is belangrijk om later niet te verdwalen. Nadat ik alle draden eruit had gehaald, zaagde ik een rafelig gat in de bovenkant van de pijp voor bedrading. Het was mijn bedoeling om het weer af te dichten met witte plakband, met de bedrading en arduino erin, maar dit ging een beetje mis zoals je later zult zien. Eerst moest ik mijn circuit testen. De transistor heeft drie pinnen: een collector, spanning uit en basis. De basis is degene waarmee de Arduino zal praten via een weerstand van 1K, de collector neemt stroom van de aardverbinding en de spanning gaat naar de aarde. De proef werkt. Meer informatie over het gebruik van transistors met Arduino's hier: https://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads (Let op de 1K-weerstand tussen de Arduino en de basispin daar) hier is ook een inleiding over transistors: https://www.mayothi.com/transistors.htmlDus eigenlijk:

• Soldeerweerstanden op basispinnen van transistors
• Aparte massa-aansluiting voor elke lamp, en nummer zodat je ze in een begrijpelijke volgorde kunt houden.
• Splits alle spanningvoerende verbindingen voor de lampen aan elkaar, waarbij ze over de verbindingen krimpen als ze klaar zijn (Dit is erg belangrijk, aangezien de draden weer in de buis worden gepakt, is het te waarschijnlijk voor hen om het licht kort te sluiten wanneer ze zijn ingepakt als ze niet goed geïsoleerd). Bouw de splitsingen op tot een enkele aansluiting voor de +12v.
• Soldeer de collector van elke transistor aan de massaverbinding van elk lampje en krimp deze ook.
• Gebruik korte stukjes draad om alle transistoremitters aan elkaar te verbinden en bouw ze op tot een enkele aardverbinding.

Vervolgens worden ze aangesloten om te communiceren.

Stap 8: Communicatiekabels

Knip en strip 12 kabels om aan de weerstanden op de basispinnen van de transistors te solderen. Dit zijn de kabels die de arduino gebruikt om met de transistors te praten. Vergeet de krimpkous niet. Zodra de kabels op hun plaats zitten, soldeert u ze aan de pin-aansluitingen om in de pin-headers op de Arduino Mini te passen. Ik gebruikte pinnen 4 - 13 en pinnen AD0 (14) en AD1 (15) als de 12 uitgangspinnen om de transistors te schakelen. Je kunt de pinout voor de Arduino Mini hier vinden: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMini bedoeld … de mijne deed. Opluchting. Als de sockets zijn voltooid, rijgt u ze voorlopig door het uiteinde van de pijp, samen met de spannings- en massaverbindingen die u eerder hebt gesplitst. Als u reserve-pinkoppen in de buurt heeft, maken ze het gemakkelijker om krokodillenklemmen te gebruiken om te testen of alles nog werkt. Je kunt de Arduino vertellen dat hij de hele tijd een enkele pin hoog moet zetten en vervolgens één lead ervan moet gebruiken om de pin voor elk licht om de beurt aan te raken.

Stap 9: Spanningsregeling

Omdat de lichten op een 12v-voeding werken, moet er een spanningsregelaar zijn die deze naar 5v laat zakken voor de arduino. Voer de LM317T in, die een uitgangsspanning geeft, afhankelijk van de weerstanden waarmee u deze vergroot. Het verschil tussen de input en de output wordt afgevoerd als warmte, dus soms hebben deze IC's een koellichaam nodig. Hier is een tutorial over de LM317: https://www.sash.bgplus.com/lm_317/tutorial-full.html en hier is een handig rekenmachine: https://www.electronics-lab.com/articles/LM317/Zodra ik de juiste waarden heb gevonden om het 5v voor de Arduino uit te laten komen, soldeer ik, krimp ik en test ik. 5.07v komt uit, niet slecht. Nu ik weet dat het werkt, kan ik het in de hoofdbundel van bedrading solderen, 12v nemen, naar de aarde gaan en een derde uitgang hebben die naar de Arduino gaat. Ik start een andere header-socket en plaats de 5v-lijn erop die overeenkomt met de 5v-pin op de Arduino. Ik sluit ook de aarde van de arduino op dezelfde socket aan. Bijna tijd om het te testen.

Stap 10: Programmeren

Ik moet eerst wat code schrijven om mee te testen, en om het naar de Arduino te uploaden, moet ik een breadboard aansluiten om de USB-adapter op de Arduino Mini aan te sluiten. Zie hier de gids voor de Arduino mini: https://arduino. cc/en/Guide/ArduinoMinien de pin-out voor de USB-adapter hier:https://arduino.cc/en/Main/MiniUSBNa het uitproberen van knipperende sequenties met de code, enz. Ik neem genoegen met zoiets als de debugged en getweaked code op de einde van dit instructable. Merk ook op hoe de krokodilklemtests netter worden naarmate er meer wordt gesoldeerd. Het geeft voldoening, en ook zeer de moeite waard om te testen of elk licht nog steeds werkt in elke fase. Als u alleen aan het einde test, blijft u verbijsterd en weet u niet waar u moet beginnen als u een probleem hebt.

Stap 11: bekabeling en schakelkast

Nu voor de besturing. Omdat ik wil dat de bedieningselementen gescheiden zijn van het licht, heb ik een kabel nodig. Het circuit heeft spannings- en massaverbindingen nodig en de potentiometer heeft drie verbindingen nodig. Een hiervan zal live zijn vanaf de Arduino, een met de verbinding met de analoge pin die de Arduino zal gebruiken om de pot te lezen. De andere is aarde, dus dat betekent dat ik maar vier aders nodig heb die naar het licht gaan. Omdat ik geen vieraderige kabel heb, draai ik twee lange stukken luidsprekerdraad in elkaar. Niet perfect, maar niet slecht. U kunt dit eenvoudig doen, zoals op de onderstaande foto's wordt getoond, door de uiteinden van twee stukken kabel met een ritssluiting vast te binden, het ene uiteinde onder iets te steken dat zwaar genoeg is om het vast te houden, en vervolgens de kabels zelf te vlechten. lege witte plastic moo-kaartdoos die ik al een tijdje heb. Sommige componenten, zoals het stopcontact, zijn ook gerecycled uit eerdere projecten. Een eindkap en enkele kabelbinders dienen als trekontlasting aan het lichte uiteinde van de kabel. Ik begin met het aftekenen van de doos voor de pot en ga vervolgens aan de slag om de kabels aan het lichte uiteinde aan te sluiten. Door het ene paar te strippen, maar niet het andere wanneer ze verstrengeld zijn, is het gemakkelijk om ze te identificeren. Een van de gestripte gaat naar massa op de potentiometer in de schakelkast, een gaat naar +12v bij het stopcontact. De andere twee zijn signaaldraden die zijn aangesloten op de andere pinnen op de pot. Aan het andere uiteinde gaat een van deze naar de analoge pin waarvan de code de Arduino vertelt dat hij moet lezen, en een naar +5v. Nogmaals, alles kromp in elkaar toen het op zijn plaats zat. De foto's zouden je beter moeten laten zien hoe ik mijn schakelkast heb gemaakt, wat bijna rampzalig misging. Ik probeerde het eerst te lijmen, en het plastic lijkt ongevoelig voor superlijm … uiteindelijk heb ik het gesorteerd door een paar rubberen pads in de doos te gebruiken en vervolgens een paar pc-behuizingsschroeven door alle lagen van de doos te plaatsen om vast te houden ze samen en houd de pot op zijn plaats. Het stopcontact had ook een ritssluiting nodig, omdat ik geen moeren had om de draad erop te passen.

Stap 12: Opeenvolgend licht

Afgewerkt! Meer foto's en video's volgen, en de code is hieronder bijgevoegd. De bedrading bleek te groot om allemaal terug in de leiding te gaan, wat jammer is. Het betekent dat de LM317 en de arduino allebei uit de bovenkant van de pijp steken omdat het zo vol zit met draden en componenten. Als ik ze verder in elkaar drukte, begon het zich grillig te gedragen, dus ik ga ze buiten laten staan. Omdat het aan het plafond zal hangen, betwijfel ik of ze bijzonder opvallen. Ik had echter graag een oplossing bedacht die er goed uit bleef zien en tegelijkertijd alle circuits herbergde. Maakt niet uit, het werkt zoals ik het wil. De simpele analoge besturing voelt aangenaam menselijk aan. Merk je in de code op dat de cijfers waarmee dingen aan en uit gaan geen uniforme verschillen hebben? Dat komt omdat de pot die ik gebruikte Logboek bleek te zijn in plaats van Lineair, dus het gelijkmatig verdelen van de drempels resulteerde erin dat alle activiteit aan één kant van de reis van de pot werd verpletterd.

Eerste prijs in de Epilog Challenge