LED-paraplu met Arduino 14 stappen (met afbeeldingen) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

De LED-paraplu met Arduino combineert een paraplu, een 8x10 LED-matrix en een Arduino-microcontroller om een bestuurbare, programmeerbare LED-ervaring te creëren in de privacy van uw eigen paraplu. Dit project is geïnspireerd op de elektrische paraplu van sockmaster en een aantal LED-matrix-instructie op deze site, met name deze zeer complete door barney_1.

Maak je klaar om mijn paraplu te pimpen! Iedereen die dit project onderneemt, moet toegang hebben tot standaard soldeergereedschappen - tangen, diagonale knippers, draadknippers en strippers, soldeerbout en soldeer, multimeter - en ervaring hebben met het werken met de Arduino. De Arduino-setup is niet moeilijk en een programma met verschillende animaties van de LED's is opgenomen in deze instructible. Videoclip is onderweg! Voorbeeldcode (zie laatste stap) is ook onderweg. De code die ik wel heb, maakt geen gebruik van de drukknopschakelaar en daar ben ik nu mee bezig.

Stap 1: Onderdelen

Er zijn zeer weinig onderdelen voor dit project en ze zijn meestal generiek. Ze kunnen gemakkelijk worden verkregen bij een willekeurig aantal online retailers - onder meer Adafruit Industries, DigiKey, Jameco en All Electronics. Vervangen zoals redelijk lijkt. Elektronica 1 x Microcontroller -- Arduino Diecimilia 1 x Paraplu 1 x MIC2981 -- 8-kanaals, high-voltage, high-current source driver array -- 576-1158-ND1 x Protoshield voor Arduino met klein breadboard -- Adafruit Industries 80 x LED -- veel opties zijn mogelijk 8 x weerstanden -- afhankelijk van de keuze van de LED en de bronspanning. Draad Er is veel draad nodig voor dit project. Elke rib van de paraplu heeft een zwarte draad (voor de kathodes van de LED's) en elke cirkel van LED's rond de paraplu vereist een volledige lengte rode draad (voor de anodes van de LED's). Sommige zijn ook nodig om de uiteinden van de kettingen terug te sturen naar de Arduino. 24 voet zwarte draad voor kathodekettingen (volg de ribben terug naar het midden) 70 voet rode draad voor anoderingen (ringen rond paraplu) Diversen Standaard mannelijke headers -- Krimpkous 1/16 -- ongeveer zeven voet buis is nodig Tactiele schakelaar -- Off-MomPatience … en soldeervaardigheden. De matrix van LED's moet zorgvuldig worden geconstrueerd en de anodes en kathoden moeten van elkaar worden geïsoleerd met krimpkous. Dit kan even duren.

Stap 2: Nabeschouwing - een gewaarschuwd mens is een voorbode

Paraplu Gebruik niet je beste paraplu! Of zelfs de beste paraplu van iemand anders. De paraplu is toegewijd aan het project en hoewel je de LED-matrix eruit zou kunnen halen, wil je dat niet meer tegen de tijd dat je klaar bent. Plaatsing Hoewel de LED's een persoonlijke ervaring onder de paraplu bieden, zijn ze niet bijzonder zichtbaar van buitenaf / boven de paraplu. Overweeg of je de LED's aan de buitenkant van de paraplu wilt. Ze zouden veel beter zichtbaar zijn en de installatie zou een stuk eenvoudiger zijn. Je zou gaten in de stof moeten prikken om de draden in de Arduino te voeren. Stijl gaat in dit geval boven waterdichtheid. LED's Kies een mooie kleur voordat je veel tijd steekt in het maken van dit ding. LED's zijn blijkbaar goedkoper op eBay dan via catalogi, dus onderzoek uw opties. Draad Een kleinere dikte of meeraderige draad is waarschijnlijk beter dan AWG xxx massieve draad. Ik gebruikte massief draad en het maakt het opvouwen van de paraplu bijna onmogelijk. Ik zou ook geen rode draad gebruiken voor de anoderingen. Ik zou een donkere kleur hebben gekozen die minder zichtbaar is.

Stap 3: Ontwerpoverwegingen

Arduino Ik koos ervoor om de Arduino te gebruiken in plaats van een andere Atmel AVR-microcontroller om dit project toegankelijk te maken. Met de Arduino is het niet nodig om een aangepast bord te ontwerpen en programmeren en aanpassen is veel eenvoudiger met het Arduino-platform. Het enige nadeel van de Arduino is dat hij groot is en niet goed in een paraplu past. De voordelen wegen echter op tegen de kosten. Dit project is gebaseerd op de Arduino Diecimilia, maar (denk ik) de pinouts zijn hetzelfde op nieuwere versies. Als u dit project onderneemt, zorg er dan in ieder geval voor dat u een goed begrip heeft van de toestanden en pinnen van het Arduino-model dat u gebruikt. Hierdoor worden eventuele wijzigingen tussen wat hier wordt beschreven en wat u moet doen eenvoudig te implementeren. MIC2981 De MIC2981-chip van Micrel kan 8 reeksen LED's van stroom voorzien. Dit betekent dat de 8 cirkelvormige rijen/ringen van tien LED's die rond de paraplu gaan, hun anodes hebben die zijn gekoppeld aan de MIC2981 (één pin voor elke rij/ring) en de LED's in de kettingen langs de ribben (de kolommen) hebben hun kathodes gekoppeld aan een speld op de Arduino. Dit zorgt voor de mogelijkheid dat de 10 LED's in een rij/ring tegelijkertijd branden met voldoende stroom om ze gelijkmatig te verlichten. Deze chip wordt momenteel niet gebruikt in dit project. Ik heb plannen om het te gebruiken om de LED-ringen van stroom te voorzien en op te fleuren. Proto Shield voor de Arduino van AdaFruit Industries Ik gebruikte dit protoshield met een klein breadboard zodat ik de Arduino van de paraplu kon losmaken voor andere projecten. Het kleine breadboard heeft net genoeg ruimte voor de aansluitingen die nodig zijn voor dit project.

Stap 4: MockUp

Om er zeker van te zijn dat ik begreep hoe de LED-array moest worden gefabriceerd, maakte ik een 3x3-array om te zien of het solderen en programmeren zou werken. Dat deden ze! Dus besloot ik door te gaan met het project. Als u zeker weet dat u de LED-array begrijpt, slaat u deze stap over. Investeer anders een paar LED's, wat draad, krimpfolie en een uur of zo in het maken van de 3x3-array en het testen ervan. De details van het maken van de array zijn in de volgende stappen, maar zijn van toepassing op de mockup.

Om de 3x3 LED-matrix te maken, volgt en wijzigt u de stappen De LED-matrix maken die de volledige matrix beschrijven. De voorbeeldcode hieronder voor de mockup maakt geen gebruik van de MIC2981 (ik schreef het voordat ik er een had:-). Elke LED wordt om de beurt verlicht. Dit werkt voor een 3x3 array, maar schaalt niet goed. [Eigenlijk schaalt het redelijk goed naar de volledige matrix, maar de LED's zijn een beetje zwak.]

Stap 5: De LED-matrix maken -- De onderdelen voorbereiden

LED's Bereid de LED's voor door hun draden te buigen. Het volgende oriënteert de LED's met hun platte randen in dezelfde richting. De keuze is arbitrair, maar het standaardiseren van een oriëntatie verkleint de kans op fouten. Houd de LED met de platte kant (kathodekant) naar rechts gedraaid. Buig de kathode naar u toe. Dit wijst de kathodes naar aarde, de richting waarin elektriciteit wil stromen:-). Maak de bocht ongeveer 1-2 mm onder de onderkant van de LED. Hierdoor kan de LED trots op de draad staan. De anode wordt naar links gebogen nadat de kathoden op hun plaats zijn gesoldeerd. Dit voorkomt verwarring bij het solderen. De twee draden moeten een rechte hoek vormen met de kathode naar u toe gericht en de anode naar uw linkerzijde. Warmtekrimpslang Snijd twee 1/2" lange stukken van 1/16" krimpkous voor elke LED. Dat zijn honderdzestig stuks en alleen al hiervoor is ongeveer twee meter nodig. Knip nog eens achttien (18) stukken voor de koppen. Draad Knip de zwarte draden in aantal gelijk aan de ribben op de paraplu. Maak ze voldoende langer dan de ribben, zodat er genoeg draad is om de headers te maken die verbinding maken met de Arduino. Er zijn 8 ringen van LED's die rond de paraplu gaan (dit is het aantal uitgangspinnen op de MIC2981), dus elke kathodeketen of kolom zal uit 8 LED's bestaan. Leg de draden uit en markeer de locaties voor de LED's langs de ribben. De afstand op dit punt bepaalt de afstand tussen de concentrische ringen. Strip op elk punt een klein stukje isolatie (ongeveer 3 mm). Snijd door de isolatie met draadstrippers op twee plaatsen ongeveer een kwart inch uit elkaar. Plet vervolgens de isolatie met een tang en knip de isolatie uit met een mes of trek deze eruit met uw vingers. Breng in elke open ruimte een kleine hoeveelheid soldeer aan. Dit ter voorbereiding van het solderen van de LED-kathodes op deze plekken.

Stap 6: De LED-matrix maken - kathodekettingen

De eerste stap bij het maken van de LED-matrix is het construeren van de kettingen voor de LED-kathoden. In de vorige stap knipte je tien (of het aantal ribben op je paraplu) zwarte draden en stripte de isolatie op de punten waar de LED's zijn gesoldeerd. In deze stap soldeer je de kathodes van de LED's.

Pak een kleine klodder soldeer op de punt van je strijkijzer. Plaats de LED zo dat de draad tussen de twee draden van de LED loopt en breng het hete strijkijzer aan om de kathode te solderen. Het soldeer op het strijkijzer en de draad moeten vloeien om een verbinding te maken. Je zult je vinger verbranden en ze zullen je taze. Knip na het solderen de anode zo kort mogelijk af. Om kortsluiting te voorkomen, wordt elke soldeerverbinding afgedekt met een stuk krimpkous. De buis moet worden aangebracht nadat een verbinding is gemaakt en voordat de volgende LED wordt bevestigd (verwarring? je zult het snel begrijpen:-) dus schuif nu een stuk erop. Warmte om op zijn plaats te krimpen. Herhaal dit voor de resterende LED's in de ketting en de resterende kettingen. Opmerking In deze instructie worden de kettingen van LED's die de ribben van de paraplu volgen, kolommen genoemd en elk eindigt op een pin van de Arduino. Op deze (zwarte) draden zijn de LED-kathoden gesoldeerd. De ringen van LED's die rond de paraplu cirkelen, worden rijen genoemd en elk begint bij een van de MIC2981-uitgangspinnen. Op deze (rode) draden zijn de LED anodes gesoldeerd.

Stap 7: De LED-matrix maken - Anoderingen

Deze stap is de langste en meest frustrerende. Verdeel je werk over meerdere dagen, of zo lang als je de eettafel kunt overnemen.

De LED-matrix wordt gecompleteerd door de anodes van de LED's op de kathodekettingen te solderen aan de cirkelvormige rijen/ringen van rode draden. Het meten in dit stadium is iets gecompliceerder dan bij de kathodekettingen omdat elke ring een andere straal heeft en de LED-afstand voor elke ring anders is. Bereken de juiste lengte door te bepalen waar elke ring op de paraplu valt en meet de afstand tussen de ribben van de paraplu. Deze maat gebruik je ook om de afstand op de ring te bepalen. Vermenigvuldig deze afstand met het aantal ribben en bereken vervolgens de lengte van de retour. Elke ring moet een terugkeer naar de Arduino hebben. De buitenste ring heeft het langste rendement en het rendement wordt steeds korter naarmate de ringen kleiner worden. Knip acht (8) stukken rode draad van de juiste lengte af. Markeer, net als in de vorige stap, de draden op de juiste afstanden, plet en verwijder de isolatie en doe een beetje soldeer in elke opening. De kathodekettingen zitten bovenop de rode draden (daarom is de bocht in de LED-draad iets lager). Soldeer zoals eerder en plaats krimpkous over elke verbinding voordat u verder gaat met de volgende ketting. Heetlijm de draden bij deze knooppunten om de LED-draden te beveiligen tegen spanning en breuk. Dit is uiterst belangrijk omdat het werken van de matrix in de paraplu een aanzienlijke hoeveelheid spanning op de gewrichten legt. Aan het einde van deze stap zou u een cirkelvormige reeks LED's moeten hebben met twee sets draden (een zwarte, een rode) die terugkeren naar het midden van de cirkel. In de volgende stap maakt u pin-headers om deze draden aan de Arduino en het stuurprogramma te bevestigen.

Stap 8: De LED-matrix maken - voltooide matrix

Op dit punt zou u een voltooide LED-matrix moeten hebben. De kathoden gesoldeerd aan de zwarte draden, de anodes aan de rode. Het moet de vorm van een paraplu hebben. Je vingers zijn waarschijnlijk verbrand. Je familie denkt dat je gek bent.

De mockup-versie is hieronder weergegeven. De volledige versie is op zijn best onpraktisch en ik stopte niet om foto's te maken. Kijk naar foto's van de paraplu met de matrix geïnstalleerd om de afgewerkte LED-matrix te zien.

Stap 9: De LED-matrix maken - Pin-headers en weerstanden

Voordat je de rode en zwarte draden op lengte knipt, moet je bepalen waar en hoe je de Arduino aan de paraplu gaat bevestigen. Het moet in de open ruimte bovenaan passen. Eenmaal bepaald, knipt u de draden op lengte en soldeert u ze aan de headers.

Schuif stukjes krimpkous op de acht rode draden, soldeer ze aan een 8-pins header en krimp de slang. Zorg ervoor dat u de verbindingen op een logische manier maakt. Ik beschouw de kleinste binnenring als rij 1, dus deze wordt bevestigd aan pin 1 op de header en de juiste pin op de MIC2981. Als u een fout maakt, kunt u de draden opnieuw solderen of in code corrigeren. Maak geen fout. [Ik heb de anodedraden samengebundeld en was te lui om de logische volgorde te bepalen. Het blijkt net zo eenvoudig te controleren in code. Zie opmerkingen in de programmeersectie.] Maak op dezelfde manier headers voor de kathodeketens. Deze keer dicteren de pinlocaties op de Arduino echter dat je twee headers maakt. Je moet ook een enkele weerstand in lijn solderen. De weerstand is afhankelijk van de LED en spanning -- raadpleeg een online LED-weerstandscalculator voor de juiste waarde. Elke kop moet vijf (5) pinnen hebben. Zorg ervoor dat u de verbindingen op een logische manier maakt. Heet lijm de verbindingen omdat deze buigen en stress zullen ondergaan. De onderstaande afbeelding is van de mockup.

Stap 10: Drukknopschakelaar voor het wijzigen van programma's

De drukknopschakelaar wordt gebruikt om tussen programma's te schakelen. Het activeert een interrupt op de Arduino die het programmanummer vooruitgaat. De Arduino Diecimilia (en anderen; controleer uw versie) hebben twee externe interrupts die kunnen worden ingeschakeld op digitale pinnen 2 en 3 met behulp van de functie attachInterrupt (interrupt, functie, modus). Reserve digitale pin 3 voor de drukknopschakelaar. Dit laat digitale pinnen 0, 1 en 2 en 4, 5, 6, 7, 8 als blokken voor de anodepinnen.

De interrupt is ingesteld om te activeren wanneer pin 3 laag wordt. Het moet daarom hoog worden gehouden totdat de knop wordt ingedrukt, waarbij de pin laag gaat. Dit vereist een 10K pull-up weerstand om de pin hoog te houden. Zie de breadboard-afbeelding en lees over pull-up en pull-down weerstanden.

Stap 11: Breadboarden

Dit project gebruikt de Protoshield van Adafruit Industries met een klein breadboard (hoewel elke opstelling die in de paraplu past zou moeten werken). Het kleine breadboard heeft zeventien (17) rijen en dit project gebruikt ze allemaal! Merk op dat het getoonde breadboard niet de MIC2981 bevat. Ik heb er geen. Nog. De paraplu werkt goed genoeg zonder dat ik besloot dit instructable te schrijven voordat ik er een kreeg.

Er zijn veel verschillende configuraties mogelijk, dus gebruik dit als richtlijn. Let echter op de locatie van de drukknopschakelaar. Twee pinnen op de Arduino kunnen (gemakkelijk) worden geconfigureerd als interrupts, en de drukknopschakelaar moet op een van hen worden aangesloten. De onderstaande afbeelding is ZONDER de MIC2981-chip. Ik zal een afbeelding uploaden wanneer ik het onderdeel ontvang en het breadboard dienovereenkomstig aanpassen.

Stap 12: De LED-matrix testen

Dit is waarschijnlijk laat in het spel om te overwegen om te testen, maar beter laat dan te laat. Voordat u de LED-matrix in de paraplu installeert (volgende stap), sluit u de matrix aan op de Arduino en voert u de onderstaande testcode uit. De code loopt gewoon door elke LED en test deze. Als verbindingen slecht zijn of LED's kapot zijn, repareer ze dan nu terwijl alles toegankelijk is.

Dit is ook het moment om te bepalen welke pin bij welke rij of kolom hoort. Als je voorzichtig was bij het maken van de pin-headers, weet je het al. Anders moet u erachter komen door de animatie te vertragen en te bepalen welke pin welke rij of kolom bestuurt. Je stelt een array in code in waarin de pincodes in de juiste volgorde staan.

Stap 13: Montage van de LED's in de paraplu

Met de LED-matrix compleet en de pin-headers en weerstanden op hun plaats, is het tijd om de montage af te ronden. De LED-matrix moet tussen het doek van de paraplu en de ribben worden geplaatst. De stof van een paraplu wordt over de ribben gespannen en meestal op één plaats aan elke rib genaaid. Deze zal eerst moeten snijden voordat de gehele LED-matrix tussen de ribben en de stof kan worden geschoven. Nadat u de LED-matrix hebt geplaatst, naait u opnieuw wat u hebt gesneden. Hierdoor wordt de matrix in de paraplu vastgezet. Naai niet opnieuw als u denkt dat u de LED's wilt verwijderen. Kan me niet voorstellen waarom.

Dit is een zeer tijdrovend proces. Als je de LED-draden nog niet hebt gelijmd, doe dat dan nu. Doe je dat niet, dan breken er zeker een paar leds tijdens de installatie. Ik werkte met de paraplu die aan een bezemsteel tussen twee stoelen hing (geen foto:-). De paraplu werd opengehouden door de zwaartekracht en de stof was niet strak gespannen. Ik kon me verplaatsen. Begin met het schuiven van een volledige kolom onder een van de ribben. Ga vooruit en de volgende kolom. Herhalen. Het is een moeizaam proces. Zorg er bij het plaatsen van de LED's voor dat de ribben op de krimpkous rusten. Hierdoor wordt de kans op slijtage geminimaliseerd. De paraplu sluit niet goed. Ik denk dat ik dit eerder had moeten vermelden. Hoewel ik dit nog niet heb gedaan, ga ik een paar lussen rond de LED's en in de naad van de stof naaien om ze op hun plaats te houden. Kijk goed naar de naden van de panelen en je ziet een stukje stof waar je in kunt naaien.