Dudukan Botol Berinteraksi Muzik Dengan Lampu Boleh Laras: 14 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Beberapa ketika yang lalu, seorang rakan saya memerintahkan cincin LED 16 Bit untuk bermain-main, dan semasa melakukannya dia mendapat idea untuk meletakkan sebotol di atasnya. Ketika saya melihatnya, saya terpesona dengan rupa cahaya yang menerangi termos dan teringat projek hebat "Mc Lighting" oleh pengguna Hackaday Tobias Blum:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Salah satu aspek dalam projeknya ialah mengendalikan LED WS2812 melalui antara muka web yang ditulis sendiri tanpa menggunakan perkhidmatan luaran. Terinspirasi oleh pendekatannya mengendalikan cincin LED, saya memutuskan untuk menggabungkan kedua-dua idea itu dan membawanya ke tahap seterusnya. Dalam fikiran saya, saya mempunyai botol sehingga tiga botol, yang dapat dikendalikan melalui laman web tempatan, yang menampilkan beberapa kilat mod termasuk mod yang berinteraksi dengan muzik ambien. Untuk membuat peranti mudah alih, ia dikuasakan oleh sel bateri Li-Ion.

Dalam arahan ini saya akan melalui proses pembinaan dan mengajar anda mengenai fungsinya. Selepas itu anda seharusnya dapat membina versi anda sendiri dan mempunyai idea tentang cara menambahkan kawalan web ke projek tanpa menggunakan perkhidmatan luaran.

Langkah 1: Pilihan Bangunan

Untuk elektronik projek ini, anda boleh menggunakan papan NodeMCU, yang mudah digunakan dan cukup murah, atau anda boleh membina papan anda sendiri seperti saya. Tidak ada faedah khusus untuk melakukannya, saya hanya menggunakan cip ESP8226-12E dan memutuskan untuk menggunakannya sehingga saya dapat menyimpan papan NodeMCU untuk membuat prototaip pantas. Hanya ada satu perbezaan utama: anda memerlukan 3.3V USB ke Serial board untuk memprogramkan papan kawalan buatan sendiri. Walaupun begitu, tidak ada perbezaan jenis apa yang anda pilih, ingatlah ketika datang ke bahagian yang diperlukan.

Terdapat pilihan yang membuat perbezaan: mod muzik. Sekiranya anda memutuskan untuk memasukkannya, penutup botol dapat digunakan sebagai meter VU dan selanjutnya dapat mengubah warna LED setiap kali bass muzik mencapai ambang yang ditentukan. Ini memerlukan beberapa perkakasan tambahan. Anda mesti membina penguat yang menguatkan output kapsul mikrofon kondensor dan penapis lowpass untuk frekuensi bass. Walaupun ini mungkin terdengar sukar, sebenarnya tidak. Ia tidak memerlukan bahagian khas dan saya sangat mengesyorkan menyertakan litar ini kerana ia meningkatkan peranti dengan banyak.

Langkah 2: Bahagian dan Bahan yang Diperlukan

Kes itu:

Mungkin bahagian yang paling sukar dalam projek ini adalah kesnya. Oleh kerana ingin mencuba sesuatu yang baru, saya memutuskan untuk menggunakan plat MDF dengan ketebalan 18 mm dan mengecatnya. Berbanding dengan jenis kayu / bahan lain, MDF mempunyai kelebihan bahawa permukaannya dapat diampelas terutama halus dan oleh itu cat di atasnya dapat kelihatan sangat berkilau. Selain itu, anda memerlukan beberapa gelas akrilik dengan ketebalan 4 mm sebagai penutup cincin LED.

Sarung ini mempunyai panjang 33 cm dan lebar 9 cm, jadi saya cadangkan piring dengan dimensi berikut:

Plat MDF 400 x 250 x 18 mm

Sarung cincin LED mempunyai diameter sekitar 70 mm, jadi piring kaca akrilik anda sekurang-kurangnya mempunyai dimensi berikut:

Plat akrilik 250 x 100 x 4 mm

Untuk mengecatnya, saya mendapat 125 ml cat akrilik putih dan 125 ml jernih berkilat. Selanjutnya saya mengesyorkan anda menggunakan roller busa kerana ini membolehkan anda menerapkan cat dengan lebih sekata. Untuk bahagian pengamplasan, saya menggunakan lembaran kertas pasir dengan kepingan 180, satu dengan 320 dan satu dengan 600.

Elektronik:

Untuk elektronik anda memerlukan tiga cincin LED 16 Bit WS2812. Hati-hati kerana saya menjumpai dua jenis cincin LED 16 Bit, anda memerlukannya dengan diameter yang lebih besar (sekitar 70 mm), dan oleh itu jurang yang lebih besar antara LED.

Untuk bekalan kuasa, anda memerlukan sel bateri Li-Ion, pengecas yang sesuai, dan suis. Selain itu, anda memerlukan pengatur voltan 3.3 V dengan voltan putus rendah (LDO) dan dua kapasitor untuk memberi kuasa kepada mikrokontroler. Saya terangkan mengapa anda memerlukan pengatur LDO pada langkah 7.

Sekiranya anda memutuskan untuk membina penguat muzik pilihan dan litar penapis, anda memerlukan Op-Amp dan beberapa komponen pasif. Dan jika anda memilih untuk membuat unit kawalan anda sendiri, anda memerlukan cip ESP, papan pemecah, beberapa perintang, butang dan beberapa pin.

Dan saya sangat mengesyorkan sekeping papan wangi untuk menyolder semua yang ada di atasnya.

Cincin LED

Sel Li-Ion 3.7V (Saya menyelamatkan salah satu jenis TW18650 daripada pek bateri yang tidak digunakan)

Pengecas Li-Ion

Tukar (Tidak ada yang istimewa, saya menggunakan yang lama yang saya selamatkan dari set pembesar suara yang rosak)

Pengatur voltan LDO (tambahan kapasitor yang disebut dalam lembar data: kapasitor seramik 2 x 1uF)

papan wangi

Litar muzik (pilihan):

Menurut skema

Pengawal mikro:

NodeMCU

ESP8266 12E (plat penyesuai, butang, perintang dan pin mengikut skema)

USB ke Serial (diperlukan untuk memprogram papan pengawal buatan sendiri, jika anda sudah memilikinya tidak perlu mendapatkan yang lain)

Langkah 3: Menggiling Kes

Seorang rakan saya membina dirinya sebagai MP-CNC dan begitu baik untuk mengusahakan saya dua bahagian MDF dan tiga cincin akrilik. Bahagian kayu adalah bahagian atas dan bawah kotak berbentuk pil. Di atas kotak, terdapat tiga tempat untuk cincin LED dan penutup akriliknya. Oleh kerana pendalaman ini dirancang untuk menjadi pecahan yang lebih besar daripada PCB, mereka sesuai dan duduk di tempat tanpa memerlukan gam atau skru. Begitu juga dengan penutup akrilik. Oleh kerana mereka mempunyai diameter lebih besar daripada cincin LED, mereka diletakkan di tepi di atas LED (lihat gambar).

Langkah 4: Selesaikan Kes itu

Anda mungkin telah menyedari bahawa sekarang, terdapat beberapa perkara yang hilang di casing. Perkara seperti lubang untuk kabel cincin, lubang untuk soket USB dan poket untuk bateri. Tambahan pula, jika anda memilih untuk memasukkan rangkaian muzik, lubang untuk mikrofon juga diperlukan. Selain itu, saya mengesyorkan anda menggerudi lubang di bawah LED-Rings supaya anda boleh mengeluarkannya dari casing. Saya menggunakan alat pengisar putar untuk menambahkan lubang yang dinyatakan di atas.

Pada gambar ketiga, anda dapat melihat "penyelenggaraan" dan lubang kabel untuk cincin. Seperti yang anda perhatikan, saya membuat dua lubang kabel. Ini bukan sengaja. Ini pada tahap awal di mana saya fikir sudut cincin tidak penting, tetapi tidak. Pasang ketiga-tiganya dengan kabel mereka ke sisi yang sama. Saya berakhir dengan memasangnya ke bahagian depan.

Penting: Sentiasa memakai topeng debu semasa menggergaji, menggerudi atau mengisar ke MDF. Begitu juga dengan pengamplasannya.

Langkah 5: Menyelesaikan Kes

Sekarang kes itu dilukis. Sebelum anda melakukan ini, saya cadangkan anda menonton atau membaca tutorial mengenai perkara ini, kerana ini membuktikan dirinya lebih sukar daripada yang saya sangka. Yang ini merangkumi semua yang anda perlu ketahui mengenai topik tersebut.

Pertama, pasir bahagian luar MDF dengan teliti. Saya menggunakan kertas grit 160 untuk ini. Selepas itu, banyak tutorial mengesyorkan menutup permukaan, terutama di bahagian tepi, dengan primer MDF khas. Saya melangkau bahagian ini kerana buku asasnya cukup mahal dan, walaupun hasilnya tidak semestinya, saya akan melakukannya sekali lagi.

Selepas itu, anda boleh mula melukis permukaan dengan warna yang anda mahukan. Saya memutuskan untuk melukis tambang dengan warna putih jernih. Tunggu warnanya kering, kemudian gosokkan dengan kertas pasir halus (saya menggunakan kikir 320), habuk dan sapukan lapisan warna seterusnya. Ulangi proses ini sehingga anda berpuas hati dengan kelegapan pewarnaan. Saya menggunakan empat lapisan warna.

Selepas lapisan warna terakhir, pasir dengan kertas pasir yang lebih halus daripada sebelumnya (dalam kes saya kikir 600) dan keluarkan semua habuk yang tersisa di permukaan. Selepas itu anda boleh mengaplikasikan lapisan pertama lapisan pelindung berkilat. Seperti warnanya, gunakan lapisan sebanyak yang diperlukan untuk memuaskan anda. Saya menggunakan tiga untuk bahagian atas dan sisi, dan dua untuk bahagian bawah dan sisi. Anda dapat melihat hasilnya di salah satu gambar. Walaupun permukaannya lebih halus (lebih banyak pengamplasan dan MDF primer), saya gembira dengan kesan kilauan yang dicapai.

Langkah 6: Menyiapkan Cincin

Selari dengan proses pengeringan lapisan warna pertama, anda boleh mengasah cincin kaca akrilik. Selepas itu cincin ini menyebarkan cahaya yang dipancarkan oleh LED-Rings. Omong-omong, saya merasakan PCB cincin ini mempunyai beberapa bahagian yang tidak diingini yang tersisa dari proses pengeluaran, jadi anda mungkin perlu menyekatnya. Jika tidak, mereka tidak akan sesuai dengan kes itu.

Selepas itu, beberapa wayar perlu disolder ke gelang. Saya cadangkan anda menggunakan wayar fleksibel. Saya menggunakan satu yang kaku dan menghadapi masalah bahawa mereka melepaskan dua bahagian casing itu, yang memerlukan lenturan yang buruk. Selanjutnya, kawat kaku lebih cenderung pecah yang mengakibatkan proses pematerian yang tidak baik kerana anda perlu mengeluarkan cincin dan papan pengawal yang sesuai.

Langkah 7: Bekalan Kuasa

Sel bateri Li-Ion tunggal digunakan sebagai sumber kuasa. Ia dicas melalui litar pengecas. Litar ini mempunyai pelepasan berlebihan dan perlindungan arus. Untuk mematikan peranti, suis, yang mengganggu output positif papan pengecas, dipasang di dalamnya.

Oleh kerana voltan maksimum sel bateri ialah 4.2V, ESP8266 tidak dapat dihidupkan secara langsung. Voltan terlalu tinggi untuk mikrokontroler 3.3V kerana ia hanya bertahan pada voltan antara 3.0V - 3.6V. Pengatur voltan dropout rendah (LDO) adalah pengatur voltan yang berfungsi walaupun voltan input hampir dengan voltan keluaran yang ditentukan. Oleh itu, voltan putus 200 mV untuk LDO 3.3V bermaksud, ia mengeluarkan 3.3V selagi voltan masukan melebihi 3.5V. Apabila mencabut nilai ini, voltan keluaran mula menurun. Oleh kerana ESP8266 berfungsi dengan voltan hingga 3.0V, ia berfungsi sehingga voltan input LDO turun ke sekitar 3.3V (penurunan tidak linear). Ini membolehkan kita menghidupkan pengawal melalui sel bateri sehingga habis sepenuhnya.

Langkah 8: Papan Mikrokontroler

Sekiranya anda menggunakan papan NodeMCU langkah ini cukup mudah. Sambungkan sahaja output 3.3V dan tanah bekalan kuasa ke salah satu papan pin 3V dan G. Selain itu, saya mengesyorkan menyisipkan papan ke sekeping papan pahat, kerana ini menjadikannya lebih mudah untuk menghubungkan semuanya.

Sekiranya anda memutuskan untuk membina papan pengawal anda sendiri, langkah pertama adalah memasangkan cip ESP ke plat penyesuai. Selepas itu, tambahkan semua komponen dan sambungan seperti yang ditunjukkan dalam skema. Kedua-dua butang diperlukan untuk menetapkan semula dan menyalakan pengawal. Anda mungkin melihat pada gambar berikut bahawa saya hanya menggunakan satu butang. Sebabnya adalah kerana saya baru sahaja menjumpai satu, jadi bukannya butang untuk GPIO0, saya menggunakan dua pin dan pelompat.

Anda dapat melihat litar siap saya pada langkah seterusnya.

Langkah 9: Litar Muzik (pilihan)

Sebagai input untuk muzik, kapsul mikrofon kondensor sederhana digunakan. Ia dikuasakan melalui perintang penghad semasa yang disambungkan ke rel kuasa 3.3V. Ringkasnya, kapsul berfungsi seperti kapasitor, jadi apabila gelombang suara memukul diafragma, kapasitinya, dan analog dengan voltan, berubah. Voltan ini sangat rendah sehingga kita sukar mengukurnya dengan analog ke digital converter (ADC). Untuk mengubahnya, kami memperkuatkan isyarat dengan Op-Amp. Voltan keluaran yang diperkuat kemudian ditapis oleh penuras pasif lowpass pasif yang pertama dengan frekuensi pemotongan sekitar 70Hz.

Sekiranya anda memutuskan untuk menggunakan papan NodeMCU, anda boleh menyambungkan output litar yang dinyatakan di atas ke pin papan A0. Sekiranya anda ingin membina papan pengawal anda sendiri, anda mesti menambahkan pembahagi voltan ke litar. Sebabnya ialah ESP onboard ADC yang mempunyai voltan input maksimum 1V. NodeMCU mempunyai pembahagi voltan ini sudah terpasang, jadi agar kod dan penguat berfungsi pada kedua papan, yang dibuat sendiri juga memerlukannya.

Langkah 10: Selesaikan dan Pasang Elektronik

Pertama, masukkan cincin LED ke dalam pendalaman yang ditentukan di bahagian atas casing. Selepas itu, sambungkan bekalan kuasa, pengawal mikro, cincin dan, jika anda membinanya, litar penguat mengikut skema.

Amaran: Sebelum melakukannya, periksa semula jika anda mematikan kuasa menggunakan suis. Saya terlupa melakukannya dan menggoreng pengatur LDO semasa menyolder. Selepas itu, anda bersedia memasang elektronik di dalam casing.

Saya mulakan dengan melekatkan sel bateri ke casing dengan gam panas. Selepas itu saya meletakkan litar pengecas dan memeriksa sama ada saya boleh memasang kabel USB atau tidak. Oleh kerana saya tidak mempercayai lem panas untuk menahan kekuatan menekan kabel berkali-kali, saya dengan berhati-hati memalu kuku nipis melalui pad solder pengecas untuk voltan input. Selepas pengecas, saya menempelkan kapsul mikrofon di tempatnya.

Selepas itu saya menggunakan beberapa pin wayar bengkok untuk memperbaiki mikrokontroler. Kaedah ini membolehkan saya mengeluarkan alat kawalan dari kotak untuk dibaiki setiap kali saya memerlukan tanpa perlu memotong gam panas dan merosakkan MDF.

Sekarang, saya menggunakan beberapa ikatan kabel dan pin wayar bengkok untuk memasang wayar. Perkara terakhir yang perlu dilakukan ialah memasukkan cincin penutup akrilik. Hati-hati semasa melakukannya, supaya anda tidak merosakkan cat kerana ini cukup ketat. Anda mungkin mengurangkan diameter cincin akrilik dalaman dan / atau luar kerana papan MDF menyerap cat dan pendalamannya menjadi sedikit lebih kecil.

Langkah 11: Mengedipkan Mikrokontroler

Setelah selesai membina perkakasan, yang tinggal hanyalah mem-flash perisian. Saya menggunakan Arduino IDE untuk itu. Tetapi sebelum anda dapat memprogram pengawal, anda perlu menambahkan beberapa perpustakaan dan memilih papan yang betul.

Perpustakaan

Anda boleh menggunakan Pengurus Perpustakaan IDE (Sketsa -> Sertakan Perpustakaan -> Perpustakaan Mange) untuk menambahkannya, atau anda memuat turun dan memindahkannya ke folder perpustakaan IDE anda. Saya mengesyorkan pengurus kerana ia lebih mudah, dan anda boleh menemui semua perpustakaan yang diperlukan di sana.

DNSS Server oleh Kristijan Novoselic (diperlukan untuk WiFiManager)

WiFiManager oleh tzapu dan tablatronix (membuka AP di mana anda boleh memasukkan kelayakan WiFi tempatan anda)

WebSockets oleh Markus Sattler (diperlukan untuk komunikasi antara peranti pengguna dan tempat paling rendah)

Adafruit NeoPixel oleh Adafruit (diperlukan untuk mengawal cincin LED)

Dewan

Tidak kira apa jenis papan pengawal yang anda pilih untuk digunakan, di bawah Alat -> Papan pilih NodeMCU 1.0 (Modul ESP-12E). Pastikan saiz denyar ditetapkan ke 4M (1M SPIFFS) dan kelajuan muat naik ke 115200.

Berkelip

Untuk menyalakan papan NodeMCU, sambungkannya ke komputer anda, pilih port yang betul dan muat naik program. Memukul papan pengawal yang dibuat sendiri sedikit lebih rumit. Sambungkan penukar USB ke Serial ke tiga pin papan. Sambungkan GND dan GND, RX dan TX, dan TX dan RX. Untuk memasuki mod kilat pengawal, mulakan semula dengan butang RST dan semasa melakukannya terus tekan butang GPIO0. Selepas itu pastikan papan penukar anda diatur ke 3.3V. Selesaikan proses dengan memuat naik program.

Penting: Hidupkan peranti anda sebelum berkelip.

Langkah 12: Muat naik Halaman Web

Fail yang diperlukan untuk halaman web disimpan pada memori kilat mikrokontroler. Sebelum penggunaan pertama, anda perlu memuat naiknya secara manual. Untuk melakukannya, hidupkan peranti (mungkin anda perlu mengecasnya terlebih dahulu). LED harus bersinar merah (kerana kamera saya kelihatan seperti jingga pada gambar), yang bermaksud penutup botol tidak disambungkan ke rangkaian. Setelah sekian lama, titik akses WiFi bernama "bottleStandAP" akan dibuka. Kata laluan lalai adalah "12345678", anda boleh menukarnya dalam fail ino. Sambungkan telefon pintar / tablet / komputer riba anda. Pemberitahuan akan muncul dan meneruskan anda ke laman web. Sekiranya tidak berlaku seperti ini, buka penyemak imbas anda dan taipkan 192.168.4.1. Di halaman ini, klik Configure WiFi dan masukkan kelayakan rangkaian anda. Selepas itu, titik akses harus ditutup dan LED menukar warnanya menjadi biru muda. Ini bermaksud peranti berjaya disambungkan ke rangkaian anda.

Sekarang anda harus menentukan alamat IP peranti. Untuk melakukannya, anda boleh menyambungkannya ke komputer, buka Monitor Serial Arduino IDE (kadar baud adalah 115200) dan mulakan semula peranti. Sebagai alternatif anda boleh membuka laman web penghala WiFi anda. Setelah mengetahui IP peranti, buka penyemak imbas anda dan ketik xxx.xxx.xxx.xxx/upload (di mana xs bermaksud IP bottlestands). Ekstrak fail dari.rar dan muat naik semuanya. Selepas itu ketik saja IP peranti anda dan halaman kawalan harus dibuka. Dan dengan itu, anda selesai membina tempat letak barang anda sendiri. Tahniah!

Langkah 13: Halaman Web

Halaman web membolehkan anda mengawal penyangga botol anda. Apabila anda membuka halaman utama, anda dapat melihat tiga lingkaran biru di pertengahan atas. Ini membolehkan anda memilih tetapan dering mana yang ingin anda ubah. Roda warna mengubah warna cincin yang dipilih semasa anda mengkliknya. Medan di bawah menunjukkan warna yang anda pilih. Dengan menekan butang rawak, cincin yang dipilih diatur ke mod warna rawak. Ini bermaksud bahawa warnanya berubah setiap kali kitaran mod nafas berakhir.

Pada halaman kedua anda boleh memilih mod yang berbeza. Warna tetap dan kecerahan tetap sama seperti namanya. Mod nafas mencipta kesan "nafas", yang bermaksud kecerahan cincin meningkat dari waktu kustom hingga maksimum, kemudian menurun ke minimum. Mod kitaran hanya menyalakan satu LED untuk masa tertentu, kemudian menyala seterusnya, kemudian seterusnya dan seterusnya. Mod ambang muzik mengubah warna setiap kali mikrofon mengesan isyarat yang lebih tinggi daripada ambang set khusus. Bukan sahaja muzik dapat mencetuskan ini, bertepuk tangan, misalnya, juga boleh. Dalam mod meter VU jumlah LED yang menyala bergantung pada kelantangan bass muzik.

Catatan: Anda boleh menggunakan pembaris tanpa mengaktifkan mod yang sesuai. Contohnya: Jika anda menggunakan mod kitaran dan mengubah kecerahan melalui pembaris kecerahan tetap, cincin akan tetap berada dalam mod kitaran tetapi mengubah kecerahannya sesuai dengan yang anda tetapkan.

Langkah 14: Bagaimana Semua Ini Berfungsi?

Prinsip fungsinya cukup mudah difahami. Setiap kali anda membuka laman web, ESP8266 akan menghantar fail web ke peranti anda. Kemudian, apabila anda mengubah sesuatu di halaman, watak khas, yang kebanyakannya diikuti oleh nilai integer, akan dihantar ke mikrokontroler melalui sambungan soket web. Pengawal kemudian memproses data ini dan menukar lampu dengan sewajarnya.

Bahagian web ditulis dalam html, css dan javascript. Untuk menjadikan tugas ini lebih mudah, saya membuat kerangka dan jQuery Materialize CSS. Sekiranya anda ingin mengubah rupa laman web, lihat dokumentasi rangka kerja. Sebagai alternatif, anda boleh menulis halaman anda sendiri dan memuat naiknya. Anda hanya perlu membuat sambungan soket web dan menghantar data yang sama.