Meja Komputer Terkawal Jauh: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Baru-baru ini saya menghadapi masalah bahawa kemalasan saya menjadi masalah besar bagi saya di rumah. Sebaik sahaja saya tidur, saya ingin meletakkan beberapa lampu LED yang bagus dengan beberapa siri bermain di PC saya. Tetapi … Sekiranya saya mahu mematikan perkara ini, saya mesti MEMULAKAN setiap kali dan mematikannya dengan tangan. Oleh itu, saya telah memutuskan untuk membina pengawal lengkap untuk seluruh desktop PC, di mana saya boleh menghidupkan dan mematikan monitor dan menyala, menyesuaikan kelantangan pembesar suara dan kecerahan lampu jalur LED dengan menekan butang yang sesuai pada alat kawalan jauh saya.

Projek ini adalah kotak pengawal meja / meja kerja PC, yang dikendalikan oleh alat kawalan jauh IR. Terdapat banyak jenis remote IR yang tersedia hari ini, tetapi itu tidak menjadi masalah. Pengawal ini boleh disesuaikan dan dapat dipasangkan dengan jenis IR jauh yang menyokong protokol yang tepat untuk sensor terpakai kami (kami akan membahasnya kemudian).

Meja komputer meja yang dikawal adalah:

1. AC Power Control: Menghidupkan / mematikan kuasa monitor yang dipasang ke 220VAC
2. Kawalan Daya DC: Menghidupkan / mematikan daya monitor yang dipasang ke daya DC (hingga 48V)
3. Kawalan Kelantangan Audio: Kawalan lengkap kelantangan stereo yang dihantar ke pembesar suara
4. Kawalan Pencahayaan Jalur LED: Kawalan lengkap kecerahan lampu jalur LED

Peranti mempunyai antara muka pengguna yang dirancang dengan betul dan ruang mekanikal yang boleh disesuaikan, yang menjadikannya senang dibina dan mudah digunakan:

1. Paparan: Status masa nyata semua sistem terkawal ditunjukkan pada paparan LCD 16x4
2. LED RGB: Untuk maklum balas tambahan untuk sistem, tujuan ini adalah untuk memberi tahu pengguna bahawa terdapat isyarat yang diterima dari alat kawalan jauh IR
3. Sistem berpasangan: Perangkat berisi satu tombol tekan, yang harus ditekan untuk proses pasangan. Ketika proses memasangkan dimulai, kami dapat memasangkan remote IR apa pun ke perangkat kami dengan mengikuti petunjuk yang ditunjukkan pada paparan.

Setelah kita membahas asas-asasnya, mari kita bina!

Langkah 1: Penjelasan

Operasi peranti boleh dianggap mudah, kerana kekurangan kerumitan reka bentuknya. Seperti yang dapat dilihat dalam gambarajah blok, "otak" adalah mikrokontroler AVR, sementara semua bahagian lain dikendalikan oleh "otak" ini. Untuk menyusun keseluruhan gambaran dalam fikiran kita, mari kita jelaskan reka bentuk blok demi blok:

Unit Bekalan Kuasa: Sumber kuasa untuk peranti yang dipilih adalah jalur LED PSU, yang mampu memberikan input 24VDC ke sistem. Mikrokontroler, relay, potensiometer digital dan penguat audio semuanya beroperasi pada 5V, oleh itu penukar step-down DC-DC ditambahkan pada reka bentuk. Sebab utama DC-DC bukan pengatur linier adalah pelesapan kuasa dan kekurangan kecekapan. Anggaplah bahawa kita menggunakan LM7805 klasik dengan input 24V dan output 5V. Apabila arus mencapai nilai yang signifikan, daya yang akan hilang dalam bentuk haba pada pengatur linier akan menjadi besar dan boleh menjadi terlalu panas, menyebabkan bunyi bersenandung ke litar audio:

Pout = Pin + Pdiss, jadi pada 1A kita mencapai: Pdiss = Pin - Pout = 24 * 1 - 5 * 1 = 19W (daya yang hilang).

Mikrokontroler: Untuk menulis kod secepat mungkin, saya telah memilih ATMEGA328P berasaskan AVR, yang banyak digunakan di papan Arduino UNO. Mengikut keperluan reka bentuk, kami akan menggunakan hampir semua sokongan periferal: Selang, pemasa, UART, SPI dan sebagainya. Oleh kerana ia merupakan blok utama dalam sistem, ia saling berkaitan dengan semua bahagian dalam peranti

• Antara Muka Pengguna: Panel depan peranti mengandungi semua bahagian yang harus berinteraksi dengan pengguna:

  1. Sensor IR: Sensor untuk menyahkod data jarak jauh IR.
  2. Tombol Tekan: Diperlukan untuk memasangkan jauh IR ke peranti
  3. LED RGB: Lampiran estetik untuk memberi maklum balas penerimaan maklumat oleh sistem
  4. LCD: Gambaran grafik mengenai apa yang berlaku di dalam peranti

Kawalan Monitor: Untuk menjadikan peranti mampu menukar kuasa pada monitor PC, terdapat keperluan untuk menangani nilai voltan yang hebat. Sebagai contoh, monitor Samsung saya sama sekali tidak berkongsi konfigurasi kuasa: Satu dibekalkan oleh 220VAC sementara yang lain dikuasakan oleh PSU sendiri 19.8V. Oleh itu, penyelesaiannya adalah ke rangkaian geganti untuk setiap saluran kuasa monitor. Relay ini dikendalikan oleh MCU dan dipisahkan sepenuhnya, yang menjadikan penghantaran kuasa monitor tidak bergantung kepada setiap monitor

Kawalan Cahaya: Saya mempunyai jalur LED, yang dilengkapi dengan bekalan kuasa 24VDC yang terpasang, yang digunakan sebagai input bekalan kuasa sistem. Oleh kerana terdapat keperluan untuk mengalirkan arus yang besar melalui jalur LED, mekanisme kecerahannya melibatkan rangkaian limiter semasa berdasarkan MOSFET, yang beroperasi di kawasan linear zon aktif

Pengendalian Volume: Sistem ini didasarkan pada menyampaikan isyarat audio di kedua saluran KIRI dan KANAN melalui pembahagi voltan, di mana voltan yang digunakan diubah melalui pergerakan pengelap potensiometer digital. Terdapat dua litar asas LM386 di mana pada setiap input terdapat pembahagi voltan tunggal (Kami akan menutupnya kemudian). Input dan output adalah bicu stereo 3.5mm

Nampaknya kita telah merangkumi semua bahagian integral litar. Mari teruskan ke skema elektrik …

Langkah 2: Bahagian dan Alat

Semua yang kita perlukan untuk membina projek:

Komponen elektronik

1. Komponen Biasa:

   • Perintang:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2 x 1M
     6. 2 x 10R
     7. Kapasitor:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100nF
        4. 2 x 50nF
        5. 3 x 47uF

     9. Pelbagai:

        1. Diod: 2 x 1N4007
        2. Perapi: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Litar Bersepadu:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Audio Amp: 2 x LM386
         • Potensiometer Dwi Digital: 1 x MCP4261
         • Potensiometer Digital Tunggal: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (Boleh diganti dengan mana-mana peranti mesra DC-DC 5V)
         • Op-Amp: 1 x LM358
         • Relay: 5V Tolerant Dual SPDT
         • Bekalan Kuasa 24V Luaran

     11. Antaramuka pengguna:

         • LCD: 1 x 1604A
         • Sensor IR: 1 x CDS-IR
         • Tombol Tekan: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kenalan)

     12. Penyambung:

         • Blok Terminal: 7 x 2-TB TB
         • Penyambung Board-to-Wire: kabel kenalan 3 x 4 + penyambung perumahan
         • Audio: Penyambung bicu wanita 2 x 3.5mm
         • Outlet PSU: 2 x 220VAC penyambung kuasa (lelaki)
         • Jack DC: 2 x Penyambung Jack DC Lelaki
         • Jalur LED & Bekalan Kuasa Luaran: 1 x 4-contact Board-To-Wire Assembled Connectors + cable

     Komponen Mekanikal

     1. Filamen Pencetak 3D - PLA + warna apa pun
     2. 4 Skru Diameter 5mm
     3. Sekurang-kurangnya papan prototaip 9 x 15 cm
     4. Stok wayar yang tidak digunakan

     Alat

     1. Pencetak 3D (Saya telah menggunakan Creality Ender 3 dengan tempat tidur jenis kaca yang terpasang)
     2. Senapang Gam Panas
     3. Pinset
     4. Plier
     5. Pemotong
     6. Bekalan Kuasa 24V Luaran
     7. Osiloskop (Pilihan)
     8. Pengaturcara AVR ISP (Untuk Berkedip MCU)
     9. Pemutar Skru Elektrik
     10. Besi pematerian
     11. Penjana Fungsi (Pilihan)

Langkah 3: Skematik Elektrik

Gambarajah skematik dibahagikan kepada litar yang terpisah, yang dapat memudahkan kita memahami operasinya:

Unit Pengawal Mikro

Ini adalah ATMEGA328P berasaskan AVR, seperti yang dijelaskan di atas. Ia menggunakan pengayun dalaman dan beroperasi pada 8MHz. J13 adalah penyambung programmer. Terdapat banyak pengaturcara di dunia AVR, dalam projek ini, saya menggunakan ISP Programmer V2.0 dari eBay. J10 adalah garis UART TX, dan digunakan terutamanya untuk tujuan penyahpepijatan. Semasa membuat prosedur pengendalian gangguan, kadangkala ada baiknya kita mengetahui sistem apa yang harus diberitahu oleh kita dari dalam. D4 adalah LED RGB yang didorong langsung dari MCU, kerana penilaian semasa yang rendah. Pin PD0 dipasang pada butang tekan jenis SPST dengan pull-up luaran.

Sensor IR

Sensor IR yang digunakan dalam projek ini adalah sensor IR tiga pin tujuan umum yang tersedia di eBay, dengan harga yang sangat ramah. Pin isyarat output IR disambungkan ke pin input interrupt (INT1) MCU,

LCD

Paparan adalah pelaksanaan sederhana paparan 1604A, dengan penghantaran data 4-bit. Semua pin kawalan / data diikat pada MCU. Penting untuk diperhatikan, bahawa LCD dipasang pada papan utama melalui dua penyambung J17, J18. Untuk menggerakkan / mematikan modul LCD, terdapat satu suis BJT tunggal, yang menukar garis tanah untuk LCD.

Bekalan Kuasa

Semua litar dalaman, tidak termasuk jalur LED beroperasi pada 5V. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, sumber kuasa 5V adalah modul DC-DC sederhana (Di sini eBay membantu saya mencari penyelesaiannya), yang menukar 24V ke 5V, tanpa masalah pemanasan, yang boleh berlaku pada pengatur linier. Kapasitor C [11..14] digunakan untuk memotong, dan diperlukan untuk reka bentuk ini kerana suis bunyi yang terdapat pada saluran kuasa DC-DC - input dan output.

Kawalan Monitor

Litar kawalan monitor hanyalah sistem pertukaran geganti. Oleh kerana saya mempunyai dua monitor, yang satu diberi makan dari 220VAC dan yang kedua adalah dari 19.8V, terdapat pelaksanaan yang berbeza yang diperlukan: Setiap output MCU disambungkan ke 2N2222 BJT, dan gegelung geganti dipasang sebagai beban dari 5V ke pin pemungut BJT. (Jangan lupa melampirkan diod terbalik untuk pembuangan arus yang sesuai!). Pada 220VAC, relay menukar garisan LINE dan NEUTRAL dan pada 19.8V, relay hanya menukar talian kuasa DC - kerana ia mempunyai bekalan kuasa sendiri, garis tanah dikongsi untuk kedua-dua litar.

Kawalan Kelantangan Audio

Saya mahu menggunakan penguat audio LM386 sebagai penyangga bagi pembahagi voltan, untuk penghantaran isyarat audio yang teliti. Setiap saluran - kiri dan kanan berasal dari input bicu audio 3.5mm. Oleh kerana LM386 menerapkan konfigurasi bahagian minimum, keuntungan standard G = 20, terdapat perintang 1MOhm untuk kedua saluran. Dengan cara ini kita dapat mengurangkan jumlah kuasa untuk saluran input ke sistem pembesar suara:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1.1M.

Dan jumlah keuntungannya ialah: G = (Vout / Vin) * 20 = 20/11 ~ 1.9

Pembahagi voltan adalah rangkaian potensiometer digital sederhana, di mana pengelap menyampaikan isyarat ke penyangga LM386 (U2 adalah IC). Peranti berkongsi SPI untuk semua litar periferal, di mana hanya garisan ENABLE yang dipisahkan untuk masing-masing. MCP4261 adalah IC potensiometer digital linear 100K 8-bit, oleh itu setiap langkah peningkatan kelantangan dinyatakan: dR = 100, 000/256 ~ 390Ohm.

Pin A dan B untuk setiap saluran KIRI dan KANAN diikat pada GND dan 5V. Oleh itu, pada kedudukan pengelap di bahagian bawah menyampaikan keseluruhan isyarat audio ke GND melalui kelantangan peranti MUTING perintang 1MOhm.

Kawalan Kecerahan Jalur LED:

Idea kawalan kecerahan serupa dengan kawalan kelantangan, tetapi di sini kita mempunyai masalah: potensiometer digital hanya dapat menghantar isyarat yang amplitudnya tidak melebihi 5V hingga GND. Oleh itu, idea adalah meletakkan buffer Op-Amp sederhana (LM358) selepas pembahagi voltan potensiometer digital. dan voltan kawalan diikat terus ke transistor PMOS.

X9C104P adalah potensiometer digital 8-bit tunggal dengan nilai 100KOhm. Kita boleh mendapatkan pengiraan voltan gerbang hanya dengan mengikuti peraturan algebra untuk aliran semasa:

V (gerbang) = V (pengelap) * (1 + R10 / R11) = 2V (pengelap) ~ 0 - 10V (yang mencukupi untuk menghidupkan / mematikan dan mengawal kecerahan)

Langkah 4: Membuat Kandang 3D

Untuk lampiran peranti, saya telah menggunakan FreeCAD v0.18 yang merupakan alat yang hebat walaupun untuk pemula seperti saya.

Jenis Kandang

Saya mahu membuat kotak di mana terdapat satu cangkang yang akan melapisi papan pematerian. Panel depan mengandungi semua bahagian antara muka pengguna dan panel belakang mengandungi semua penyambung ke elektronik meja. Panel ini dimasukkan terus ke cangkang utama dengan pemasangan 4-skru di penutup atas.

Dimensi

Mungkin langkah terpenting dalam urutan. Perlu mengambil kira semua jarak dan kawasan pemotongan yang sesuai. Seperti yang dilihat dalam gambar, pertama dimensi yang diambil adalah pada panel depan dan belakang:

Panel Depan: Kawasan pemotongan untuk sensor LCD, Suis, LED dan IR. Semua dimensi ini berasal dari lembar data pengeluar setiap bahagian. (Sekiranya anda ingin menggunakan bahagian yang berlainan, Anda harus meyakinkan semua kawasan yang dipotong.

Panel belakang: Dua lubang untuk bicu audio 3.5mm, Dua penyambung kuasa 3-baris 220V, Dua bicu lelaki untuk bekalan kuasa DC dan lubang tambahan untuk jalur LED dan kuasa ke peranti

Top Shell: Shell ini hanya digunakan untuk menyatukan semua bahagian. Oleh kerana panel depan dan belakang dimasukkan ke dalam cangkang bawah.

Shell Bawah: Pangkalan untuk peranti. Ia memegang panel, papan pemateri elektronik dan skru yang dipasang pada penutup atas.

Merancang Bahagian

Setelah panel dibuat, kita dapat menuju ke cangkang bawah. Dianjurkan untuk memastikan tempat tinggal bahagian-bahagian sama sekali selepas setiap langkah. Cangkang bawah adalah bentuk ekstrusi berbentuk segi empat tepat yang sederhana, dengan poket simetri di dekat tepi cangkang (Lihat gambar 4).

Selepas langkah mengantongi, perlu dibuat pangkalan 4-skru untuk lampiran penutup. Mereka direka sebagai penyisipan silinder primitif dengan radius yang berbeza, di mana silinder potong tersedia setelah operasi XOR.

Sekarang kita mempunyai cangkang bawah yang lengkap. Untuk membuat penutup yang betul, perlu membuat lakaran di bahagian atas cangkang, dan membuat titik silinder yang sama (Saya hanya memasang titik untuk menggerudi, tetapi ada kemungkinan untuk membuat lubang diameter tetap).

Setelah keseluruhan penutup peranti selesai, kita dapat memeriksanya dengan menyatukan bahagiannya.

Langkah 5: Percetakan 3D

Akhirnya, kami di sini, dan dapat melangkah ke hadapan untuk mencetak. Terdapat fail STL yang tersedia untuk projek ini, berdasarkan reka bentuk saya. Mungkin ada masalah dengan fail ini untuk dicetak, kerana tidak ada toleransi yang diambil kira. Toleransi ini dapat disesuaikan dalam aplikasi slicer (saya telah menggunakan Ultimaker Cura) untuk fail STL.

Bahagian yang dijelaskan dicetak pada Creality Ender 3, dengan tempat tidur kaca. Syaratnya tidak jauh dari keadaan biasa, tetapi harus diambil kira:

• Diameter muncung: 0.4mm
• Ketumpatan pengisian: 50%
• Sokongan: Sama sekali tidak memerlukan lampiran sokongan
• Halaju yang disyorkan: 50mm / s untuk projek

Sebaik sahaja bahagian penutup dicetak, perlu diperiksa dalam kehidupan sebenar. Sekiranya tidak ada masalah ketika memasang bahagian penutup, kita dapat meneruskan langkah pemasangan dan pematerian.

Terdapat beberapa masalah dengan pemapar STL dalam arahan, jadi saya cadangkan untuk memuat turunnya terlebih dahulu:)

Langkah 6: Pemasangan dan Pematerian

Proses pematerian adalah proses yang sukar, tetapi jika kita memisahkan urutan ke dalam litar yang berbeza, itu akan lebih mudah bagi kita untuk menyelesaikannya.

1. Litar MCU: Perlu disolder terlebih dahulu dengan penyambung pengaturcaraan wanita. Pada tahap itu, kita sebenarnya dapat menguji operasi dan kesambungannya.
2. Litar Audio: Yang kedua. Jangan lupa pasangkan blok terminal di papan pematerian. Adalah sangat penting untuk mengasingkan jalan balik litar audio dari yang digital - terutamanya IC potensiometer digital, kerana sifatnya yang bising.
3. Litar Monitor: Sama seperti litar audio, jangan lupa pasangkan blok terminal di port I / O.
4. Penyambung dan Panel UI: Perkara terakhir yang harus disambungkan. Panel antara muka pengguna disambungkan ke papan yang disolder melalui penyambung Board-To-Wire, di mana wayar disolder terus ke bahagian luaran.

Selepas proses pematerian, terdapat urutan ringkas bahagian alat mekanikal. Seperti yang diperhatikan di atas, perlu meletakkan 4 skru (saya telah menggunakan yang diameter 5mm) di sudut, yang terdapat di kandang. Selepas itu, terdapat keperluan untuk memasang bahagian UI dan penyambung panel belakang ke dunia luar. Alat pilihan adalah pistol gam panas.

Akan sangat berguna untuk memeriksa tempat tinggal bahagian ke dalam kandang bercetak. Sekiranya semuanya kelihatan baik, kita dapat meneruskan langkah pengaturcaraan.

Langkah 7: Pengaturcaraan

Langkah ini adalah satu langkah yang menyeronokkan. Oleh kerana terdapat pelbagai perkara yang harus dikendalikan, kami akan menggunakan 5 perkhidmatan MCU: gangguan luaran, periferal SPI, UART untuk log, pemasa untuk pengiraan tepat dan EEPROM untuk menyimpan kod jauh IR kami.

EEPROM adalah alat penting untuk data kami yang disimpan. Untuk menyimpan kod jauh IR, perlu melakukan urutan menekan butang. Selepas setiap sistem urutan akan mengingat kod-kod bebas dari keadaan sama ada peranti dihidupkan atau tidak.

Anda boleh mendapatkan keseluruhan Projek Atmel Studio 7 yang diarkibkan sebagai RAR di bahagian bawah langkah ini.

Pengaturcaraan dilakukan oleh AVR ISP Programmer V2, 0, melalui aplikasi ringkas yang disebut ProgISP. Ini adalah aplikasi yang sangat mesra, dengan antara muka pengguna yang lengkap. Cukup pilih fail HEX yang betul dan muat turun ke MCU.

PENTING: Sebelum sebarang pengaturcaraan MCU, pastikan semua tetapan yang sesuai ditentukan mengikut keperluan reka bentuk. Seperti frekuensi jam dalaman - secara lalai, ia mempunyai fius pembahagi aktif pada tetapan kilang, jadi ia harus diprogramkan pada logik TINGGI.

Langkah 8: Berpasangan dan Menguji

Kami akhirnya di sini, setelah semua kerja keras yang dilakukan:)

Untuk menggunakan perangkat dengan betul, ada keperluan untuk urutan berpasangan, sehingga perangkat akan "mengingat" terpasang IR terpasang yang akan digunakan. Langkah-langkah berpasangan adalah seperti berikut:

1. Hidupkan peranti, tunggu inisialisasi paparan UI utama
2. Tekan butang untuk pertama kalinya
3. Sebelum kaunter mencapai sifar, tekan butang lain kali
4. Tekan kekunci yang sesuai yang anda mahu mempunyai fungsi tertentu, mengikut peranti
5. Mulakan semula peranti, pastikan sekarang ia bertindak balas terhadap kekunci yang telah ditentukan.

Dan itu sahaja!

Harap, anda akan mendapat petunjuk yang berguna ini, Terima kasih untuk membaca!