מעמד לבקבוק אינטראקציה עם מוזיקה עם אורות מתכווננים: 14 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

לפני זמן מה, חבר שלי הזמין טבעת LED של 16 ביט להתעסק איתה, ותוך כדי כך הוא קיבל את הרעיון להניח בקבוק מעליו. כשראיתי אותו, הוקסמתי ממראה האור המאיר את הבקבוקון ונזכרתי בפרוייקט המדהים "Mc Lighting" של משתמש Hackaday טוביאס בלום:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

היבט אחד של הפרויקט שלו היה שליטה על נוריות WS2812 באמצעות ממשק אינטרנט בכתב עצמי ללא שימוש בשירות חיצוני כלשהו. בהשראת גישתו לשליטה על טבעת LED, החלטתי לשלב את שני הרעיונות האלה ולהעלות אותם לשלב הבא. במוחי היה לי מעמד לבקבוקים לעד שלושה בקבוקים, הניתן לשליטה באמצעות דף אינטרנט מקומי, הכולל מספר ברקים. מצבים כולל מצבים המתנהלים אינטראקציה עם מוזיקת אווירה. על מנת ליצור מכשיר נייד, הוא מופעל על ידי תא סוללה ליתיום.

במדריך זה אעבור על תהליך הבנייה ואלמד אותך על תפקידו הבסיסי. לאחר מכן אתה אמור להיות מסוגל לבנות גירסה משלך ולהעלות מושג כיצד להוסיף בקרת אינטרנט לפרויקט מבלי להשתמש בשירות חיצוני.

שלב 1: אפשרויות בנייה

כשזה מגיע לאלקטרוניקה של הפרויקט הזה, אתה יכול להשתמש בלוח NodeMCU, שהוא קל לשימוש וזול למדי, או שאתה יכול לבנות לוח משלך כמוני. אין יתרון מיוחד בכך, פשוט היה לי שבב ESP8226-12E שוכב והחלטתי להשתמש בו כדי שאוכל לשמור על לוח NodeMCU לאב טיפוס מהיר. יש רק הבדל עיקרי אחד: אתה צריך USB 3.3V ללוח סידורי כדי לתכנת את לוח הבקר תוצרת עצמית. למרות שזה לא משנה איזה סוג אתה בוחר, רק זכור זאת בכל הנוגע לחלקים הנדרשים.

יש אפשרות שעושה את ההבדל למדי: מצב המוסיקה. אם תחליט לכלול אותו, מעמד הבקבוקים יכול לשמש כ- VU ובנוסף הוא יכול לשנות את צבע הלדים בכל פעם שהבאס של המוזיקה מגיע לסף נתון. זה דורש קצת חומרה נוספת. עליך לבנות מגבר שמעצים את תפוקת קפסולת המיקרופון של המעבה ומסנן פס נמוך לתדרי הבאס. למרות שזה אולי נשמע קשה, זה ממש לא. זה לא דורש חלקים מיוחדים ואני ממליץ בחום לכלול מעגל זה מכיוון שהוא משפר את המכשיר לא מעט.

שלב 2: חלקים וחומרים נדרשים

המקרה:

אולי החלק הקשה ביותר בפרויקט הזה הוא המקרה. מכיוון שרציתי לנסות משהו חדש, החלטתי להשתמש בלוחות MDF בעובי 18 מ"מ ולצבוע אותם. בהשוואה לסוגי עץ/חומרים אחרים, ל- MDF יש את היתרון שניתן לשייף את פני השטח שלו בצורה חלקה במיוחד ולכן הצבע עליו יכול להיראות מבריק במיוחד. בנוסף, אתה צריך קצת זכוכית אקרילית בעובי של 4 מ"מ ככיסוי של טבעות הלד.

האריזה היא באורך של 33 ס"מ ורוחב של 9 ס"מ, אז אני ממליץ על צלחת בעלת המידות הבאות:

צלחת MDF 400 x 250 x 18 מ"מ

כיסויי טבעת ה- LED הם בקוטר של כ -70 מ מ, כך שלוח הזכוכית האקרילי שלך תהיה לפחות המידות הבאות:

צלחת אקריליק 250 x 100 x 4 מ מ

כדי לצבוע אותו קיבלתי לעצמי 125 מ"ל של צבע אקרילי לבן ו -125 מ"ל של ציפוי שקוף מבריק. בנוסף, אני ממליץ לך להשתמש ברולר קצף מכיוון שזה מאפשר לך למרוח את הצבע בצורה אחידה יותר. עבור החלק המלטש השתמשתי בדף נייר זכוכית עם גרגר של 180, אחד עם 320 ואחד עם 600.

מכשירי חשמל:

עבור האלקטרוניקה אתה צריך שלוש טבעות לד 16 WS2812. רק היזהר מכיוון שמצאתי שני סוגים של טבעות LED של 16 ביט, אתה צריך את אלה עם הקוטר הגדול יותר (בערך 70 מ מ), ולכן הפער הגדול יותר בין הלדים.

עבור ספק הכוח אתה צריך תא סוללה ליתיום, מטען מתאים ומתג. בנוסף, אתה צריך וסת מתח 3.3 וולט עם מתח נמוך (LDO) ושני קבלים כדי להפעיל את המיקרו. אני מסביר מדוע אתה צריך את הרגולטור LDO בשלב 7.

אם תחליט לבנות מגבר מוסיקה אופציונלי ומעגל סינון, אתה צריך אופ-אמפר וכמה רכיבים פסיביים. ואם אתה בוחר ליצור יחידת בקרה משלך, אתה צריך את שבב ה- ESP, לוח פריצה, כמה נגדים, כפתור וכמה סיכות.

ואני ממליץ בחום על חתיכת פרפבורד להלחם כל מה שעליו.

טבעת LED

תא ליתיום 3.7V (הצילתי אחד מהסוג TW18650 מתוך מארז סוללות שאינו בשימוש)

מטען ליון

מתג (שום דבר מיוחד, השתמשתי במכשיר ישן שהצילתי ממערכת רמקולים שבורה)

ווסת מתח LDO (בנוסף הקבלים המוזכרים בגיליון הנתונים: 2 x 1uF קבלים קרמיים)

perfboard

מעגל מוזיקה (אופציונלי):

על פי סכמטי

מיקרו -בקר:

NodeMCU

ESP8266 12E (לוחית מתאם, כפתור, נגדים וסיכות לפי סכמטי)

USB ל- Serial (נדרש לתכנת לוח בקר מתוצרת עצמית, אם כבר יש לך אחד אין צורך להשיג עוד אחד)

שלב 3: כרסום המארז

חבר שלי בנה לעצמו MP-CNC והיה כל כך אדיב לטחון לי את שני חלקי ה- MDF ושלוש טבעות האקריליק. חלקי העץ הם החלק העליון והתחתון של קופסה בצורת גלולה. על גבי הקופסה, ישנם שלושה מקומות לטבעות ה- LED וכיסויי האקריליק שלהם. מכיוון שהעמקות אלה נועדו להיות רק חלק קטן יותר מה- PCB, הן מתאימות ויושבות במקומן ללא צורך בדבק או ברגים. כנ ל לגבי העטיפות האקריליות. מכיוון שיש להם קוטר גדול יותר מטבעות ה- LED, הם ממוקמים על קצה מעל הנורות (ראה תמונה).

שלב 4: השלם את התיק

אולי שמתם לב שברגע זה חסרים כמה דברים בתיק הטחון. דברים כמו חורים לכבלי הטבעת, חור לשקע ה- USB וכיס לסוללה. יתר על כן, אם תבחר לכלול את מעגל המוזיקה, יש צורך גם בחור למיקרופון. בנוסף, אני ממליץ לך לקדוח חורים מתחת לטבעות ה- LED כך שתוכל לדחוף אותם מהתיק. השתמשתי בכלי שחיקה סיבובית כדי להוסיף את החורים שתוארו לעיל.

בתמונה השלישית ניתן לראות את "תחזוקה" וחורי הכבלים לטבעת. כפי שאולי כבר שמתם לב, יצרתי שני חורי כבלים. זה לא היה בכוונה. זה היה בשלב מוקדם שבו חשבתי שזוויות הטבעות לא יהיו חשובות, אבל הן לא. הר את שלושתם עם הכבלים שלהם לאותו צד. בסופו של דבר הרכבתי אותם לכיוון הצד הקדמי.

חשוב: תמיד ללבוש מסכת אבק בעת ניסור, קידוח או כרסום לתוך MDF. כנ ל לגבי שיוף אותו.

שלב 5: סיום התיק

עכשיו התיק נצבע. לפני שתעשה זאת, אני ממליץ לך לצפות או לקרוא הדרכה בנושא זה, מכיוון שהדבר הוכח שהוא קשה יותר משחשבתי. זה מכסה את כל מה שאתה צריך לדעת על הנושא.

ראשית, מלטש היטב את החלקים החיצוניים של חלקי ה- MDF. השתמשתי בנייר חצץ 160 לשם כך. לאחר מכן, הדרכות רבות ממליצות לאטום את פני השטח, במיוחד בקצוות, בעזרת פריימר MDF מיוחד. דילגתי על החלק הזה מכיוון שהפריימר די יקר ולמרות שהתוצאה לא טובה כמו שהיתה יכולה להיות, הייתי עושה זאת שוב.

לאחר מכן תוכל להתחיל לצבוע את המשטח בצבע הרצוי. החלטתי לצבוע את שלי בלבן בהיר. המתן עד שהצבע יתייבש, ולאחר מכן משייף אותו בנייר זכוכית דק (השתמשתי בחצץ 320), אבק אותו ומרחי את שכבת הצבע הבאה. חזור על תהליך זה עד שאתה מרוצה מאטימות הצביעה. מרחתי ארבע שכבות צבע.

לאחר שכבת הצבע הסופית, משייפים אותה בנייר זכוכית עדין עוד יותר מבעבר (במקרה שלי חצץ 600) ומסירים את כל האבק שנותר על המשטח. לאחר מכן ניתן למרוח את השכבה הראשונה של המעיל השקוף המבריק. כמו בצבע, החל כמה שכבות שהוא צריך כדי לספק אותך. השתמשתי בשלושה לחלק העליון והצדדים, ושניים לתחתית. ניתן לראות את התוצאה באחת התמונות. למרות שהמשטח יכול להיות חלק יותר (ליטוש יותר ופריימר MDF), אני שמח על האפקט המבריק שהושג.

שלב 6: הכנת הטבעות

במקביל לתהליך הייבוש של שכבת הצבע הראשונה ניתן לשייף את טבעות הזכוכית האקרילית. לאחר מכן טבעות אלה מפזרות את האור הנפלט על ידי טבעות ה- LED. אם כבר מדברים על זה, חוויתי של PCB של הטבעות האלה נותרו כמה קצוות לא רצויים מתהליך הייצור, כך שתצטרך להעלות אותם מחדש. אחרת הם לא יתאימו למקרה.

לאחר מכן, כמה חוטים צריכים להיות מולחמים לטבעות. אני ממליץ לך להשתמש בחוט גמיש. השתמשתי באחד קשיח והיתה לי הבעיה שהם דחפו את שני חלקי המארז זה מזה, מה שדרש כיפוף מכוער. יתר על כן, סביר יותר לחוט קשיח להישבר וכתוצאה מכך תהליך הלחמה מגעיל מכיוון שאתה צריך להוציא את הטבעת המתאימה ואת לוח הבקר מהתיק.

שלב 7: ספק כוח

תא סוללת ליתיום יחיד משמש כמקור חשמל. הוא נטען באמצעות מעגל המטען. מעגל זה כולל הגנה על הפרשות יתר וזרם יתר. כדי לכבות את המכשיר מתג מובנה, המפריע ליציאה החיובית של לוח המטען.

מכיוון שהמתח המרבי של תא הסוללה הוא 4.2V, לא ניתן להפעיל את ה- ESP8266 ישירות. המתח גבוה מדי עבור המיקרו -בקר 3.3V מכיוון שהוא שורד רק מתח בין 3.0V - 3.6V. ווסת מתח נמוך (LDO) הוא ווסת מתח שעובד גם כאשר מתח הכניסה קרוב למתח המוצא שצוין. אם כן, מתח נשירה של 200 mV עבור LDO 3.3V פירושו שהוא פלט 3.3V כל עוד מתח הכניסה הוא מעל 3.5V. כאשר הוא ירד מערך זה, מתח המוצא מתחיל לרדת. כפי שה- ESP8266 עובד עם מתח עד 3.0V, כך הוא עובד עד שמתח הכניסה של ה- LDO יורד לכ -3.3V (הירידה אינה לינארית). זה מאפשר לנו להפעיל את הבקר באמצעות תא הסוללה עד לפריקה מלאה.

שלב 8: לוח מיקרו -בקר

אם אתה משתמש בלוח NodeMCU שלב זה הוא די פשוט. פשוט חבר את יציאת 3.3V ואת הקרקע של ספק הכוח לאחד מהסיכות 3V ו- G של הלוחות. יתר על כן, אני ממליץ להלחם את הלוח על פיסת לוח, מכיוון שזה מקל על חיבור הכל.

במקרה שהחלטת לבנות לוח בקר משלך, הצעד הראשון הוא הלחמת שבב ה- ESP לצלחת המתאם. לאחר מכן, הוסף את כל הרכיבים והחיבורים כפי שמוצג בתרשים. שני הכפתורים נחוצים כדי לאפס ולהבהב את הבקר. ייתכן שתבחין בתמונות הבאות שאני משתמש בלחצן אחד בלבד. הסיבה לכך היא שפשוט מצאתי אחד שוכב, אז במקום הכפתור ל- GPIO0, אני משתמש בשני סיכות ומגשר.

אתה יכול לראות את המעגל המוגמר שלי בשלב הבא.

שלב 9: מעגל מוסיקה (אופציונלי)

כקלט למוסיקה משתמשים בקפסולת מיקרופון פשוטה של מעבה. הוא מופעל באמצעות נגד מגביל זרם המחובר לרכבת החשמל של 3.3V. בקצרה, הקפסולה פועלת כמו קבל, כך שכאשר גלי קול פוגעים בסרעפת שלה, הקיבולת שלה ואנלוגית למתח שלה משתנים. מתח זה הוא כה נמוך עד כי כמעט איננו יכולים למדוד אותו באמצעות ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) של ה- ESP. על מנת לשנות זאת, אנו מגבירים את האות בעזרת Op-Amp. מתח המוצא המוגבר אז מסונן על ידי מסנן פסיבי נמוך, בסדר גודל ראשון עם תדר ניתוק של סביב 70 הרץ.

אם תחליט להשתמש בלוח NodeMCU, תוכל לחבר את הפלט של המעגל המתואר לעיל לפין A0 של הלוח. אם אתה רוצה לבנות לוח בקר משלך, עליך להוסיף מחלק מתח למעגל. הסיבה לכך היא ה- ESPs המשולב ב- ADC בעל מתח הכניסה המרבי של 1V. ל- NodeMCU כבר יש מובנה מחלק המתח הזה, כך שכדי שהקוד והמגבר יפעלו על שני הלוחות, המיוצר בעצמנו צריך גם אותו.

שלב 10: סיימו והרכבו את האלקטרוניקה

ראשית, הכנס את טבעות ה- LED להעמקות המיועדות בחלק העליון של המארז. לאחר מכן, חבר את ספק הכוח, המיקרו -בקר, הטבעות, ואם בנית אותו, מעגל המגבר בהתאם לסכימה.

אזהרה: לפני שתעשה זאת, בדוק שוב אם כיבית את המתח באמצעות המתג. שכחתי לעשות זאת וטיגנתי וסת LDO בזמן הלחמה. לאחר מכן, אתה מוכן להרכיב את האלקטרוניקה בתוך המארז.

התחלתי בחיבור תא הסוללה למארז בעזרת דבק חם. לאחר מכן מיקמתי את מעגל המטען ובדקתי אם אני יכול לחבר כבל USB או לא. מכיוון שלא סמכתי על דבק חם שיעמוד בכוח הדחיפה בכבל מספר פעמים, דפקתי בזהירות מסמרים דקים דרך כריות ההלחמה של המטען לצורך מתח הכניסה. לאחר המטען הדבקתי את קפסולת המיקרופון במקומה.

לאחר מכן השתמשתי בכמה סיכות חוט כפופות לתיקון המיקרו -בקר. שיטה זו מאפשרת לי להוציא את הבקר מהתיק לתיקונים בכל פעם שאני צריך בלי צורך לחתוך דבק חם ולהרוס את ה- MDF.

עכשיו, השתמשתי בכמה קשרים וסיכות חוט כפופות כדי להרכיב את החוטים. הדבר האחרון שצריך לעשות הוא להכניס את טבעות הכיסוי האקרילי. היזהר תוך כדי כך שלא תפגע בצבע מכיוון שזו התאמה די הדוקה. יתכן שאפילו יהיה עליך להקטין את הקוטר הפנימי ו/או החיצוני של טבעות האקריליק שכן לוח ה- MDF סופג מעט צבע וכך ההעמקות הלכו וקטנו מעט.

שלב 11: מהבהב המיקרו

לאחר סיום בניית החומרה, כל שנותר הוא להבהב את התוכנה. לשם כך השתמשתי ב- IDE של Arduino. אך לפני שתוכל לתכנת את הבקר, עליך להוסיף כמה ספריות ולבחור את הלוח הנכון.

ספריות

תוכל להשתמש במנהל הספרייות של IDEs (Sketch -> Include Libraries -> Mange Libraries) כדי להוסיף אותן, או שתוריד ותעביר אותן לתיקיית ספריית IDEs שלך. אני ממליץ על המנהל מכיוון שהוא נוח יותר, ותוכל למצוא שם את כל הספריות הדרושות.

DNSServer מאת Kristijan Novoselic (הכרחי ל- WiFiManager)

WiFiManager מאת tzapu ו- tablatronix (פותח AP שבו תוכל להזין את אישורי ה- WiFi המקומיים שלך)

WebSockets מאת Markus Sattler (הכרחי לתקשורת בין מכשיר משתמש לדוכן בקבוקים)

Adafruit NeoPixel של Adafruit (הכרחי לשליטה על טבעות ה- LED)

גלשן

לא משנה איזה סוג לוח בקר בחרת להשתמש בו, תחת כלים -> לוח בחר NodeMCU 1.0 (מודול ESP -12E). ודא שגודל הפלאש מוגדר ל- 4M (1M SPIFFS) ומהירות ההעלאה ל- 115200.

הַברָקָה

כדי להבהב את לוח NodeMCU פשוט חבר אותו למחשב שלך, בחר ביציאה הנכונה והעלה את התוכנית. להבהב את לוח הבקר תוצרת עצמית קצת יותר מסובך. חבר את ממיר ה- USB ל- Serial לשלושת הפינים של הלוח. חבר את GND ו- GND, RX ו- TX ו- TX ו- RX. כדי להיכנס למצב הבזק של הבקר, הפעל אותו מחדש באמצעות לחצן RST ותוך כדי כך לחץ על לחצן GPIO0. לאחר מכן וודא כי לוח הממירים שלך מוגדר ל- 3.3V. השלם את התהליך על ידי העלאת התוכנית.

חשוב: הפעל את המכשיר לפני המהבהב.

שלב 12: העלה את דף האינטרנט

הקבצים הדרושים לדף האינטרנט מאוחסנים בזיכרון הבזק של בקרי המיקרו. לפני השימוש הראשון, עליך להעלות אותם באופן ידני. לשם כך, הפעל את המכשיר (אולי תחילה עליך לטעון אותו). נוריות ה- LED צריכות להאיר אדום (בגלל המצלמה שלי זה נראה כתום בתמונה), כלומר מעמד הבקבוקים אינו מחובר לרשת. לאחר זמן קצר אמורה להיפתח נקודת גישה ל- WiFi בשם "bottleStandAP". סיסמת ברירת המחדל היא "12345678", תוכל לשנות אותה בקובץ ino. חבר אליו את הסמארטפון/טאבלט/מחשב נייד שלך. הודעה אמורה לצוץ ולהעביר אותך לדף אינטרנט. אם דבר כזה לא קורה, פשוט פתח את הדפדפן והקלד 192.168.4.1. בדף זה, לחץ על הגדר WiFi והזן את אישורי הרשת שלך. לאחר מכן, נקודת הגישה צריכה להיסגר ונורות הלדים ישנו את צבעם לכחול בהיר. המשמעות היא שהמכשיר התחבר בהצלחה לרשת שלך.

כעת עליך לקבוע את כתובת ה- IP של המכשירים. לשם כך, תוכל לחבר אותו למחשב שלך, לפתוח את הצג הסידורי של Arduino IDE (קצב שידור הוא 115200) ולהפעיל מחדש את המכשיר. לחלופין תוכל לפתוח את דף האינטרנט של נתב ה- WiFi שלך. לאחר שתכיר את כתובת ה- IP של המכשיר, פתח את הדפדפן והקלד xxx.xxx.xxx.xxx/upload (שם ה- xs מייצגים את כתובת ה- IP של בקבוקים). חלץ את הקבצים מה-.rar והעלה את כולם. אחרי זה פשוט הקלד את ה- IP של המכשיר שלך ודף הבקרה אמור להיפתח. ועל ידי זה, סיימת לבנות את קומת הבקבוקים שלך. מזל טוב!

שלב 13: דף האינטרנט

דף האינטרנט מאפשר לך לשלוט על מעמד הבקבוקים שלך. כאשר אתה פותח את הדף הראשי, אתה יכול לראות שלושה עיגולים כחולים באמצע העליון. אלה מאפשרים לך לבחור אילו הגדרות טבעת ברצונך לשנות. גלגל הצבעים משנה את צבע הטבעות הנבחרות בעת לחיצה עליו. השדה להלן מראה לך את הצבע שבחרת. על ידי לחיצה על הכפתור האקראי, הטבעות שנבחרו מוגדרות למצב צבע אקראי. המשמעות היא שהצבע משתנה בכל פעם שמחזור של מצב הנשימה מסתיים.

בעמוד השני ניתן לבחור את המצבים השונים. צבע קבוע ובהירות קבועה עושים בדיוק מה שמשמעות השם שלהם. מצב הנשימה יוצר אפקט "נשימה", כלומר בהירות הטבעות עולה לאורך זמן מותאם למקסימום, ואז יורדת למינימום. מצב המחזור מדליק רק נורית אחת לזמן נתון, ואז מדליק את הבא, ואז את הבא וכן הלאה. מצב סף המוזיקה משנה את הצבע בכל פעם שהמיקרופון מזהה אות גבוה יותר מסף מוגדר בהתאמה אישית. לא רק מוזיקה יכולה לעורר זאת, מחיאות כפיים, למשל, יכולות גם הן. במצב מד VU מספר נוריות הנורות הנורות תלוי בעוצמת הבס של המוזיקה.

הערה: ניתן להשתמש בסרגלים מבלי להפעיל את המצבים המתאימים. לדוגמה: אם אתה משתמש במצב המחזור ומשנה את הבהירות באמצעות סרגל הבהירות הקבועה, הטבעות יישארו במצב המחזור אך ישנו את בהירותן בהתאם למה שהגדרת.

שלב 14: איך כל זה עובד?

העיקרון הפונקציונלי די קל לתפיסה. בכל פעם שאתה פותח את דף האינטרנט, ה- ESP8266 שולח את קבצי האינטרנט למכשיר שלך. לאחר מכן, כאשר אתה משנה משהו בדף, תו מיוחד, לרוב ואחריו ערך שלם, נשלח אל הבקר באמצעות חיבור Webocket. הבקר מעבד נתונים אלה ומשנה את הנורות בהתאם.

ה- web part כתוב ב- html, css ו- javascript. כדי להקל על המשימה הזו, הפכנו אותנו מהמסגרת Materialize CSS ו- jQuery. אם ברצונך לשנות את מראה האתר, עיין בתיעוד של המסגרת. לחלופין, אתה יכול פשוט לכתוב דף משלך ולהעלות אותו. עליך רק ליצור את חיבור האינטרנט ולשלוח את אותם נתונים.