שולחן מחשב בשלט רחוק: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

לאחרונה נתקלתי בבעיה שהעצלנות שלי הפכה לבעיה אדירה עבורי בבית. ברגע שאני הולך לישון, אני אוהב לשים אור נחמד LED מופעל עם כמה סדרות משחק על המחשב שלי. אבל … אם אני רוצה לכבות את הדברים האלה אני צריך לקום כל פעם ולכבות אותם ביד. לפיכך, החלטתי לבנות בקר שלם עבור שולחן העבודה כולו של המחשב האישי, בו אוכל להדליק ולכבות את המסכים ואת התאורה, להתאים את עוצמת הרמקולים ואת בהירות תאורת ה- LED על ידי לחיצה על כפתור מקביל בשלט שלי.

הפרויקט הוא תיבת בקר שולחן עבודה / שולחן עבודה, המופעל על ידי שלט IR. ישנם הרבה סוגים של שלטי IR זמינים בימים אלה, אבל זו לא בעיה. בקר זה מתכוונן וניתן להתאים אותו לכל סוג של שלט אינפרא אדום התומך בפרוטוקול מתאים לחיישן המשומש שלנו (נעסוק בהמשך).

שולחן המחשב הנשלט כולל שולחן עבודה:

1. בקרת מתח AC: הפעלה/כיבוי של הצג המחובר לחשמל 220VAC
2. בקרת מתח DC: הפעלה/כיבוי של הצג המחובר לחשמל DC (עד 48V)
3. בקרת עוצמת שמע: שליטה מלאה על עוצמת הסטריאו המועברת לרמקולים
4. בקרת תאורת רצועות LED: שליטה מלאה על בהירות תאורת רצועות LED

המכשיר כולל ממשק משתמש מעוצב ותאים מכניים מתכווננים, מה שהופך אותו קל לבנייה וקל לשימוש:

1. תצוגה: מצב בזמן אמת של כל המערכות המבוקרות מוצג על צג LCD בגודל 16x4
2. נורית RGB: לקבלת משוב נוסף למערכת, מטרתו היא לאשר למשתמש כי קיים אות מתקבל משלט ה- IR.
3. מערכת התאמה: המכשיר מכיל כפתור לחיצה יחיד, שיש ללחוץ עליו לתהליך ההתאמה. כאשר תהליך ההתאמה מתחיל, אנו יכולים לשייך כל שלט IR למכשיר שלנו על ידי ביצוע ההנחיות המוצגות על גבי צג.

אחרי שסיקרנו את היסודות, בואו לבנות את זה!

שלב 1: הסבר

פעולת המכשיר יכולה להיחשב כפשוטה, בשל היעדר מורכבותה העיצובית. כפי שניתן לראות בתרשים הבלוקים, "המוח" הוא המיקרו -בקר AVR, בעוד שכל החלקים האחרים נשלטים על -ידי "המוח" הזה. על מנת לארגן את כל התמונה במוחנו, נתאר את העיצוב בלוק אחר בלוק:

יחידת אספקת חשמל: מקור החשמל של המכשיר שנבחר הוא PSU פס ה- LED, המסוגל לספק קלט 24VDC למערכת. מיקרו-בקר, ממסרים, פוטנציומטרים דיגיטליים ומגברי שמע פועלים כולם על 5V, ובכך נוספה לעיצוב ממיר ההורדה DC-DC. הסיבה העיקרית ל- DC-DC במקום הרגולטור הלינארי היא פיזור הכוח וחוסר היעילות. נניח שאנו משתמשים ב- LM7805 הקלאסי עם קלט 24V ופלט 5V. כאשר הזרם יגיע לערכים משמעותיים, הכוח שיתפוגג בצורה של חום על הרגולטור הליניארי יהיה עצום ועלול להתחמם יתר על המידה, ויצמיד רעש מזמזם למעגלי שמע:

Pout = Pin + Pdiss, אז ב- 1A אנו משיגים: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (של הספק מתפוגג).

מיקרו -בקר: על מנת לכתוב את הקוד כמה שיותר מהר, בחרתי ב- ATMEGA328P מבוסס AVR, שנמצא בשימוש נרחב בלוחות UNO של Arduino. על פי דרישות העיצוב, נשתמש כמעט בכל התמיכה ההיקפית: הפרעות, טיימרים, UART, SPI וכו '. מכיוון שהוא בלוק מרכזי במערכת, הוא מתחבר עם כל החלקים במכשיר

• ממשק משתמש: הלוח הקדמי של המכשיר מכיל את כל החלקים שאיתם המשתמש צריך לתקשר:

  1. חיישן IR: חיישן לפענוח הנתונים מרחוק ה- IR.
  2. לחצן לחיצה: נדרש לזיווג שלט ה- IR למכשיר
  3. LED RGB: מצורף אסתטי למתן משוב על קבלת מידע על ידי המערכת
  4. LCD: ייצוג גרפי של המתרחש בתוך המכשיר

בקרת צגים: על מנת להפוך את המכשיר למסוגל להחליף כוח במסכי המחשב האישי, יש צורך להתמודד עם ערכי מתח גדולים. לדוגמה, צגי סמסונג שלי אינם חולקים תצורת חשמל כלל: אחד מסופק על ידי 220VAC ואילו השני מופעל על ידי PSU משלו של 19.8V. לפיכך הפתרון היה למעגל ממסר לכל אחד מקווי החשמל של הצג. ממסרים אלה נשלטים על ידי MCU והם מופרדים לחלוטין, מה שהופך את העברת הכוח של הצג לעצמאית לכל צג

בקרת אור: יש לי רצועת LED, המגיעה עם ספק הכוח המחובר של 24VDC, המשמש ככניסה לאספקת החשמל של המערכת. מכיוון שיש צורך להוביל זרם גדול דרך רצועת ה- LED, מנגנון הבהירות שלה כולל מעגל מגביל זרם המבוסס על MOSFET, הפועל באזור ליניארי של אזור פעיל

בקרת עוצמת הקול: מערכת זו מבוססת על העברת אותות השמע בערוצים שמאל וימין כאחד דרך מחיצות מתח, כאשר המתח המיושם משתנה באמצעות תנועת מגב פוטנציומטר דיגיטלי. ישנם שני מעגלים בסיסיים LM386 כאשר בכל קלט יש מחלק מתח יחיד (נעסוק בזה מאוחר יותר). הכניסה והפלט הם שקעי סטריאו 3.5 מ"מ

נראה שכיסינו את כל החלקים האינטגרליים של המעגלים. בואו נמשיך לסכימות חשמליות …

שלב 2: חלקים ומכשירים

כל מה שאנחנו צריכים כדי לבנות את הפרויקט:

רכיבים אלקטרוניים

1. רכיבים נפוצים:

   • נגדים:

     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. קבלים:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100nF
        4. 2 x 50nF
        5. 3 x 47uF

     9. שונות:

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

     10. מעגלים משולבים:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • מגבר אודיו: 2 x LM386
         • פוטנציומטר דיגיטלי כפול: 1 x MCP4261
         • פוטנציומטר דיגיטלי יחיד: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (ניתן להחליף בכל מכשיר ידידותי ל- DC-DC 5V)
         • אופ-אמפר: 1 x LM358
         • ממסרים: SPDT כפול 5V סובלני
         • ספק כוח חיצוני 24V

     11. ממשק משתמש:

         • LCD: 1 x 1604A
         • חיישן IR: 1 x CDS-IR
         • לחצן לחיצה: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 אנשי קשר)

     12. מחברים:

         • בלוקי מסוף: 7 x 2 מגע TB
         • מחברי לוח לחוט: כבל מגע 3 x 4 + מחברי דיור
         • אודיו: 2 x 3.5 מ"מ מחברי שקע נקבה
         • ספק כוח: 2 x 220VAC מחברי מתח (זכר)
         • שקע DC: 2 x מחברי שקע DC זכר
         • רצועת LED ואספקת חשמל חיצונית: 1 x 4-contact לוח-לחוט מחברים מורכבים + כבל

     רכיבים מכניים

     1. נימה למדפסת תלת מימד - PLA+ בכל צבע
     2. 4 ברגים בקוטר 5 מ"מ
     3. לוח טיפוס לפחות 9 על 15 ס"מ
     4. מלאי של חוטים שאינם בשימוש

     כלים

     1. מדפסת תלת מימד (השתמשתי ב- Creality Ender 3 עם מיטה מחוברת מסוג זכוכית)
     2. אקדח דבק חם
     3. מַלְקֶטֶת
     4. צבת
     5. מַחתֵך
     6. ספק כוח חיצוני 24V
     7. אוסצילוסקופ (אופציונלי)
     8. מתכנת AVR ISP (להבהוב MCU)
     9. מברג חשמלי
     10. מלחם
     11. מחולל פונקציות (אופציונלי)

שלב 3: תרשימי חשמל

התרשים הסכימטי מחולק למעגלים מופרדים, מה שיכול להקל עלינו להבין את פעולתו:

יחידת מיקרו -בקר

זהו ATMEGA328P מבוסס AVR, כפי שתואר לעיל. הוא משתמש במתנד פנימי ופועל במהירות 8MHz. J13 הוא מחבר מתכנת. יש הרבה מתכנתים בעולם ה- AVR, בפרויקט הזה השתמשתי במתכנת ISP V2.0 מ- eBay. J10 הוא קו UART TX, והוא משמש בעיקר למטרות איתור באגים. כאשר בונים הליך טיפול בפסיקה, לפעמים טוב לדעת מה המערכת צריכה להגיד לנו מבפנים. D4 הוא LED RGB שמונע ישירות מ- MCU, בשל דירוגי הזרם הנמוכים שלו. סיכת PD0 מחוברת ללחצן לחיצה מסוג SPST עם משיכה חיצונית.

חיישן IR

חיישן אינפרא אדום המשמש בפרויקט זה הוא חיישן IR תלת פיני לכלל הזמין ב- eBay, במחירים ידידותיים מאוד. סיכת אות יציאת ה- IR מחוברת לסיכת הכניסה להפרעה (INT1) של MCU,

LCD

תצוגה היא יישום פשוט של צג 1604A, עם העברת נתונים של 4 סיביות. כל סיכות הבקרה/הנתונים קשורות ל- MCU. חשוב לשים לב כי ה- LCD מחובר ללוח הראשי באמצעות שני מחברים J17, J18. על מנת להפעיל/לכבות את מודול LCD, יש מתג BJT יחיד, המחליף קו קרקע עבור LCD.

ספק כוח

כל המעגלים הפנימיים, למעט רצועת ה- LED, פועלים במהירות 5V. כפי שהוזכר קודם לכן, מקור כוח 5V הוא מודול DC-DC פשוט (כאן eBay עזר לי למצוא את הפתרון), הממיר 24V ל 5V, ללא בעיית חימום, שיכול להתרחש על הרגולטור הליניארי. קבלים C [11..14] משמשים למעקף, והם נחוצים לעיצוב זה בגלל רעשי מיתוג הקיימים בקווי מתח DC -DC - הן הקלט והן הפלט.

בקרת צג

מעגלי בקרת צגים הם רק מערכות מיתוג ממסר. מכיוון שיש לי שני מסכים, האחד מוזן מ 220VAC והשני מ -19.8V, יש צורך ביישום שונה: כל פלט MCU מחובר ל- 2N2222 BJT, וסליל ממסר מחובר כעומס מ -5V לסיכת אספן BJT. (אל תשכח לצרף דיודה הפוכה לפריקה הנוכחית המתאימה!). במתח 220VAC ממסר ממסר את קווי LINE ו- NEUTRAL וב- 19.8V ממסר ממסר את קו החשמל DC בלבד - מכיוון שיש לו ספק כוח משלו, קווי הקרקע משותפים לשני המעגלים.

בקרת עוצמת שמע

רציתי להשתמש במגברי שמע LM386 כמאגרי מחיצות המתח, להעברת אותות שמע זהירים. כל ערוץ - שמאל וימין מגיע מכניסת שקע שמע של 3.5 מ מ. מכיוון ש- LM386 מיישם בתצורת חלקים מינימליים רווח סטנדרטי של G = 20, יש נגד 1MOhm לשני הערוצים. כך נוכל להפחית את הכמות הכוללת של ערוצי הקלט למערכת הרמקולים:

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

והרווח הכולל הוא: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1.9

מחלק המתח הוא רשת פוטנציומטר דיגיטלית פשוטה, שבה המגב מעביר את האות למאגר LM386 (U2 הוא ה- IC). ההתקן חולק SPI לכל המעגלים ההיקפיים, כאשר רק קווים ENABLE מופרדים לכל אחד מהם. MCP4261 הוא פוטנציומטר דיגיטלי לינארי 100K 8 סיביות, ולכן כל שלב בעליית עוצמת הקול מתבטא: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

סיכות A ו- B עבור כל ערוץ שמאל וימין קשורות ל- GND ו- 5V. כך במיקום המגב בתחתית מעביר את כל אות השמע ל- GND באמצעות עוצמת התקן MUTING של הנגד 1MOhm.

בקרת בהירות רצועת LED:

הרעיון של בקרת הבהירות דומה לבקרת עוצמת הקול, אך כאן יש לנו בעיה: פוטנציומטר דיגיטלי עשוי לשדר רק אותות אשר אמפליטודות לא יעלו על 5V ל- GND. לפיכך הרעיון הוא למקם מאגר אופ-אמפר פשוט (LM358) אחרי מחלק המתח הדיגיטלי של פוטנציומטר. ומתח שליטה הקשור ישירות לטרנזיסטור PMOS.

X9C104P הוא פוטנציומטר דיגיטלי יחיד בעל 8 סיביות בעל ערך 100 קאוהם. אנו יכולים להשיג חישוב למתח השער בהתאם לכללים אלגבריים בלבד לזרימה הנוכחית:

V (שער) = V (מגב) * (1 + R10/R11) = 2V (מגב) ~ 0 - 10V (וזה מספיק להפעלה/כיבוי ושליטה על הבהירות)

שלב 4: יצירת מארז תלת מימד

עבור מארז מכשירים, השתמשתי ב- FreeCAD v0.18 שהוא כלי מצוין אפילו למתחילים כמוני.

סוג מארז

רציתי ליצור קופסה שבה יש מעטפת אחת שתחבק את הלוח המולחם. הלוח הקדמי מכיל את כל חלקי ממשק המשתמש והלוח האחורי מכיל את כל המחברים לאלקטרוניקה של השולחן. לוחות אלה מוכנסים ישירות למעטפת הראשית עם מכלול בעל 4 בורג בכריכה העליונה.

ממדים

כנראה השלב החשוב ביותר ברצף. יש לקחת בחשבון את כל המרחקים והאזורים המתאימים. כפי שניתן לראות בתמונות, קודם כל המידות שצולמו נמצאות בלוחות הקדמיים והאחוריים:

לוח קדמי: אזורי חיתוך עבור חיישן LCD, מתג, LED וחיי IR. כל המידות הללו נגזרות מגליון הנתונים של היצרן לכל חלק. (במקרה שתרצה להשתמש בחלק אחר, עליך להרגיע את כל אזורי החיתוך.

פאנל אחורי: שני חורים לשקעי שמע 3.5 מ מ, שני מחברי חשמל 3 קווים 220V, שני שקעי זכר לאספקת חשמל DC וחורים נוספים לרצועת LED והספק למכשיר

מעטפת עליונה: מעטפת זו משמשת רק לחיבור כל החלקים יחד. מכיוון שהפנל הקדמי והאחורי מוכנסים למעטפת התחתונה.

מעטפת תחתונה: הבסיס למכשיר. הוא מחזיק את הלוחות, הלוח הממולחם האלקטרוני והברגים המחוברים לכריכה העליונה.

עיצוב החלקים

לאחר יצירת הלוחות, נוכל להמשיך לקליפה התחתונה. מומלץ להבטיח התאמה של החלקים לגמרי לאחר כל שלב. הקליפה התחתונה היא צורת שחול מבוססת מלבן פשוטה, עם כיסים סימטריים ליד שולי הקליפה (ראה תמונה 4).

לאחר שלב הכיס, יש צורך ליצור בסיסים בעלי 4 בורג עבור המצורף לכריכה. הם תוכננו כהכנסת צילינדרים פרימיטיביים ברדיוס שונה, כאשר גליל חיתוך זמין לאחר פעולת XOR.

עכשיו יש לנו מעטפת תחתונה שלמה. על מנת ליצור כיסוי תקין, יש צורך בשרטוט בחלק העליון של המעטפת, וליצור אותן נקודות גליל (צירפתי רק נקודות לקדוח, אך קיימת אפשרות ליצור חורים בקוטר קבוע).

לאחר השלמת מעטפת המכשיר, נוכל לבדוק זאת על ידי הרכבת החלקים יחד.

שלב 5: הדפסה תלת מימדית

לבסוף, אנו כאן, ויכולים להתקדם להדפסה.יש קבצי STL זמינים לפרויקט זה, בהתבסס על העיצוב שלי.ייתכן שיש בעיה עם קבצים אלה להדפסה, כיוון שאין התייחסות לסובלנות. ניתן להתאים סובלנות אלה ביישום הפרוסות (השתמשתי ב- Ultimaker Cura) עבור קבצי STL.

החלקים המתוארים הודפסו ב- Creality Ender 3, עם מיטת זכוכית. התנאים אינם רחוקים מהתנאים הסטנדרטיים, אך יש לקחת זאת בחשבון:

• קוטר הזרבובית: 0.4 מ"מ
• צפיפות מילוי: 50%
• תמיכה: אין צורך בקובץ מצורף לתמיכה כלל
• מהירות מומלצת: 50 מ"מ/ש לפרויקט

ברגע שחלקי המארז מודפסים, יש לבדוק אותם במציאות. אם אין בעיות בחיבור חלקי מארז, נוכל להמשיך לשלב ההרכבה וההלחמה.

יש בעיה במציג STL במדריכים, אז אני מציע להוריד אותו קודם:)

שלב 6: הרכבה והלחמה

תהליך הלחמה הוא תהליך קשה, אך אם נפריד את הרצף למעגלים שונים, יהיה לנו הרבה יותר קל לסיים אותו.

1. מעגל MCU: יש להלחים תחילה עם מחבר התכנות הנשי שלו. בשלב זה, אנו יכולים למעשה לבדוק את פעולתו וקישוריותו.
2. מעגל שמע: השני. אל תשכח לצרף בלוקים מסופים על הלוח המולחם. חשוב מאוד לבודד את נתיב ההחזרה של מעגלי האודיו מהמוצרים הדיגיטליים - במיוחד ICs פוטנציומטרים דיגיטליים, בגלל טבעם הרועש.
3. מעגלי צג: בדומה למעגל השמע, אל תשכח לצרף בלוק מסוף ביציאות הקלט/פלט.
4. מחברים ולוח ממשק משתמש: הדברים האחרונים שצריך לחבר. לוח ממשק המשתמש מחובר ללוח מולחם באמצעות מחבר Board-to-Wire, שבו חוטים מולחמים ישירות לחלקים החיצוניים.

לאחר תהליך ההלחמה, יש רצף פשוט של קבצים מצורפים לחלקים מכניים. כפי שהבחינו למעלה, יש צורך לשים 4 ברגים (השתמשתי בקוטר 5 מ מ) בפינות, המופיעות על המארז. לאחר מכן, יש צורך בהצמדת חלקי ממשק משתמש ומחברי לוח אחורי לעולם החיצון. הכלי המועדף הוא אקדח דבק חם.

זה יהיה מאוד שימושי לבדוק התאמת חלקים לתוך המארז המודפס. אם הכל נראה טוב, נוכל להמשיך לשלב התכנות.

שלב 7: תכנות

שלב זה מהנה. מכיוון שישנם מגוון דברים שצריך לפעול, נשתמש בסך הכל ב -5 שירותים של ה- MCU: הפרעה חיצונית, ציוד היקפי SPI, UART לרישום, טיימרים לספירה מדויקת ו- EEPROM לאחסון קודי IR מרחוק שלנו.

ה- EEPROM הוא כלי חיוני לנתונים המאוחסנים שלנו. על מנת לאחסן קודי IR מרחוק, יש צורך לבצע רצף לחיצות על כפתורים. לאחר כל רצף מערכת תזכור את הקודים ללא תלות במדינה או שהמכשיר מופעל או לא.

אתה יכול למצוא את כל פרוייקט Atmel Studio 7 מאוחסן כ- RAR בתחתית שלב זה.

התכנות מתבצע על ידי מתכנת AVR ISP V2, 0, באמצעות אפליקציה פשוטה הנקראת ProgISP. זוהי אפליקציה ידידותית מאוד, עם ממשק משתמש מלא. פשוט בחר קובץ HEX מתאים והורד אותו ל- MCU.

חשוב: לפני כל תכנות של MCU, ודא שכל ההגדרות המתאימות מוגדרות בהתאם לדרישות העיצוב. בדומה לתדר השעון הפנימי - כברירת מחדל, נתיך המחיצה שלו פעיל בהגדרות היצרן, ולכן יש לתכנת אותו בהיגיון HIGH.

שלב 8: זיווג ובדיקה

סוף סוף אנחנו כאן, אחרי כל העבודה הקשה שנעשתה:)

על מנת להשתמש במכשיר כראוי, יש צורך ברצף התאמה, ולכן המכשיר "יזכור" שלט IR מצורף שישמש. שלבי ההתאמה הם כדלקמן:

1. הפעל את המכשיר, המתן לאתחול תצוגת ממשק המשתמש הראשי
2. לחץ על הלחצן בפעם הראשונה
3. לפני שהמונה מגיע לאפס, לחץ על הלחצן פעם נוספת
4. הקש על המקש המתאים לו ברצונך לקבל פונקציה מסוימת, בהתאם למכשיר
5. הפעל מחדש את המכשיר, ודא שעכשיו הוא מגיב למפתחות שהוגדרו.

וזה הכל!

מקווה שתמצא את זה שימושי, תודה שקראתם!