Musikkflaskeholder med justerbare lys: 14 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

For en tid siden bestilte en venn av meg en 16-biters LED-ring å pusle med, og mens han gjorde det, fikk han ideen om å legge en flaske på toppen av den. Da jeg så det, ble jeg fascinert av utseendet på lyset som belyste kolben og husket det fantastiske prosjektet "Mc Lighting" av Hackaday -brukeren Tobias Blum:

hackaday.io/project/122568-mc-lighting

Et aspekt av prosjektet hans hadde vært å kontrollere WS2812 lysdioder via et selvskrevet webgrensesnitt uten bruk av noen ekstern tjeneste. Inspirert av hans tilnærming til kontroll av en LED-ring, bestemte jeg meg for å kombinere disse to ideene og bringe dem til neste nivå. moduser inkludert de som samhandler med omgivelsesmusikk. For å lage en bærbar enhet, drives den av en Li-Ion-battericelle.

I denne instruksen vil jeg gå gjennom byggeprosessen og lære deg om dens underliggende funksjon. Etterpå bør du kunne bygge din egen versjon og ha en ide om hvordan du legger til webkontroll i et prosjekt uten å bruke noen ekstern tjeneste.

Trinn 1: Byggealternativer

Når det gjelder elektronikken til dette prosjektet, kan du enten bruke et NodeMCU-kort, som er enkelt å bruke og ganske billig, eller du kan bygge ditt eget brett som meg. Det er ingen spesiell fordel ved å gjøre det, jeg hadde bare en ESP8226-12E-brikke liggende og bestemte meg for å bruke den slik at jeg kunne beholde NodeMCU-brettet for rask prototyping. Det er bare en stor forskjell: du trenger en 3.3V USB til Serial board for å programmere det selvlagde kontrollerkortet. Til tross for at det ikke spiller noen rolle hvilken type du velger, bare husk det når det gjelder de nødvendige delene.

Det er et alternativ som gjør ganske stor forskjell: musikkmodus. Hvis du bestemmer deg for å inkludere den, kan flaskeholderen brukes som en VU-måler, og dessuten kan den endre fargene på LED-en når musikkens bass når en gitt terskel. Dette krever imidlertid litt ekstra maskinvare. Du må bygge en forsterker som forsterker utgangen til en kondensatormikrofonkapsel og et lavpassfilter for bassfrekvensene. Selv om dette kan høres vanskelig ut, er det virkelig ikke det. Det krever ingen spesielle deler, og jeg anbefaler på det sterkeste å inkludere denne kretsen, da den forbedrer enheten ganske mye.

Trinn 2: Nødvendige deler og materialer

Saken:

Kanskje den vanskeligste delen av dette prosjektet er saken. Ettersom jeg ønsket å prøve noe nytt, bestemte jeg meg for å bruke MDF -plater med en tykkelse på 18 mm og male dem. Sammenlignet med andre treslag/materialer har MDF fordelen av at overflaten kan slipes spesielt glatt, og derfor kan malingen på den se ekstremt blank ut. I tillegg trenger du litt akrylglass med en tykkelse på 4 mm som et deksel til LED -ringene.

Saken har en lengde på 33 cm og en bredde på 9 cm, så jeg anbefaler en tallerken med følgende dimensjoner:

MDF-plate 400 x 250 x 18 mm

LED-ringdekslene har en diameter på rundt 70 mm, så tallerkenen din i akrylglass bør minst ha følgende dimensjoner:

Akrylplate 250 x 100 x 4 mm

For å male den fikk jeg meg 125 ml hvit akrylmaling og 125 ml glanset klarlakk. Videre anbefaler jeg deg å bruke en skumrulle da du kan påføre malingen jevnere. Til slipedelen brukte jeg et sandpapirark med en korn på 180, en med 320 og en med 600.

Elektronikk:

For elektronikken trenger du tre 16-bits WS2812 LED-ringer. Bare vær forsiktig, da jeg fant to typer 16-bits LED-ringer, du trenger de med større diameter (rundt 70 mm), og derfor større gap mellom lysdiodene.

For strømforsyningen trenger du en Li-Ion battericelle, en tilsvarende lader og en bryter. I tillegg trenger du en 3,3 V spenningsregulator med lav frafallsspenning (LDO) og to kondensatorer for å drive mikrokontrolleren. Jeg forklarer hvorfor du trenger LDO -regulatoren i trinn 7.

Hvis du bestemmer deg for å bygge den valgfrie musikkforsterkeren og filterkretsen, trenger du en Op-Amp og noen passive komponenter. Og hvis du velger å lage din egen kontrollenhet, trenger du ESP -brikken, et breakout -bord, noen motstander, en knapp og noen pins.

Og jeg anbefaler på det sterkeste et stykke perfboard for å lodde alt på det.

LED-ring

3.7V Li-Ion-celle (jeg reddet en av typen TW18650 ut av en ubrukt batteripakke)

Li-ion lader

Bryter (Ikke noe spesielt, jeg brukte en gammel jeg reddet fra et ødelagt sett med høyttalere)

LDO spenningsregulator (i tillegg kondensatorene nevnt i datablad: 2 x 1uF keramisk kondensator)

perfboard

Musikkrets (valgfritt):

I følge skjematisk

Mikrokontroller:

NodeMCU

ESP8266 12E (adapterplate, knapp, motstander og pinner i henhold til skjematisk)

USB to Serial (kreves for å programmere selvlagde kontrollerkort, hvis du allerede har en, er det ikke nødvendig å skaffe en til)

Trinn 3: Fresing av saken

En venn av meg bygde seg en MP-CNC og var så snill å frese meg de to MDF-delene og de tre akrylringene. Tredelene er toppen og bunnen av en pilleformet eske. På boksen er det tre steder for LED-ringene og dekslene i akryl. Ettersom disse fordypningene er designet for å være bare en brøkdel større enn kretskortene, passer de og sitter på plass uten behov for lim eller skruer. Det samme gjelder akryldekslene. Siden de har en større diameter enn LED-ringene, plasseres de på en kant over lysdiodene (se bildet).

Trinn 4: Fullfør saken

Du har kanskje lagt merke til at det er flere ting som mangler ved den fresede saken akkurat nå. Ting som hull til ringens kabler, et hull til USB -kontakten og en lomme til batteriet. Videre, hvis du velger å inkludere musikkretsen, er det også behov for et hull for mikrofonen. I tillegg anbefaler jeg deg å bore hull under LED-ringene slik at du kan skyve dem ut av saken. Jeg brukte et roterende slipeverktøy for å legge til de ovennevnte hullene.

På det tredje bildet kan du se "vedlikehold" og kabelhull for ringen. Som du kanskje allerede har lagt merke til, laget jeg to kabelhull. Dette var ikke med vilje. Dette var på et tidlig stadium der jeg trodde at vinklene på ringene ville være uviktige, men det er de ikke. Monter dem alle tre med kablene til samme side. Jeg endte opp med å montere dem mot forsiden.

Viktig: Bruk alltid støvmaske ved saging, boring eller fresing i MDF. Det samme gjelder sliping.

Trinn 5: Fullfør saken

Nå blir saken malt. Før du gjør dette, anbefaler jeg at du ser eller leser en opplæring om dette, da dette beviste seg å være vanskeligere enn jeg trodde det var. Denne dekker alt du trenger å vite om emnet.

Slip først utsiden av MDF -delene grundig. Jeg brukte grit 160 -papiret til dette. Etter det anbefaler mange opplæringsprogrammer å forsegle overflaten, spesielt i kantene, med en spesiell MDF -grunning. Jeg hoppet over denne delen da primeren er ganske dyr, og selv om resultatet ikke er så godt som det kunne ha vært, ville jeg gjort det igjen.

Etterpå kan du begynne å male overflaten i ønsket farge. Jeg bestemte meg for å male min i en klar hvit. Vent til fargen tørker, sand den deretter med fint sandpapir (jeg brukte korn 320), støv den av og påfør det neste fargelaget. Gjenta denne prosessen til du er fornøyd med fargenes ugjennomsiktighet. Jeg påførte fire lag med farge.

Etter det siste fargelaget, sand det med et enda finere sandpapir enn før (i mitt tilfelle grus 600) og fjern alt støvet som er igjen på overflaten. Etter det kan du påføre det første laget av den blanke klarlakken. Som med fargen, bruk så mange lag som den trenger for å tilfredsstille deg. Jeg brukte tre for toppen og sidene, og to for bunnen. Du kan se resultatet på et av bildene. Selv om overflaten kan være jevnere (mer sliping og MDF -grunning), er jeg fornøyd med den oppnådde glanseffekten.

Trinn 6: Forbereder ringene

Parallelt med tørkeprosessen i det første fargelaget kan du slipe ringene i akrylglass. Etter det diffunderer disse ringene lyset som sendes ut av LED-ringene. Når jeg snakker om det, opplevde jeg at PCB -ene til disse ringene hadde noen uønskede kanter igjen av produksjonsprosessen, så du må kanskje avgrense dem. Ellers passer de ikke inn i saken.

Etterpå må noen ledninger loddes til ringene. Jeg anbefaler deg å bruke fleksibel ledning. Jeg brukte stiv en og hadde problemet med at de skjøv de to delene av saken fra hverandre, noe som krevde stygg bøyning. Videre er det mer sannsynlig at stiv ledning går i stykker, noe som resulterer i en ekkel loddeprosess da du må få den tilsvarende ringen og kontrollkortet ut av saken.

Trinn 7: Strømforsyning

En enkelt Li-Ion battericelle brukes som strømkilde. Den lades via laderkretsen. Denne kretsen har beskyttelse mot overladning og overstrøm. For å slå av enheten er en bryter, som avbryter den positive utgangen fra laderkortet, innebygd.

Siden maksimal spenning på battericellen er 4,2V, kan ESP8266 ikke drives direkte. Spenningen er for høy for 3,3V mikrokontrolleren, da den bare overlever spenninger mellom 3,0V - 3,6V. En lavt frafall (LDO) spenningsregulator er en spenningsregulator som fungerer selv når inngangsspenningen er nær den angitte utgangsspenningen. Så en frafallsspenning på 200 mV for en 3.3V LDO betyr at den sender ut 3.3V så lenge inngangsspenningen er over 3.5V. Når den overskrider denne verdien, begynner utgangsspenningen å synke. Ettersom ESP8266 fungerer med spenninger ned til 3,0V, så fungerer det til inngangsspenningen til LDO synker til rundt 3,3V (nedstigningen er ikke lineær). Dette lar oss drive kontrolleren via battericellen til den er fullstendig utladet.

Trinn 8: Microcontroller Board

Hvis du bruker et NodeMCU-kort, er dette trinnet ganske enkelt. Bare koble 3.3V -utgangen og bakken til strømforsyningen til en av kortene 3V- og G -pinnene. Videre anbefaler jeg å lodde brettet på et stykke perfboard, da dette gjør det lettere å koble til alt.

Hvis du bestemte deg for å bygge ditt eget styrekort, er det første trinnet å lodde ESP -brikken til adapterplaten. Deretter legger du til alle komponentene og tilkoblingene som vist i skjematikken. De to knappene er nødvendige for å tilbakestille og blinke kontrolleren. Du kan merke på bildene nedenfor at jeg bare bruker en knapp. Grunnen til det er at jeg nettopp fant en liggende, så i stedet for knappen for GPIO0 bruker jeg to pinner og en jumper.

Du kan se min ferdige krets på neste trinn.

Trinn 9: Musikkrets (valgfritt)

Som inngang for musikken brukes en enkel kondensatormikrofonkapsel. Den drives av en strømbegrensende motstand koblet til 3,3V kraftskinne. I et nøtteskall fungerer kapselen som en kondensator, så når lydbølger treffer membranen, endres kapasiteten og analog med spenningen. Denne spenningen er så lav at vi knapt kan måle den med ESPs analog til digital converter (ADC). For å endre dette, forsterker vi signalet med en Op-Amp. Den forsterkede utgangsspenningen blir deretter filtrert av et passivt lavpassfilter av første orden med en cut-off frekvens på rundt 70Hz.

Hvis du bestemmer deg for å bruke et NodeMCU-kort, kan du koble utgangen fra kretsen ovenfor til A0-pinnen på kortet. Hvis du vil bygge ditt eget styrekort, må du legge til en spenningsdeler i kretsen. Årsaken til det er ESP -er ombord på ADC som har en maksimal inngangsspenning på 1V. NodeMCU har denne spenningsdeleren allerede innebygd, så for at koden og forsterkeren skal fungere på begge brettene, trenger den selvlagde den også.

Trinn 10: Fullfør og monter elektronikken

Først setter du LED-ringene inn i de angitte fordypningene på toppen av saken. Deretter kobler du til strømforsyningen, mikrokontrolleren, ringene og, hvis du bygde den, forsterkerkretsen i henhold til skjemaet.

Advarsel: Før du gjør det, dobbeltsjekk om du har slått av strømmen med bryteren. Jeg glemte å gjøre det og stekte en LDO -regulator under lodding. Etter det er du klar til å montere elektronikken inne i saken.

Jeg begynte med å feste battericellen til etuiet med litt varmt lim. Etter det plasserte jeg laderkretsen og sjekket om jeg kunne koble til en USB -kabel eller ikke. Ettersom jeg ikke stolte på varmt lim for å tåle kraften i å skyve inn kabelen flere ganger, hamret jeg forsiktig tynne spiker gjennom laderens loddeputer for inngangsspenningen. Etter laderen limte jeg mikrofonkapslen på plass.

Etterpå brukte jeg noen bøyde trådpinner for å fikse mikrokontrolleren. Denne metoden lar meg ta kontrolleren ut av saken for reparasjoner når jeg trenger det uten å måtte kutte gjennom varmt lim og ødelegge MDF.

Nå brukte jeg noen kabelbånd og bøyd trådstift for å montere ledningene. Det siste du må gjøre er å sette inn dekselringene i akryl. Vær forsiktig mens du gjør det, så du ikke skader malingen, da dette sitter ganske tett. Du kan til og med redusere til den indre og/eller ytre diameteren på akrylringene ettersom MDF -platen absorberer litt maling og slik at fordypningene ble litt mindre.

Trinn 11: Blinker mikrokontrolleren

Etter at maskinvarebygningen er fullført, gjenstår det bare å blinke programvaren. Jeg brukte Arduino IDE til det. Men før du kan programmere kontrolleren, må du legge til noen biblioteker og velge det riktige kortet.

Biblioteker

Du kan enten bruke IDEs Library Manager (Sketch -> Include Libraries -> Mange Libraries) til å legge dem til, eller du kan laste dem ned og flytte dem til IDEs bibliotekmappe. Jeg anbefaler manageren da det er mer praktisk, og du kan finne alle nødvendige biblioteker der.

DNSServer av Kristijan Novoselic (nødvendig for WiFiManager)

WiFiManager av tzapu og tablatronix (åpner et AP der du kan angi din lokale WiFi -legitimasjon)

WebSockets av Markus Sattler (nødvendig for kommunikasjon mellom brukerenhet og flaskestand)

Adafruit NeoPixel av Adafruit (nødvendig for å kontrollere LED-ringene)

Borde

Uansett hvilken type kontrollerkort du valgte å bruke, under Verktøy -> Kort velger du NodeMCU 1.0 (ESP -12E Module). Sørg for at blitsstørrelsen er satt til 4M (1M SPIFFS) og opplastingshastigheten til 115200.

Blinker

For å blinke NodeMCU-kortet bare koble det til datamaskinen din, velg riktig port og last opp programmet. Blitsing av det selvlagde kontrollkortet er litt mer komplisert. Koble USB til seriell omformer til de tre pinnene på kortet. Koble til GND og GND, RX og TX, og TX og RX. For å gå inn i blitsmodusen til kontrolleren, start den på nytt med RST-knappen og hold inne GPIO0-knappen mens du gjør det. Etter det må du kontrollere at omformerkortet er satt til 3,3V. Fullfør prosessen ved å laste opp programmet.

Viktig: Slå på enheten før du blinker.

Trinn 12: Last opp websiden

Filene som trengs for nettsiden lagres på mikrokontrollernes flashminne. Før første gangs bruk må du laste dem opp manuelt. For å gjøre det må du slå på enheten (kanskje du må lade den først). Lysdiodene skal lyse rødt (på grunn av kameraet mitt ser dette ut som oransje på bildet), noe som betyr at flaskestativet ikke er koblet til et nettverk. Etter kort tid bør et WiFi -tilgangspunkt med navnet "bottleStandAP" åpne. Standardpassordet er "12345678", du kan endre det i ino -filen. Koble smarttelefonen/nettbrettet/den bærbare datamaskinen til den. Et varsel skal dukke opp og videresende deg til en webside. Hvis ingenting som dette skjer, bare åpne nettleseren og skriv inn 192.168.4.1. På denne siden klikker du på Konfigurer WiFi og angir legitimasjonen til nettverket. Etter det bør tilgangspunktet stenge og lysdiodene endrer fargen til en lyseblå. Dette betyr at enheten har blitt koblet til nettverket ditt.

Nå må du bestemme enhetens IP -adresse. For å gjøre det, kan du koble den til datamaskinen din, åpne den serielle skjermen til Arduino IDE (overføringshastighet er 115200) og starte enheten på nytt. Alternativt kan du åpne nettsiden til WiFi-ruteren. Etter at du kjenner enhetens IP, åpner du nettleseren din og skriver inn xxx.xxx.xxx.xxx/upload (der xs står for flaskestandens IP). Pakk ut filene fra.rar og last dem opp. Deretter skriver du inn IP -adressen til enheten din, og kontrollsiden skal åpnes. Og da var du ferdig med å bygge din egen flaske. Gratulerer!

Trinn 13: Nettsiden

Nettsiden lar deg kontrollere flaskestativet. Når du åpner hovedsiden, kan du se tre blå sirkler øverst i midten. Disse lar deg velge hvilke ringens innstillinger du vil endre. Fargehjulet endrer de valgte ringene når du klikker på det. Feltet nedenfor viser fargen du valgte. Ved å trykke på den tilfeldige knappen settes de valgte ringene til tilfeldig fargemodus. Dette betyr at fargen endres når en syklus av pustemodus er over.

På den andre siden kan du velge de forskjellige modusene. Fast farge og fast lysstyrke gjør akkurat det navnet tilsier. Pustemodusen skaper en "pust" -effekt, noe som betyr at ringenes lysstyrke øker over en tilpasset tid til maksimum, for deretter å minske til minimum. Syklusmodus tenner bare én LED for en gitt tid, deretter lyser den neste, deretter den neste og så videre. Terskelmodusen for musikk endrer fargen når mikrofonen oppdager et signal som er høyere enn en tilpasset terskel. Ikke bare musikk kan utløse dette, for eksempel kan klapping også. I VU -målermodus er antallet lysdioder som lyser avhengig av volumet på musikkens bass.

Merk: Du kan bruke linjalene uten å aktivere de tilsvarende modusene. For eksempel: Hvis du bruker syklusmodus og endrer lysstyrken via linjalen for fast lysstyrke, forblir ringene i syklusmodus, men endrer lysstyrken i henhold til det du har angitt.

Trinn 14: Hvordan fungerer alt dette?

Det funksjonelle prinsippet er ganske lett å forstå. Når du åpner nettsiden, sender ESP8266 webfilene til enheten din. Når du deretter endrer noe på siden, sendes et spesialtegn, for det meste etterfulgt av en heltallsverdi, til mikrokontrolleren via en websocket -tilkobling. Kontrolleren behandler deretter disse dataene og endrer lysene deretter.

Webdelen er skrevet i html, css og javascript. For å gjøre denne oppgaven enklere gjorde jeg oss til Materialize CSS -rammeverket og jQuery. Hvis du vil endre utseendet på nettstedet, kan du se på dokumentasjonen for rammeverket. Alternativt kan du ganske enkelt skrive din egen side og laste den opp. Du må bare opprette websocket -tilkoblingen og sende de samme dataene.