Новогоднее неопиксельное светодиодное кольцо на елку или на стену

0
1

Это неопиксельное кольцо мастер сделал, как украшение на новогоднюю елку. Орнамент собран из светодиодных колец WS2812B. Эти кольца продаются наборами и из них можно делать сборку, добавляя или уменьшая их количество.

В данной сборке используется 61 светодиод, распределенный по 5 кольцам. Внешний диаметр орнамента — около 90 мм. При таком размере он достаточно мал, чтобы его можно было удобно повесить на елке, при этом в нем достаточно светодиодов для анимации.
На видео можно посмотреть различные варианты использования анимации на устройстве.

Инструменты и материалы:
-Светодиодное неопиксельное адресуемое кольцо (должны включать кольца 24, 16, 12, 8 и 1 светодиод);
-Wemos D1 Mini V3;
-Ползунковый переключатель;
-Два 3-контактных штекерных разъема JST-XH 2,5 мм;
-Один прямоугольный 3-контактный гнездовой разъем JST-XH 2,5 мм;
-Один 3-контактный гнездовой разъем JST-XH 2,5 мм;
-Шесть обжимных клемм JST-XH;
-Многожильный провод;
-Микрофон (опция);
-Плата Bluetooth HС-05;
-Два винта M2 4 мм;
-Белый / кремовый фетр толщиной 1 мм;
-Войлок;
-Шаблоны;
-Скалка;
-Иголка и нитка;
-Ножницы;
-Паяльные принадлежности;
-Суперклей;
-Термоклей;
-Кусачки;
-Стрипперы;
-Пинцет;
-Кримпер;
-Акриловое покрытие;
-3D-принтер;

Дополнительные детали для версии с батарейным питанием:
-LiPo аккумулятор емкостью 1S 720 мАч;
-Модуль зарядки TP4056;
-Один прямоугольный 2-контактный гнездовой разъем JST-PH 2,00 мм;
Дополнительные детали для настенной версии:
-Гнездовой разъем постоянного тока;
-Сетевой адаптер 5 В, 2 А;
-Три тактильные кнопки 6x6x9 мм;
-Микросхема 74AHCT125;
-Электролитический конденсатор на 1000 мкФ, 10 В;

Шаг первый: общая информация, ссылки
Мастер сделал две версии устройства, с батарейным питанием и с питанием от сети.
Для управления устройством используется Wemos D1 Mini, смонтированная на специально разработанной мастером печатной плате. Печатная плата может быть адаптирована для работы от LiPo батареи или от сетевого адаптера на 5 В. Использование батареи должно обеспечить около 3-4 часов работы при настройках по умолчанию.

Комплектующие для версии с аккумулятором и без него немного отличаются.
Печатная плата также включает в себя крепления для платы микрофона MAX4466 (для аудио-анимации) и платы Bluetooth HC-05. Использование Wemos D1 Mini обеспечивает беспроводное управление. На данный момент код не поддерживает микрофон и беспроводное управление, но мастер будет добавлять такую функцию в дальнейшем.

Ссылки на Github :
Код орнамента
Файлы управления печатной платой:
Для питания от батареи: плата Mk2
Для питания от сети: Mk3 Board
Просмотреть компоновку печатной платы и схему можно здесь. (В этом руководстве будут использоваться платы Mk2 и Mk3)
Файлы блока управления, напечатанные на 3D-принтере: Ссылка
Файлы LED PCB Ring (разработанные мастером): ссылка на файлы и ссылка на схему. Эти файлы нужны только в том случае, если заказывать неопиксельные кольца на специализированных сайтах по изготовлению плат. Монтаж этих колец можно посмотреть здесь.
Как для питания от батареи, так и для питания от сети понадобится специальная печатная плата.
Для версии с батарейным питанием можно найти эскиз платы здесь.
Для версии с сетевым питанием эскиз платы здесь.

Шаг второй: сборка неопиксельного кольца
Первым шагом в изготовлении кольца для этого проекта является снятие внешнего светодиодного кольца на 32 пикселя (если оно было в комплекте). Должно остаться пять колец. Можно разделить кольца, разрезав четыре соединения между каждым кольцом с помощью кусачек.
Большинство наборов колец WS2812B, имеют шесть колец с 32, 24, 16, 12, 8, 1 светодиодом каждое. Хотя можно сделать украшение из всех колец, оно будет иметь диаметр ~ 112 мм. Такой диаметр великоват для подвеса на елку. Без кольца на 32 светодиода диаметр ~ 91 мм.

Дальше нужно взять 3-контактный гнездовой разъем JST-XH и припаять его к внешнему кольцу, как показано на рисунке. Контакты разъема должны быть прикреплены к контактным площадкам DIN, 5V и GND на кольце. Разъем JST будет использоваться для подключения к контроллеру, обеспечивая питание и данные для всех колец.

Затем соединить контакты 5V и GND всех колец, чтобы они использовали общий источник питания. Контактные площадки должны быть напротив друг друга. Для соединения мастер использует контакты от штекерных разъемов 2,54 мм предварительно вытащив их из разъема.

Дальше нужно соединить контактные площадки данных.
Светодиоды WS2812B предназначены для соединения в одну длинную цепочку, где каждый светодиод передает данные следующему, используя один вывод данных. На большинстве полос и плат WS2812B контакт DI это ввод данных (т.е. первый светодиод на полосе), в то время как DO или DOUT представляет вывод данных полосы (т.е. последний светодиод на полосе).

Нужно соединить кольца так, чтобы данные от одного кольца передавались следующему, начиная от внешнего кольца.
В качестве перемычек мастер использовал многожильный провод.

Как только все соединения будут выполнены, нужно покрыть их конформным покрытием или термоклеем для защиты от случайного короткого замыкания.

Шаг третий: войлочный диск
Дальше мастер вырезает из войлока диск размером 95 мм. Для вырезания мастер использует специальный штамп. Использование штампа дает ровный край без разлахмачивания.

Дальше нужно прикрепить войлочный круг к светодиодному кольцу. Можно войлочный круг приклеить, но клей будет влиять на светорассеивание. Вместо клея мастер решил воспользоваться ниткой и иголкой.

Продолжая отделку украшения мастер гребень из красного войлока и закрепляет в верхней части. Также закрепляет нитку для подвеса игрушки на елку или стену.

Шаг четвертый: питание от батареи
В этом шаге мастер расскажет как сделать версию с питанием от батареи.
Сначала нужно приклеить плату зарядки TP4056 к пользовательской плате. Мастер использует термоклей.
Затем припаивает провода к контактам B + и B- на контроллере и TP4056. B + и B- помечены на обратной стороне платы контроллера.

Затем припаивает ползунковый переключатель, 3-контактный разъем JST-XH и 2-контактный разъем JST-SH как на фото. Добавляет немного горячего клея, чтобы придать соединениям дополнительную жесткость. 3-контактный разъем JST будет использоваться для подачи питания и данных на кольца с орнаментом, а 2-контактный разъем обеспечивает подачу питания от батареи. Ползунковый переключатель управляет питанием как контроллера, так и колец.

Припаивает штекерные разъемы 2,54 мм на место для Wemos D1 Mini. Wemos будет установлен на той же стороне платы контроллера, что и другие компоненты.

Можно еще установить на плату электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ. Конденсатор защитит светодиоды от скачков при запуске. Это более важно при использовании сетевого питания, но установка и на эту плату не повредит. Для конденсатора есть соответсвующие контактные площадки с надписью «1000 мкФ». Электролитические конденсаторы имеют предпочтительную полярность, поэтому убедитесь, что положительный полюс соответствует «+», а земля — минус. Чтобы плата оставалась компактной, перед установкой и пайкой выводов следует подогнуть ножки на бок.

Наконец, припаивает Wemos D1 Mini..
На этом контроллер готов. Дальше нужно использовать термоклей, чтобы прикрепить его и батарею к обратной стороне кольца, как показано на фото. Перед приклеиванием нужно убедится, что можно подключить кабель micro USB как к Wemos, так и к TP4056.

Для питания контроллера нужно подключить разъем JST-SH аккумулятора к 2-контактному разъему JST контроллера. Полярность разъема должна соответствует полярности разъема контроллера. Положительный провод должен идти на VCC и отрицательный на GND.

Когда ползунковый переключатель находится в положении «off / chg», можно заряжать аккумулятор. Когда аккумулятор заряжается, на TP4056 должен гореть красный светодиод. Заряжать украшение во включенном состоянии нельзя.

Наконец, используя два 3-контактных штекерных разъема JST-XH, нужно сделать переходник для подключения контроллера к кольцу. Порядок подключения следующий: черный — земля, красный — положительный, синий — данные.
Дальше нужно загрузить код (все ссылки есть выше в шаге первом) и все готово.

Шаг пятый: питание от сети
В этом шаге мастер расскажет, как создать версию контроллера с питанием от стены. Это позволяет запитать украшение с помощью обычного настенного адаптера 5 В. В этой версии также есть доступ к кнопкам контроллера (которые недоступны в версии с батарейным питанием), позволяя управлять светодиодами. Обратите внимание на то, что контроллер не имеет никакой защиты от перенапряжения или защиты от перегрузки по току, поэтому убедитесь, что вы используете адаптер 5 В со встроенной защитой от перегрузки по току.

Адаптер должен выдавать ток, достаточный для питания устройства. Для одного устройства максимальное потребление тока, при максимальной яркости, составляет около 3,5 А. Однако программно мастер ограничил яркость. Таким образом, по умолчанию максимальное потребление тока составляет около 1 А.

Так же мастер сделал альтернативный контроллер, который может управлять тремя кольцами сразу. Скачать файлы для него можно здесь. Сборка почти аналогична обычной. Нужно будет использовать три вертикальных 3-контактных разъема JST-XH вместо одного прямоугольного. Кроме того, понадобится блок питания большего мощности.

Дальше рассмотрим, как собрать контроллер (обычный).
Для начала возьмем плату контроллера. Печатная плата будет немного отличаться от авторской, с дополнительным рядом контактов внутри контура TP4056. Они предназначены для установки преобразователя логического уровня 74AHCT125. Мастер добавил микросхему после сборки первой платы, протестировал ее, но полной сборки не делал.

В верхней части печатной платы (сторона с контуром TP4056) нужно припаять резисторы и конденсаторы SMD, как показано на рисунке. Их значения указаны на печатной плате.

Также нужно соединить контактные площадки с надписью «LLC Bypass» возле контакта D8. Это обходит преобразователь логического уровня 74AHCT125 и для отправки данных прямо на светодиоды.

Далее нужно припаять разъем постоянного тока и 3-контактный разъем JST-XH к печатной плате. Разъем постоянного тока обеспечивает вход питания, а разъем JST обеспечивает питание и данные.

Положительный вывод идет на VCC, а земля — на GND. Разъем постоянного тока имеет три контакта, а два внешних соединены вместе. Это означает, что, удалив один из внешних контактов, мы получим разъем с правильной полярностью.

Для контроллера нужно обрезать лишний штырь от гнезда постоянного тока, как показано на фото. По центру должен быть плюс.

Теперь монтируем Wemos D1 Mini.
Прежде чем сделать это, нужно убедится, что есть доступ к разъему для программирования Wemos и плата рабочая.
После установки открывает IDE и подключает Wemos к компьютеру с помощью кабеля micro-USB. В разделе tools->board выбирает «LOLIN (WEMOS) D1 R2 & Mini». В разделе инструментов выбирает порт, к которому подключен Wemos. Загружает тестовую программу. Если все в порядке, светодиод Wemos должен начать мигать один раз в секунду.

Дальше переворачивает печатную плату контроллера и припаяйте 2,54-мм штыревые разъемы на Wemos D1 Mini, как показано на фото. Устанавливает на штырьки Wemos и припаивает.

Припаивает ползунковый переключатель и тактильные кнопки на место, как показано на фото. Припаивает конденсатор 1000 мкФ. Надевает на кнопки резиновые колпачки.

Дальше нужно загрузить код и все готово.

Шаг шестой: добавление микросхемы 74AHCT125 (при питании от сети)
Светодиоды WS2812B — это устройства с питанием 5 В, а Wemos — на 3,3 В. Технически это означает, что сигнал, выдаваемый Wemos, не может быть прочитан светодиодами. В частности, WS2812B допускает напряжение до ~ 3,5 В. Это напряжение, необходимое для регистрации цифрового «высокого» сигнала.

На практике можно управлять WS2812B с питанием 3,3 В без какого-либо промежуточного оборудования.
Если есть какие-либо сбои светодиодов, на плате управления есть место для преобразователя логического уровня 74AHCT125. Он преобразует сигналы данных 3,3 В в 5 В и должен устранить любые проблемы с передачей данных.

74AHCT125 припаивается вместо зарядного устройства TP4056 LiPo, как показано выше. При этом нужно распаять контактную площадку «LLC Bypass» рядом с контактом D8.

Шаг седьмой: корпус
Корпус для контроллера мастер напечатал на 3D-принтере. Файлы для печати можно скачать здесь. Нужно напечатать одну копию Switch Cap.stl и три копии Button Cap.stl.

Контроллер готов, нужно только сделать гнездовой разъем JST для JST, чтобы передавать данные / питание на кольцо. Нужно совместить контакты VCC / Data / GND на входе кольца и выходе контроллера. Кабель не должен быть слишком длинным, иначе будет падение напряжения и цвета светодиода будут блекнуть.

Шаг восьмой: код
Мастер написал код, который включает 28 различных эффектов. Он добавил версии, совместимые как с ESP (Wemos, ESP8266 и т. д.), Так и с 8-битными платами Arduino (Uno, Nano, Pro-Mini и т. д.) На случай, использования пользователями собственного контроллера. Эффекты одинаковы для каждого, но есть несколько небольших отличий.
Оба кода можно скачать здесь.
Прежде чем загрузить код в Wemos, понадобятся три библиотеки:
Библиотека мастера PixelStrip
Библиотека Adafruit «Neopixel»
Библиотека «TimerOne» Пола Стоффрегена (требуется только для версии кода Arduino, уже должна быть установлена по умолчанию в среде IDE)
Вы можете скачать библиотеку PixelStrip отсюда. Загрузите все файлы и поместите их в папку с именем «PixelStrip» в папке с библиотеками каталога установки Arduino.

Библиотеки Adafruit Neopixel и TimerOne можно установить с помощью диспетчера библиотек Arduino IDE.
После установки библиотек, нужно загрузить код.

Оба набора кода поддерживают ввод кнопок и сохранение EEPROM. Память используется для сохранения настроек анимации, когда устройство выключено. По умолчанию эти функции отключены. Можно включить их, установив флажки «BUTTONS_ENABLE» и «EEPROM_ENABLE» в верхней части кода значением true.
Использование кнопок на платах Arduino и ESP отличается.
Использование кнопки Wemos / ESP:
Кнопка 1: следующий эффект (или перезапускает текущий эффект, если смена эффекта отключена)
Кнопка 2: включение / выключение цикла эффекта. Это заставляет текущий эффект повторяться бесконечно
Кнопка 3: яркость
Использование кнопки Arduino :
Кнопка 1:
Однократное нажатие: следующий эффект (или перезапуск текущего эффекта, если смена эффекта отключена)
Двойное нажатие: вход в режим регулировки яркости, еще одно нажатие для выхода из этого режима.
Кнопка 2:
Включает / выключает эффект «смена». Это заставляет текущий эффект повторяться бесконечно.
Все готово, а мастеру спасибо за интересную игрушку к Новому году.

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Источник: usamodelkina.ru