Weihnachtsbaumlicht von einem Spielzeug gesteuert. - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Grüße Macher!

Weihnachten und Neujahr kommen. Es bedeutet festliche Stimmung, Geschenke und natürlich einen mit bunten Lichtern geschmückten Weihnachtsbaum.

Mir sind massentaugliche Weihnachtsbaumlichter zu langweilig. Um Kindern eine Freude zu machen, habe ich einen einzigartigen Christbaumschmuck gemacht, der von einem Spielzeug gesteuert wird.

In diesem Handbuch werde ich sagen, wie Sie es machen können.

Schritt 1: Die Idee

Die Idee ist, ein Spielzeug, zum Beispiel ein weiches, unter den Weihnachtsbaum zu legen und es schlau zu machen. Ich möchte, dass ein Spielzeug die Farbe jedes angehängten Objekts liest und einen Baum in dieser Farbe malt. So wird es ein lustiges Spiel für Kinder, die mit verschiedenen Dingen den Weihnachtsbaum in verschiedenen Farben bemalen können.

Schritt 2: Vorbereitung. LED-Leiste

Zuerst muss ich Ersatz für die übliche Weihnachtsbeleuchtung finden.

Neue Lichter sollten hell, farbig und vor allem einfach zu programmieren sein.

Für Weihnachtsbeleuchtung wählte ich adressierbaren programmierbaren digitalen RGB ws2812b LED-Streifen. Diese LED-Streifen sind sehr beliebt, Sie können sie überall finden. Sie sind einfach an verschiedene Arduino-Controller anzuschließen. Solche LEDs werden in Bändern von mehreren Dutzend Stück verkauft und werden mit 5 12 oder 24 V DC betrieben. Sie können mehrere Bänder hintereinander schalten und eine Vielzahl von LEDs verwalten.

Ich habe zu Hause ein paar solcher Streifen gefunden. Meine Strips haben jeweils 50 LEDs und werden mit 5 V DC betrieben.

2 x WS2812B Vorgelötete LED-Modul-String-Knoten ~ 18 $

Hier ist ein möglicher Ersatz aus dem Amazon-Shop:

• WS2812b 5m 60 LEDs/Pixel/m Flexibler, individuell adressierbarer LED-Streifen
• ALITOVE 16.4ft WS2812B Individuell adressierbares LED-Lichtband

LED-Bänder gibt es in vielen Variationen. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der LEDs, dem Abstand zwischen den LEDs, der Gruppierung, der Versorgungsspannung usw. Wählen Sie, was Sie wollen.

Für mein Spielzeug habe ich einen kleinen Weihnachtsbaum vorbereitet, also reichen mir 100 LEDs.

Schritt 3: Vorbereitung. Spielzeug

Finden Sie das Spielzeug und entscheiden Sie, wo Sie den LED-Streifen-Controller platzieren möchten.

Dieser Schritt ist der wichtigste, da das Ergebnis von den Kindern ausgewertet wird =).

In einem nahegelegenen Spielzeugladen fand ich einen wunderbaren Neujahrsbären. Sie können ein Spielzeug, das Sie bereits besitzen, verbessern.

Ich beschloss, den LED-Streifen-Controller mit einem Stoff zu bedecken und ihn an Bärenpfoten zu nähen. Ich möchte, dass der Bär so aussieht, als ob er ein Geschenk in der Hand hält.

Ich habe zwei Stoffstücke mit lustigen Mustern gekauft. Einer ist weich für das Substrat und der zweite ist dünn für die oberste Schicht.

Schritt 4: Vorbereitung. Elektronik

Sie benötigen einige elektronische Komponenten, um Spielzeug intelligenter zu machen.

Ich verwende Breakout Boards und Arduino Shields aus dem Amperka Store. Für mich sind sie sehr praktisch, da sie modular aufgebaut sind. Module können ohne Löten einfach kombiniert werden.

Es kann schwierig sein, sie zu kaufen, daher füge ich Links mit einem möglichen Ersatz hinzu.

Regler

Ich verwende ein ESP-12-Entwicklungsboard, das auf dem ESP8266-Chip basiert. Diese Boards sind superklein und haben genug Funktionalität. Gute Wahl für kleine Projekte mit begrenztem Platzbedarf, auch wenn Sie kein WLAN verwenden und keine Internetverbindung herstellen.

1 x Amperka-WLAN-Slot ~ 19$

Ich verwende dieses Entwicklungsboard, da es mit anderen Modulen desselben Herstellers kompatibel ist.

Außerdem hat es eine quadratische Form! Es sollte problemlos in eine kleine Geschenkbox für den Bären passen.

Möglicher Ersatz:

• ESP-12E NODEMCU
• WEMOS D1 MINI

Farbsensor

Zur Bestimmung der Farbe verwende ich Amperka Troyka TCS34725 Farbsensor Breakout Board. Mein Sensor ist mit der Controllerplatine kompatibel, kann aber durch diesen ersetzt werden:

1 x RGB-Farbsensor mit IR-Filter und weißer LED - TCS34725 ~ 8$

Dieser Sensor verwendet eine I2C-Schnittstelle zur Kommunikation. Es verfügt über eine integrierte helle LED und umfangreiche Einstellungen wie Farbverstärkung oder Farbintegration für eine genauere Erkennung.

Taste

Eine einfache Arduino-kompatible Taste. Ich benutze es als Berührungssensor und benachrichtige den Controller, dass es notwendig ist, die Farbe eines neuen Artikels zu lesen.

1 x Amperka Troyka Tastenmodul ~ 1$

Möglicher Ersatz:

• Adafruit Push-Button-Netzschalter Breakout
• Tastenmodul für elektronische Bausteine

AC-DC-Spannungswandler

Um den LED-Streifen und den Controller mit Strom zu versorgen, habe ich das AC-DC 5V 8A Netzteil gekauft.

1 x 5V 8.0A 40W Netzteil ~16$

Mein LED-Streifen wird mit 5V betrieben. 8A Strom reichen für eine Vielzahl von LEDs. Ich versorge auch den ESP-Controller von diesem Netzteil. Achten Sie darauf, Netzteile in isolierten Gehäusen ohne offene Kontaktpads zu kaufen!

Möglicher Ersatz:

• ALITOVE 5V 8A 40W AC zu DC Adapter Netzteil Konverter
• MEAN WELL Original LPV-60-5 5V 8A meanwell LPV-60 5V 40W

Optional:

DC-DC-Spannungswandler und WS2812b-Treiber

Bei Arduino-Controllern kann das Signalkabel des ws2812b LED-Streifens direkt mit Pins auf der Controller-Platine verbunden werden. Die meisten Pins der ESP8266-Entwicklungsplatine sind nicht mit 5V-Logik kompatibel. Es ist jetzt besser, den LED-Streifen direkt an solche Controller anzuschließen. Um dieses Problem zu lösen verwende ich dieses Modul.

1 x Amperka Troyka ws2812 LED-Streifentreiber ~ 9$

Ich benutze dieses Modul, weil es leicht an meinen Controller angeschlossen werden kann. Außerdem verfügt das Modul über einen 5-Volt-Logikpuffer und einen DC-DC-Spannungswandler 5 oder 3,3V. Auf diese Weise kann der ESP-Controller zusammen mit einem 12- oder 24-V-LED-Streifen über ein Kabel mit Strom versorgt werden.

Schritt 5: Zusammenbauen. Elektronik

Elektronische Komponenten zusammenbauen. Ich habe meine Komponenten so angeschlossen, wie es im beigefügten Diagramm gezeigt ist.

Das Schema kann je nach Ihren Komponenten unterschiedlich sein, aber die Bedeutung bleibt gleich.

• Schließen Sie eine Taste an den Controller an. Ich habe es an A2 Esp8266 Pin angeschlossen. Wenn Sie kein Modul verwenden, können Sie einen gemeinsamen Taster über einen Widerstand anschließen.
• Schließen Sie einen Farbsensor an den Controller an. TCS34725 Farbsensor-Breakout-Boards kommunizieren über den I2C-Bus. Verbinden Sie die SDA- und SCL-Pins zwischen dem Sensor und dem Controller. Wenn Ihre Sensorplatine über einen LED-Pin zur Steuerung der integrierten LED verfügt, schließen Sie ihn an. Ich habe meinen LED-Pin mit dem A0 Esp8266-Pin verbunden.
• Verbinden Sie ein Ende des LED-Streifens mit dem Controller. ws2812b LED-Streifen wird über den DI-Pin mit einem Controller verbunden. Die Logikspannung für ws2812b LED-Streifen beträgt 5 V. Wenn Sie ein Arduino-ähnliches Board verwenden, können Sie den DI-Pin direkt mit dem Pin des Controllers verbinden. Die Logikpegelspannung für die meisten Esp8266-Boards beträgt 3,3 V, verwenden Sie also einen Logikpegelwandler oder den LED-Streifentreiber. Ich lötete DI Strip-Draht an die Treiberplatine und verband die Treiberplatine mit dem A5 Esp8266-Pin.
• Befestigen Sie ein anderes Ende des LED-Streifens an der Stromversorgung. Der mit dem DO-Pin. Falls erforderlich, löten Sie den Stecker an das Netzteil an. Vergessen Sie nicht, die Drähte zu isolieren.

Mein ws2812b LED-Streifen wird mit 5V betrieben. Ich habe sowohl den Streifen als auch den Controller über ein einziges AC-DC-5-V-Netzteil mit Strom versorgt. Wenn Ihr LED-Streifen 12 oder 24 V betreibt, verwenden Sie den Downgrading-Spannungswandler, um die gesamte Elektronik von einem einzigen Netzteil zu versorgen.

Schritt 6: XOD

Lassen Sie uns den Controller programmieren.

Wie in meinen vorherigen Projekten verwende ich die visuelle Programmierumgebung XOD für die Controller-Firmware.

Ich habe ein paar Bibliotheken veröffentlicht, die Sie benötigen, um ein Programm zu erstellen. Stellen Sie also sicher, dass Sie sie zu Ihrem XOD-Arbeitsbereich hinzufügen.

• gabbapeople/christmas-tree - Bibliothek enthält den ws2811 Neopixel-Treiber und den Wrapper für einen tcs34725-Farbsensor.
• gabbapeople/color - Bibliothek zum Arbeiten mit Farbe in XOD.

Als nächstes werde ich beschreiben, wie man dieses Gerät in XOD programmiert.

Schritt 7: Programmierung

Hier sind die Knoten, die Sie benötigen:

Der tsc-color-sensor-Knoten.

Dies ist der erste Knoten, der auf dem Patch platziert wird. Es wird verwendet, um den Farbwert des Sensors zu messen. Node verwendet die I2C-Schnittstelle zum Datenaustausch.

Der Farbsensor erkennt die Farbe der Oberfläche in der RGB-Skala. Farbe ist das Ergebnis der Interaktion zwischen einer Lichtquelle, einem Objekt und einem Betrachter. Bei reflektiertem Licht wird Licht, das auf ein Objekt fällt, je nach Oberflächenbeschaffenheit reflektiert oder absorbiert. Die meisten Farbsensoren enthalten einen Weißlichtsender und drei Lichtintensitätssensoren mit Farbfiltern.

• LED- und LUM-Eingangspins sind für die eingebaute LED auf der Breakout-Platine des Sensors. Diese eingebaute LED ist ein Lichtsender des Sensors. Gemäß meinem Schema setze ich den A0-Wert auf den LED-Pin und den 1-Luminanzwert auf den LUM-Pin.
• Der IT-Pin legt den Wert der Integrationszeit fest. Dieser Faktor beschreibt eine Anzahl von Zyklen, um eine Farbe zu integrieren. Mögliche Werte von IT sind 1, 10, 20, 42, 64, 256.
• Der GAIN-Pin-Wert ist ein Verstärkungsfaktor. Dieser Koeffizient verstärkt die Farbe. Sie können den Farbwert um das 4-, 16- oder 60-fache erhöhen. Sie können die Farbe nicht verbessern. Dann muss der Wert am GAIN-Pin gleich 1 sein. Das genaueste Ergebnis habe ich mit dem 20 IT-Wert und dem 60 GAIN-Wert erhalten.
• Der INIT-Pin löst die Sensorinitialisierung aus und richtet benutzerdefinierte Faktoren ein. Ich ändere den INIT-Pin-Wert auf Beim Booten.
• Der UPD-Pin löst einen neuen Sensormesswert aus. Lassen Sie diesen Wert Stetig sein.

Der tcs-color-Knoten gibt einen Farbwert in Form eines benutzerdefinierten Farbtyps aus.

Der ws2811-Knoten

Dieser Knoten wird verwendet, um den LED-Streifen oder die Matrix einzurichten.

• DI-Pin ist für die Board-Port-Nummer, mit der der LED-Streifen oder die Matrix verbunden ist. Nach meinem Schema habe ich den A5-Wert darauf gelegt.
• Setzen Sie die Anzahl der verwendeten LEDs auf den SIZE-Pin. Ich habe 2 LED-Streifen mit 50 Dioden miteinander verbunden, also setze ich den SIZE-Wert auf 100.
• Der B-Pin stellt die Gesamthelligkeit für alle LEDs in einem Bereich von 0 bis 100 ein. Ich stelle die Helligkeit auf 80 ein.

Dieser Knoten initialisiert Ihren LED-Streifen oder Ihre Matrix und erstellt einen benutzerdefinierten ws2811-Typ für weitere Operationen.

Der Color-All-Knoten

Wenn der ws2811-Knoten installiert ist, können Sie den LED-Streifen mit verschiedenen Funktionsknoten steuern.

• Farbe-alles. Node malt alle LEDs auf dem Streifen oder der Matrix in einer ausgewählten Farbe.
• Farbpixel. Knotenfarben bestimmte LED auf dem Streifen in der ausgewählten Farbe. Setzen Sie die Pixelnummer auf den PN-Pin.
• Farbe-n-Pixel. Knoten färbt eine Gruppe von N LEDs in der ausgewählten Farbe ein. Geben Sie die Start-LED-Nummer der Gruppe über den STRT-Pin an. Geben Sie die Ordnung einer Gruppe am STEP-Pin an. Um beispielsweise jede zweite LED zu malen, beginnend mit der Zahl 30 und endend mit der Zahl 70, geben Sie die folgenden Werte ein: STRT = 30; N = 40 (70 - 30); SCHRITT = 2.

In diesem Projekt steuere ich alle LEDs gleichzeitig und verwende den Color-All-Knoten.

Ich verknüpfe den ersten Eingangspin des Color-All-Knotens mit dem Ausgangspin des ws2811-Knotens. Dann verknüpfe ich den CLR-Eingangspin, der den Farbwert mit dem Ausgangspin des Sensors übernimmt.

Ein Impuls am SET-Pin des Color-All-Knotens löst einen neuen Farbsatz aus.

Der Schaltflächenknoten

Mit der Taste informiere ich den Controller über ein neues Objekt vor dem Farbsensor. Dazu platziere ich den Button-Knoten auf dem Patch und verbinde seinen Ausgangs-PRS-Pin mit dem SET-Pin des Color-All-Knotens. Auf diese Weise wird durch Klicken auf die Schaltfläche ein Impulssignal zum Wechseln der Farbe erzeugt.

Ich habe den Knopf an den A2 Esp8266-Pin angeschlossen, also habe ich den A2-Wert an den PORT-Pin gelegt.

Der Reinigungsknoten

Der Farbsensor kann Farbwerte in einem riesigen Bereich ausgeben. Der LED-Streifen ist jedoch nicht in der Lage, Zwischentöne anzuzeigen. Um dies zu lösen verwende ich nur sogenannte reine Farben. Sie haben einen willkürlichen Farbton, aber ihre Sättigung ist immer maximal. Um einen Farbwert zu reinigen, platziere ich den Purify-Knoten zwischen tsc-color-sensor und color-all-Knoten.

Der Patch ist fertig. Sie können auf Deploy drücken, den Board-Typ auswählen und auf das Gerät hochladen.

Schritt 8: Zusammenbauen. Rahmen

Ich kann mit der Erstellung eines Softcases beginnen und sicherstellen, dass das Gerät so funktioniert, wie es sollte.

Als Rahmen habe ich ein Muster der Box auf dicken Karton gedruckt.

Dann die Kastenseiten gebogen und ein quadratisches Loch für den Farbsensor gemacht.

Notiz:

Ich habe dieses Gehäuse speziell für meine elektronischen Komponenten hergestellt, die sich höchstwahrscheinlich von Ihren unterscheiden. Der Koffer ist nicht universell, außerdem können Sie ein ganz anderes Spielzeug haben. Also nutze Fantasie!

Schritt 9: Zusammenbauen. Stoff

Ich habe zwei verschiedene Stoffe übereinander gelegt.

Weicher dicker Stoff ist für Volumen und dünner für das Aussehen. In beiden Stoffen habe ich auch ein Loch für den Sensor gemacht.

Den Papprahmen habe ich mit gewöhnlichem Klebeband auf dem Stoff befestigt. Auf die gleiche Weise habe ich die Ränder des Lochs fixiert.

Dann habe ich zusätzliche Stoffstücke abgeschnitten und die Kontur des Lochs von innen handgenäht.

Ich muss sagen, ich bin nicht die beste Näherin, also urteile nicht über die Qualität. =)

Schritt 10: Zusammenbauen. Weiche Hülle

Ich habe den Stoff gedehnt und mit dem gleichen Klebeband fixiert. Das Klebeband verbleibt im Gehäuse und ist nicht sichtbar.

Dann habe ich das Gerät in einen Rahmen gelegt und es vollständig um die Kontur genäht, bis auf eine Ecke, wo die Drähte verlaufen.

Schritt 11: Zusammenbauen. Spielzeug und Gerät

Ich nähte mein Gerät an die Pfoten eines Teddybären.

Ich wollte, dass es so aussieht, als ob er ein kleines Weihnachtsgeschenk in der Hand hält.

Schritt 12: Ergebnis

Sobald das Gerät programmiert und am Spielzeug befestigt ist, können Sie den LED-Streifen anschließen und das Spielzeug unter den Baum legen!

Bringen Sie farbige Gegenstände an das Teddybären-Geschenk an und der Baum wird in der gleichen Farbe bemalt!

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