LED-Regenschirm mit Arduino - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Der LED Umbrella mit Arduino kombiniert einen Regenschirm, eine 8x10 LED-Matrix und einen Arduino-Mikrocontroller, um ein steuerbares, programmierbares LED-Erlebnis in der Privatsphäre Ihres eigenen Regenschirms zu schaffen. Dieses Projekt wurde vom Electric Umbrella von Sockmaster und einer Reihe von LED-Matrix-Anleitungen auf dieser Website inspiriert, insbesondere von diesem sehr vollständigen von barney_1.

Machen Sie sich bereit, meinen Regenschirm zu pimpen! Jeder, der dieses Projekt durchführt, sollte Zugang zu Standard-Lötwerkzeugen haben - Zangen, Seitenschneider, Drahtschneider und Abisolierer, Lötkolben und Lötmittel, Multimeter - und Erfahrung in der Arbeit mit dem Arduino haben. Das Arduino-Setup ist nicht schwierig und ein Programm mit mehreren verschiedenen Animationen der LEDs ist in dieser Anleitung enthalten. Video ist unterwegs! Beispielcode (siehe letzter Schritt) ist auch unterwegs. Der Code, den ich habe, nutzt den Druckknopfschalter nicht und ich arbeite jetzt daran.

Schritt 1: Teile

Es gibt sehr wenige Teile für dieses Projekt und sie sind meist generisch. Sie können problemlos von einer beliebigen Anzahl von Online-Händlern bezogen werden – unter anderem von Adafruit Industries, DigiKey, Jameco und All Electronics. Ersatz, wie es vernünftig erscheint. Elektronik 1 x Mikrocontroller -- Arduino Diecimilia 1 x Umbrella 1 x MIC2981 -- 8-Kanal-Hochspannungs-Hochstromquellentreiber-Array -- 576-1158-ND1 x Protoshield für Arduino mit winzigem Steckbrett -- Adafruit Industries 80 x LED -- viele Optionen sind möglich 8 x Widerstände -- hängt von der Wahl der LED und der Quellenspannung abWire Für dieses Projekt wird viel Draht benötigt. Jede Rippe des Schirms hat einen schwarzen Draht (für die Kathoden der LEDs) und jeder LED-Kreis um den Schirm benötigt einen roten Draht in voller Länge (für die Anoden der LEDs). Einiges ist auch notwendig, um die Enden der Ketten zurück zum Arduino zu bringen. 24 Fuß schwarzer Draht für Kathodenketten (folgen Sie den Rippen zurück zur Mitte) 70 Fuß roter Draht für Anodenringe (Ringe um den Regenschirm)Verschiedenes Standard-Stiftleisten -- Schrumpfschlauch 1/16 -- etwa sieben Fuß Schlauch werden benötigt Taktiler Schalter -- Off-MomPatience …und Lötfähigkeiten Die Matrix der LEDs muss sorgfältig konstruiert und die Anoden und Kathoden mit Schrumpfschläuchen gegeneinander isoliert werden, das kann eine Weile dauern.

Schritt 2: Nachdenken – Vorgewarnt ist gewappnet

Regenschirm Verwenden Sie nicht Ihren besten Regenschirm! Oder sogar der beste Regenschirm von jemand anderem. Der Schirm ist dem Projekt verpflichtet und obwohl Sie die LED-Matrix herausnehmen könnten, werden Sie es am Ende nicht mehr wollen / über dem Regenschirm. Überlegen Sie, ob Sie die LEDs an der Außenseite des Regenschirms haben möchten. Sie wären viel besser sichtbar und die Installation wäre viel einfacher. Sie müssten Löcher in den Stoff stechen, um die Drähte in den Arduino zu führen. Style in diesem Fall übertrumpft wasserdicht. LEDs Wählen Sie eine schöne Farbe, bevor Sie viel Zeit in die Herstellung dieses Dings investieren. LEDs sind bei eBay anscheinend billiger als in Katalogen, also erkunden Sie Ihre Optionen. Draht Kleinerer oder mehrdrähtiger Draht ist wahrscheinlich besser als AWG xxx-Volldraht. Ich habe massiven Draht verwendet und es macht das Zusammenklappen des Regenschirms fast unmöglich. Außerdem würde ich keinen roten Draht für die Anodenringe verwenden. Ich hätte eine dunklere Farbe gewählt, die weniger sichtbar ist.

Schritt 3: Designüberlegungen

Arduino Ich habe mich dafür entschieden, den Arduino anstelle eines anderen Atmel AVR-Mikrocontrollers zu verwenden, um dieses Projekt zugänglich zu machen. Mit dem Arduino ist es nicht erforderlich, ein benutzerdefiniertes Board zu entwerfen, und die Programmierung und Anpassung ist mit der Arduino-Plattform viel einfacher. Der einzige Nachteil des Arduino ist, dass er groß ist und nicht gut in einen Regenschirm passt. Die Vorteile überwiegen jedoch die Kosten. Dieses Projekt basiert auf dem Arduino Diecimilia, aber (glaube ich) sind die Pinbelegungen bei neueren Versionen gleich. Wenn Sie dieses Projekt durchführen, stellen Sie in jedem Fall sicher, dass Sie die Zustände und Pins des von Ihnen verwendeten Arduino-Modells genau kennen. Dadurch werden alle Änderungen zwischen dem, was hier beschrieben wird, und dem, was Sie tun müssen, einfach zu implementieren. MIC2981 Der MIC2981-Chip von Micrel kann 8 LED-Ketten mit Strom versorgen. Dies bedeutet, dass die Anoden der 8 kreisförmigen Reihen/Ringe von zehn LEDs, die um den Schirm herum verlaufen, mit dem MIC2981 verbunden sind (ein Stift versorgt jede Reihe/jeden Ring) und die LEDs in den Ketten entlang der Rippen (den Spalten) haben ihre Kathoden verbunden mit ein Stift auf dem Arduino. Dies ermöglicht die Möglichkeit, dass die 10 LEDs in einer Reihe/einem Ring gleichzeitig mit genügend Strom eingeschaltet sind, um sie gleichmäßig zu leuchten. Dieser Chip wird derzeit in diesem Projekt nicht verwendet. Ich habe vor, es zu verwenden, um die LED-Ringe mit Strom zu versorgen und aufzuhellen. Proto Shield für das Arduino von AdaFruit Industries Ich habe dieses Protoshield mit einem winzigen Steckbrett verwendet, damit ich das Arduino für andere Projekte vom Regenschirm lösen konnte. Das winzige Steckbrett bietet gerade genug Platz für die für dieses Projekt benötigten Anschlüsse.

Schritt 4: MockUp

Um sicherzustellen, dass ich verstanden habe, wie das LED-Array hergestellt werden sollte, habe ich ein 3x3-Array erstellt, um zu sehen, ob das Löten und Programmieren funktionieren würde. Sie taten! Also beschloss ich, das Projekt fortzusetzen. Wenn Sie sicher sind, dass Sie das LED-Array verstanden haben, überspringen Sie diesen Schritt. Andernfalls investieren Sie ein paar LEDs, etwas Draht, Schrumpffolie und eine Stunde oder so, um das 3x3-Array herzustellen und zu testen. Die Details zum Erstellen des Arrays sind in den folgenden Schritten enthalten, gelten jedoch für das Mockup.

Um die 3x3-LED-Matrix zu erstellen, befolgen und ändern Sie die Schritte Erstellen der LED-Matrix, die die vollständige Matrix beschreiben. Der folgende Beispielcode für das Mockup nutzt den MIC2981 nicht (ich habe ihn geschrieben, bevor ich einen hatte:-). Jede LED wird der Reihe nach beleuchtet. Dies funktioniert für ein 3x3-Array, lässt sich jedoch nicht gut skalieren. [Eigentlich skaliert es ziemlich gut auf die volle Matrix, aber die LEDs sind etwas dunkel.]

Schritt 5: Erstellen der LED-Matrix - Vorbereiten der Teile

LEDs Bereiten Sie die LEDs vor, indem Sie ihre Leitungen biegen. Im Folgenden werden die LEDs so ausgerichtet, dass ihre flachen Kanten in die gleiche Richtung weisen. Die Wahl ist willkürlich, aber die Standardisierung einer Orientierung verringert das Fehlerrisiko. Halten Sie die LED mit der flachen Seite (Kathodenseite) nach rechts gedreht. Biegen Sie die Kathode zu sich hin. Dies zeigt die Kathoden auf Masse, die Richtung, in die der Strom fließen möchte:-). Erstellen Sie die Biegung etwa 1-2 mm unter der Unterseite der LED. Dadurch kann die LED stolz auf den Draht stehen. Die Anode wird nach dem Anlöten der Kathoden nach links gebogen. Dies verhindert Verwechslungen beim Löten. Die beiden Leitungen sollten einen rechten Winkel bilden, wobei die Kathode zu Ihnen und die Anode zu Ihrer Linken zeigt. Schrumpfschlauch Schneiden Sie zwei 1/2 "lange Stücke 1/16" Schrumpfschlauch für jede LED. Das sind einhundertsechzig Stück und benötigt allein dafür ungefähr sieben Fuß. Schneiden Sie weitere achtzehn (18) Stücke für die Header. Draht Schneiden Sie schwarze Drähte in gleicher Anzahl wie die Rippen am Schirm ab. Machen Sie sie genug länger als die Rippen, damit genug Draht vorhanden ist, um die Header zu erstellen, die mit dem Arduino verbunden sind. Es gibt 8 Ringe von LEDs, die um den Schirm gehen (dies ist die Anzahl der Ausgangspins am MIC2981), sodass jede Kathodenkette oder -säule aus 8 LEDs besteht. Legen Sie die Drähte aus und markieren Sie die Positionen für die LEDs entlang der Rippen. Der Abstand an diesem Punkt legt den Abstand zwischen den konzentrischen Ringen fest. An jeder Stelle ein kleines Stück Isolierung (ca. 3 mm) abisolieren. Schneiden Sie die Isolierung mit Abisolierzangen an zwei Stellen mit einem Abstand von etwa einem Viertel Zoll durch. Anschließend die Isolierung mit einer Zange zerdrücken und die Isolierung mit einem Cuttermesser herausschneiden oder mit den Fingern herausziehen. Geben Sie in jeden offenen Raum eine kleine Menge Lot. Dies ist in Vorbereitung für das Löten der LED-Kathoden an diese Stellen.

Schritt 6: Herstellung der LED-Matrix - Kathodenketten

Der erste Schritt bei der Herstellung der LED-Matrix besteht darin, die Ketten für die LED-Kathoden zu konstruieren. Im vorherigen Schritt haben Sie zehn (oder die Anzahl der Rippen auf Ihrem Regenschirm) schwarze Drähte geschnitten und die Isolierung an den Stellen, an denen die LEDs gelötet sind, abisoliert. In diesem Schritt löten Sie die Kathoden der LEDs.

Holen Sie sich einen kleinen Klecks Lötzinn auf die Spitze Ihres Bügeleisens. Positionieren Sie die LED so, dass der Draht zwischen den beiden Leitungen der LED verläuft und wenden Sie das heiße Bügeleisen an, um die Kathode zu löten. Das Lot auf dem Bügeleisen und dem Draht sollte fließen, um eine Verbindung herzustellen. Du wirst dir den Finger verbrennen und sie werden dich betäuben. Schneiden Sie nach dem Löten die Anode so kurz wie möglich. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, wird jede Lötstelle mit einem Stück Schrumpfschlauch abgedeckt. Der Schlauch muss nach dem Anschließen und vor dem Anbringen der nächsten LED angebracht werden (Verwechslungen? Sie werden es bald verstehen:-) also jetzt ein Stück aufschieben. Erhitzen, um sich einzuschrumpfen. Wiederholen Sie dies für die restlichen LEDs in der Kette und die restlichen Ketten. Hinweis In dieser Anleitung werden die LED-Ketten, die den Rippen des Regenschirms folgen, als Säulen bezeichnet und endet jeweils auf einem Stift des Arduino. An diese (schwarzen) Drähte sind die LED-Kathoden angelötet. Die Ringe von LEDs, die um den Schirm kreisen, werden als Reihen bezeichnet und beginnen jeweils an einem der MIC2981-Ausgangspins. An diese (roten) Drähte werden die LED-Anoden gelötet.

Schritt 7: Herstellung der LED-Matrix - Anodenringe

Dieser Schritt ist der längste und frustrierendste. Verteilen Sie Ihre Arbeit über mehrere Tage, oder so lange, wie Sie den Esstisch übernehmen können.

Die LED-Matrix wird vervollständigt, indem die Anoden der LEDs an den Kathodenketten an die kreisförmigen Reihen/Ringe roter Drähte angelötet werden. Die Messung in dieser Phase ist etwas komplizierter als bei den Kathodenketten, da jeder Ring einen anderen Radius hat und der LED-Abstand für jeden Ring unterschiedlich ist. Berechnen Sie die richtige Länge, indem Sie feststellen, wo jeder Ring auf den Regenschirm fällt, und den Abstand zwischen den Rippen des Regenschirms messen. Sie werden dieses Maß auch verwenden, um den Abstand auf dem Ring zu bestimmen. Multiplizieren Sie diesen Abstand mit der Anzahl der Rippen und berechnen Sie dann die Länge des Rückwegs. Jeder Ring muss eine Rückkehr zum Arduino haben. Der äußerste Ring hat den längsten Rücklauf, und der Rücklauf wird immer kürzer, wenn die Ringe kleiner werden. Schneiden Sie acht (8) Stücke roten Drahts der entsprechenden Länge ab. Markieren Sie wie im vorherigen Schritt die Drähte in den richtigen Abständen, quetschen und entfernen Sie die Isolierung und geben Sie ein wenig Lötmittel in jede Öffnung. Die Kathodenketten sitzen oben auf den roten Drähten (weshalb die Biegung in der LED-Leitung etwas geringer ist). Löten Sie wie zuvor und legen Sie Schrumpfschlauch über jede Verbindung, bevor Sie mit der nächsten Kette fortfahren. Heißkleben Sie die Drähte an diesen Verbindungen, um die LED-Leitungen vor Belastung und Bruch zu schützen. Dies ist äußerst wichtig, da das Einarbeiten der Matrix in den Schirm die Gelenke stark belastet. Am Ende dieses Schrittes sollten Sie eine kreisförmige Anordnung von LEDs mit zwei Sätzen von Drähten (einer schwarz, einer rot) haben, die in die Mitte des Kreises zurückkommen. Im nächsten Schritt machen Sie Stiftleisten, um diese Drähte an Arduino und Treiber zu befestigen.

Schritt 8: Erstellen der LED-Matrix - Fertige Matrix

An dieser Stelle sollten Sie eine fertige LED-Matrix haben. Die Kathoden sind an die schwarzen Drähte gelötet, die Anoden an die roten. Es sollte die Form eines Regenschirms haben. Ihre Finger sind wahrscheinlich verbrannt. Ihre Familie hält Sie für verrückt.

Die Mockup-Version ist unten gezeigt. Die Vollversion ist bestenfalls unhandlich und ich habe nicht aufgehört zu fotografieren. Sehen Sie sich die Bilder des Regenschirms mit installierter Matrix an, um die fertige LED-Matrix zu sehen.

Schritt 9: Erstellen der LED-Matrix - Stiftleisten und Widerstände

Bevor Sie die roten und schwarzen Drähte auf Länge kürzen, bestimmen Sie, wo und wie Sie den Arduino am Regenschirm befestigen. Es sollte oben in den offenen Raum passen. Sobald dies bestimmt ist, schneiden Sie die Drähte auf Länge und löten Sie sie an die Header.

Schieben Sie Schrumpfschlauchstücke auf die acht roten Drähte, löten Sie sie an einen 8-poligen Header und schrumpfen Sie den Schlauch. Stellen Sie sicher, dass Sie die Verbindungen logisch herstellen. Ich betrachte den kleinsten Innenring als Reihe 1, also wird er an Pin 1 am Header und den entsprechenden Pin am MIC2981 befestigt. Wenn Sie einen Fehler machen, können Sie die Drähte entweder umlöten oder den Code korrigieren. Machen Sie keinen Fehler. [Ich bündelte die Anodendrähte zusammen und war zu faul, um die logische Reihenfolge zu bestimmen. Es stellt sich heraus, dass es genauso einfach im Code zu steuern ist. Siehe Hinweise im Programmierabschnitt.] Erstellen Sie auf ähnliche Weise Header für die Kathodenketten. Diesmal schreiben die Pin-Positionen auf dem Arduino jedoch vor, dass Sie zwei Header erstellen. Sie müssen auch einen einzelnen Widerstand in Reihe löten. Der Widerstand hängt von der LED und der Spannung ab – konsultieren Sie einen Online-LED-Widerstandsrechner für den richtigen Wert. Jeder Header sollte fünf (5) Pins haben. Stellen Sie sicher, dass Sie die Verbindungen logisch herstellen. Kleben Sie die Verbindungen heiß auf, da diese sich verbiegen und belastet werden. Das Bild unten zeigt das Modell.

Schritt 10: Drucktastenschalter zum Ändern von Programmen

Der Druckknopfschalter dient zum Umschalten zwischen den Programmen. Es löst einen Interrupt auf dem Arduino aus, der die Programmnummer erhöht. Das Arduino Diecimilia (und andere; überprüfen Sie Ihre Version) haben zwei externe Interrupts, die an den digitalen Pins 2 und 3 mit der Funktion attachInterrupt (interrupt, function, mode) aktiviert werden können. Reservieren Sie den digitalen Pin 3 für den Drucktaster. Damit bleiben die digitalen Pins 0, 1 und 2 und 4, 5, 6, 7, 8 als Blöcke für die Anodenpins übrig.

Der Interrupt wird so eingestellt, dass er ausgelöst wird, wenn Pin 3 auf Low geht. Es muss daher hoch gehalten werden, bis der Knopf gedrückt wird, bei dem der Stift niedrig wird. Dies erfordert einen 10K-Pull-up-Widerstand, um den Pin hoch zu halten. Sehen Sie sich das Steckbrettbild an und lesen Sie mehr über Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände.

Schritt 11: Breadboarding

Dieses Projekt verwendet den Protoshield von Adafruit Industries mit einem winzigen Steckbrett (obwohl jedes Setup, das in den Regenschirm passt, funktionieren sollte). Das winzige Steckbrett hat siebzehn (17) Reihen und dieses Projekt verwendet sie alle! Beachten Sie, dass das gezeigte Steckbrett nicht das MIC2981 enthält. Ich habe keinen. Noch. Der Regenschirm funktioniert auch ohne ihn gut genug, dass ich beschlossen habe, dieses instructable zu schreiben, bevor ich einen bekomme.

Viele verschiedene Konfigurationen sind möglich, verwenden Sie dies also als Richtlinie. Beachten Sie jedoch die Position des Druckknopfschalters. Zwei Pins auf dem Arduino können (einfach) als Interrupts konfiguriert werden, und der Taster muss mit einem davon verbunden werden. Das Bild unten ist OHNE den MIC2981-Chip. Ich werde ein Bild hochladen, wenn ich das Teil bekomme, und das Steckbrett entsprechend ändern.

Schritt 12: Testen der LED-Matrix

Dies ist wahrscheinlich spät im Spiel, um über Tests nachzudenken, aber besser spät als zu spät. Bevor Sie die LED-Matrix im Regenschirm installieren (nächster Schritt), schließen Sie die Matrix an den Arduino an und führen Sie den unten enthaltenen Testcode aus. Der Code läuft einfach durch jede LED und testet sie. Wenn irgendwelche Verbindungen schlecht sind oder LEDs defekt sind, reparieren Sie sie jetzt, während alles zugänglich ist.

Dies ist auch die Zeit, um zu bestimmen, welcher Pin welcher Zeile oder Spalte entspricht. Wenn Sie bei der Herstellung der Stiftleisten vorsichtig waren, wissen Sie es bereits. Andernfalls müssen Sie es herausfinden, indem Sie die Animation verlangsamen und bestimmen, welcher Pin welche Zeile oder Spalte steuert. Sie legen im Code ein Array fest, das die Pinnummern in der richtigen Reihenfolge enthält.

Schritt 13: Zusammenbau der LEDs im Regenschirm

Wenn die LED-Matrix komplett ist und die Stiftleisten und Widerstände vorhanden sind, ist es an der Zeit, die Montage abzuschließen. Die LED-Matrix muss zwischen dem Stoff des Schirms und den Rippen positioniert werden. Der Stoff eines Regenschirms wird über die Rippen gespannt und typischerweise an einer Stelle an jede Rippe genäht. Dieser muss geschnitten werden, bevor die gesamte LED-Matrix zwischen die Rippen und den Stoff geschoben werden kann. Nachdem Sie die LED-Matrix positioniert haben, nähen Sie erneut, was Sie schneiden. Dadurch wird die Matrix im Schirm befestigt. Nähen Sie nicht erneut, wenn Sie denken, dass Sie die LEDs entfernen möchten. Kann mir nicht vorstellen warum.

Dies ist ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Wenn Sie die LED-Leitungen noch nicht heiß verklebt haben, tun Sie dies jetzt. Wenn Sie dies nicht tun, werden während der Installation sicherlich ein paar LEDs kaputt gehen. Ich arbeitete mit dem Regenschirm, der an einem Besenstiel zwischen zwei Stühlen hängt (kein Bild:-). Der Regenschirm wurde durch die Schwerkraft offen gehalten und der Stoff war nicht gespannt. Ich könnte mich bewegen. Beginnen Sie damit, eine komplette Säule unter eine der Rippen zu schieben. Vorrücken und die nächste Spalte. Wiederholen. Es ist ein langwieriger Prozess. Wenn Sie die LEDs endgültig positionieren, stellen Sie sicher, dass die Rippen auf dem Schrumpfschlauch aufliegen. Dadurch wird die Gefahr von Abrieb minimiert. Der Regenschirm schließt nicht gut. Das hätte ich wohl früher erwähnen sollen. Obwohl ich dies noch nicht getan habe, werde ich ein paar Schlaufen um die LEDs und in die Naht des Stoffes nähen, um sie an Ort und Stelle zu halten. Schauen Sie sich die Nähte der Bahnen genau an und Sie sehen ein Stück Stoff, in das Sie nähen können.