الهشيم: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

تم استلهام هذا المشروع من حرائق الغابات الغامضة في لعبة Game of Thrones ، وهو سائل أخضر اللون ، عندما أضاء ، انفجر في ألسنة اللهب الخضراء. يركز المشروع على استخدام شرائط RGB SMD5050 LED لتأثيرات لونية مخصصة. تم تجهيز ثلاثة كائنات زجاجية بشريط من ستة مصابيح RGB LED لكل منها. يخلق Arduino Uno حريقًا مثل نمط الخفقان للأضواء. هناك حاجة لمصابيح RGB LED لإنشاء نمط لوني متدرج من الأخضر الداكن إلى الأخضر الساطع وصولاً إلى اللون الأبيض الأكثر سطوعًا. لا يكفي مؤشر LED الأخضر البسيط ، فهو يحتاج إلى المكونات الحمراء والزرقاء لإنشاء أبيض ناصع. على سبيل المكافأة ، يمكن لهذا الجهاز إنتاج أي ألوان أخرى. هناك حاجة إلى الأجسام الزجاجية لكسر الضوء وإخفاء مصدر الضوء الفعلي ، أي شرائط RGB SMD5050 LED الصغيرة ذات المظهر الفني للغاية.

يمكن توسيع الفكرة لتشمل أي عدد تريده من الكائنات وأيًا كان لون الألوان الديناميكي الذي تريده. يصف هذا التوجيه كيف قمت بتنفيذ إعداد بثلاثة كائنات زجاجية بأنظمة الألوان التالية. يظهر مخطط الحرائق في الهشيم في فيديو المقدمة. يتم عرض بقية المخططات في مقطع فيديو في صفحة الخطوة 6 من هذا الدليل.

• الهشيم. ألهمت لعبة Game of Thrones النار مثل المشهد.
• يونيكورن جاذب. مشهد يتلاشى من خلال ألوان قوس قزح.
• رمش. تغيير عشوائي للون بسرعتين مختلفتين.
• يختفي. تغيير سلس للألوان العشوائية بسرعتين مختلفتين.
• ألوان حية. قم بتلوين الأشياء الخاصة بك بضوء يتأرجح بنعومة حول لون واحد.
• شموع. اجعل مصابيح LED الخاصة بك تحاكي لهب الشمعة الطبيعي.

وانشاء

في الإعداد الأساسي ، تتقدم عبر أنظمة الألوان الستة بنقرة زر واحدة. ستتقدم النقرة المزدوجة ضمن نظام ألوان واحد من إعداد إلى آخر ، إذا كان ذلك ممكنًا. يمكن إضافة إعدادات اللون عن طريق تحرير برنامج Arduino.

في الإصدار الموسع المستقبلي ، يتم استبدال الزر بلوحة ESP8266 ، والتي ستتفاعل مع صفحة الويب ، والتي ستتحكم في أنظمة الألوان. يمكن التحكم في صفحة الويب بدورها من خلال متصفح الجهاز المحمول. هذا يعطي تنوعًا أكبر في تعديل الأشياء:

• ضبط سرعة واتجاه التغيير
• اضبط لون الشموع الخافتة
• ضبط سطوع وتشبع الألوان

يركز هذا التوجيه على الإعداد الأساسي ، والذي يتضمن فقط زر ضغط كواجهة مستخدم.

الخطوة 1: ما تحتاجه

• شريط RGB LED رخيص ، يمكنك تقطيعه إلى شرائط أقصر
• وحدة طاقة ، ويفضل أن تكون 12 فولت 1.5 أمبير التي تأتي مع شريط RGB LED
• Arduino UNO أو ما شابه ذلك
• اثنان ULN2803AP IC: s
• زر ضغط بسيط
• لوح التجارب بيرما بروتو
• الأسلاك
• علبة للإلكترونيات
• تضاء بعض الأجسام الزجاجية بواسطة شرائط RGB LED
• الأدوات (أداة تعرية الأسلاك ، لحام الحديد ، لحام …)

قطاع الصمام

لقد اشتريت شريط LED رخيص ، يتكون من حوالي 90 RGB SMD LEDs. وحدة صغيرة تقود المصابيح وتغير لونها. يتم التحكم في الوحدة عن بعد ويمكن للشريط تغيير الألوان بطرق مختلفة. لكن الشريط كله له نفس اللون. الشيء الممتع هو أنه يمكنك قص الشريط إلى شرائح صغيرة تحتوي فقط على ثلاثة مصابيح RGB في كل شريط. كل شريط ، بغض النظر عن طوله ، سيتم تزويده بالطاقة بـ 12 فولت. كل قسم من ثلاثة مصابيح RGB يحتوي على مجموعة من المقاومات الخاصة به التي تهتم بانخفاض الجهد للمصابيح. ما عليك سوى توفير 12 فولت وما يكفي من الأمبيرات ، حسنًا ، مللي أمبير. بالنسبة لهذا المشروع ، أستخدم ثلاثة شرائح من شريط LED ، والتي تحتوي على 6 وحدات في كل منها ، ووحدة الطاقة 12 فولت 1.0 أمبير. ليست هناك حاجة لوحدة التحكم وجهاز التحكم عن بعد.

ULN2803AP

الصمام الفردي يحتاج إلى تيار ضئيل فقط. يمكنك عادةً إضاءة مصباح LED مباشرة من دبوس بيانات Arduino ، طالما لديك المقاوم الذي يسقط دبوس البيانات 5 فولت إلى حوالي 3 فولت للمصباح. لكن RGB SMD5050 LED واحد يتكون من ثلاثة مصابيح LED ، أحمر وأخضر وأزرق. وبالنسبة لهذا المشروع ، أستخدم شرائط من 6 RGB SMD5050 LEDs. يتحكم دبوس بيانات واحد في Arduino Uno في 6 مصابيح LED. هذا فقط من شأنه أن يحمص دبوس البيانات ، إذا كانت الطاقة لإضاءة المصابيح تأتي من دبوس البيانات. ولكن سيكون هناك تسعة دبابيس بيانات من هذا القبيل ، ومن المؤكد أنه سيكون هناك الكثير من التيار بالنسبة إلى Arduino. لهذا السبب يبدأ ULN2803AP. ULN2803AP عبارة عن شريحة متكاملة مع 8 ترانزستورات دارلينجتون. أحتاج 9 ، لذلك أنا فقط استخدم شريحتين ULN2803AP. هذا يترك لي 7 ترانزستورات احتياطية ، إذا كنت أرغب في تمديد المشروع ليقول خمسة أشياء.

واحد ليد واحد داخل RGB SMD5050 LED يرسم 20 مللي أمبير. ستة منهم يعني 120 مللي أمبير. دبوس واحد (ترانزستور دارلينجتون) في ULN2803 يمكن أن يغرق 500 مللي أمبير. لكن الرقاقة بأكملها يمكنها التعامل مع 1.44 واط بحد أقصى من الحرارة الناتجة عن التيار. 120 مللي أمبير ينتج 0.144 وات. أنا أضع خمسة خطوط على إحدى رقائق ULN2803 وأربعة خطوط على الأخرى. سيكون ذلك 0.72 واط على شريحة واحدة و 0.58 واط على الشريحة الأخرى. لذلك يجب أن أكون بخير. سيؤدي استخدام جميع الخطوط الثمانية لـ ULN2803 مع 120 مللي أمبير في كل منها إلى تسخين الشريحة بـ 1.2 وات. وستصبح ساخنة ، لكنها لا تزال تتحملها.

شرح ببساطة ، يحصل شريط RGB SMD LED على 12 فولت من مصدر الطاقة. من شريط LED ، ينتقل التيار من كل من مصابيح LEDS الثلاثة الملونة إلى الدبوس الخاص به في ULN2803AP ثم إلى GND. الدائرة مغلقة ويضيء مؤشر LED. لكن ULN2803AP يتم تشغيل / إيقاف تشغيله بواسطة إشارات بيانات 5 فولت من Arduino. ستسحب هذه الإشارات بضعة مللي أمبير فقط من Arduino.

الأجسام الزجاجية وشرائط LED

كان لدي هذه الأشياء الزجاجية الغريبة ، المخصصة لأضواء الشاي. لقد قطعت الألواح من سجلات البتولا لكي يقفوا عليها وأن يكون لديهم شيء يلصقون عليه شرائط LED. لقد قمت بعمل بعض الطيات في الشرائط لتحويلها إلى حلقات ، حيث تواجه وحدات LED الفردية لأعلى. كن حذرًا مع الطيات ، حتى لا تقطع الخطوط.

الخطوة الثانية: تعليمات المستخدم

سيكون للجهاز واجهة مستخدم بسيطة. يتم تشغيله عن طريق توصيل مصدر الطاقة في مقبس الحائط ويبدأ بنظام الألوان الأول ، وهو Wildfire. يتم إيقافه عن طريق فصله. سيؤدي النقر فوق الزر إلى الانتقال إلى نظام الألوان التالي. ستتقدم نقرة مزدوجة عبر المخططات الفرعية لكل نظام ألوان. سأقوم بتنفيذ مخططات الألوان التالية:

1. الهشيم. ألهمت لعبة Game of Thrones النار مثل المشهد ، حيث تنتقل النيران الخضراء من جسم زجاجي إلى آخر. سيبدو هذا التأثير أكثر إثارة ، عندما توضع الأجسام الزجاجية عموديًا على بعضها البعض. يتم تنفيذ ثلاثة مخططات فرعية مختلفة بوتيرة متفاوتة من اللهب.
2. يونيكورن جاذب. مشهد يتلاشى من خلال ألوان قوس قزح. يحدث التلاشي بطريقة دائرية ، مثل انتقال كل لون من جسم زجاجي إلى آخر. سيكون للمخططات الفرعية سرعات متفاوتة من الخبو.
3. رمش. تغيير عشوائي للون بسرعتين مختلفتين. تحتوي المخططات الفرعية على لوحات مختلفة (فقط ألوان مشبعة بالكامل ، وألوان نصف مشبعة ، وألوان من نصف دائرة الألوان فقط)
4. يختفي. تغيير سلس للألوان العشوائية بسرعتين مختلفتين. أقسام فرعية مماثلة كما في # 3.
5. ألوان حية. قم بتلوين الأشياء الخاصة بك بضوء يتأرجح بنعومة حول لون واحد. ستقوم المخططات الفرعية بتعيين الألوان إلى الأحمر أو البرتقالي أو الأصفر أو الأخضر أو الأزرق أو النيلي أو الأرجواني. يحدث التذبذب داخل قطاع 10 درجات حول اللون المختار. الجسم الزجاجي الثلاثة له نفس اللون المختار ، لكن لكل كائن تردده المتغير العشوائي للتذبذب ، لإعطاء المجموعة بأكملها لونًا حيويًا نابضًا بالحياة.

6. شموع. اجعل مصابيح LED الخاصة بك تحاكي لهب الشمعة الطبيعي. ثلاثة أقسام فرعية:

   1. "الهدوء قدر الإمكان"
   2. "نافذة مفتوحة في مكان ما"
   3. "كانت ليلة مظلمة وعاصفة"

الخطوة 3: بضع كلمات عن ألوان RGB

في هذا القسم ، أناقش وجهة نظري حول مساحة ألوان RGB. يمكنك تخطي هذا القسم جيدًا. أنا فقط أعطي بعض المعلومات الأساسية عن سبب تعاملي مع ألوان RGB LEDs كما أفعل.

لذلك فإن RGB LED له ضوء أحمر وأخضر وأزرق فقط. سيؤدي مزجها إلى إنشاء جميع الألوان التي يمكن للعين البشرية التعرف عليها (تقريبًا). يتم تحديد مقدار كل جزء - أحمر أو أخضر أو أزرق - في العالم الرقمي عادةً برقم من 0 إلى 255. يحتاج اللون المشبع بالكامل إلى أن يكون أحد مكونات اللون صفرًا وأن يكون مكون لون واحد 255. في هذا بمعنى أن لدينا فقط 1530 لونًا مختلفًا مشبعًا بالكامل في عالمنا الرقمي.

طريقة واحدة لنمذجة مساحة RGB هي المكعب. رأس المكعب أسود. من هذا الرأس يمكننا السفر على طول الحافة الحمراء أو الزرقاء أو الخضراء. أي نقطة في المكعب هي لون محدد بإحداثياته الأحمر والأخضر والأزرق. ننتقل إلى أقصى قمة من الرأس الأسود ، نصل إلى القمة البيضاء. بالتركيز على الرؤوس الستة باستثناء الرأس الأسود والأبيض ، يمكننا تشكيل مسار يمر عبر جميع الرؤوس الستة باتباع الحواف. كل حافة لها 256 نقطة أو لون. تتم مشاركة كل رأس بواسطة حافتين ، وبالتالي فإن العدد الإجمالي للنقاط هو 6 * 255 = 1530. ويتبع هذا المسار اجتياز 1530 لونًا كامل التشبع في طيف الألوان. أو قوس قزح. تمثل الرؤوس الألوان الأحمر والأصفر والأخضر والسماوي والأزرق والأرجواني.

تمثل أي نقطة أخرى في المكعب لونًا غير مشبع تمامًا.

• إما أن تكون النقطة داخل المكعب ، مما يعني أن الإحداثيات الحمراء والخضراء والزرقاء تختلف جميعها عن الصفر. فكر في القطر من الرأس الأسود إلى الرأس الأبيض باعتباره خط كل الظلال الرمادية. وكل "الألوان غير المشبعة بالكامل" داخل المكعب تتلاشى من التشبع الكامل عند الحافة باتجاه هذا القطر من "صفر تشبع".
• أو النقطة تقع على أحد الأسطح الثلاثة للمكعب الذي يلامس الرأس الأسود. يمكن اعتبار هذا اللون مشبعًا تمامًا ، لكن داكنًا. كلما زاد قتامة لونه ، زاد فقدانه للتشبع اللوني الملحوظ.

بدلاً من وجود مسار الحواف الستة حول المكعب الذي يصف جميع الألوان المشبعة بالكامل ، يمكننا وضع هذه الألوان الـ 1530 في دائرة ، حيث لدينا 255 لونًا مختلفًا في قطاع 60 درجة - مثلما يحدث عند التلاشي من الأحمر إلى الأصفر بإضافة اللون الأخضر إليه. يشبه تشغيل جميع الألوان في دائرة الألوان انزلاق ثلاثة أجهزة تحكم في الألوان ، واحدة في كل دورة ، بينما يكون الآخران في عكس معظم المواضع. نظرًا لأنني سأستخدم دائرة الألوان ، أو طيف قوس قزح ، في بعض أنظمة الألوان ، سأقوم بتعريف اللون (تدرج اللون) كنقطة في الدائرة ، باستخدام مقياس 1530 الخاص بي:

1530 مقياس قياسي 360 مقياس

========== =================== أحمر 0 0 برتقالي 128 30 أصفر 256 60 أخضر 512120 فيروزي 7681880 أزرق 1024240 نيلي 1152270 بنفسجي 1280300 وردي 1408330

يبسط مقياس 1530 هذا تحويل ألوان قوس قزح إلى قيم لمصابيح RGB LED.

لماذا 255 لونًا في كل قسم؟ لماذا لا 256؟ حسنًا ، اللون 256 لقطاع واحد هو اللون الأول للقطاع التالي. لا يمكنك حساب هذا اللون مرتين.

بعد بضع كلمات عن PWM

تم تصميم LED النموذجي للتألق الساطع عند جهد معين. قد يؤدي خفض هذا الجهد إلى انخفاض السطوع ، ولكن لم يتم تصميم LED نفسه ليكون قابل للتعتيم فقط عن طريق خفض الجهد. عند نصف الجهد ، قد لا يتم تشغيله على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، يتم تحقيق التعتيم عن طريق التبديل بين الجهد الكامل والجهد الصفري. كلما كان التبديل أسرع ، قلَّ الوميض الذي يمكن للعين البشرية التعرف عليه. إذا كان مؤشر LED يعمل نصف الوقت ونصف الوقت متوقفًا ، فإن العين البشرية ترى الضوء كما لو كان يضيء بنصف تأثير مصباح LED كامل السطوع. إن تعديل النسبة بين وقت التأثير الكامل ووقت التأثير الصفري هو ما يدور حوله تعتيم LED. هذا هو PWM ، أو تعديل عرض النبضة.

يشتمل شريط RGB SMD LED الرخيص الذي اشتريته لهذا المشروع على جهاز يعتني بـ PWM. في هذا المشروع ، أقوم بإنشاء PWM باستخدام Arduino UNO بدلاً من ذلك. مساحة ألوان RGB ، كما هو مطبق عادةً في شاشة الكمبيوتر ، هي بنية نظرية ، حيث يتخيل المرء أن كل قناة لون تحتوي على قيمة من 0 إلى 255 وسيتبع لمعان القناة القيمة خطيًا. قد تعوض بطاقة الرسوم للكمبيوتر عن أي اختصار من هذا التوقع الخطي الذي قد يحتوي عليه المصابيح الفعلية. ما إذا كانت مصابيح SMD LED المستخدمة في هذا المشروع تتبع خطيًا قيم PWM المستخدمة ليس في نطاق هذا المشروع. تنشئ قيمة PWM البالغة 255 ألمع ضوء. لكن القيمة 128 قد لا تكون سطوعًا يُنظر إليه على أنه نصف سطوع 255. وقد لا يُنظر إلى 192 على أنه سطوع يقع بالضبط في منتصف 255 و 128.

الخطوة 4: المخططات

هنا أقدم مخططات الإلكترونيات. تظهر الصورة كيف تبدو اتصالي. لقد قمت بلحام الرقائق والأسلاك والزر على لوحة perma proto. حتى الآن ، تم توصيل المكونات فقط بالأسلاك ، لكنني أترك الأمر لك لتصميم كيفية وضعها في صندوق جميل وكيفية سحب الأسلاك إلى شرائط LED. إذا وجدت كبلًا مسطحًا بأربعة أسلاك ، فاستخدمه ، لأن شريط LED يحتاج إلى 4 أسلاك. لم يكن لدي سوى 3 كبلات مسطحة ، لذلك كنت بحاجة إلى سلك إضافي ، مما جعله يبدو قبيحًا بعض الشيء.

الخطوة 5: الكود

الكود مكتوب لـ Arduino Uno. يحتوي Uno على 6 دبابيس قادرة على PWM فقط ، لكني بحاجة إلى 9 منها. لذلك أستخدم مكتبة PWM خاصة كتبها بريت هاجمان. يجب تثبيت هذا في Arduino IDE الخاص بك.

wildfire.ino هو ملف المشروع الرئيسي ، ويتضمن وظيفتي setup () و loop () ، بالإضافة إلى بعض الوظائف الشائعة الأخرى لجميع المخططات.

wildfire.h هو ملف الرأس الشائع.

يمكن لصق ملفات النظام المختلفة كعلامات تبويب منفصلة في المشروع.

الخطوة 6: في العمل

الخطوة 7: مزيد من التطوير

• استبدل واجهة الزر المفرد بـ ESP8266 لتمكين الاتصال اللاسلكي بهاتف Android ، حيث تكون واجهة المستخدم عبارة عن صفحة ويب للتحكم في المخططات.
• لا يزال هناك بعض 70 RGB SMD LEDs متبقية في الشريط لاستخدامها. هذا هو 24 شريط مع 3 في كل منهما. 24 قناة أخرى بحاجة إلى نهج جديد. ستحتاج إلى Arduino Mega 2560 وبعض شرائح ULN2803AP الأخرى ، بدلاً من لوحتين مؤازرتين ذات 16 قناة ، والتي غالبًا ما تستخدم لمصابيح LED.
• غير المستخدمة هي أيضًا وحدة التحكم عن بُعد لشريط LED الأصلي ، بالإضافة إلى جهاز الاستقبال الخاص بها. لم أفتح جهاز الاستقبال بعد ، ولكن ربما يمكن إعادة استخدامه بطريقة ما. يمكن للمرء أن يدع Arduino يختطف منطقه ويجعله يقدم بيانات رقمية إلى Arduino للتحكم في عرض الضوء.