شحن مصفوفة الضوء: 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:42

هذه مجموعة من علب طعام الكلاب الفارغة ، كل منها يحتوي على مصباح LED واحد بالداخل وعدسة ملونة على الفتحة. يتم التحكم في مصابيح LED بواسطة أجهزة الكشف عن الحركة التي يتم تشغيلها عن طريق التفاعل من العارض. باستخدام مصابيح LED كمصدر للضوء لكل علبة ، تكون متطلبات الطاقة منخفضة. تستخدم الدائرة كمية صغيرة من المكونات لقيادة مصابيح LED ، وسيصف هذا التوجيه بشيء من التفصيل كيفية استخدامه لكاشفات الحركة ، والترانزستورات ، والمقاومات ، ومصابيح LED لإنشاء عرض ضوئي تفاعلي. أنشأت أول تصميم دائري لي وأنشأت هذا المشروع بنجاح. يمكن لأي شخص مهتم بالإلكترونيات أن يصل بسهولة إلى مستوى خبرتي كمبتدئ ناجح من خلال القراءة والممارسة ، والحكمة الوحيدة التي تعلمتها هي أنه إذا كنت تستطيع شراء أدوات أفضل ، فهذه هي الطريقة التي يجب اتباعها. أرغب في الترويج لمتجر أو منتج على آخر ، لكن مجتمعي ليس لديه أفضل اختيار من المتاجر حيث يمكنني العثور على مكونات إلكترونية جيدة ، لذلك أدرج Radio Shack على أنه "Shack" فقط ، واستبدله بالمتجر أو المورد المفضل لديك. 64 علبة طعام للكلاب (مغسولة) 32 مصابيح LED فائقة السطوع مقاس 10 مم خضراء (www.evilmadscientist.com) 32 مصابيح LED فائقة السطوع مقاس 10 مم زرقاء (www.evilmadscientist.com) سلك توصيل 50 بوصة (الإمداد الإلكتروني ، التخمين منذ أن لم أحسب الاستخدام) 10 ألواح خشب الأرز (متجر معدات) 2 قضيب زاوية من الألومنيوم (متجر معدات) 2 قضيب ألومنيوم سمك 1/16 بوصة (متجر معدات) 8 1/4 واط مقاومات 1K (كوخ) 8 ترانزستورات PNP (شاك) 8 DP-001 كاشفات الحركة (www.glolab.com) 8 عدسات Fresnel (www.glolab.com) أنابيب انكماش حراري 5 بوصات (لمنتج نهاية احترافي الألوان المتناسقة رائعة) 1 9V 800ma مزود الطاقة (Shack) 1 مفتاح (Shack) 1 دائري PCB (Shack) 31 نحاسي # 8 براغي (متجر لاجهزة الكمبيوتر) 31 نحاسي # 8 صواميل (متجر أجهزة) 31 نحاسي # 8 غسالات (متجر الأجهزة) 32 عدسة زجاجية (الفكرة الأصلية كانت للورق والرق والميكا أو أي شكل من أشكال إخفاء صورة ظلية) 1 سلك تمديد الأدوات: مسدس الغراء الساخن (أفضل من شريط مجاري الهواء) مقشرات الأسلاك (لا تعتمد على الأسنان ، الأداة المصورة هنا هي أفضل أداة للوظيفة) لحام الحديد (لا تخدع نفسك هنا ، لقد أصبحت أفضل مع مكواة أفضل) لحام (تدفق) مسدس حراري (ضروري فقط إذا كنت تقلص الحرارة لجنود الأسلاك) يد المساعدة (اختياري ولكن بدرجة عالية مقترح) العدسة المكبرة (اختياري) اللوح (أداة اختيارية ولكنها ضرورية لأي شخص جاد في تصميم الدوائر الإلكترونية) 1 39 كيلو المقاوم (برمجة الحساسية DP-001) 1 2.7 كيلو المقاوم (يسكن البرمجة DP-001) 1 مثقاب 1 مثقاب متعدد الأحجام (يجب أن يكون أكثر من مثقاب قياسي) 1 مفك برغي 1 مطرقة (اختياري ، تحطيم إصبع القدم يزيل الملل وتيد مزايا اللحام 64 مصباح LED مع 128 سلكًا) 1 فرجار أو مقياس 1 غراء خشب 2 مشابك لولبية طويلة ملاحظات كهربائية: Vcc = مصدر إيجابي Vdd = FET موجب ، يوفر مصدر الطاقة موجبًا للكاشف ، ويخرج ترانزستور NFET على مخرجات DP-001 قيمة موجبة في المحطة نسمي هذا VddVss = مصدر سلبي. بصفتي فنانًا يعمل بشكل رئيسي في الزيوت ومؤخراً في المزيد من القطع عالية التقنية ، فقد أردت أيضًا دمج القليل من اللون الأخضر في عملي. لدي اثنين من الصلصال ويبدو أنهم يحبون تناول الطعام كل يوم ، مما يؤدي إلى هدر حاويات الطعام ، لذلك بدأت في حفظ العلب لبعض المشاريع المستقبلية التي كنت أعلم أنني سأأتي بها عندما يكون لدي مجموعة أكبر. ذكر صديق فنان آخر ، يعمل في الزجاج المصهور ، أنه كان هناك عرض محكم كان موضوعه "التعاون" ، وقررنا العمل معًا على قطعة فنية. لقد كانت فرصة مثالية لاستخدام علب طعام الكلاب التي كانت تقيم في مرآبي. مع وجود العديد من العلب ، كان من الواضح أن القطعة يجب أن تأخذ شكل نوع من المصفوفة ، والتي تضاء بحركة العارض. التقينا في مقهى محلي ووضعت خطتي ، جاء اسم القطعة طبيعيًا مثل الطبيعة نفسها ، مجموعة من الضوء باستخدام شحنة كهربائية ، إليك وصف سريع للعمل وعملية إنشاء هذه القطعة الفنية.

الخطوة 1: بناء الإطار

تم العثور على الألواح المصنوعة من خشب الأرز في متجر لاجهزة الكمبيوتر المحلي وتم تصميمها لتبطين الخزائن. كانت التكلفة غير مكلفة 23 دولارًا لـ 12 لوحًا ؛ كانت مثالية للمشروع. تم اختيارهم أيضًا للون والشكل مع فائدة إضافية لرائحة الأرز الخفيفة.

أولاً ، تم صنفرة وجه الألواح وتغطيتها بطبقة فاريتان مسطحة لمنعها من جذب الشحوم والأوساخ من خلال المناولة ، ولإبراز لون خشب الأرز. يبلغ عرض الألواح 3.75 بوصة وطول 48 بوصة ، مما يجعلها مثالية للمصفوفة لتلائم عرض وارتفاع الألواح مما يخلق تباعدًا مثاليًا لمصفوفة مربعة. يبلغ قطر علبة طعام الكلب 3 بوصات ، وكان العثور على منشار ثقب بهذا الحجم أمرًا سهلاً. لقد قمت بقياس الخط المركزي للألواح الخشبية ثم المسافة بين مركزي لوحين جنبًا إلى جنب. وباستخدام هذا القياس ، قمت بتباعد الثقوب على طول الخط العمودي من الألواح لإنشاء مصفوفة مربعة من العلب. أتاح لي ذلك بعض المساحة أعلى القطعة وأسفلها ، لموازنة القطعة أفقيًا ، تمت إضافة لوحين فارغين ، أحدهما على كل جانب من المصفوفة. حفر الثقوب من أجل العلب باستخدام منشار الفتحة مقاس 3 بوصات ، قم برمل الفتحة واختبار العلبة في الفتحة لاختبار الفتحة. الصق الألواح مع كمية صغيرة من غراء الخشب وشبكها معًا ، اتركها تجف طوال الليل. أردت أن تكون نهايات العلب متساوية والقاعدة بحيث تبرز من خلال الجزء الخلفي من اللوحة بمقدار 1 "فقط. باستخدام أكوام من قطع الفتحات التي تم حفرها من الألواح لتسوية اللوحة المكتملة وجهها لأسفل بحيث يمكن أن يبرز كل منهما بمقدار 1 "من خلال الظهر. باستخدام مسدس الغراء الساخن ، تم وضع حبة من الغراء حول قاعدة كل علبة لتثبيتها على اللوحة. من أجل إعطاء القطعة قوة كافية حتى لا تتصدع الألواح وتنفصل عند التعامل معها ، تم أيضًا ربط الألواح معًا من الأعلى والأسفل بقضيب ألومنيوم مسطح وقطعة من الألمنيوم بزاوية. كان من الممكن استبعاد الشريط المسطح ، لكنني أردت القوة وقد عُرفت بالهندسة الزائدة من وقت لآخر. قم أولاً بربط الشريط وقوس الزاوية بحافة اللوحة ، ثم قم بحفر ثقب واحد عبر الخط المركزي العمودي لكل لوح ، واحد في الأعلى والآخر في الأسفل. اربطهم مع البراغي النحاسية والصواميل والغسالات. لإضافة قوة لهذا التطبيق ، ضع حبة من الغراء الساخن على طول القضبان والألواح. أضع أيضًا حبة صغيرة من الغراء الساخن في قاعدة كل صمولة لإبقائها في مكانها ؛ الإطار جاهز. بعد ذلك تحضير العلب. كان لون العلب من الداخل رماديًا يمتص الضوء من LED ، وذلك للحصول على مزيد من الضوء لضرب العدسات للارتداد حولها ، وقد تم تحقيق ذلك من خلال طلاء داخل العلب بطلاء محدد. يعود سبب اختيار الطلاء المحدد إلى فوهة ، المصممة للإشارة إلى الأرض بحيث تكون الفوهة مستقيمة مما يجعل طلاء الأجزاء الداخلية من العلب أمرًا سهلاً. أردت أيضًا أن تتغير الألوان إلى حد ما ، لذا اخترت الألوان الأحمر والأخضر والأزرق والأبيض والأصفر ؛ في هذا الوقت ، لم يكن المظهر واللون معروفاً بالنسبة لي لأن صديقي كان مشغولاً في صنعهما بينما كنت أقوم ببناء الإطار والإلكترونيات. لحفر الثقوب الموجودة في العلب ، أنشأ المثقاب القياسي نتوءًا ، كان من الصعب جدًا إزالته وجعل الفتحة مستطيلة بمجرد فكها. باستخدام مثقاب متدرج ، يكون الثقب نظيفًا لأن هذه القطعة ستعمل على طحن حواف الحفرة أثناء حفرها لعمل ثقب دائري مثالي بالحجم المناسب لمصابيح LED. بعد ذلك ، قمت بقياس قطر نهاية الأعمال للموديل DP-001 ، حتى أتمكن من حفر ثقوب في اللوحة حتى يتمكنوا من إلقاء نظرة خاطفة عليها ؛ اختار حجم الحفر المقابل ووضع نمط دائري للفتحات. كان هذا للحفاظ على التشابه المتسق مع الدوائر. مع كل العلب المطلية والمثقبة والمثبتة في الإطار ، فقد حان الوقت للعمل على الإلكترونيات.

الخطوة الثانية: التصميم الإلكتروني

افهم أنني مبتدئ في التصميم الإلكتروني ، إذا كانت بعض تفسيراتي حول عمليات المكونات غير صحيحة ، فيرجى نشر تعليق حتى يتمكن القارئ من العثور على الوضوح ، كما أن أداة تجريد الأسلاك كانت الأداة القيمة للغاية على طاولة العمل ، حافظ على أسنانك إذا كانت هذه هي عادتك ، ويمكن أن تنقذ عقلك عند تجريد مئات الأسلاك ؛ هذه أداة غير مكلفة ، لكنها أداة رائعة. قبل أن نضيف جميع الأجهزة الإلكترونية ، من الأفضل إنشاء تصميم ثم اختبار تشغيل الدائرة. لا يعد فك اللحام هو الطريق للتقدم ويمكنك إهدار العديد من الأجزاء الجيدة بهذه الطريقة. أول أمر في العمل هو حساب قيم المكونات وتحديد متطلبات الطاقة للدائرة. المكون الأول هو كاشف الحركة DP-001 ، والذي يحتوي على نطاق متطلبات الطاقة من 4 فولت تيار مستمر كحد أدنى إلى 15 فولت تيار مستمر كحد أقصى ، مما يمنحنا نطاقًا لطيفًا للعمل به. ستقود الدائرة 65 مصباحًا ضوئيًا ويتم تصنيف كل LED على أنها تعادل 20 مللي أمبير من الحد الأقصى الحالي. 65 ×.020A = 1.3A (64 مصباحًا في العلب و 1 لمصباح الطاقة) ، التيار المطلوب لـ DP-001 هو 45 ميكرو أمبير أو.000045A × 8 = 00036A ، وهو متطلبات طاقة منخفضة جدًا. اختار محول طاقة بجهد 12 فولت 800 مللي أمبير تيار مستمر ، مدركًا أنه لن يكون لدي جميع مصابيح LED في نفس الوقت ، ولن يكون أي منها يعمل لفترة طويلة ، فهذا لديه الكثير من الطاقة. الآن بعد أن عرفنا القوة التي ستقود مصابيح LED ، نحتاج إلى حساب حجم المقاومات المحدودة التي ستمنع احتراق المصابيح مع إبقائها ساطعة قدر الإمكان. هذه مهمة بسيطة لاستخدام قانون أوم لتحديد مقدار المقاومة التي يحتاجها كل LED ليظل باردًا ومشرقًا. تشير مواصفات LED إلى أن الحد الأقصى للتيار يجب ألا يتجاوز 020 أمبير (20 مللي أمبير) ، يمكنك دفع هذه القيمة لجعلها أكثر سطوعًا إذا كانت مدة "التشغيل" قصيرة بدرجة كافية. بحساب المقاومة المطلوبة ، خذ الجهد وقسمه على القيمة الحالية القصوى. 12 فولت تيار مستمر /.020 مللي أمبير = 600 أوم. كنت أرغب في الحصول على أكبر قدر من الضوء من كل LED ، لذلك تم اختيار مقاوم 470 أوم. تذكر أن الأضواء لن تعمل باستمرار ، لذا فإن خطر احتراقها ضئيل ، بالإضافة إلى 470 يقترب من 600. للتحقق من مقدار الإرادة الحالية يتم رسمها من خلال مؤشر LED إذا استخدمنا مقاومًا بقوة 470 أوم ، نقسم 12 فولت على 470 أوم لتساوي.0255 مللي أمبير ، بفارق.0055 مللي أمبير ، وهو أمر لا يكاد يذكر. يمكن لأجهزة الكشف عن الحركة DP-001 أن تغرق 100 مللي أمبير فقط من التيار ، لذلك يقود كل 64 لن تعمل مصابيح LED من وحدة واحدة ، بالإضافة إلى أنها ستستمر جميعًا مرة واحدة ، وهو ما سيكون أقل فعالية ومملًا إلى حد ما إذا قمنا بتقسيم 64 LED على 8 واستخدمنا 8 كاشفات DP-001 كل منها يقود 8 مصابيح LED لتيار إجمالي يبلغ 160 مللي أمبير لكل كاشف ، لا يزال الأمر كثيرًا بالنسبة إلى DP-001 الذي تبلغ قيمته القصوى 100 مللي أمبير. تشير مواصفات 2N3906 إلى أنه يمكن أن ينخفض من 10 ميكرو أمبير إلى 100 ملي أمبير ، لكنني أفضل المخاطرة باستخدام ترانزيتور بدلاً من وحدة الكشف عن الحركة. كيف أختار الترانزستور الذي سيعمل في دائرتنا: هناك نوعان أساسيان من ترانزستورات التحويل التي سنبحث عنها ، ترانزستور NPN أو PNP. يصف تعيين NPN و PNP بواباتهما وتشغيلهما. اخترت مقاوم PNP للأغراض العامة ، 2N3906 ، لن يضطر إلى تبديد الكثير من الحرارة وهو مناسب تمامًا لهذا المشروع. تحتوي الترانزستورات على ثلاثة موصلات تسمى القاعدة ، والمجمع ، والباعث. يتم تشغيلها بواسطة جهد محسوس في قاعدتها ، مما سيفتح البوابة ويسمح بتدفق المزيد من التيار بين المجمع والباعث. الفرق في العملية بين NPN و PNP هو أن NPN سيتم تشغيله إذا كانت القاعدة بها الجهد الموجب 0.7 فولت أو أكثر وسوف ينطفئ تحت هذه القيمة. يتم عكس منحاز PNP ويتم تشغيله عندما تستشعر القاعدة جهدًا منخفضًا أقل من.07 فولت ويتم تشغيله أعلى من هذه القيمة. يتم تشغيل مصابيح LED باستخدام طرف التوصيل من DP-001 لتشغيل الترانزستور الذي يسمح للتيار بالتدفق عبر مصابيح LED. يقوم DP-001 بإخراج "مرتفع" عند طرف الإخراج وسيتجه "منخفض" نحو السالب عند اكتشاف الحركة. ملاحظة سريعة حول ترانزستورات PNP و NPN ، لن أخوض في بناء هذه المكونات ، فقط حقيقة أنها تتصرف بشكل معاكس لأنها منحازة عكس ذلك. سيقوم ترانزستور NPN بتوصيل التيار بين المجمع والباعث إذا كان هناك فرق قيمة موجبة للجهد بين القاعدة والباعث ، بينما سينفذ PNP التيار بين المجمع والباعث إذا كانت القاعدة تستشعر جهدًا أقل بين القاعدة والباعث. لا يمكننا استخدام ترانزستور NPN لأنه يتم تبديله عندما يكون هناك "مرتفع" على قاعدته فيما يتعلق بالباعث. تذكر أن DP-001 تصبح "منخفضة" عند اكتشاف الحركة. لذلك اخترت استخدام ترانزستورات PNP حيث يتم تشغيلها بواسطة "منخفض" على القاعدة فيما يتعلق بالباعث ، مما يسمح للتيار بالتدفق عبر الترانزستور عندما يكون طرف DP-001 "منخفضًا" مع اكتشاف حركة الأشعة تحت الحمراء. الدائرة أدناه عبارة عن دائرة بسيطة توضح كيفية عمل النظام ، لإضافة 7 أجهزة كشف ومقاومات ومصابيح LED أخرى ، كل ما يتعين علينا القيام به هو نسخ هذا التصميم ثماني مرات ، وهنا بعض المنطق الذي دخل إلى الدائرة المصممة أدناه لذلك أنها تعمل كما هو مخطط لها ولا تحترق المكونات في سحابة من الدخان الأزرق. لا نحتاج إلى تدفق التيار عبر الإخراج الطرفي لـ DP-001 ومن خلال قاعدة الترانزستور 2N3906 ، نحتاج فقط إلى وجود التبديل المنطقي بين "مرتفع" و "منخفض" ، لتقليل التيار عبر قاعدة الترانزستور ، أضف المقاوم 1 كيلو أوم (r1) عند خرج DP-001 وقاعدة الترانزستور 2N3906. قبل ربط أنود LED بالترانزستور ، نضع مقاومًا محددًا للتيار (r2) بقيمة مقاومة 470 أوم بين المكونين. عندما لا يكتشف DP-001 الحركة ، سيكون طرف الخرج "مرتفعًا" (Vdd) وسيتم استشعار هذه القيمة العالية في قاعدة الترانزستور لدينا ، مما يحول دون تدفق التيار بين المجمع والباعث. عندما يستشعر DP-001 الحركة ، سيصبح طرف الخرج "منخفضًا" (Vss) وسيشتغل الترانزستور ويسمح للتيار بالتدفق بين المجمع والباعث ، وإضاءة LED ، سيحد المقاوم 470 أوم من الحرارة المسببة للتيار من خلال بقيادة.

الخطوة الثالثة: بناء الدائرة

أقترح الاستثمار في لوح متوسط الحجم على الأقل ، فهو أداة جيدة لمصلح الدائرة. أولاً ، اختبرت التصميم البسيط باستخدام DP-001 ، والمقاومات المحدودة ، وتحويل الترانزستور ، والصمام الثنائي الباعث للضوء. عندما نجح هذا كما هو مخطط له ، قمت ببناء دائرة التبديل مع جميع الترانزستورات والمقاومات الثمانية وربطها جميعًا للاختبار النهائي.

تم اختبار الدائرة البسيطة ، عندما مرت حركة الأشعة تحت الحمراء أمام الكاشف ، أضاء مؤشر LED. في هذه المرحلة ، حان الوقت لتوصيل الأسلاك بجميع مصابيح LED ، ثم توصيل جميع أجهزة الكشف بإخراجها الموجب (الأحمر) والسالب (الأسود) والإخراج الطرفي (الأخضر). من أجل توفير مساحة على لوحة الدائرة ، قمت بوضع المقاوم المحدد الحالي (r2) في خط مع السلك الذي تم ربطه بجانب المجمع من الترانزستور. تُظهر الصور أدناه لوحة الدائرة "الزهرة" ، ولاحظ الخطين الأصفر والأحمر ، ولكل منهما مقاومة تحديد التيار (r2) في الخط ومغطاة بالانكماش الحراري. الآن قم بإعداد 64 LEDs بكل خيوطها الإيجابية والسلبية ؛ هذا هو المكان الذي تكون فيه المطرقة مفيدة لتخفيف الملل ، اختر تحطيم إصبع القدم لأنك بحاجة إلى أصابعك لإنهاء العمل. ربطت جميع الكاشفات الثمانية ، والترانزستورات ، ومصابيح LED ، وقمت بتوصيلها على اللوح ، مع موجة من اليد ، ولوح ثمانية مصابيح LED ثم إيقاف تشغيلها. لقد حان الوقت لربط كل ذلك معًا. نظرًا لأن كل كاشف سيقود ثمانية مصابيح LED ، فقد قمت بإنشاء نمط من مجموعات LED ، مع التأكد من نشر مصابيح LED التي من شأنها أن تضيء بواسطة أي كاشف واحد. اربط كل الخيوط الإيجابية لمجموعة من 8 مصابيح LED معًا. الآن ، خذ المجموعات الثماني من الخيوط السلبية وقم بربطها جميعًا بالأرضية المشتركة حول مصدر الطاقة. تم قطع كل مجموعة LED بمجمع الترانزستورات ؛ تم ربط الموجب والأرض بلوحة الدائرة. تم ربط جانب الباعث من الترانزستورات مباشرة بـ Vdd وجانب المجمع مرتبطًا بمصعد LED من خلال المقاوم المحدد بينما تم ربط كاثود LED بالأرض. نجح اختبار الدائرة ؛ كان الجزء التالي هو لصق جميع مصابيح LED بالغراء الساخن في علبها ، مع الحفاظ على مسار منظم للأسلاك. تم ربط زهرة الدائرة في الجزء الخلفي من لوحة الصفيف بقوس معدني مع روابط مضغوطة في الجزء الخلفي من اللوحة. بعد ذلك قمت بربط كل مجموعة من 8 مصابيح LED موجبة تؤدي إلى مجمع الترانزستور الموجود على الزهرة. بعد ذلك ، قم بلصق جميع أجهزة الكشف عن الحركة في الثقوب التي تم حفرها مسبقًا ، تأكد من استخدام إدارة جيدة للأسلاك من أجل الحفاظ على عش الأسلاك بعيدًا عنك. على الجانب الأمامي من لوحة المصفوفة ، قمت بلصق عدسات فريسنل أمام كل كاشف. بمجرد وضع عدسات فرينل في مكانها ، زادت حساسية أجهزة الكشف بشكل ملحوظ. تم بعد ذلك تركيب محول جدار مزود الطاقة بجهد 12 فولت على الجانب الخلفي من اللوحة مع ربط السلك الإيجابي بالمفتاح والطرف الآخر مرتبطًا بالاتصال الإيجابي لزهرة الدائرة. تم ربط الخيوط الأرضية لكاشف الزهرة والحركة بالأرضية المشتركة للنظام. تم ربط سلك التمديد بإحكام بالمحول مع لفات ربط لمنع أي سحب للسلك من فصل الطاقة. تم تثبيت المفتاح على الحافة الخلفية للوحة بالغراء الساخن. لقد استخدمت بعض أحزمة توجيه الأنابيب لتعليق هذه القطعة على الحائط (الصورة الأولى) ، كانت مؤقتة وتم اختيارها لتتماشى مع تشابه الدوائر في التصميم العام. لقد تم بالفعل استبدال الحلقات D وأقفال الأبواب لوضع اللوحة بعيدًا عن الحائط. هذه القطعة ممتعة للغاية للعب بها ، بينما يتنقل المشاهد ، بأنماط من الرقص الخفيف مع الحركة. في المستقبل ، قد أعيد توصيل هذه القطعة عن طريق إضافة وحدة تحكم دقيقة و charlieplex تصنع الأضواء أنماطًا رائعة عندما لا تكون هناك حركة لفترة محددة من الوقت.