Mini lámparas de lava controladas por USB: 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Este instructivo describe la construcción de un conjunto de lámparas de lava controladas y alimentadas por USB desde un teclado USB y dos lámparas de lava USB Think Geek utilizando un circuito de interruptor de relé de transistor simple impulsado por los LED del teclado. Ilustra una manera simple de controlar hasta tres interruptores de alta latencia (hasta 120 voltios, 0.5 amperios) a través de una conexión USB, por una cantidad mínima de dinero (0 $ a 40 $ dependiendo de su recolección de basura) y sin tener para programar un controlador de control en serie USB o un microcontrolador. Potencialmente, también podría usar las teclas del teclado para agregar más de 100 entradas que escribirían caracteres que podrían usarse para controlar un programa (como lo describen randofo y David Merrill, pero este enfoque no se usó para este proyecto. Este proyecto se concibió como un regalo para mi amigo Chris Lasher para conmemorar su mudanza y el comienzo de un programa de posgrado en bioinformática. Chris realizará mucha programación y es un seguidor de la programación pragmática / ágil, uno de cuyos principios son las pruebas unitarias. las pruebas unitarias de un programa se están ejecutando, es bueno saber si están teniendo éxito o fallando, y cuál es predominante. Famosamente, algunos programadores pragmáticos crearon un sistema de retroalimentación controlando lámparas de lava de tamaño completo desde un marco de prueba unitario conectando algunas dispositivos de control del hogar listos para usar (les costó más de $ 60). Las lámparas les permitieron ver si las pruebas estaban pasando o no, y el calentamiento gradual de una lámpara les permitió ver qué incluso ts fueron predominantes. Esta es una idea genial, pero quería hacer de Chris algo que: 1) controlaría dos pequeñas lámparas de lava alimentadas por USB, 2) apagaría la nueva y elegante computadora portátil de Chris y la interfaz a través de USB (sin puertos heredados en computadoras más nuevas, particularmente computadoras portátiles), 3) sería un poco más casero y amigable para los piratas informáticos, 4) sería mucho más barato. Conducir relés desde un convertidor de puerto USB a puerto serie parece ser una solución simple. Hay muchos circuitos disponibles en línea para proyectos de control de puertos serie. Un excelente proyecto que adapté fue en https://www.windmeadow.com/node/4. Desafortunadamente, casi todos los dispositivos USB a serie no permiten el golpe de bits de bajo nivel (el cambio manual de las líneas de control) que se requiere para usar estos circuitos. Otro enfoque sería comprar un circuito de interfaz USB o construir uno a partir de un microcontrolador. De cualquier manera, el proyecto requeriría una gran cantidad de código y controladores de microcontroladores (incluso usando los controladores de interfaz humana preexistentes o un controlador prefabricado). Elijé resolver este problema con un teclado USB recuperado, ya que son relativamente baratos, y contienen todo lo que se necesita para tres salidas simples de encendido / apagado, en forma de LED de número, mayúsculas y bloqueo de desplazamiento. Bajo Linux hay una serie de mecanismos para alternar sus LED desde un programa o línea de comando (incluso se hace referencia a uno en Cryptonomicon). Setled es el más simple y está preinstalado en casi todas las máquinas, ledd se basa en un modelo cliente-servidor e incluso hay un módulo en el lenguaje de programación Ruby. Windows y Mac OS, y otros lenguajes de programación, deberían tener mecanismos comparables - ¡publíquelos en los comentarios si sabe cómo alternar los LED del teclado en otros sistemas operativos o lenguajes de programación! Le di a Chris su regalo, y ahora él no solo puede ver si su Las pruebas unitarias están pasando, todos los programadores de su nuevo departamento pueden saber lo genial que es el fabricante de bricolaje.

Paso 1: Lista de piezas

2 lámparas de lava USB (de Thinkgeek o froogle ~ $ 10 cada una) 1 teclado USB (un teclado de Apple también le permitiría recuperar dos conectores USB, lo que haría innecesario el hacker indicado en el paso "conector USB del pobre") $ 0 por un teclado raspado con una llave muerta o dos, a $ 4 en línea (https://froogle.google.com/froogle?q=usb%20keyboard) a $ 30 en la mejor compra) 2 relés de interruptor de lengüeta (Radio Shack # 275-233 $ 3.00, Mouser # 677-OMR-112H $ 1.54) todos los demás componentes eléctricos solo deberían costar unos pocos dólares. 2 transistores (como un 2N2222) (Radio Shack # 276-1617, Mouser # 511-2N2222A) 2 resistencias (Radio Shack # 271-1124, Mouser # 291-4.7k, bandas amarillo-violeta-rojo-dorado) 4 diodos, algo así como 1N404 (Radio Shack n. ° 276-1103, Mouser n. ° 512-1N414B) 1 interruptor de encendido (SPST) un poco de cable 1 tablero de perfilado (Radio Shack n. ° 276-1395) 1 Cartón de hojalata de Altoids, una hoja de transparencia / película superior Herramientas: soldador y / o herramienta para enrollar alambres y remezcla o herramienta manual y paciencia taladro y bitsa multímetro digital marcador Sharpie rojo y verde Conocimientos y habilidades: Conocimientos básicos de soldadura y electrónica. Recomiendo encarecidamente el libro de Forest Mimm si es un principiante en electrónica y le gustaría saber cómo funcionan los circuitos. Tiempo: Este proyecto tomó dos tardes y una tarde, incluida la resolución de problemas.

Paso 2: Evisceración del teclado

Desarme su teclado de la forma más no destructiva posible. El teclado que tenía por ahí era un teclado USB multimedia Dynex, número de modelo DX-MKB101. Al desmontar, tenga cuidado de no romper los cables delgados que se utilizan con frecuencia. Debería ver algo como la segunda imagen después de abrir el teclado. Desea salvar el cuerpo del circuito y la placa con los LED (a menudo en la misma placa de circuito) y perder el voluminoso teclado. Es de esperar que pueda desprender la fina película de plástico que actúa como los interruptores de tecla para el teclado, o de alguna otra manera cortar los interruptores del teclado sin dañar el circuito principal. Tuve que cortar un poco de plástico para liberar la placa, pero después de terminar, debería poder enchufar el teclado, hacer que lo reconozcan y alternar los LED desnudos con las teclas de bloqueo de otro teclado funcional conectadas a la misma computadora. Puede tener varios teclados, USB y no, conectados simultáneamente con la mayoría de los sistemas operativos modernos y activarán el bloqueo de mayúsculas y otras teclas de bloqueo de cada uno. En este punto, debo decir que es posible dañar o destruir su computadora conectando circuitos desnudos en ella. Tenga cuidado y proceda con cuidado. Si está preocupado, pruebe con un concentrador USB barato. Por otro lado, probé todo tipo de cosas mientras solucioné problemas de este circuito, incluido el recableado de circuitos en vivo, y mi computadora portátil permanece sin apagar.

Paso 3: Enchufe USB del pobre

No quería destruir los enchufes USB de las lámparas de lava para que pudieran usarse por separado, y para que el controlador de la lámpara de lava USB fuera modular (se podían usar otros dispositivos encendidos y apagados en lugar de las lámparas). Si desarmó un teclado de Apple en el último paso, tendría dos conectores hembra USB-A que puede usar, por lo que puede omitir este paso. También puede comprar las tomas USB-A hembra de mouser o las de recuperación de un concentrador USB de repuesto. Sin embargo, elegí ir con una opción barata y simple: un conector USB simple hecho con una envoltura de alambre rayado (cualquier cable delgado sería suficiente), un poco de cartón perfilado y algo de papel y película transparente para aislar. Simplemente corte un poco de perfboard para ir DENTRO de los enchufes USB, agregue cable a través de los orificios para que al insertar el enchufe no los tire hacia afuera y les permita entrar en contacto con los conectores de + 5V y tierra en el enchufe (vea los pines en el " Hacer circuito "paso para qué conexión es cuál). Luego, corte un poco de película transparente para cubrir un lado de la placa para que el cable perfilado no se produzca un cortocircuito contra el cuerpo metálico del enchufe. Inserta esta placa aislada en el enchufe USB y confirma con tu multímetro que los cables hacen un buen contacto y que no están en corto. Así es como se conectan las lámparas de lava USB al circuito. Para este proyecto, haga dos de estos enchufes de los pobres uno al lado del otro en el mismo trozo de perfboard (vea la imagen). Durante el paso de montaje, verá cómo la carcasa sostiene ambos enchufes USB en este conector.

Paso 4: corte el gabinete y la placa perfilada

Averigüe el diseño de su proyecto en su recinto. Usé la siempre popular lata de Altoids. Taladre un agujero en la parte posterior de la lata de Altoids para el interruptor SPST grande de encendido / apagado, uno en la parte frontal para el cable USB del teclado y dos agujeros en los lados para los enchufes de la lámpara de lava USB. Corte las ranuras del ojo de la cerradura con un disco de corte dremel o una sierra de mano hasta los orificios frontales y laterales para que los cables USB quepan (vea la imagen). Cubra los orificios con cinta adhesiva para evitar que se corten los cables. Decida la forma de su perfboard para su circuito y corte esa forma con una herramienta dremel. Esto va a quedar bastante ajustado…

Paso 5: Hacer circuito

El corazón de este proyecto es simplemente usar software para alternar los LED del teclado y secuestrar los LED para cambiar corrientes más grandes. Debo mencionar aquí que algunos LED se encienden aplicando un voltaje positivo al ánodo, mientras que otros circuitos (como el de este teclado) hacen flotar el ánodo del LED en alto (por lo que el LED está apagado) y atan el cátodo del LED a tierra cuando está activado (conmutación pull-down). Puede modificar este circuito para que funcione con cualquiera de los dos, pero diagramaré el método de amarre negativo. El LED que se apaga (alto) enciende un interruptor de transistor, que cierra un relé, y finalmente se activa la lámpara de lava. Esto significa que el cambio de software de la lámpara se invertirá desde el LED. Adapté el circuito de windmeadow, pero se basa en un simple interruptor de transistor como se describe en la mayoría de los textos de electrónica (p. 50 en el libro de Mimm o en wikipedia). He incluido un archivo ktechlab para que pueda ver cómo funciona el interruptor de transistor y un esquema completo (en formatos svg y png). Asegúrese de usar el esquema original o el archivo svn para imprimir, ya que las imágenes más pequeñas no son claras. Deberá quitar los LED de la placa de circuito del teclado y determinar su polaridad y qué lado se cambia con un multímetro. Ejecute un cable de cada LED que estará involucrado en un circuito de conmutación (estos están etiquetados SCROLLLOCK y CAPSLOCK en el esquema). Desolde el + 5v y la tierra del circuito del teclado para proporcionar energía a la placa perfilada, y luego coloque los cables para devolver la energía a la placa (este es el + 5V y las conexiones a tierra en el esquema). Luego siga el esquema para hacer el circuito, usando los pines de los componentes para identificar las conexiones. Primero ensambla este circuito en una placa de prueba y prueba el circuito. Este fue el paso en el que determiné que los LED eran pull-up en lugar de pull-down conmutados, y generalmente alcancé el punto de máximo caos en mi mesa de trabajo. Cuando el circuito funcione (comprobable presionando la tecla Bloq Mayús o Bloq Desplazamiento y ver si las lámparas de lava se alternan), averigüe cómo empacar los componentes en el tablero. Se puede usar envoltura de alambre, pero el método de ensamblaje más simple es simplemente empujar los componentes a través de los orificios, envolver los cables y soldarlos. Pruebe que el circuito ensamblado funcione en la placa de perforación.

Paso 6: Lámparas de lava USB de color

Colorea las lámparas de lava USB transparentes coloreando un parche de la película superior con los marcadores rojos o verdes, luego corta un círculo para insertarlo en la base de la lámpara entre la luz y la cámara de "lava". Vuelve a montar las luces de lava.

Paso 7: Montaje final

Las latas de Altoids son excelentes recintos. Son buenos para blindar, pero desafortunadamente son conductores y cortocircuitarán circuitos desprotegidos. Para evitar esto, corte el cartón y la película transparente al tamaño de la lata y para que quepan entre la placa de circuito del teclado y la placa de perfil. Inserte el interruptor en el orificio trasero de su lata. Inserte los enchufes USB acoplados al conector USB del pobre en los cortes del ojo de la cerradura en el costado para que la lata sujete los enchufes en el conector. Embutir en perfboard y circuito de teclado recuperado, aislar con el cartón y la película de transparencia. Intenta cerrar la lata (la nuestra apenas cabe).

Paso 8: Código

Las lámparas de lava serán controladas por llamadas del sistema al programa "establecido" que encenderá y apagará los LED de bloqueo de mayúsculas y de bloqueo de desplazamiento. Pruébelo ejecutando lo siguiente desde una línea de comando (posible como root, dependiendo de su configuración) para que sus lámparas parpadeen: setleds -L -caps + scroll </ dev / tty0; sleep 3s; setleds -L + caps -scroll </ dev / tty0; dormir 3; setleds -L </ dev / tty0para desglosar esto: #Para encender la lámpara roja: setleds -L -caps + scroll </ dev / tty0 # para encender la lámpara verde: setleds -L + caps -scroll </ dev / tty0 # para volver al estado donde los LED muestran la configuración del teclado setleds -L </ dev / tty0 Puede incluir estas llamadas al sistema en su propio programa, o usar el módulo de prueba de unidad phython que Chris escribió basado en el marco de prueba de unidad PyUnit construido en Python. Simplemente descomprima los archivos del archivo tar (tar -xzvf lava_unittest.tar.gz desde una consola) y pruebe los siguientes comandos desde una consola: python lava_unittest.py test_lava_unittest-passpython lava_unittest.py test_lava_unittest-failorpython test_lava_unittest-pass.py_unit test_lava fail.py Para ejecutar desde un emulador de terminal, descomente las líneas marcadas con advertencia e intente ejecutarlo como root desde un emulador de terminal. Con este código, todo lo que se necesita hacer es intercambiar instancias de "unittest" con "lava_unittest" en los scripts de Python escritos para examen de la unidad. No es necesario volver a codificar.

Paso 9: Embalaje bonito

Para terminar este proyecto, cree e imprima su propia etiqueta o use la imagen incluida (abra la imagen secundaria en tamaño completo o el archivo xcf con el gimp). Simplemente pegue la cubierta de sus increíbles lámparas de lava controladas por USB.