Paraguas LED con Arduino: 14 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

El paraguas LED con Arduino combina un paraguas, una matriz LED de 8x10 y un microcontrolador Arduino para crear una experiencia LED programable y controlable en la privacidad de su propio paraguas. Este proyecto se inspiró en el paraguas eléctrico de sockmaster y una serie de instructables de matriz LED en este sitio, en particular este muy completo de barney_1.

¡Prepárate para Pimp My Umbrella! Cualquiera que emprenda este proyecto debe tener acceso a herramientas de soldadura estándar (alicates, cortadores diagonales, cortadores y pelacables, soldador y soldador, multímetro) y tener experiencia trabajando con Arduino. La configuración de Arduino no es difícil y en este instructivo se incluye un programa que incluye varias animaciones diferentes de los LED. ¡El video está en camino! El código de muestra (ver el último paso) también está en camino. El código que tengo no aprovecha el interruptor de botón y estoy trabajando en eso ahora.

Paso 1: Partes

Hay muy pocas partes para este proyecto y en su mayoría son genéricas. Se pueden obtener fácilmente de cualquier número de minoristas en línea: Adafruit Industries, DigiKey, Jameco y All Electronics, entre muchos otros. Sustituir según parezca razonable. Electrónica 1 x Microcontrolador - Arduino Diecimilia 1 x Paraguas 1 x MIC2981 - Matriz de controladores de fuente de alta tensión y alta corriente de 8 canales - 576-1158-ND 1 x Protoshield para Arduino con placa pequeña - Adafruit Industries 80 x LED: son posibles muchas opciones 8 x resistencias: depende de la elección del LED y del voltaje de la fuente Cable Se necesita mucho cable para este proyecto. Cada nervadura del paraguas tiene un cable negro (para los cátodos de los LED) y cada círculo de LED alrededor del paraguas requiere una longitud completa de cable rojo (para los ánodos de los LED). Algunos también son necesarios para devolver los extremos de las cadenas al Arduino. Cable negro de 24 pies para cadenas de cátodo (siga las nervaduras de regreso al centro) Cable rojo de 70 pies para anillos de ánodo (anillos alrededor del paraguas) Varios Cabezales macho estándar - Tubo termorretráctil 1/16 - se necesitan unos siete pies de tubo Interruptor táctil - Off-MomPatience … y habilidades para soldar. La matriz de LED debe construirse cuidadosamente y los ánodos y cátodos deben aislarse entre sí con tubos termorretráctiles. Esto puede llevar un tiempo.

Paso 2: Reflexiones posteriores: prevenido es prevenido

Paraguas ¡No uses tu mejor paraguas! O incluso el mejor paraguas de otra persona. El paraguas está comprometido con el proyecto y, si bien puede quitar la matriz de LED, no querrá hacerlo cuando haya terminado. Colocación Aunque los LED brindan una experiencia personalizable bajo el paraguas, no son particularmente visibles desde el exterior / por encima del paraguas. Considere si desea los LED en el exterior del paraguas. Serían mucho más visibles y la instalación sería mucho más sencilla. Tendría que hacer agujeros en la tela para alimentar los cables hacia el Arduino. En este caso, el estilo triunfa sobre la impermeabilización. LED Elija un color agradable antes de dedicar mucho tiempo a hacer esto. Los LED son aparentemente más baratos en eBay que a través de catálogos, así que explore sus opciones. Cable Un cable de menor calibre o de varios hilos es probablemente mejor que el cable sólido AWG xxx. Utilicé alambre macizo y hace que doblar el paraguas sea casi imposible. Además, no usaría cable rojo para los anillos del ánodo. Hubiera elegido un color más oscuro que sea menos visible.

Paso 3: consideraciones de diseño

Arduino Elegí usar Arduino en lugar de un microcontrolador Atmel AVR diferente para hacer accesible este proyecto. Con Arduino, no hay necesidad de diseñar una placa personalizada y la programación y personalización es mucho más fácil con la plataforma Arduino. El único inconveniente del Arduino es que es grande y no cabe bien en un paraguas. Sin embargo, los beneficios superan los costos. Este proyecto se basa en Arduino Diecimilia pero (creo) los pines son los mismos en las versiones más recientes. En cualquier caso, si emprende este proyecto, asegúrese de tener una comprensión clara de los estados y pines del modelo Arduino que está utilizando. Esto hará que cualquier cambio entre lo que se describe aquí y lo que necesita hacer sea fácil de implementar. MIC2981 El chip MIC2981 de Micrel puede alimentar 8 cadenas de LED. Esto significa que las 8 filas / anillos circulares de diez LED que rodean el paraguas tienen sus ánodos vinculados al MIC2981 (un pin que alimenta cada fila / anillo) y los LED en las cadenas a lo largo de las costillas (las columnas) tienen sus cátodos vinculados a un pin en el Arduino. Esto permite la posibilidad de que los 10 LED en una fila / anillo estén encendidos simultáneamente con suficiente corriente para iluminarlos de manera uniforme. Este chip no se utiliza actualmente en este proyecto. Tengo planes de usarlo para encender y dar brillo a los anillos de LED. Proto Shield para Arduino de AdaFruit Industries Usé este protoshield con una pequeña placa de pruebas para poder separar el Arduino del paraguas para otros proyectos. La pequeña placa de pruebas tiene suficiente espacio para las conexiones necesarias para este proyecto.

Paso 4: MockUp

Para asegurarme de entender cómo se debe fabricar la matriz de LED, hice una matriz de 3x3 para ver si la soldadura y la programación funcionarían. ¡Lo hicieron! Entonces decidí seguir adelante con el proyecto. Si está seguro de que comprende la matriz de LED, omita este paso. De lo contrario, invierta un par de LED, algo de cable, envoltura retráctil y aproximadamente una hora para hacer la matriz 3x3 y probarla. Los detalles para hacer la matriz se encuentran en los siguientes pasos, pero son aplicables a la maqueta.

Para crear la matriz LED 3x3, siga y modifique los pasos Haciendo la matriz LED que describen la matriz completa. El código de muestra a continuación para la maqueta no aprovecha el MIC2981 (lo escribí antes de tener uno:-). Cada LED se ilumina a su vez. Esto funciona para una matriz de 3x3 pero no se escala bien. [En realidad, escala razonablemente bien a la matriz completa, pero los LED son un poco tenues].

Paso 5: Fabricación de la matriz de LED: preparación de las piezas

LED Prepare los LED doblando sus cables. A continuación, se orientan los LED con sus bordes planos orientados en la misma dirección. La elección es arbitraria, pero estandarizar una orientación reduce el riesgo de error. Sostenga el LED con su lado plano (lado del cátodo) girado a su derecha. Doble el cátodo hacia usted. Esto apunta los cátodos a tierra, la dirección en la que la electricidad quiere fluir:-). Cree la curva alrededor de 1-2 mm por debajo de la parte inferior del LED. Esto permitirá que el LED esté orgulloso del cable. El ánodo se doblará hacia la izquierda después de que los cátodos se suelden en su lugar. Esto evitará confusiones al soldar. Los dos cables deben formar un ángulo recto con el cátodo apuntando hacia usted y el ánodo apuntando hacia su izquierda. Tubo triturador de calor Corte dos piezas de 1/2 "de largo de tubo termocontraíble de 1/16" para cada LED. Eso es ciento sesenta piezas y requiere alrededor de siete pies solo para estas. Corte dieciocho (18) piezas adicionales para los encabezados. Alambre Corte los alambres negros en el mismo número que las nervaduras del paraguas. Hazlos lo suficientemente más largos que las nervaduras para que haya suficiente cable para crear los encabezados que se conectan al Arduino. Hay 8 anillos de LED que rodean el paraguas (este es el número de pines de salida en el MIC2981), por lo que cada cadena o columna de cátodo constará de 8 LED. Coloque los cables y marque las ubicaciones de los LED a lo largo de las nervaduras. El espaciado en este punto establece la distancia entre los anillos concéntricos. Pele una pequeña pieza de aislamiento (aproximadamente 3 mm) en cada punto. Corte el aislamiento con pelacables en dos lugares separados por un cuarto de pulgada. Luego, aplaste el aislamiento con unos alicates y córtelo con una navaja o sáquelo con los dedos. En cada espacio abierto, coloque una pequeña cantidad de soldadura. Esto es en preparación para soldar los cátodos LED a estos puntos.

Paso 6: Fabricación de la matriz de LED: cadenas de cátodos

El primer paso para hacer la matriz de LED es construir las cadenas para los cátodos de LED. En el paso anterior, cortó diez (o el número de nervaduras de su paraguas) cables negros y quitó el aislamiento en los puntos donde se sueldan los LED. En este paso soldarás los cátodos de los LED.

Coloca una pequeña gota de soldadura en la punta de tu plancha. Coloque el LED de modo que el cable pase entre los dos cables del LED y aplique la plancha caliente para soldar el cátodo. La soldadura de la plancha y el cable deben fluir para hacer una conexión. Te quemarás el dedo y te tazearán. Después de soldar, recorte el ánodo para que sea lo más corto posible. Para evitar cortocircuitos, cada junta de soldadura se cubre con un trozo de tubo termorretráctil. El tubo debe aplicarse después de realizar la conexión y antes de que se conecte el siguiente LED (¿alguna confusión? Pronto lo entenderá:-), así que deslice una pieza ahora. Calentar para encoger en su lugar. Repita para los LED restantes en la cadena y las cadenas restantes. Nota En este instructable, las cadenas de LED que siguen las nervaduras del paraguas se denominan columnas y cada una termina en un pin del Arduino. Los cátodos LED están soldados a estos cables (negros). Los anillos de LED que rodean el paraguas se denominan filas y cada uno comienza en uno de los pines de salida MIC2981. Los ánodos LED están soldados a estos cables (rojos).

Paso 7: Hacer la matriz de LED - Anillos de ánodo

Este paso es el más largo y frustrante. Espacie su trabajo durante varios días, o siempre que pueda ocupar la mesa del comedor.

La matriz de LED se completa soldando los ánodos de los LED en las cadenas de cátodos a las filas / anillos circulares de cables rojos. La medición en esta etapa es algo más complicada que para las cadenas de cátodos porque cada anillo tiene un radio diferente y la separación de los LED es diferente para cada anillo. Calcule la longitud correcta localizando dónde cae cada anillo en el paraguas y mida la distancia entre las nervaduras del paraguas. También utilizará esta medida para determinar el espacio en el anillo. Multiplique esta distancia por el número de nervaduras y luego calcule la longitud del retorno. Cada anillo debe tener un retorno al Arduino. El anillo más externo tiene el retorno más largo y los retornos se acortan progresivamente a medida que los anillos se hacen más pequeños. Corte ocho (8) pedazos de alambre rojo de la longitud adecuada. Como en el paso anterior, marque los cables en los espacios correctos, aplaste y retire el aislamiento, y coloque un poco de soldadura en cada abertura. Las cadenas del cátodo se colocan en la parte superior de los cables rojos (razón por la cual la curva del cable del LED es un poco más baja). Suelde como antes y coloque un tubo termorretráctil sobre cada unión antes de pasar a la siguiente cadena. Pegue los cables en estas uniones con pegamento caliente para proteger los cables del LED de tensiones y roturas. Esto es extremadamente importante ya que trabajar la matriz en el paraguas ejerce una tensión considerable en las articulaciones. Al final de este paso, debe tener una matriz circular de LED con dos juegos de cables (uno negro y otro rojo) que regresan al centro del círculo. En el siguiente paso, creará encabezados de pines para conectar estos cables al Arduino y al controlador.

Paso 8: Hacer la matriz de LED - Matriz completada

En este punto, debería tener una matriz de LED completa. Los cátodos soldados a los cables negros, los ánodos al rojo. Debe tener la forma de un paraguas. Probablemente tenga los dedos quemados. Tu familia piensa que estás loco.

La versión de la maqueta se muestra a continuación. La versión completa es difícil de manejar en el mejor de los casos y no me detuve a tomar fotografías. Mire las imágenes del paraguas con la matriz instalada para ver la matriz de LED terminada.

Paso 9: Hacer la matriz de LED: conectores y resistencias de clavijas

Antes de recortar los cables rojo y negro a la longitud adecuada, determine dónde y cómo va a conectar el Arduino al paraguas. Debe caber en el espacio abierto en la parte superior. Una vez determinado, corte los cables a la longitud deseada y suéldelos a los cabezales.

Deslice trozos de tubo termorretráctil en los ocho cables rojos, suéldelos a un cabezal de 8 pines y contraiga el tubo. Asegúrese de realizar las conexiones de forma lógica. Considero que el anillo interior más pequeño es la fila 1, por lo que se adjunta al pin 1 en el encabezado y al pin apropiado en el MIC2981. Si comete un error, puede resolver los cables o corregir en el código. No se equivoque. [Junte los alambres del ánodo y fui demasiado perezoso para ordenar el orden lógico. Resulta igualmente fácil de controlar en código. Vea las notas en la sección de programación.] De manera similar, cree encabezados para las cadenas de cátodos. Esta vez, sin embargo, las ubicaciones de los pines en el Arduino dictan que hagas dos encabezados. También tienes que soldar una sola resistencia en línea. La resistencia depende del LED y el voltaje; consulte una calculadora de resistencias LED en línea para conocer el valor correcto. Cada encabezado debe tener cinco (5) pines. Asegúrese de hacer las conexiones de forma lógica. Pegue las conexiones con pegamento caliente, ya que se doblarán y se someterán a tensión. La siguiente imagen es de la maqueta.

Paso 10: Interruptor de botón para cambiar de programa

El interruptor de botón se utiliza para cambiar entre programas. Activa una interrupción en el Arduino que avanza el número de programa. El Arduino Diecimilia (y otros; verifique su versión) tienen dos interrupciones externas que se pueden habilitar en los pines digitales 2 y 3 usando la función attachInterrupt (interrupción, función, modo). Reserve el pin digital 3 para el interruptor de botón. Esto deja los pines digitales 0, 1 y 2 y 4, 5, 6, 7, 8 como bloques para los pines del ánodo.

La interrupción está configurada para dispararse cuando el pin 3 baja. Por lo tanto, debe mantenerse alto hasta que se presione el botón, en el cual el pin baja. Esto requiere una resistencia pull-up de 10K para mantener el pin alto. Vea la imagen de la placa de pruebas y lea acerca de las resistencias pull-up y pull-down.

Paso 11: Breadboarding

Este proyecto utiliza Protoshield de Adafruit Industries con una pequeña placa de pruebas (aunque cualquier configuración que quepa en el paraguas debería funcionar). ¡La pequeña placa de pruebas tiene diecisiete (17) filas y este proyecto las usa todas! Tenga en cuenta que la placa que se muestra no incluye el MIC2981. Yo no tengo uno. Todavía. El paraguas funciona lo suficientemente bien sin él, por lo que decidí escribir este instructivo antes de obtener uno.

Son posibles muchas configuraciones diferentes, así que utilícelo como guía. Sin embargo, tenga en cuenta la ubicación del interruptor de botón. Dos pines en el Arduino se pueden configurar (fácilmente) como interrupciones, y el interruptor de botón debe conectarse a uno de ellos. La siguiente imagen es SIN el chip MIC2981. Subiré una imagen cuando obtenga la pieza y modificaré la placa de pruebas en consecuencia.

Paso 12: Prueba de la matriz de LED

Probablemente sea tarde en el juego para considerar las pruebas, pero es mejor tarde que demasiado tarde. Antes de instalar la matriz LED en el paraguas (siguiente paso), conecte la matriz al Arduino y ejecute el código de prueba que se incluye a continuación. El código simplemente se ejecuta a través de cada LED y lo prueba. Si alguna conexión es mala o los LED están rotos, arréglelos ahora mientras todo está accesible.

Este es también el momento de determinar qué pin corresponde a qué fila o columna. Si tuvo cuidado al hacer los encabezados de los pines, ya lo sabe. De lo contrario, deberá resolverlo ralentizando la animación y determinando qué pin controla qué fila o columna. Establece una matriz en el código que contiene los números de pin en el orden correcto.

Paso 13: Montaje de los LED en el paraguas

Con la matriz de LED completa y los conectores y resistencias de los pines en su lugar, es hora de terminar el montaje. La matriz de LED debe colocarse entre la tela del paraguas y las varillas. La tela de un paraguas se estira sobre las costillas y normalmente se cose en un lugar a cada costilla. Esto tendrá que cortarse antes de que toda la matriz de LED se pueda deslizar hacia arriba entre las nervaduras y la tela. Después de colocar la matriz de LED, vuelva a coser lo que cortó. Esto asegurará la matriz en el paraguas. No vuelva a coser si cree que podría querer quitar los LED. No puedo imaginar por qué.

Este es un proceso que requiere mucho tiempo. Si aún no ha pegado en caliente los cables LED, hágalo ahora. Si no lo hace, seguramente romperá algunos LED durante la instalación. Trabajé con el paraguas colgado de un palo de escoba suspendido entre dos sillas (sin imagen:-). El paraguas se mantuvo abierto por gravedad y la tela no se tensó. Podría moverme. Comience deslizando una columna completa debajo de una de las costillas. Adelante y la siguiente columna. Repetir. Es un proceso tedioso. Cuando finalmente coloque los LED, asegúrese de que las nervaduras descansen sobre el tubo termorretráctil. Esto minimizará la posibilidad de abrasión. El paraguas no se cierra bien. Supongo que debería haber mencionado esto antes. Aunque todavía no he hecho esto, voy a coser algunos bucles alrededor de los LED y en la costura de la tela para mantenerlos en su lugar. Mire cuidadosamente las costuras de los paneles y verá un poco de material en el que puede coser.