Afstandsbediende rekenaarbank: 8 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Onlangs het ek 'n probleem ondervind dat my luiheid 'n geweldige probleem vir my tuis geword het. Sodra ek gaan slaap, sit ek graag 'n lekker LED -lig met 'n paar reekse op my rekenaar. Maar … As ek hierdie dinge wil afskakel, moet ek elke keer OPstaan en dit met die hand afskakel. Ek het dus besluit om 'n volledige kontroleerder vir die hele rekenaar te bou, waar ek monitors en lig aan en af kan aanskakel, die volume van die luidsprekers en die helderheid van die LED -strook kan aanpas deur op die ooreenstemmende knoppie op my afstandsbediening te druk.

Die projek is 'n rekenaar lessenaar / werkbank kontroleerder boks, wat bestuur word deur 'n IR afstandsbediening. Daar is deesdae baie soorte IR -afstandsbedienings beskikbaar, maar dit is nie 'n probleem nie. Hierdie kontroleerder is verstelbaar en kan gekoppel word aan enige tipe IR -afstandsbediening wat die regte protokol vir ons gebruikte sensor ondersteun (ons dek dit later).

Die beheerde rekenaar lessenaar funksie lessenaar is:

1. Wisselstroombeheer: skakel die monitor wat op 220VAC aangeskakel is, aan/uit
2. DC -kragbeheer: skakel die monitor wat aan DC -krag gekoppel is, aan/af (tot 48V)
3. Audio Volume Control: volledige beheer van die stereo volume wat na die luidsprekers oorgedra word
4. LED Strip Lighting Control: volledige beheer van die helderheid van die LED -strookbeligting

Die toestel het 'n behoorlik ontwerpte gebruikerskoppelvlak en verstelbare meganiese kompartemente, wat dit maklik maak om te bou en maklik te gebruik:

1. Display: Real-time status van al die beheerde stelsels word op die 16x4 LCD-skerm vertoon
2. RGB LED: Vir 'n addisionele terugvoer vir die stelsel, is die doel daarvan om vir die gebruiker te erken dat daar 'n aanvaarde sein van die IR -afstandsbediening ontvang word
3. Paringsisteem: die toestel bevat 'n enkele drukknop wat ingedruk moet word vir die koppelingsproses. As die paringsproses begin is, kan ons enige IR -afstandsbediening aan ons toestel koppel deur die instruksies op die skerm te volg.

Nadat ons die basiese beginsels behandel het, laat ons dit bou!

Stap 1: Uitleg

Die werking van toestelle kan as eenvoudig beskou word, vanweë die gebrek aan ontwerpkompleksiteit. Soos in die blokdiagram gesien kan word, is die 'brein' die AVR -mikrobeheerder, terwyl al die ander dele deur hierdie 'brein' beheer word. Om die hele prentjie in ons gedagtes te organiseer, laat ons die ontwerp blok-vir-blok beskryf:

Kragtoevoer -eenheid: Die kragbron vir die gekose toestel is die LED -strook -PSU, wat 24VDC -insette in die stelsel kan lewer. Mikrokontroleur, relais, digitale potensiometers en klankversterkers werk almal by 5V, en dus is die DC-DC-afskakelomskakelaar by die ontwerp gevoeg. Die hoofrede vir die DC-DC in plaas van die lineêre reguleerder is die kragverlies en 'n gebrek aan doeltreffendheid. Gestel ons gebruik die klassieke LM7805 met 24V -ingang en 5V -uitset. As die stroom beduidende waardes bereik, sal die krag wat in die vorm van hitte op die lineêre reguleerder sal verdwyn, groot wees en dit kan oorverhit, wat neurie -geraas aan klankbane kan koppel:

Pout = Pin + Pdiss, dus by 1A bereik ons: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (van verdunde krag).

Mikrokontroleur: Om die kode so vinnig as moontlik te skryf, het ek die AVR -gebaseerde ATMEGA328P gekies, wat wyd gebruik word in Arduino UNO -borde. Volgens die ontwerpvereistes gebruik ons byna al die randondersteuning: onderbrekings, tydtellers, UART, SPI ensovoorts. Aangesien dit 'n hoofblok in die stelsel is, skakel dit met al die dele van die toestel in verbinding

• Gebruikerskoppelvlak: Die voorpaneel van die toestel bevat al die onderdele waarmee die gebruiker moet kommunikeer:

  1. IR -sensor: sensor vir die dekodering van die IR -afstandsdata.
  2. Drukknop: is nodig om die IR-afstandsbediening aan die toestel te koppel
  3. RGB LED: Estetiese aanhegsel om terugvoer te gee oor die ontvangs van inligting deur die stelsel
  4. LCD: grafiese voorstelling van wat binne -in die toestel aangaan

Monitorsbeheer: om die spanning van die rekenaar in staat te stel om 'n toestel in staat te stel om van krag te skakel. My Samsung -monitors het byvoorbeeld glad nie die kragkonfigurasie nie: die een word deur 220VAC voorsien, terwyl die ander deur sy eie PSU van 19.8V aangedryf word. Die oplossing was dus 'n relaiskringbaan vir elk van die monitor se kraglyne. Hierdie relais word deur MCU beheer en is heeltemal geskei, wat die kragoordrag van die monitor vir elke monitor onafhanklik maak

Ligte beheer: ek het 'n LED -strook, wat saam met die aangehegte kragtoevoer van 24VDC kom, wat gebruik word as 'n stelsel -ingang. Aangesien 'n groot stroom deur die LED-strook gelei moet word, behels die helderheidsmeganisme 'n stroombeperkingskring wat gebaseer is op 'n MOSFET, wat werk in 'n lineêre gebied van die aktiewe sone

Volumebeheer: hierdie stelsel is gebaseer op die oordrag van die klankseine op beide linker- en regterkanale deur spanningsverdelers, waar toegepaste spanning verander word deur middel van digitale potensiometerveërbeweging. Daar is twee basiese stroombane van LM386, waar daar by elke ingang 'n enkele spanningsverdeler is (ons behandel dit later). Die ingang en uitvoer is 3,5 mm stereo -aansluitings

Dit lyk asof ons al die integrale dele van die stroombane gedek het. Kom ons gaan na die elektriese skema …

Stap 2: Onderdele en instrumente

Alles wat ons nodig het om die projek te bou:

Elektroniese komponente

1. Algemene komponente:

   • Weerstande:

     1. 6 x 10K
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2x1 miljoen
     6. 2 x 10R
     7. Kapasitors:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10 uF
        3. 4 x 100 nF
        4. 2 x 50nF
        5. 3 x 47 uF

     9. Ander:

        1. Diodes: 2 x 1N4007
        2. Trimmer: 1 x 10K
        3. BJT: 3 x 2N2222A
        4. P-MOSFET: ZVP4424

     10. Geïntegreerde stroombane:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Klankversterker: 2 x LM386
         • Dubbele digitale potensiometer: 1 x MCP4261
         • Enkele digitale potensiometer: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (kan vervang word deur enige DC-DC 5V-vriendelike toestel)
         • Op-amp: 1 x LM358
         • Relays: 5V Tolerant Dual SPDT
         • Eksterne 24V kragtoevoer

     11. Gebruikerskoppelvlak:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR-sensor: 1 x CDS-IR
         • Drukknop: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontakte)

     12. Verbindings:

         • Aansluitblokke: 7 x 2-kontak TB
         • Bord-tot-draad-verbindings: 3 x 4 kontakkabel + behuisingskonnekte
         • Oudio: 2 x 3,5 mm vroulike aansluitings
         • Outlet PSU: 2 x 220VAC -aansluitings (manlik)
         • DC -aansluiting: 2 x manlike DC -aansluitings
         • LED-strook en eksterne kragtoevoer: 1 x 4-kontak kaart-tot-draad gemonteerde verbindings + kabel

     Meganiese komponente

     1. 3D -drukkerfilament - PLA+ van enige kleur
     2. 4 skroewe met 'n deursnee van 5 mm
     3. Minstens 9 x 15 cm prototipe bord
     4. Voorraad van ongebruikte drade

     Gereedskap

     1. 3D-drukker (ek het Creality Ender 3 met aangehegte glasbed gebruik)
     2. Warm gom geweer
     3. Pincet
     4. Tang
     5. Snyer
     6. Eksterne 24V kragtoevoer
     7. Oscilloskoop (opsioneel)
     8. AVR ISP -programmeerder (vir flitsende MCU)
     9. Elektriese skroewedraaier
     10. Soldeerbout
     11. Funksieopwekker (opsioneel)

Stap 3: Elektriese skema's

Die skematiese diagram is verdeel in geskeide stroombane, wat ons makliker kan maak om die werking daarvan te verstaan:

Mikrobeheerder eenheid

Dit is 'n AVR -gebaseerde ATMEGA328P, soos hierbo beskryf. Dit gebruik interne ossillator en werk op 8MHz. J13 is 'n programmeerder -aansluiting. Daar is baie programmeerders in die AVR -wêreld, in hierdie projek het ek 'n ISP Programmer V2.0 van eBay gebruik. J10 is 'n UART TX -lyn en word hoofsaaklik gebruik vir ontfoutingsdoeleindes. By die opstel van 'n onderbrekingshanteringsprosedure, is dit soms goed om te weet watter stelsel ons van binne af moet vertel. D4 is 'n RGB -LED wat direk van die MCU aangedryf word vanweë die lae stroomwaardes. PD0-pen word aan 'n drukknop van SPST-tipe vasgemaak met 'n eksterne optrek.

IR sensor

IR-sensor wat in hierdie projek gebruik word, is 'n drie-pins IR-sensor vir algemene doeleindes wat op eBay beskikbaar is teen baie vriendelike pryse. Die IR -uitsetseinpen is gekoppel aan die onderbreekinvoerpen (INT1) van MCU,

LCD

Display is 'n eenvoudige implementering van 'n 1604A-skerm, met 4-bis data-oordrag. Al die bedienings-/datapennetjies is aan die MCU gekoppel. Dit is belangrik om daarop te let dat die LCD aan die hoofbord gekoppel is via twee verbindings J17, J18. Om die LCD -module aan/af te skakel, is daar 'n enkele BJT -skakelaar wat die grondlyn vir LCD skakel.

Kragtoevoer

Alle interne kringe, uitgesluit die LED -strook, werk op 5V. Soos reeds genoem, is 'n 5V-kragbron 'n eenvoudige DC-DC-module (hier het eBay my gehelp om die oplossing te vind) wat 24V na 5V omskakel sonder verwarmingsprobleme wat op die lineêre reguleerder kan voorkom. Kondensators C [11..14] word gebruik vir omseil en is nodig vir hierdie ontwerp vanweë die omskakelgeluid wat op DC -DC kraglyne voorkom - beide ingang en uitset.

Monitorbeheer

Monitorbeheerbane is slegs 'n relaiswisselstelsel. Aangesien ek twee monitors het, word die een gevoed van 220VAC en die tweede van 19.8V. Daar is verskillende implementering nodig.: Elke MCU -uitset is gekoppel aan 2N2222 BJT, en 'n aflosspoel word as 'n las van 5V aan die BJT -versamelpen vasgemaak. (Moenie vergeet om 'n omgekeerde diode aan te sluit vir die geskikte stroomontlading nie!). By 'n 220VAC skakel relais die LINE- en NEUTRALE lyne oor, en by 'n 19.8V skakel relais slegs die DC -kraglyn om - aangesien dit sy eie kragtoevoer het, word die grondlyne vir beide die kringe gedeel.

Audio volume beheer

Ek wou LM386 -klankversterkers gebruik as die buffers vir die spanningsverdelers, vir noukeurige oordrag van klankseine. Elke kanaal - links en regs kom van 3,5 mm -klankingang. Aangesien die LM386 'n standaardversterking van G = 20 by 'n minimum onderdele -konfigurasie implementeer, is daar 'n 1MOhm -weerstand vir beide kanale. Op hierdie manier kan ons die totale hoeveelheid krag vir die ingangskanale na die luidsprekerstelsel verminder:

V (out-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1,1M.

En die totale wins is: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1.9

Die spanningsverdeler is 'n eenvoudige digitale potensiometernetwerk, waar die ruitveër die sein na die LM386 -buffer stuur (U2 is die IC). Toestel deel SPI vir al die perifere stroombane, waar slegs ENABLE lyne vir elkeen van hulle geskei word. MCP4261 is 'n 100K 8-bis lineêre digitale potensiometer IC, dus word elke stap in die volume toename uitgedruk: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Spelde A en B vir elke LINKS- en REGS -kanaal is gekoppel aan GND en 5V. By die ruitveërposisie aan die onderkant gee die hele klanksignaal dus deur na 1MOhm weerstand MUTING toestel volume na GND.

LED Strip Brightness Control:

Die idee van die helderheidsbeheer is soortgelyk aan die volumebeheer, maar hier het ons 'n probleem: digitale potensiometer kan slegs seine stuur wat amplitudes nie 5V oorskry na GND. Die idee is dus om 'n eenvoudige Op-Amp buffer (LM358) na die digitale potensiometer spanningsverdeler te plaas. en beheerspanning wat direk aan 'n PMOS -transistor gekoppel is.

X9C104P is 'n enkele 8-bis digitale potensiometer van 100KOhm waarde. Ons kan 'n berekening vir hekspanning verkry deur slegs algebraïese reëls vir die huidige vloei te volg:

V (hek) = V (ruitveër) * (1 + R10/R11) = 2V (ruitveër) ~ 0 - 10V (wat voldoende is om aan/af te skakel en die helderheid te beheer)

Stap 4: Skep 'n 3D -omhulsel

Vir apparaatbehuizing het ek 'n FreeCAD v0.18 gebruik, wat 'n uitstekende hulpmiddel is, selfs vir beginners soos ek.

Omhulsel tipe

Ek wou 'n boks skep waar daar 'n enkele dop is wat die soldeerbord sal vou. Die voorpaneel bevat alle dele van die gebruikerskoppelvlak en die agterkant bevat al die verbindings met die elektronika van die lessenaar. Hierdie panele word direk in 'n hoofdop geplaas met 'n 4-skroef-eenheid aan die bokant.

Afmetings

Waarskynlik die belangrikste stap in die reeks. Daar moet rekening gehou word met al die toepaslike afstande en afgesnyde streke. Soos op die foto's gesien is, is die afmetings wat op die voorste en agterste panele geneem is, eerstens:

Voorpaneel: afgesnyde streke vir LCD-, skakelaar-, LED- en IR-sensor. Al hierdie afmetings is afgelei van die vervaardiger se datablad per deel. (As u 'n ander onderdeel wil gebruik, moet u alle afgesnyde streke gerusstel.

Agterpaneel: Twee gate vir 3,5 mm-klanke, twee 220V 3-lyn-aansluitkonnekte, twee manlike aansluitings vir DC-kragtoevoer en ekstra gate vir die LED-strook en krag aan die toestel

Top -dop: hierdie dop word slegs gebruik om al die dele aan mekaar te heg. Aangesien die voor- en agterpaneel in die onderste dop geplaas word.

Onderste dop: die basis vir die toestel. Dit bevat die panele, elektroniese gesoldeerde bord en skroewe wat aan die bokant vasgemaak is.

Ontwerp van die onderdele

Nadat die panele geskep is, kan ons na die onderste dop gaan. Dit word aanbeveel om die onderdele na elke stap heeltemal te akkommodeer. Die onderste dop is 'n eenvoudige, op 'n reghoek gebaseerde geëxtrudeerde vorm, met simmetriese sakke naby die rande van die dop (sien prent 4).

Na die inpakstap moet 'n 4-skroefbasis gemaak word vir die omhulsel. Hulle is ontwerp as 'n invoeging van primitiewe silinders met 'n verskillende radius, waar uitgesnyde silinder beskikbaar is na XOR -werking.

Nou het ons 'n volledige onderste dop. Om 'n behoorlike omslag te skep, moet u 'n skets bo -op die dop maak en dieselfde silinderpunte maak (ek het slegs punte vasgemaak om te boor, maar daar is 'n moontlikheid om gate met vaste diameters te maak).

Nadat die hele toestelomhulsel voltooi is, kan ons dit kontroleer deur die dele aanmekaar te sit.

Stap 5: 3D -drukwerk

Uiteindelik is ons hier en kan ons vorentoe gaan na die druk. Daar is STL -lêers beskikbaar vir hierdie projek, gebaseer op my ontwerp. Hierdie toleransies kan aangepas word in die snyer -toepassing (ek het 'n Ultimaker Cura gebruik) vir die STL -lêers.

Die beskrewe dele is gedruk op Creality Ender 3, met glasbed. Die voorwaardes is nie ver van die standaard af nie, maar moet in ag geneem word:

• Die spuitstuk deursnee: 0,4 mm
• Vuldigtheid: 50%
• Ondersteuning: daar is glad nie ondersteuning nodig nie
• Aanbevole snelheid: 50 mm/s vir die projek

Sodra die onderdele van die omhulsel gedruk is, moet u dit in die werklike lewe nagaan. As daar geen probleme is met die bevestiging van omhulselonderdele nie, kan ons voortgaan met die monteer- en soldeerstap.

Daar is 'n probleem met die STL -kyker in die instruksies, dus ek stel voor om dit eers af te laai:)

Stap 6: Montering en soldeer

Die soldeerproses is moeilik, maar as ons die volgorde in verskillende stroombane skei, sal dit baie makliker wees om dit te voltooi.

1. MCU -stroombaan: moet eers gesoldeer word met die vroulike programmeringsaansluiting. Op daardie stadium kan ons die werking en konneksie daarvan eintlik toets.
2. Klankbaan: die tweede een. Moenie vergeet om terminale blokke op die gesoldeerde bord vas te maak nie. Dit is baie belangrik om die terugkeerpad van klankbane van die digitale te isoleer - veral IC's met digitale potensiometer, vanweë hul lawaaierige aard.
3. Monitorbane: Net soos die klankbaan, moet u nie vergeet om 'n terminale blok by die I/O -poorte aan te sluit nie.
4. Konnekteerders en UI -paneel: die laaste dinge wat gekoppel moet word. Die paneel van die gebruikerskoppelvlak is verbind met die gesoldeerde bord via Board-To-Wire-aansluiting, waar drade direk in die eksterne dele gesoldeer word.

Na die soldeerproses is daar 'n eenvoudige reeks meganiese onderdele. Soos hierbo opgemerk, moet u 4 skroewe (ek het 'n deursnee van 5 mm gebruik) op die hoeke, wat op die omhulsel voorkom, plaas. Daarna is dit nodig om UI -onderdele en aansluitings op die agterpaneel aan die buitewêreld te koppel. Gereedskap is 'n warm lijmpistool.

Dit sal baie handig wees om onderdele in die gedrukte omhulsel na te gaan. As alles goed lyk, kan ons voortgaan met die programmering.

Stap 7: Programmering

Hierdie stap is 'n prettige stap. Aangesien daar verskillende dinge moet werk, gebruik ons 'n totaal van 5 dienste van die MCU: eksterne onderbreking, SPI -randapparatuur, UART vir aanmelding, timers vir presiese tel en EEPROM vir die stoor van ons IR -afstandskodes.

Die EEPROM is 'n noodsaaklike hulpmiddel vir ons gestoorde data. Om IR -afstandskodes te stoor, moet 'n reeks drukknoppies uitgevoer word. Na elke sekwensstelsel sal die kodes onafhanklik van die toestand onthou, óf die toestel word aangedryf al dan nie.

Onderaan hierdie stap vind u die hele Atmel Studio 7 -projek wat as RAR geargiveer is.

Die programmering word uitgevoer deur AVR ISP Programmer V2, 0, deur 'n eenvoudige toepassing genaamd ProgISP. Dit is 'n baie vriendelike app met 'n volledige gebruikerskoppelvlak. Kies net die regte HEX -lêer en laai dit af na die MCU.

BELANGRIK: Voordat u MCU programmeer, moet u seker maak dat al die toepaslike instellings volgens die ontwerpvereistes gedefinieer is. Net soos die interne klokfrekwensie - standaard het sy verdelersekering aktief by die fabrieksinstelling, dus moet dit op logika HOOG geprogrammeer word.

Stap 8: Paring en toetsing

Ons is uiteindelik hier, na al die harde werk wat gedoen is:)

Om die toestel behoorlik te gebruik, is daar 'n behoefte aan paringsvolgorde, dus sal die toestel die aangehegte IR -afstandsbediening wat gebruik word, "onthou". Die stappe van die paring is soos volg:

1. Skakel die toestel aan, wag vir die inisialisering van die hoof -UI -skerm
2. Druk die knoppie vir die eerste keer
3. Druk nog 'n keer op die knoppie voordat die toonbank nul bereik
4. Druk die toepaslike sleutel wat u volgens 'n spesifieke funksie wil hê
5. Herbegin die toestel, maak seker dat dit nou reageer op die gedefinieerde sleutels.

En dit is dit!

Hoop, u sal hierdie instruksies nuttig vind, Dankie vir die lees!