Tālvadības datora galds: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Nesen es saskāros ar problēmu, ka mans slinkums man mājās kļuva par milzīgu problēmu. Tiklīdz es eju gulēt, man patīk datorā ievietot kādu jauku gaismas diodi, kas darbojas ar dažām sērijām. Bet … Ja es vēlos izslēgt šīs lietas, man katru reizi ir PIELIEKŠANĀS un jāizslēdz tās ar roku. Tādējādi esmu nolēmis izveidot pilnīgu kontrolieri visam datora darbvirsmai, kur varu ieslēgt un izslēgt monitorus un gaismu, pielāgot skaļruņu skaļumu un LED sloksnes apgaismojuma spilgtumu, nospiežot atbilstošo pogu uz tālvadības pults.

Projekts ir datora galda / darbagalda kontroliera kārba, kuru vada ar IR tālvadības pulti. Mūsdienās ir pieejami daudzi IR tālvadības pulti, taču tā nav problēma. Šis kontrolieris ir regulējams, un to var savienot pārī ar jebkura veida IR tālvadības pulti, kas atbalsta pareizu protokolu mūsu izmantotajam sensoram (mēs to apskatīsim vēlāk).

Kontrolējamais datora galda funkciju galds ir:

1. Maiņstrāvas barošanas vadība: ieslēdziet/izslēdziet monitoru, kas ir pievienots 220VAC
2. Līdzstrāvas barošanas vadība: ieslēdziet/izslēdziet monitoru, kas pievienots līdzstrāvas barošanai (līdz 48V)
3. Audio skaļuma kontrole: pilnīga stereo skaļuma kontrole, kas tiek nodota skaļruņiem
4. LED sloksnes apgaismojuma vadība: pilnīga LED sloksnes apgaismojuma spilgtuma kontrole

Ierīcei ir pareizi izstrādāts lietotāja interfeiss un regulējami mehāniskie nodalījumi, kas atvieglo tā izveidi un lietošanu:

1. Displejs: visu kontrolēto sistēmu reāllaika statuss tiek parādīts 16x4 LCD displejā
2. RGB LED: Lai saņemtu papildu atsauksmes par sistēmu, tā mērķis ir informēt lietotāju, ka no IR tālvadības pults ir saņemts pieņemts signāls
3. Pārošanas sistēma: ierīcē ir viena spiedpoga, kas jānospiež, lai veiktu savienošanu pārī. Kad tiek sākts savienošanas pārī process, mēs varam savienot pārī jebkuru IR tālvadības pulti ar savu ierīci, izpildot ekrānā redzamos norādījumus.

Kad esam apguvuši pamatus, izveidosim to!

1. darbība: skaidrojums

Ierīces darbību var uzskatīt par vienkāršu, jo tai nav dizaina sarežģītības. Kā redzams blokshēmā, "smadzenes" ir AVR mikrokontrolleris, bet visas pārējās daļas kontrolē šīs "smadzenes". Lai mūsu prātā sakārtotu visu ainu, aprakstīsim dizainu pa blokiem:

Barošanas bloks: izvēlētās ierīces barošanas avots ir LED sloksnes barošanas bloks, kas spēj nodrošināt sistēmai 24 V līdzstrāvas ievadi. Mikrokontrolleris, releji, digitālie potenciometri un audio pastiprinātāji darbojas pie 5 V sprieguma, tāpēc dizainam tika pievienots DC-DC pazeminošais pārveidotājs. Galvenais DC-DC iemesls lineārā regulatora vietā ir jaudas izkliede un efektivitātes trūkums. Pieņemsim, ka mēs izmantojam klasisko LM7805 ar 24V ieeju un 5V izeju. Kad strāva sasniedz ievērojamas vērtības, jauda, kas izkliedēsies siltuma veidā uz lineārā regulatora, būs milzīga un var pārkarst, pievienojot trokšņaino troksni audio shēmām:

Pout = Pin + Pdiss, tāpēc pie 1A mēs sasniedzam: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (ar izkliedētu jaudu).

Mikrokontrolleris: Lai pēc iespējas ātrāk uzrakstītu kodu, esmu izvēlējies uz AVR balstītu ATMEGA328P, kas tiek plaši izmantots Arduino UNO dēļos. Saskaņā ar dizaina prasībām mēs izmantosim gandrīz visu perifēro atbalstu: pārtraukumus, taimerus, UART, SPI u.c. Tā kā tas ir sistēmas galvenais bloks, tas savienojas ar visām ierīces daļām

• Lietotāja saskarne: ierīces priekšējā panelī ir visas daļas, ar kurām lietotājam vajadzētu mijiedarboties:

  1. IR sensors: sensors IR attālo datu dekodēšanai.
  2. Spiedpoga: nepieciešama, lai savienotu pārī IS tālvadības pulti ar ierīci
  3. RGB gaismas diode: estētisks pielikums, lai sniegtu atgriezenisko saiti par sistēmas saņemto informāciju
  4. LCD: ierīces iekšpusē notiekošā grafiskais attēlojums

Monitora vadība: Lai ierīce spētu pārslēgt strāvu uz datoru monitoriem, ir jārisina lielas sprieguma vērtības. Piemēram, maniem Samsung monitoriem vispār nav kopīgas strāvas konfigurācijas: vienu nodrošina 220VAC, bet otru - ar savu 19,8V barošanas avotu. Tādējādi risinājums bija releja ķēde katrai monitora elektrolīnijai. Šos relejus kontrolē MCU un tie ir pilnīgi atdalīti, kas padara monitora jaudas pārraidi neatkarīgu katram monitoram

Gaismas vadība: man ir LED sloksne, kurai pievienots 24VDC barošanas avots, ko izmanto kā sistēmas barošanas avotu. Tā kā ir nepieciešams vadīt lielu strāvu caur LED sloksni, tā spilgtuma mehānisms ietver strāvas ierobežotāja ķēdi, kuras pamatā ir MOSFET, kas darbojas aktīvās zonas lineārajā reģionā

Skaļuma kontrole: šī sistēma ir balstīta uz audio signālu nodošanu pa kreiso un labo kanālu caur sprieguma dalītājiem, kur pielietotais spriegums tiek mainīts, izmantojot digitālā potenciometra tīrītāja kustību. Ir divas LM386 pamata shēmas, kur katrā ieejā ir viens sprieguma dalītājs (mēs to apskatīsim vēlāk). Ieeja un izeja ir 3,5 mm stereo ligzdas

Šķiet, ka esam aptvēruši visas ķēdes neatņemamās daļas. Pāriesim pie elektriskās shēmas …

2. solis: detaļas un instrumenti

Viss, kas mums nepieciešams projekta izveidošanai:

Elektroniskās sastāvdaļas

1. Kopējās sastāvdaļas:

   • Rezistori:

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

     9. Dažādi:

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

     10. Integrētās shēmas:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Audio pastiprinātājs: 2 x LM386
         • Dubults digitālais potenciometrs: 1 x MCP4261
         • Viens digitālais potenciometrs: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (var aizstāt ar jebkuru DC-DC 5V draudzīgu ierīci)
         • Op. Pastiprinātājs: 1 x LM358
         • Releji: 5V tolerants Dual SPDT
         • Ārējais 24V barošanas avots

     11. Lietotāja interfeiss:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR sensors: 1 x CDS-IR
         • Spiedpoga: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontakti)

     12. Savienotāji:

         • Termināla bloki: 7 x 2 kontaktu TB
         • Plātņu un vadu savienotāji: 3 x 4 kontaktu kabelis + korpusa savienotāji
         • Audio: 2 x 3,5 mm sieviešu ligzdas savienotāji
         • Izejas barošanas bloks: 2 x 220VAC strāvas savienotāji (vīrieši)
         • DC Jack: 2 x vīriešu DC Jack savienotāji
         • LED sloksne un ārējais barošanas avots: 1 x 4 kontaktu plāksnes un stieples savienotie savienotāji + kabelis

     Mehāniskās sastāvdaļas

     1. 3D printera pavediens - jebkuras krāsas PLA+
     2. 4 skrūves ar diametru 5 mm
     3. Vismaz 9 x 15 cm prototipu plāksne
     4. Neizmantoto vadu krājumi

     Rīki

     1. 3D printeris (esmu izmantojis Creality Ender 3 ar pievienotu stikla tipa gultu)
     2. Karstās līmes pistole
     3. Pincetes
     4. Knaibles
     5. Kuteris
     6. Ārējais 24V barošanas avots
     7. Osciloskops (pēc izvēles)
     8. AVR ISP programmētājs (MCU mirgošanai)
     9. Elektriskais skrūvgriezis
     10. Lodāmurs
     11. Funkciju ģenerators (pēc izvēles)

3. darbība: elektriskās shēmas

Shematiskā diagramma ir sadalīta atsevišķās shēmās, kas mums var palīdzēt vieglāk saprast tās darbību:

Mikrokontrollera iekārta

Tas ir uz AVR balstīts ATMEGA328P, kā tas tika aprakstīts iepriekš. Tas izmanto iekšējo oscilatoru un darbojas 8MHz. J13 ir programmētāja savienotājs. AVR pasaulē ir daudz programmētāju, šajā projektā es izmantoju ISP programmētāju V2.0 no eBay. J10 ir UART TX līnija, un to galvenokārt izmanto atkļūdošanas nolūkos. Izstrādājot pārtraukšanas apstrādes procedūru, dažreiz ir labi zināt, kāda sistēma mums jāpasaka no iekšpuses. D4 ir RGB gaismas diode, kas tiek darbināta tieši no MCU, ņemot vērā zemo strāvas stiprumu. PD0 tapa ir piestiprināta SPST tipa spiedpogai ar ārēju pievilkšanu.

IR sensors

Šajā projektā izmantotais IR sensors ir universāls trīs kontaktu IR sensors, kas pieejams eBay par ļoti draudzīgām cenām. IR izejas signāla tapa ir pievienota MCU pārtraukuma ievades tapai (INT1),

LCD

Displejs ir vienkārša 1604A displeja ieviešana ar 4 bitu datu pārraidi. Visas vadības/datu tapas ir piesaistītas MCU. Ir svarīgi atzīmēt, ka LCD ir piestiprināts pie pamatplates, izmantojot divus savienotājus J17, J18. Lai ieslēgtu/izslēgtu LCD moduli, ir viens BJT slēdzis, kas maina LCD līniju.

Enerģijas padeve

Visas iekšējās shēmas, izņemot LED sloksni, darbojas pie 5 V. Kā jau tika minēts iepriekš, 5 V barošanas avots ir vienkāršs līdzstrāvas līdzstrāvas modulis (šeit eBay palīdzēja man atrast risinājumu), kas bez apkures problēmas pārveido 24 V uz 5 V, kas varētu rasties uz lineārā regulatora. Kondensatori C [11..14] tiek izmantoti apvedceļam, un tie ir nepieciešami šai konstrukcijai, jo līdzstrāvas elektrolīnijās - gan ieejā, gan izejā - ir pārslēgšanās troksnis.

Monitora vadība

Monitora vadības ķēdes ir tikai releju pārslēgšanas sistēmas. Tā kā man ir divi monitori, viens tiek barots no 220 V maiņstrāvas, bet otrs ir no 19,8 V, ir nepieciešama atšķirīga ieviešana. Katra MCU izeja ir savienota ar 2N2222 BJT, un releja spole ir piestiprināta kā slodze no 5 V uz BJT kolektora tapu. (Neaizmirstiet pievienot reverso diodi atbilstošai strāvas izlādei!). Pie 220 V maiņstrāvas relejs pārslēdz LINE un NEUTRAL līnijas, un pie 19,8 V relejs pārslēdz tikai līdzstrāvas līniju - tā kā tam ir savs barošanas avots, zemes līnijas ir kopīgas abām ķēdēm.

Audio skaļuma kontrole

Es gribēju izmantot LM386 audio pastiprinātājus kā buferus sprieguma dalītājiem, rūpīgai audio signāla pārraidei. Katrs kanāls - pa labi un pa kreisi - nāk no 3,5 mm audio ligzdas ieejas. Tā kā LM386 ar minimālu detaļu konfigurāciju ievieš standarta pastiprinājumu G = 20, abiem kanāliem ir 1MOhm rezistors. Tādā veidā mēs varam samazināt skaļruņu sistēmas ievades kanālu kopējo jaudu:

V (izeja-maks.) = R (maks.) * V (ieeja) / (R (maks.) + 1MOhm) = V (ieeja) * 100K / 1.1M.

Un kopējais ieguvums ir: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

Sprieguma dalītājs ir vienkāršs digitālais potenciometru tīkls, kurā tīrītājs nodod signālu LM386 buferim (U2 ir IC). Ierīce koplieto SPI visām perifērijas shēmām, kur katrai no tām ir atdalītas tikai ENABLE līnijas. MCP4261 ir 100K 8 bitu lineārs digitālais potenciometrs IC, tādējādi katrs tilpuma palielināšanas solis ir izteikts: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Tapas A un B katram KREISAM un PAREIZAM kanālam ir piesaistītas GND un 5V. Tādējādi tīrītāja pozīcijā apakšā viss audio signāls tiek nodots GND, izmantojot 1MOhm rezistoru MUTING ierīces skaļumu.

LED sloksnes spilgtuma kontrole:

Spilgtuma kontroles ideja ir līdzīga skaļuma kontrolei, taču šeit mums ir problēma: digitālais potenciometrs var pārraidīt GND tikai signālus, kuru amplitūda nepārsniedz 5 V. Tādējādi ideja ir novietot vienkāršu Op-Amp buferi (LM358) pēc digitālā potenciometra sprieguma dalītāja. un vadības spriegums ir tieši saistīts ar PMOS tranzistoru.

X9C104P ir viens 8 bitu digitālais potenciometrs ar 100KOhm vērtību. Mēs varam iegūt vārtu sprieguma aprēķinu, ievērojot tikai algebriskos noteikumus strāvas plūsmai:

V (vārti) = V (tīrītājs) * (1 + R10/R11) = 2V (tīrītājs) ~ 0 - 10V (ar to pietiek, lai ieslēgtu/izslēgtu un kontrolētu spilgtumu)

4. darbība: 3D korpusa izveide

Ierīces korpusam esmu izmantojis FreeCAD v0.18, kas ir lielisks rīks pat tādiem iesācējiem kā es.

Korpusa tips

Es gribēju izveidot kastīti, kurā ir viens apvalks, kas salocīs pielodēto dēli. Priekšējā panelī ir visas lietotāja saskarnes daļas, bet aizmugurējā panelī - visi galda elektronikas savienotāji. Šie paneļi ir ievietoti tieši galvenajā apvalkā ar 4 skrūvju komplektu augšējā vākā.

Izmēri

Iespējams, vissvarīgākais solis secībā. Jāņem vērā visi attiecīgie attālumi un robežas. Kā redzams attēlos, vispirms tika ņemti izmēri uz priekšējā un aizmugurējā paneļa:

Priekšējais panelis: LCD, slēdža, LED un IR sensora nogriežņi. Visi šie izmēri ir iegūti no katras detaļas ražotāja datu lapas. (Ja vēlaties izmantot citu daļu, jums ir jāpārliecina visi griezuma apgabali.

Aizmugurējais panelis: divi caurumi 3,5 mm audio ligzdām, divi 220 V 3 līniju barošanas savienotāji, divi vīriešu ligzdas līdzstrāvas barošanai un papildu caurumi LED sloksnei un ierīces barošanai

Augšējais apvalks: šo apvalku izmanto tikai visu detaļu savienošanai kopā. Tā kā priekšējais un aizmugurējais panelis ir ievietots apakšējā apvalkā.

Apakšējais apvalks: ierīces pamatne. Tas satur paneļus, elektronisko lodēto dēli un skrūves, kas piestiprinātas augšējam vākam.

Daļu projektēšana

Pēc paneļu izveidošanas mēs varam pāriet uz apakšējo apvalku. Pēc katra soļa ieteicams nodrošināt detaļu izmitināšanu. Apakšējais apvalks ir vienkārša taisnstūra formas ekstrudēta forma ar simetriskām kabatām pie apvalka malām (sk. 4. attēlu).

Pēc kabatas ievietošanas kabatā vāka stiprinājumam ir jāizveido 4 skrūvju pamatnes. Tie tika izstrādāti kā dažādu rādiusu primitīvu cilindru ievietošana, kur pēc XOR darbības ir pieejams izgriezts balons.

Tagad mums ir pilnīgs apakšējais apvalks. Lai izveidotu pienācīgu vāku, apvalka augšpusē ir jāizveido skice un jāizveido tādi paši cilindra punkti (urbjmašīnai esmu pievienojis tikai punktus, bet ir iespēja izveidot fiksēta diametra caurumus).

Kad viss ierīces korpuss ir pabeigts, mēs varam to pārbaudīt, saliekot detaļas kopā.

5. darbība: 3D drukāšana

Visbeidzot, mēs esam šeit un varam virzīties uz priekšu drukāšanai. Šim projektam ir pieejami STL faili, pamatojoties uz manu dizainu. Iespējams, ir problēmas ar šiem failiem drukāšanai, jo netiek ņemtas vērā pielaides. Šīs pielaides var pielāgot griezēja lietojumprogrammā (esmu izmantojis Ultimaker Cura) STL failiem.

Aprakstītās daļas tika iespiestas uz Creality Ender 3 ar stikla gultu. Nosacījumi nav tālu no standarta, taču tie jāņem vērā:

• Sprauslas diametrs: 0,4 mm
• Piepildījuma blīvums: 50%
• Atbalsts: atbalsta pielikums vispār nav nepieciešams
• Ieteicamais ātrums: 50 mm/s projektam

Tiklīdz korpusa daļas ir izdrukātas, tās ir jāpārbauda reālajā dzīvē. Ja korpusa detaļu piestiprināšanā nav problēmu, mēs varam turpināt montāžas un lodēšanas darbību.

Instrukcijās ir dažas problēmas ar STL skatītāju, tāpēc es iesaku vispirms to lejupielādēt:)

6. darbība: montāža un lodēšana

Lodēšanas process ir skarbs, bet, ja mēs sadalīsim secību dažādās ķēdēs, mums būs daudz vieglāk to pabeigt.

1. MCU ķēde: vispirms jāpielodē ar sieviešu programmēšanas savienotāju. Šajā posmā mēs faktiski varam pārbaudīt tā darbību un savienojamību.
2. Audio ķēde: otrā. Neaizmirstiet piestiprināt spaiļu blokus pie lodēšanas plates. Ir ļoti svarīgi izolēt audio shēmu atgriešanās ceļu no digitālajām - it īpaši digitālajiem potenciometra IC, jo tie ir trokšņaini.
3. Monitora shēmas: līdzīgi kā audio ķēdē, neaizmirstiet pieslēgt spaiļu bloku pie I/O portiem.
4. Savienotāji un lietotāja saskarnes panelis: pēdējās lietas, kas jāpievieno. Lietotāja interfeisa panelis ir savienots ar lodētu dēli, izmantojot savienotāju Board-to-Wire, kur vadi ir pielodēti tieši ārējās daļās.

Pēc lodēšanas procesa ir vienkārša mehānisko detaļu piestiprināšanas secība. Kā tika pamanīts iepriekš, stūros ir jāievieto 4 skrūves (esmu izmantojis 5 mm diametra skrūves), kas atrodas uz korpusa. Pēc tam ir nepieciešams piestiprināt UI daļas un aizmugurējā paneļa savienotājus ar ārpasauli. Vēlamais instruments ir karstās līmes pistole.

Būs ļoti noderīgi pārbaudīt detaļu ievietošanu drukātajā korpusā. Ja viss izskatās labi, mēs varam turpināt programmēšanas soli.

7. solis: programmēšana

Šis solis ir jautrs. Tā kā ir jādara dažādas lietas, mēs kopā izmantosim 5 MCU pakalpojumus: Ārējais pārtraukums, SPI perifērijas ierīces, UART reģistrēšanai, taimeri precīzai skaitīšanai un EEPROM mūsu IR tālvadības kodu glabāšanai.

EEPROM ir būtisks instruments mūsu uzglabātajiem datiem. Lai saglabātu IR tālvadības kodus, jāveic pogu nospiešanas secība. Pēc katras secības sistēma atcerēsies kodus neatkarīgi no stāvokļa, vai ierīce ir barota vai nav.

Jūs varat atrast visu Atmel Studio 7 projektu, kas arhivēts kā RAR šī soļa apakšā.

Programmēšanu veic AVR ISP programmētājs V2, 0, izmantojot vienkāršu lietojumprogrammu ProgISP. Tā ir ļoti draudzīga lietotne ar pilnīgu lietotāja interfeisu. Vienkārši izvēlieties pareizo HEX failu un lejupielādējiet to MCU.

SVARĪGI: Pirms jebkādas MCU programmēšanas pārliecinieties, vai visi atbilstošie iestatījumi ir definēti atbilstoši projektēšanas prasībām. Tāpat kā iekšējā pulksteņa frekvence - pēc noklusējuma tā sadalītāja drošinātājs ir aktīvs rūpnīcas iestatījumos, tāpēc tam jābūt ieprogrammētam loģiski HIGH.

8. darbība: savienošana pārī un pārbaude

Beidzot esam klāt pēc visa smagā darba, kas tika paveikts:)

Lai pareizi lietotu ierīci, ir nepieciešama pārī savienošanas secība, tādējādi ierīce "atcerēsies" pievienoto IR tālvadības pulti, kas tiks izmantota. Savienošanas pārī soļi ir šādi:

1. Ieslēdziet ierīci, pagaidiet, līdz tiek inicializēts lietotāja interfeisa displejs
2. Pirmo reizi nospiediet pogu
3. Pirms skaitītājs sasniedz nulli, nospiediet pogu citu reizi
4. Nospiediet atbilstošo taustiņu, kuram vēlaties veikt noteiktu funkciju atkarībā no ierīces
5. Restartējiet ierīci, pārliecinieties, vai tagad tā reaģē uz taustiņiem, kas tika definēti.

Un tas arī viss!

Ceru, ka jums noderēs šī pamācība, Paldies, ka lasījāt!