Kaugjuhtimisega arvutilaud: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Hiljuti puutusin kokku probleemiga, et minu laiskusest sai minu jaoks kodus tohutu probleem. Niipea kui ma magama lähen, meeldib mulle arvutisse panna mõni kena LED -valgusti ja mõned seeriad. Aga… Kui ma tahan need asjad välja lülitada, pean iga kord üles tõusma ja need käsitsi välja lülitama. Seega olen otsustanud ehitada kogu arvuti töölauale täieliku kontrolleri, kus saan kaugjuhtimispuldi vastavat nuppu vajutades sisse ja välja lülitada kuvarid ja valguse, reguleerida kõlarite helitugevust ja LED -riba valgustuse heledust.

Projekt on arvutilaua / töölaua kontrollerikast, mida juhib IR -kaugjuhtimispult. Tänapäeval on saadaval palju IR -kaugjuhtimispulte, kuid see pole probleem. See kontroller on reguleeritav ja seda saab siduda mis tahes tüüpi IR -kaugjuhtimispuldiga, mis toetab meie kasutatud anduri õiget protokolli (seda käsitleme hiljem).

Kontrollitava arvutilaua funktsioonilaud on:

1. Vahelduvvoolu juhtimine: 220 VAC -ga ühendatud monitori toite sisse- ja väljalülitamine
2. Alalisvoolu juhtimine: alalisvoolutoitega (kuni 48 V) ühendatud monitori toite sisse- ja väljalülitamine
3. Helitugevuse reguleerimine: Kõlaritele edastatava stereo helitugevuse täielik kontroll
4. LED -riba valgustuse juhtimine: LED -riba valgustuse heleduse täielik kontroll

Seadmel on nõuetekohaselt kujundatud kasutajaliides ja reguleeritavad mehaanilised sektsioonid, mis hõlbustavad selle ehitamist ja kasutamist:

1. Ekraan: kõigi juhitavate süsteemide reaalajas olek kuvatakse 16x4 LCD-ekraanil
2. RGB LED: Süsteemi täiendava tagasiside saamiseks on selle eesmärk kasutaja jaoks kinnitada, et IR -puldilt on vastuvõetud signaal
3. Sidumissüsteem: Seadmel on üks nupp, mida tuleb sidumisprotsessi jaoks vajutada. Kui sidumisprotsess on algatatud, saame siduda mis tahes infrapunapuldi oma seadmega, järgides ekraanil kuvatavaid juhiseid.

Kui oleme põhitõed katnud, ehitame selle üles!

1. samm: selgitus

Seadme toimimist võib pidada lihtsaks, kuna sellel pole disaini keerukust. Nagu plokkskeemist näha, on "aju" AVR -i mikrokontroller, samas kui kõiki teisi osi juhib see "aju". Selleks, et kogu pilt oma mõtetes korrastada, kirjeldame disaini plokkide kaupa:

Toiteallikas: valitud seadme toiteallikaks on LED -riba PSU, mis suudab süsteemile 24VDC sisendit pakkuda. Mikrokontroller, releed, digitaalsed potentsiomeetrid ja helivõimendid töötavad kõik 5 V pingel, seega lisati disainile alalisvoolu alalisvoolu muundur. Lineaarse regulaatori asemel DC-DC peamine põhjus on võimsuse hajumine ja efektiivsuse puudumine. Oletame, et kasutame klassikalist LM7805 24V sisendi ja 5V väljundiga. Kui vool jõuab oluliste väärtusteni, on lineaarsel regulaatoril soojuse kujul hajuv võimsus tohutu ja võib üle kuumeneda, lisades heliahelatele sumisevat müra:

Pout = Pin + Pdiss, nii et 1A juures saavutame: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (hajutatud võimsusega).

Mikrokontroller: Koodi võimalikult kiireks kirjutamiseks valisin AVR -põhise ATMEGA328P, mida kasutatakse laialdaselt Arduino UNO tahvlites. Kujundusnõuete kohaselt kasutame peaaegu kogu perifeerset tuge: katkestused, taimerid, UART, SPI jne. Kuna see on süsteemi peamine plokk, ühendatakse see seadme kõigi osadega

• Kasutajaliides: seadme esipaneel sisaldab kõiki osi, millega kasutaja peaks suhtlema:

  1. IR -andur: andur IR -kaugandmete dekodeerimiseks.
  2. Nupp: vajalik IR-puldi seadmega sidumiseks
  3. RGB LED: esteetiline kinnitus, mis annab tagasisidet süsteemi teabe vastuvõtmise kohta
  4. LCD: seadme sees toimuva graafiline esitus

Monitoride juhtimine: Selleks, et muuta seade arvutimonitoride toiteallikaks, on vaja tegeleda suurte pingeväärtustega. Näiteks minu Samsungi monitorid ei jaga üldse toite konfiguratsiooni: ühe toiteallikaks on 220 V vahelduvvool, teise aga 19,8 V toiteallikas. Seega oli lahendus iga monitori toiteliini releeahel. Neid releesid juhib MCU ja need on täielikult eraldatud, mis muudab monitori jõuülekande iga monitori jaoks sõltumatuks

Valguse juhtimine: mul on LED -riba, mis on varustatud 24VDC toiteallikaga, mida kasutatakse süsteemi toiteallikana. Kuna LED-riba kaudu on vaja juhtida suurt voolu, hõlmab selle heledusmehhanism voolupiiraja ahelat, mis põhineb MOSFET-il, mis töötab aktiivse tsooni lineaarses piirkonnas

Helitugevuse reguleerimine: see süsteem põhineb helisignaalide edastamisel nii vasakule kui ka paremale kanalile läbi pingejagurite, kus pinget muudetakse digitaalse potentsiomeetri klaasipuhasti liigutusega. Seal on kaks LM386 põhiahelat, kus igal sisendil on üks pingejagur (me katame selle hiljem). Sisend ja väljund on 3,5 mm stereopistikud

Tundub, et oleme katnud kõik ahelate lahutamatud osad. Jätkame elektriskeemidega …

2. samm: osad ja instrumendid

Kõik, mida vajame projekti loomiseks:

Elektroonilised osad

1. Ühised komponendid:

   • Takistid:

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

     9. Muu:

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

     10. Integraallülitused:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Helivõimendi: 2 x LM386
         • Kahekordne digitaalne potentsiomeeter: 1 x MCP4261
         • Üks digitaalne potentsiomeeter: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (saab asendada mis tahes DC-DC 5V sõbraliku seadmega)
         • Op. Võimendi: 1 x LM358
         • Releed: 5 V tolerants Dual SPDT
         • Väline 24V toide

     11. Kasutajaliides:

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

     12. Pistikud:

         • Klemmliistud: 7 x 2-kontakt TB
         • Juhtme-juhtme pistikud: 3 x 4 kontaktkaablit + korpuse pistikud
         • Heli: 2 x 3,5 mm naissoost pistikupesa
         • Väljundtoide: 2 x 220VAC toitepistikut (mees)
         • Alalisvoolu pistik: 2 x meessoost alalisvoolu pistikut
         • LED-riba ja väline toiteallikas: 1 x 4-kontaktiline parda-juhtme kokkupandud pistik + kaabel

     Mehaanilised komponendid

     1. 3D -printeri hõõgniit - mis tahes värvi PLA+
     2. 4 kruvi läbimõõduga 5 mm
     3. Vähemalt 9 x 15 cm prototüüpplaat
     4. Kasutamata juhtmete varu

     Tööriistad

     1. 3D-printer (olen kasutanud Creality Ender 3 koos kinnitatud klaasist voodiga)
     2. Kuum liimipüstol
     3. Pintsetid
     4. Tang
     5. Lõikur
     6. Väline 24V toide
     7. Ostsilloskoop (valikuline)
     8. AVR ISP programmeerija (MCU vilkumiseks)
     9. Elektriline kruvikeeraja
     10. Jootekolb
     11. Funktsioonide generaator (valikuline)

3. samm: elektriskeemid

Skemaatiline diagramm on jagatud eraldatud ahelateks, mis võivad hõlbustada selle toimimise mõistmist:

Mikrokontrolleri seade

See on AVR -põhine ATMEGA328P, nagu eespool kirjeldatud. See kasutab sisemist ostsillaatorit ja töötab sagedusel 8 MHz. J13 on programmeerija pistik. AVR -maailmas on palju programmeerijaid, selles projektis kasutasin eBay ISP programmeerijat V2.0. J10 on UART TX liin ja seda kasutatakse peamiselt silumiseks. Katkestuskäsitlusprotseduuri koostamisel on mõnikord hea teada, milline süsteem peab meile seestpoolt ütlema. D4 on RGB LED, mida juhitakse otse MCU -st, kuna sellel on madal voolutugevus. PD0 tihvt on kinnitatud välise tõmbega SPST tüüpi nupule.

IR andur

Selles projektis kasutatav IR-andur on üldotstarbeline kolme kontaktiga IR-andur, mis on eBays saadaval väga sõbralike hindadega. IR -väljundsignaali tihvt on ühendatud MCU katkestussisendiga (INT1),

LCD

Ekraan on 1604A ekraani lihtne teostus koos 4-bitise andmeedastusega. Kõik juhtimis-/andmeside on ühendatud MCU -ga. Oluline on märkida, et LCD on emaplaadi külge kinnitatud kahe pistiku J17, J18 kaudu. LCD -mooduli sisse- ja väljalülitamiseks on üks BJT -lüliti, mis lülitab LCD -le maandusjoone.

Toiteallikas

Kõik sisemised ahelad, välja arvatud LED -riba, töötavad 5 V pingel. Nagu varem mainitud, on 5 V toiteallikas lihtne alalisvoolu alalisvoolu moodul (siin aitas mul lahendust leida eBay), mis muudab 24 V pingeks ilma kütteprobleemita 5 V-ni, mis võib tekkida lineaarsel regulaatoril. Kondensaatoreid C [11..14] kasutatakse ümbersõiduks ja need on selle konstruktsiooni jaoks vajalikud, kuna DC -DC toiteliinidel - nii sisendil kui ka väljundil - esineb lülitusmüra.

Monitori juhtimine

Monitori juhtimisahelad on vaid relee lülitussüsteemid. Kuna mul on kaks monitori, üks toidetakse 220 V vahelduvvoolust ja teine 19,8 V pingest, on vaja erinevat rakendust.: Iga MCU väljund on ühendatud 2N2222 BJT -ga ja relee mähis on koormusena kinnitatud 5 V -st BJT kollektoripulgale. (Ärge unustage paigaldada pöörddioodi sobiva voolutugevuse jaoks!). 220 V vahelduvvoolu korral lülitab relee LINE ja NEUTRAL liini ning 19,8 V juures relee ainult alalisvoolu toiteliini - kuna sellel on oma toide, on maandusliinid mõlema vooluahela jaoks ühised.

Heli helitugevuse reguleerimine

Tahtsin kasutada LM386 helivõimendeid pingejagurite puhverdustena, hoolika helisignaali edastamiseks. Iga kanal - vasak ja parem - pärineb 3,5 mm helipistiku sisendist. Kuna LM386 rakendab minimaalse osade konfiguratsiooniga standardvõimendust G = 20, on mõlema kanali jaoks 1MOhm takisti. Nii saame vähendada kõlarisüsteemi sisendkanalite koguvõimsust:

V (välja-max) = R (max) * V (in) / (R (max) + 1MOhm) = V (in) * 100K / 1.1M.

Ja kogukasum on: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

Pingejagur on lihtne digitaalne potentsiomeetrite võrk, kus klaasipuhasti edastab signaali puhvrisse LM386 (U2 on IC). Seade jagab kõigi perifeersete ahelate SPI -d, kus igaühe jaoks on eraldatud ainult ENABLE liinid. MCP4261 on 100K 8-bitine lineaarne digitaalne potentsiomeeter IC, seega väljendatakse helitugevuse suurendamise iga sammu: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Iga vasaku ja parema kanali tihvtid A ja B on seotud GND ja 5V -ga. Seega, klaasipuhasti asendis allosas edastab kogu helisignaal GND -le 1MOhm takisti MUTING seadme helitugevuse kaudu.

LED -riba heleduse juhtimine:

Heleduse reguleerimise idee sarnaneb helitugevuse reguleerimisega, kuid siin on meil probleem: digitaalne potentsiomeeter võib GND -le edastada ainult signaale, mille amplituud ei ületa 5 V. Seega on idee panna digitaalse potentsiomeetri pingejaguri järele lihtne Op-Amp puhver (LM358). ja juhtpinge, mis on seotud otse PMOS -transistoriga.

X9C104P on üks 8-bitine digitaalne potentsiomeeter väärtusega 100KOhm. Me saame värava pinge arvutuse, järgides lihtsalt voolu voolu algebralisi reegleid:

V (värav) = V (klaasipuhasti) * (1 + R10/R11) = 2V (klaasipuhasti) ~ 0 - 10 V (sellest piisab sisse/välja lülitamiseks ja heleduse reguleerimiseks)

Samm: 3D -korpuse loomine

Seadme ümbrise jaoks olen kasutanud FreeCAD v0.18, mis on suurepärane tööriist isegi minusugustele algajatele.

Korpuse tüüp

Tahtsin luua kasti, kus on üks kest, mis joodetud tahvlit kergendab. Esipaneel sisaldab kõiki kasutajaliidese osi ja tagapaneel kõiki lauaelektroonika pistikuid. Need paneelid sisestatakse otse põhikorpusesse, mille ülemises kaanes on 4 kruvi.

Mõõtmed

Ilmselt järjestuse kõige olulisem samm. Arvesse tuleb võtta kõiki sobivaid vahemaid ja piirjooni. Nagu piltidelt näha, on kõigepealt tehtud mõõtmed esi- ja tagapaneelidel:

Esipaneel: LCD-, lüliti-, LED- ja IR-anduri katkestuspiirkonnad. Kõik need mõõtmed on tuletatud tootja andmelehelt iga osa kohta. (Kui soovite kasutada erinevat osa, peate kõik lõikekohad kinnitama.

Tagapaneel: kaks auku 3,5 mm helipistikute jaoks, kaks 220 V 3-liinilist toitepistikut, kaks isaspesa alalisvoolu toiteallika jaoks ja täiendavad augud LED-riba ja seadme toite jaoks

Ülemine kest: seda kesta kasutatakse ainult kõigi osade kinnitamiseks. Kuna esi- ja tagapaneel on sisestatud alumisse kesta.

Alumine kest: seadme alus. See hoiab paneele, elektroonilist joodetud plaati ja ülemise kaane külge kinnitatud kruvisid.

Osade projekteerimine

Pärast paneelide loomist saame jätkata alumise kestaga. Pärast iga sammu on soovitatav tagada osade sobivus. Alumine kest on lihtne ristkülikul põhinev pressitud kuju, millel on sümmeetrilised taskud kesta servade lähedal (vt joonis 4).

Pärast taskusammutamist on vaja katte kinnitamiseks luua 4-kruvilised alused. Need olid mõeldud erineva raadiusega primitiivsete silindrite sisestamiseks, kus pärast XOR -i töötamist on saadaval väljalõigatud silinder.

Nüüd on meil täielik põhjakest. Nõuetekohase katte loomiseks on vaja koore ülaosale teha visand ja luua samad silindripunktid (puurile olen lisanud ainult punkte, kuid on võimalik luua fikseeritud läbimõõduga auke).

Kui kogu seadme korpus on valmis, saame seda kontrollida osade kokkupanekuga.

Samm: 3D -printimine

Lõpuks oleme siin ja saame printimisega edasi minna. Selle projekti jaoks on minu disaini põhjal saadaval STL -failid. Nende failide printimisel võib tekkida probleeme, kuna lubatud hälbeid ei võeta arvesse. Neid tolerantse saab STL -failide puhul viilutajarakenduses (olen kasutanud Ultimaker Cura) reguleerida.

Kirjeldatud osad trükiti Creality Ender 3 klaasvoodiga. Tingimused ei ole kaugel standarditest, kuid neid tuleks arvesse võtta:

• Düüsi läbimõõt: 0,4 mm
• Täite tihedus: 50%
• Toetus: pole vaja tuge manustada
• Soovitatav kiirus: 50 mm/s projekti jaoks

Niipea kui korpuse osad on trükitud, tuleb neid päriselus kontrollida. Kui korpuse osade kinnitamisel pole probleeme, võime jätkata montaaži ja jootmist.

Juhendites on STL -vaatajaga probleeme, seega soovitan selle kõigepealt alla laadida:)

6. samm: kokkupanek ja jootmine

Jootmisprotsess on karm, kuid kui me eraldame järjestuse erinevateks ahelateks, on meil seda palju lihtsam lõpetada.

1. MCU vooluahel: tuleks kõigepealt joota koos naissoost programmeerimispistikuga. Selles etapis saame tegelikult testida selle toimimist ja ühenduvust.
2. Heliahel: teine. Ärge unustage kinnitada klemmliistud joodetud plaadile. Nende müra tõttu on väga oluline eraldada heliahelate tagasipöördumistee digitaalsetest - eriti digitaalsetest potentsiomeetritest.
3. Monitori ahelad: Sarnaselt heliahelaga ärge unustage klemmiplokki I/O -portide külge kinnitada.
4. Pistikud ja kasutajaliidese paneel: viimased asjad, mis tuleks ühendada. Kasutajaliidese paneel on ühendatud joodetud plaadiga Board-to-Wire pistiku kaudu, kus juhtmed on joodetud otse välisosadesse.

Pärast jootmisprotsessi on lihtne mehaaniliste osade kinnitamise jada. Nagu ülalpool märgati, tuleb korpuse nurkadesse panna 4 kruvi (olen kasutanud 5 mm läbimõõduga kruvisid). Pärast seda on vaja välismaailma külge kinnitada kasutajaliidese osad ja tagapaneeli pistikud. Eelistatud tööriist on kuuma liimipüstol.

Väga kasulik on kontrollida osade paigutust trükitud ümbrisesse. Kui kõik tundub hea, võime jätkata programmeerimisetappi.

Samm: programmeerimine

See samm on lõbus. Kuna toimima peab mitmesuguseid asju, kasutame MCU -s kokku 5 teenust: väline katkestus, SPI -lisaseadmed, UART logimiseks, taimerid täpseks loendamiseks ja EEPROM meie IR -kaugkoodide salvestamiseks.

EEPROM on meie salvestatud andmete jaoks hädavajalik tööriist. Infrapuna kaugkoodide salvestamiseks tuleb nuppe vajutada. Pärast iga jada süsteem mäletab olekust sõltumatuid koode, kas seade on sisse lülitatud või mitte.

Selle sammu allosas leiate kogu Atmel Studio 7 projekti, mis on arhiveeritud RAR -ina.

Programmeerimist teostab AVR ISP programmeerija V2, 0 lihtsa rakenduse ProgISP kaudu. See on väga sõbralik rakendus, millel on täielik kasutajaliides. Valige lihtsalt õige HEX -fail ja laadige see MCU -sse.

TÄHTIS: Enne MCU programmeerimist veenduge, et kõik sobivad sätted on määratletud vastavalt projekteerimisnõuetele. Nagu sisemine taktsagedus - vaikimisi on selle jagajakaitse tehases seadistatud, seega tuleb see programmeerida loogika HIGH abil.

8. samm: sidumine ja testimine

Pärast rasket tööd, mis tehtud, oleme lõpuks kohal:)

Seadme nõuetekohaseks kasutamiseks on vaja sidumisjärjestust, nii et seade "mäletab" lisatud IR -puldi, mida kasutataks. Sidumise sammud on järgmised:

1. Lülitage seade sisse, oodake, kuni kasutajaliidese põhiekraan käivitatakse
2. Vajutage nuppu esmakordselt
3. Enne loenduri nulli jõudmist vajutage teist korda nuppu
4. Vajutage vastavalt seadmele vastavat klahvi, mida soovite teatud funktsiooni kasutada
5. Taaskäivitage seade ja veenduge, et see vastab nüüd määratud võtmetele.

Ja see ongi kõik!

Loodetavasti leiate sellest juhendist kasu, Täname lugemise eest!