Nuotoliniu būdu valdomas kompiuterio stalas: 8 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Neseniai aš susidūriau su problema, kad mano tingumas tapo didžiulė problema man namuose. Kai tik einu miegoti, man patinka į kompiuterį įdėti gražią LED lemputę ir kai kurias serijas. Bet … Jei noriu išjungti šiuos dalykus, turiu kiekvieną kartą atsikelti ir rankiniu būdu juos išjungti. Taigi nusprendžiau sukurti pilną valdiklį, skirtą visam kompiuterio darbalaukiui, kuriame galėčiau įjungti ir išjungti monitorius ir šviesą, reguliuoti garsiakalbių garsumą ir LED juostos apšvietimo ryškumą paspausdami atitinkamą nuotolinio valdymo pulto mygtuką.

Projektas yra kompiuterio stalo / darbo stalo valdiklio dėžutė, valdoma IR nuotolinio valdymo pultu. Šiais laikais yra daugybė IR nuotolinio valdymo pultų tipų, tačiau tai nėra problema. Šis valdiklis yra reguliuojamas ir gali būti suporuotas su bet kokio tipo IR nuotolinio valdymo pultu, kuris palaiko tinkamą mūsų naudojamo jutiklio protokolą (tai aptarsime vėliau).

Kontroliuojamo kompiuterio stalo staliukas yra:

1. Kintamosios srovės maitinimo valdymas: įjunkite/išjunkite monitorių, prijungtą prie 220 VAC
2. DC maitinimo valdymas: įjunkite/išjunkite monitorių, prijungtą prie nuolatinės srovės maitinimo (iki 48 V)
3. Garso garsumo valdymas: visiškai valdykite garsiakalbius perduodamą stereofoninį garsą
4. LED juostos apšvietimo valdymas: visiškai kontroliuoja LED juostos apšvietimo ryškumą

Prietaisas turi tinkamai suprojektuotą vartotojo sąsają ir reguliuojamus mechaninius skyrius, kuriuos lengva sukurti ir paprasta naudoti:

1. Ekranas: Visų valdomų sistemų būsena realiuoju laiku pateikiama 16x4 LCD ekrane
2. RGB šviesos diodas: norėdamas gauti papildomą atsiliepimą apie sistemą, naudotojui turi būti pranešta, kad iš IR nuotolinio valdymo pulto gautas priimtas signalas
3. Susiejimo sistema: Įrenginyje yra vienas mygtukas, kurį reikia paspausti, kad būtų galima susieti. Kai pradedamas susiejimo procesas, mes galime suporuoti bet kurį IR nuotolinio valdymo pultą su savo įrenginiu, vadovaudamiesi ekrane rodomomis instrukcijomis.

Išsiaiškinę pagrindus, kurkime!

1 žingsnis: paaiškinimas

Įrenginio veikimas gali būti laikomas paprastu, nes jo dizainas nėra sudėtingas. Kaip matyti iš blokinės schemos, „smegenys“yra AVR mikrovaldiklis, o visas kitas dalis valdo šios „smegenys“. Kad galvoje sutvarkytume visą vaizdą, aprašykime projektą kiekvienam blokui:

Maitinimo blokas: Pasirinkto įrenginio maitinimo šaltinis yra LED juostelės maitinimo blokas, galintis į sistemą tiekti 24 V nuolatinę srovę. Mikrokontroleris, relės, skaitmeniniai potenciometrai ir garso stiprintuvai veikia esant 5 V įtampai, todėl DC-DC sumažinimo keitiklis buvo pridėtas prie dizaino. Pagrindinė DC-DC, o ne tiesinio reguliatoriaus priežastis yra galios išsklaidymas ir efektyvumo trūkumas. Tarkime, kad mes naudojame klasikinį LM7805 su 24 V įėjimu ir 5 V išėjimu. Kai srovė pasiekia reikšmingas vertes, galia, išsiskirianti šilumos pavidalu tiesiniame reguliatoriuje, bus didžiulė ir gali perkaisti, pridedant dūzgimo garsą prie garso grandinių:

Pout = smeigtukas + Pdiss, taigi esant 1A mes pasiekiame: Pdiss = kaištis - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (išsklaidytos galios).

Mikrokontroleris: norėdamas kuo greičiau parašyti kodą, pasirinkau AVR pagrįstą ATMEGA328P, plačiai naudojamą „Arduino UNO“plokštėse. Pagal projektavimo reikalavimus naudosime beveik visą periferinę paramą: pertraukimus, laikmačius, UART, SPI ir kt. Kadangi tai yra pagrindinis sistemos blokas, jis sujungiamas su visomis prietaiso dalimis

• Vartotojo sąsaja: Priekiniame prietaiso skydelyje yra visos dalys, su kuriomis naudotojas turėtų sąveikauti:

  1. IR jutiklis: jutiklis, skirtas dekoduoti IR nuotolinius duomenis.
  2. Mygtukas: reikalingas, kad būtų galima suporuoti IR nuotolinio valdymo pultą su įrenginiu
  3. RGB šviesos diodas: estetinis priedas, suteikiantis grįžtamąjį ryšį apie sistemos gautą informaciją
  4. LCD: grafinis to, kas vyksta įrenginio viduje, vaizdas

Monitorių valdymas: Norint, kad įrenginys galėtų perjungti kompiuterio monitorių maitinimą, reikia spręsti dideles įtampos vertes. Pavyzdžiui, mano „Samsung“monitoriai visiškai nesidalija maitinimo konfigūracija: vieną maitina 220 VAC, o kitą maitina 19,8 V maitinimo šaltinis. Taigi sprendimas buvo kiekvienos monitoriaus elektros linijos relės grandinė. Šios relės yra valdomos MCU ir yra visiškai atskirtos, todėl monitoriaus galios perdavimas nepriklauso nuo kiekvieno monitoriaus

Šviesos valdymas: turiu LED juostą, prie kurios pridedamas 24 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinis, kuris naudojamas kaip sistemos maitinimo šaltinis. Kadangi per LED juostelę reikia praleisti didelę srovę, jos ryškumo mechanizmas apima srovės ribotuvo grandinę, pagrįstą MOSFET, kuri veikia tiesinėje aktyviosios zonos srityje

Garsumo valdymas: Ši sistema pagrįsta garso signalų perdavimu į kairįjį ir dešinįjį kanalus per įtampos skirstytuvus, kur įtampa keičiama skaitmeninio potenciometro valytuvo judesiu. Yra dvi pagrindinės LM386 grandinės, kuriose kiekviename įėjime yra vienas įtampos skirstytuvas (tai aptarsime vėliau). Įvestis ir išvestis yra 3,5 mm stereo lizdai

Atrodo, kad apėmėme visas neatskiriamas grandinių dalis. Pereikime prie elektros schemų …

2 žingsnis: dalys ir prietaisai

Viskas, ko mums reikia projektui sukurti:

Elektroniniai komponentai

1. Įprasti komponentai:

   • Rezistoriai:

     1. 6 x 10 tūkst
     2. 1 x 180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1 tūkst
     5. 2 x 1 mln
     6. 2 x 10R
     7. Kondensatoriai:
     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. Įvairūs:

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

     10. Integruoti grandynai:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Garso stiprintuvas: 2 x LM386
         • Dvigubas skaitmeninis potenciometras: 1 x MCP4261
         • Vienas skaitmeninis potenciometras: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (gali būti pakeistas bet kokiu DC-DC 5V draugišku įrenginiu)
         • Galinis stiprintuvas: 1 x LM358
         • Relės: 5 V tolerantiškas dvigubas SPDT
         • Išorinis 24 V maitinimo šaltinis

     11. Vartotojo sąsaja:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR jutiklis: 1 x CDS-IR
         • Mygtukas: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB šviesos diodas (4 kontaktai)

     12. Jungtys:

         • Gnybtų blokai: 7 x 2 kontaktų TB
         • Plokštės-laido jungtys: 3 x 4 kontaktinis kabelis + korpuso jungtys
         • Garsas: 2 x 3,5 mm jungtys
         • Išėjimo maitinimo šaltinis: 2 x 220VAC maitinimo jungtys (vyriškos lyties)
         • DC lizdas: 2 x vyrų DC lizdų jungtys
         • LED juostelė ir išorinis maitinimo šaltinis: 1 x 4 kontaktų plokštės ir laido surinktos jungtys + kabelis

     Mechaniniai komponentai

     1. 3D spausdintuvo siūlai - bet kokios spalvos PLA+
     2. 4 varžtai, kurių skersmuo 5 mm
     3. Bent 9 x 15 cm prototipų lenta
     4. Nepanaudotų laidų atsargos

     Įrankiai

     1. 3D spausdintuvas (naudojau „Creality Ender 3“su pritvirtinta stiklo tipo lova)
     2. Karšto klijų pistoletas
     3. Pincetai
     4. Žnyplės
     5. Kateris
     6. Išorinis 24 V maitinimo šaltinis
     7. Osciloskopas (neprivaloma)
     8. AVR ISP programuotojas (skirtas MCU mirksėjimui)
     9. Elektrinis atsuktuvas
     10. Lituoklis
     11. Funkcijų generatorius (neprivaloma)

3 žingsnis: elektros schemos

Schema yra padalinta į atskiras grandines, todėl mums lengviau suprasti jo veikimą:

Mikrovaldiklio blokas

Tai yra AVR pagrįstas ATMEGA328P, kaip aprašyta aukščiau. Jis naudoja vidinį osciliatorių ir veikia 8 MHz dažniu. J13 yra programuotojo jungtis. AVR pasaulyje yra daug programuotojų, šiame projekte aš naudoju ISP programuotoją V2.0 iš „eBay“. J10 yra UART TX linija ir pirmiausia naudojama derinimo tikslais. Kuriant pertraukimo tvarkymo procedūrą, kartais gera žinoti, kokia sistema turi mums pasakyti iš vidaus. D4 yra RGB šviesos diodas, kuris yra valdomas tiesiai iš MCU dėl mažos srovės vertės. PD0 kaištis pritvirtintas prie SPST tipo mygtuko su išoriniu ištraukimu.

IR jutiklis

Šiame projekte naudojamas IR jutiklis yra bendrosios paskirties trijų kontaktų IR jutiklis, kurį galima įsigyti „eBay“už labai draugiškas kainas. IR išvesties signalo kaištis yra prijungtas prie MCU pertraukimo įvesties kaiščio (INT1),

LCD

Ekranas yra paprastas 1604A ekrano įgyvendinimas su 4 bitų duomenų perdavimu. Visi valdymo/duomenų kaiščiai yra susieti su MCU. Svarbu pastebėti, kad LCD prie pagrindinės plokštės yra prijungtas per dvi jungtis J17, J18. Norint įjungti/išjungti LCD modulį, yra vienas BJT jungiklis, perjungiantis LCD įžeminimo liniją.

Maitinimo šaltinis

Visos vidinės grandinės, išskyrus LED juostelę, veikia esant 5 V įtampai. Kaip minėta anksčiau, 5 V maitinimo šaltinis yra paprastas DC-DC modulis (čia „eBay“padėjo man rasti sprendimą), kuris konvertuoja 24 V į 5 V be šildymo problemos, kuri gali atsirasti tiesiniame reguliatoriuje. Kondensatoriai C [11..14] naudojami apeiti ir yra būtini šiai konstrukcijai dėl perjungimo triukšmo, esančio DC -DC elektros linijose - tiek įvesties, tiek išvesties.

Monitoriaus valdymas

Monitoriaus valdymo grandinės yra tik relės perjungimo sistemos. Kadangi turiu du monitorius, vienas yra maitinamas iš 220 VAC, o antrasis - nuo 19,8 V, reikalingas skirtingas įgyvendinimas.: Kiekvienas MCU išėjimas yra prijungtas prie 2N2222 BJT, o relės ritė yra pritvirtinta kaip apkrova nuo 5 V iki BJT kolektoriaus kaiščio. (Nepamirškite prijungti atvirkštinio diodo, kad būtų galima tinkamai iškrauti srovę!). Esant 220 V AC, relė perjungia LINE ir NEUTRAL linijas, o esant 19,8 V - relė perjungia tik nuolatinės srovės maitinimo liniją - kadangi ji turi savo maitinimo šaltinį, įžeminimo linijos yra bendros abiem grandinėms.

Garso garsumo valdymas

Norėjau naudoti LM386 garso stiprintuvus kaip įtampos skirstytuvų buferius, kad būtų galima atidžiai perduoti garso signalą. Kiekvienas kanalas kairėje ir dešinėje yra iš 3,5 mm garso lizdo įvesties. Kadangi LM386 įgyvendina minimalią dalių konfigūraciją, standartinis G = 20 stiprinimas, abiems kanalams yra 1MOhm rezistorius. Taip galime sumažinti bendrą garsiakalbių sistemos įvesties kanalų galią:

V (išėjimo maks.) = R (maks.) * V (į) / (R (maks.) + 1MOhm) = V (į) * 100K / 1.1M.

Ir bendras pelnas yra: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1,9

Įtampos skirstytuvas yra paprastas skaitmeninis potenciometrų tinklas, kuriame valytuvas perduoda signalą į LM386 buferį (U2 yra IC). Įrenginys bendrina visų periferinių grandinių SPI, kur kiekviena iš jų yra atskirta tik ĮJUNGTI linijas. MCP4261 yra 100K 8 bitų linijinis skaitmeninis potenciometras IC, todėl kiekvienas tūrio padidinimo žingsnis yra išreikštas: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

A ir B kaiščiai prie kiekvieno kairiojo ir dešiniojo kanalų yra susieti su GND ir 5V. Taigi, valytuvo padėtyje apačioje visas garso signalas perduodamas GND per 1MOhm rezistoriaus MUTING įrenginio garsumą.

LED juostos ryškumo valdymas:

Ryškumo valdymo idėja yra panaši į garsumo valdymą, tačiau čia turime problemą: skaitmeninis potenciometras gali perduoti GND tik tuos signalus, kurių amplitudė neviršija 5 V. Taigi idėja yra įdėti paprastą „Op-Amp“buferį (LM358) po skaitmeninio potenciometro įtampos daliklio. ir valdymo įtampa, tiesiogiai prijungta prie PMOS tranzistoriaus.

X9C104P yra vienas 8 bitų skaitmeninis potenciometras, kurio vertė 100KOhm. Mes galime gauti vartų įtampos apskaičiavimą, vadovaudamiesi tik algebrinėmis srovės srauto taisyklėmis:

V (vartai) = V (valytuvas) * (1 + R10/R11) = 2V (valytuvas) ~ 0 - 10 V (to pakanka įjungti/išjungti ir reguliuoti ryškumą)

4 žingsnis: 3D korpuso kūrimas

Prietaiso gaubte naudojau „FreeCAD v0.18“, kuris yra puikus įrankis net pradedantiesiems, tokiems kaip aš.

Korpuso tipas

Norėjau sukurti dėžutę, kurioje yra vienas apvalkalas, kuris suvynios lituotą lentą. Priekiniame skydelyje yra visos vartotojo sąsajos dalys, o galiniame - visos stalo elektronikos jungtys. Šios plokštės įkišamos tiesiai į pagrindinį korpusą su 4 varžtų komplektu viršutiniame dangtelyje.

Matmenys

Turbūt pats svarbiausias šios sekos žingsnis. Būtina atsižvelgti į visus tinkamus atstumus ir ribines zonas. Kaip matyti paveikslėliuose, pirmiausia buvo nustatyti matmenys, esantys priekinėje ir galinėje plokštėse:

Priekinis skydelis: LCD, jungiklių, LED ir IR jutiklių išjungimo sritys. Visi šie matmenys yra gauti iš kiekvienos dalies gamintojo duomenų lapo. (Jei norite naudoti kitą dalį, turite nuraminti visas pjūvio vietas.

Galinis skydelis: dvi skylės 3,5 mm garso lizdams, dvi 220 V 3 linijų maitinimo jungtys, du kištukiniai lizdai nuolatinės srovės maitinimo šaltiniui ir papildomos skylės šviesos diodų juostai ir prietaiso maitinimui

Viršutinis apvalkalas: šis apvalkalas naudojamas tik visoms dalims pritvirtinti. Kadangi priekinis ir galinis skydas yra įkišti į apatinį apvalkalą.

Apatinis apvalkalas: prietaiso pagrindas. Jame yra plokštės, elektroninė litavimo plokštė ir varžtai, pritvirtinti prie viršutinio dangčio.

Dalių projektavimas

Sukūrę plokštes, galime pereiti prie apatinio apvalkalo. Rekomenduojama po kiekvieno žingsnio visiškai sutalpinti dalis. Apatinis apvalkalas yra paprasta, stačiakampio formos ekstruzinė forma su simetriškomis kišenėmis šalia korpuso kraštų (žr. 4 pav.).

Po kišeninio žingsnio reikia sukurti 4 varžtų pagrindus dangtelio tvirtinimui. Jie buvo suprojektuoti kaip įterpimas į primityvius, skirtingo spindulio cilindrus, kur išpjautas cilindras yra prieinamas po XOR veikimo.

Dabar mes turime visą apatinį apvalkalą. Norint sukurti tinkamą dangtį, korpuso viršuje reikia padaryti eskizą ir sukurti tuos pačius cilindro taškus (aš pridėjau tik taškus prie gręžimo, bet yra galimybė sukurti fiksuoto skersmens skyles).

Užbaigus visą prietaiso gaubtą, galime jį patikrinti surinkę dalis.

5 žingsnis: 3D spausdinimas

Galiausiai mes esame čia ir galime pradėti spausdinti. Pagal šį projektą yra STL failų, galimų šiam projektui. Gali kilti problemų dėl šių failų spausdinimo, nes neatsižvelgiama į leistinus nuokrypius. Šiuos leistinus nuokrypius galima koreguoti pjaustyklės programoje (naudojau „Ultimaker Cura“) STL failams.

Aprašytos dalys buvo atspausdintos ant „Creality Ender 3“su stiklo lova. Sąlygos nėra toli nuo standartinių, tačiau į jas reikia atsižvelgti:

• Purkštuko skersmuo: 0,4 mm
• Užpildymo tankis: 50%
• Palaikymas: nereikia jokio priedo
• Rekomenduojamas projekto greitis: 50 mm/s

Kai tik korpuso dalys atspausdinamos, jas reikia tikrinti realiame gyvenime. Jei pritvirtinant korpuso dalis nėra jokių problemų, galime pereiti prie surinkimo ir litavimo.

Instrukcijose yra tam tikrų problemų su STL peržiūros programa, todėl siūlau pirmiausia ją atsisiųsti:)

6 žingsnis: surinkimas ir litavimas

Litavimo procesas yra griežtas, tačiau jei seką skirsime į skirtingas grandines, mums bus daug lengviau ją užbaigti.

1. MCU grandinė: pirmiausia reikia lituoti su programavimo jungtimi. Šiame etape iš tikrųjų galime patikrinti jo veikimą ir ryšį.
2. Garso grandinė: antroji. Nepamirškite ant lituotos plokštės pritvirtinti gnybtų blokų. Labai svarbu izoliuoti garso grandinių grįžimo kelią nuo skaitmeninių, ypač skaitmeninių potenciometrų IC, dėl jų triukšmingumo.
3. Monitoriaus grandinės: Panašiai kaip garso grandinė, nepamirškite prijungti gnybtų bloko prie įvesties/išvesties prievadų.
4. Jungtys ir vartotojo sąsajos skydas: paskutiniai dalykai, kuriuos reikia prijungti. Vartotojo sąsajos skydelis yra prijungtas prie lituotos plokštės per „Board-to-Wire“jungtį, kur laidai yra lituojami tiesiai į išorines dalis.

Po litavimo proceso yra paprasta mechaninių dalių tvirtinimo seka. Kaip buvo pastebėta aukščiau, prie kampo reikia uždėti 4 varžtus (naudojau 5 mm skersmens). Po to prie išorinio pasaulio reikia pritvirtinti vartotojo sąsajos dalis ir galinio skydelio jungtis. Pageidautinas įrankis yra karšto klijų pistoletas.

Bus labai naudinga patikrinti dalių talpinimą spausdintame korpuse. Jei viskas atrodo gerai, galime pereiti prie programavimo žingsnio.

7 žingsnis: programavimas

Šis žingsnis yra įdomus. Kadangi turi veikti įvairūs dalykai, iš viso naudosime 5 MCU paslaugas: Išorinis pertraukimas, SPI periferiniai įrenginiai, UART registravimui, laikmačiai tiksliam skaičiavimui ir EEPROM mūsų IR nuotolinių kodų saugojimui.

EEPROM yra esminis mūsų saugomų duomenų įrankis. Norint išsaugoti IR nuotolinio valdymo kodus, reikia atlikti mygtukų paspaudimų seką. Po kiekvienos sekos sistema įsimins kodus nepriklausomai nuo būsenos, ar įrenginys yra įjungtas, ar ne.

Visą „Atmel Studio 7“projektą galite suarchyvuoti kaip RAR šio veiksmo apačioje.

Programavimą atlieka AVR ISP programuotojas V2, 0, naudojant paprastą programą „ProgISP“. Tai labai draugiška programa su pilna vartotojo sąsaja. Tiesiog pasirinkite tinkamą HEX failą ir atsisiųskite jį į MCU.

SVARBU: Prieš programuodami MCU, įsitikinkite, kad visi tinkami nustatymai yra apibrėžti pagal projektavimo reikalavimus. Kaip ir vidinis laikrodžio dažnis - pagal numatytuosius nustatymus jo skirstytuvo saugiklis yra įjungtas gamykloje, todėl jis turi būti užprogramuotas naudojant HIGH logiką.

8 žingsnis: suporavimas ir bandymas

Pagaliau atėjome po sunkaus darbo:)

Norint tinkamai naudoti įrenginį, reikia susieti seką, todėl įrenginys „prisimins“prijungtą IR nuotolinio valdymo pultą, kuris būtų naudojamas. Susiejimo veiksmai yra šie:

1. Įjunkite įrenginį, palaukite, kol bus inicijuotas pagrindinis vartotojo sąsajos ekranas
2. Pirmą kartą paspauskite mygtuką
3. Kol skaitiklis nepasiekia nulio, kitą kartą paspauskite mygtuką
4. Paspauskite atitinkamą klavišą, kuriam norite atlikti konkrečią funkciją, atsižvelgiant į įrenginį
5. Iš naujo paleiskite įrenginį ir įsitikinkite, kad dabar jis reaguoja į nustatytus klavišus.

Štai ir viskas!

Tikimės, kad ši pamoka jums bus naudinga, Ačiū, kad skaitote!