پر بازدید ترین مطالب

با میکروکنترلر Atmega328p توپ LED هوشمند بسازید


در این ساختنی آموزش ساخت توپ LED هوشمندی را یاد می گیرید که می توانید آن را هر طور که می خواهید برنامه ریزی کنید. این توپ LED هوشمند و قابل شارژ ۲۰ وجه دارد که زیر هر کدام از آنها یک LED RGB قرار دارد. داخل این توپ هوشمند یک برد مدار چاپی مخصوص قرار دارد که قطعه اصلی آن میکروکنترلر Atmega328p است. این میکروکنترلر با آردوینو سازگار است و برنامه ریزی توپ LED هوشمند را ساده تر می کند.

توپ هوشمند یک شتاب سنج سه محور دارد که افکت نوری بیست LED نئوپیکسل را طبق شتاب وارده به توپ تنظیم می کند. وقتی شتاب سنج سقوط توپ را حس کند، تمام LEDها را با الگوی رنگین کمانی روشن می کند و وقتی حرکتی تشخیص داده نشود، قطعات الکترونیکی در حالت Sleep قرار می گیرند. البته این تنظیمات برنامه ای است که ما در اختیارتان قرار می دهیم و شما می توانید آن را تغییر بدهید یا با اضافه کردن قطعات جدید، کارایی ها و قابلیت های دیگری برای توپ LED هوشمند تعریف کنید. بدنه توپ هم با پرینتر سه بعدی ساخته می شود که ما فایل های مورد نیاز را در اختیارتان قرار می دهیم.

گام اول: قطعات مکانیکی را پرینت کنید

فایل های STL را از اینجا دانلود کنید. قطعات پلاستیکی با فیلامنت ABS یا PLA و قطعات لاستیکی هم با فیلامنت نیمه شفاف TPE پرینت می شوند. تمام قطعات رو به طرف صاف و بدون پایه پرینت خواهند شد. بعد از پرینت هم قطعات را به هم می چسبانیم که جزییاتش را در مراحل بعد می خوانید.

گام دوم: طراحی مدار توپ هوشمند

مدار توپ هوشمند

مدار توپ هوشمند

همانطور که در شماتیک می بینید مدار توپ LED هوشمند از میکروکنترلر Atmega328p و شتاب سنج سه محور MMA8652 ساخته می شود. یک شارژر باتری لیتیوم پلیمری و اتصال شش پین برای برنامه ریزی از طریق اتصال AVR هم در مدار تعبیه شده است.

اگر می خواهید سنسور یا قطعات دیگری به برد اضافه کنید، باید شماتیک را هم تغییر بدهید. برای طراحی شماتیک از نرم افزارهایی مثل Eagle، Fritzing و … استفاده کنید. در غیر این صورت می توانید نسخه کامل شماتیک را از لینک زیر دانلود کنید (رمز فایل saakhtdni.ir است).

گام سوم: طراحی برد مدار چاپی

طراحی PCB

طراحی PCB

بعد از کامل شدن شماتیک باید برد را طراحی کنید: یعنی جای هر قطعه روی برد مدار چاپی را مشخص کنید و مسیر اتصالات الکترونیکی را تعیین کنید. قبل از هر چیز باید پارامترهای مهمی مثل ابعاد برد، تعداد لایه ها، حداقل فاصله و عرض مسیرها را مشخص کرد. دقت کنید هرچه تعداد لایه ها بیشتر و فاصله و عرض مسیرها کمتر باشد، هزینه ساخت بیشتر می شود.

در این مرحله هم می توانید از نرم افزار Eagle استفاده کنید. بعد از مشخص کردن جای قطعات و مسیرهای الکترونیکی، چک design rule را اجرا کنید. به این ترتیب مطمئن می شوید تمام سیگنال های الکتریکی مستقل با حداقل فاصله از هم جدا شده اند، قابل حکاکی هستند.

در ساختنی بخوانید :  با خمیر پلیمری دستبند خمیری توخالی دخترانه بسازید

گام چهارم: برد مدار چاپی را بسازید

برد مدار چاپی را بسازید

برد مدار چاپی را بسازید

حالا می توانید برد مدار چاپی توپ هوشمند را بسازید. برای اینکار می توانید از روش های خانگی مثل پرینتر PCB استفاده کنید یا ساخت برد را به شرکت های ارائه دهنده خدمات چاپ PCB بسپارید.

گام پنجم: برد را مونتاژ کنید

برای مونتاژ برد باید قطعات زیر را آماده داشته باشید:

  • برد مدار چاپی
  • تمام قطعات الکترونیکی
  • خمیر لحیم
  • موچین
  • شابلون فلزی
  • کوره قلع یا اجاق Reflow

برای لحیم کردن قطعات باید روی پدهای برد خمیر لحیم بگذارید، قطعات را سرجایشان قرار بدهید و سپس برد را روی کوره قلع بگذارید تا خمیر آب بشود و اتصال الکترونیکی لازم بین برد و قطعات ایجاد بشود. استفاده از شابلون فلزی اضافه کردن خمیر لحیم را ساده تر می کند.

بعد از لحیم کردن قطعات، یک برد آماده برای برنامه ریزی خواهید داشت.

گام ششم: میکروکنترلر را برنامه ریزی کنید

برای ساخت توپ LED هوشمند از میکروکنترلر Atmega328p استفاده می کنیم. بنابراین می توانیم برای برنامه ریزی از نرم افزار Arduino IDE استفاده کنید. ابتدا برد آردوینو Mega را به روش زیر به کانکتور ISP شش پین وصل کنید (ما از آداپتور pogo pin برای اتصال آردوینو استفاده کردیم):

  • پین Reset به پین ۵۳
  • پین MOSI به پین ۵۱
  • پین MISO به پین ۵۰
  • پین SCK به پین ۵۲
  • پین Vcc به پین +۵V
  • پین GND به پین GND

بعد از اتصال آردینو به آداپتور pogo pin، پین ها را روی برد فشار بدهید. برای استفاده از آردوینو به عنوان ISP هم در نرم افزار از مسیر Tools/Programmer گزینه Arduino as ISP را انتخاب کنید. حالا می توانید از مسیر File/ Upload using programmer کدها را روی میکروکنترلر آپلود کنید.

برنامه توپ LED هوشمند را هم از لینک زیر دانلود کنید (رمز فایل saakhtani.ir است).

گام هفتم: وسایل مورد نیاز برای ساخت توپ هوشمند

از اینجا به بعد سراغ مونتاژ توپ LED هوشمند می رویم. برای مونتاژ توپ به وسایل و ابزار زیر نیاز داریم:

  • قطعات پرینت شده
  • چسب قطره ای
  • دو عدد واشر M2
  • چهار عدد مهره شش ضلعی M2
  • دو عدد پیچ M2 به طول ۱۶ میلیمتر
  • چهار عدد پیچ M2 به طول ۴ میلیمتر
  • یک پیچ M2 به طول ۶ میلیمتر
  • برد میکروکنترلر
  • ۲۰ عدد LED نئوپیکسل
  • سیم استاندار سایز ۲۸ یا ۳۰
  • باتری لیتیوم پلیمری با ظرفیت ۴۰۰-۵۰۰ mAh
  • هدر ۹۰ درجه

ابزار مورد نیاز

گام هشتم: LEDها را به بدنه بچسبانید

برای افزایش دوام توپ هوشمند و جلوگیری از شکستن قطعات از داخل، باید برخی از آنها را با چسب بهم بچسبانید. برای چسباندن این قطعات باید از چسب قطره ای استفاده کنید.

در ساختنی بخوانید :  یک دماسنج بدون سیم با آردوینو بسازید

۱- لایه منعطف خارجی را با چسب به لایه پلاستیکی بچسبانید. سطح شبکه ای لایه پلاستیکی را روی میز بگذارید و روی تمام مثلث ها چسب بزنید. سپس لایه لاستیکی منعطف را رویش بگذارید و فشار بدهید. چسب اضافی از لبه ها بیرون می زند که باید بلافاصله پاک بشود. یک کتاب یا جعبه هم روی قطعات بگذارید تا چسب بهتر خشک بشود.

۲- بعد از خشک شدن چسب، بدنه را برگردانید و LEDها را سرجایشان بچسبانید (به فلش های سیم کشی پشت LEDها توجه کنید). از مثلث شماره یک شروع کنید و به سمت بالا حرکت کنید. فلش پشت LED باید از یک طرف رو به بالا و از طرف دیگر رو به پایین باشد. یک قطره چسب به بالا و پایین برش های مربعی بزنید و LEDها را طوری داخل آنها بگذارید که رو به بیرون باشند. چند دقیقه صبر کنید تا چسب LEDها خشک بشوند.

۳- داخل اولین استندآف لبه لایه پلاستیکی یک مهره شش ضلعی M2 قرار بدهید. پیچ مونتاژ توپ LED هوشمند داخل این مهره فرو می رود.

گام نهم: مدار را سیم کشی کنید

در این مرحله میکروکنترلر، باتری و LEDها را بهم وصل می کنیم. برای اینکار باید فریم LED مرحله قبل، شاسی پرینت شده برای برد و باتری، برد میکروکنترلر کامل و باتری لیتیوم پلیمری آماده باشند. پین هدر شش تایی و دستگاه لحیم کاری هم ابزار کارتان هستند.

۱- برد و باتری را روی شاسی نصب کنید و باتری را وصل کنید.

  • پین هدر شش تایی ۹۰ درجه را در سوراخ های تعبیه شده روی برد قرار بدهید. اینکار را طوری انجام بدهید که زاویه هدر از قطعات روی برد دور باشد.
  • برد میکروکنترلر را روی شاسی پرینت شده پیچ کنید. ابتدا دو مهره شش ضلعی M2 در سوراخ های یک طرف شاسی فرو کنید و برد را طوری تنظیم کنید که قطعات رو به بالا و پین هدر به سمت اندیکاتور باشد. دو سوراخ روی برد را با سوراخ های روی شاسی تنظیم کنید و برد را با دو پیچ ۴ میلیمتری به شاسی وصل کنید.
  • باتری را در هولدر زیری قرار بدهید. جای پیچ ها طوری طراحی شده که مانع حرکت باتری نشوند.
  • باتری را به برد وصل کنید. برای اینکار پلاگ متصل به سری های باتری را جدا کنید و باتری را به مستقیما به برد لحیم کنید. هر سیم را جداگانه لحیم کنید تا باتری یا برد آسیب نبینند. سری مثبت یا سیم قرمز را به سوراخ V+ و سری منفی یا سیم مشکی را به GND وصل کنید. دقت کنید سر لخت سیم ها با یکدیگر یا سایر اجزای روی برد تماس نداشته باشند.

۲- با توجه به فلش های پشت LEDها، آنها را بهم سیم کشی کنید. برای این اتصالات به دو سیم با طول مختلف نیاز دارید: سیم یک و نیم سانتیمتری برای فواصل کوتاه و سیم پنج سانتیمتری برای فواصل بلند. بهتر است ابتدا به سر سیم ها و اتصالات LED کمی لحیم بزنید. از LED اول شروع کنید و سیم های کوتاه را به سومین LED ردیف لحیم کنید. از سیم های بلند هم برای پل زدن روی LED مجاور با فلش های رو به پایین استفاده کنید. سیم کشی ستون ها و ردیف های LED با سیم های کوتاه و بلند را به همین ترتیب انجام بدهید. دقت کنید بین LED دهم و یازدهم باید از سیم های بلندتری استفاده کنید تا محل اتصال شاسی باتری و برد پر نشود.

در ساختنی بخوانید :  میز لپ تاپ استاندارد بسازید و با کمر درد خداحافظی کنید

۳- برای اتصال LEDها به برد از یک سیم ۷ سانتیمتری استفاده می کنیم. سیم ها را به LED اول لحیم کنید و روی هر سیم را با علامت های ۵V، GND و DIN لحیم کنید.

۴- شاسی برد و باتری را به لایه پلاستیکی وصل کنید. ابتدا پشت شاسی را با دو پیچ ۴ میلیمتری به وسط لایه پلاستیکی وصل کنید. سپس لایه را طوری تا کنید که سوراخ های جلوی شاسی با سوراخ های لبه بالایی لایه تراز بشوند و آنها را با دو پیچ ۴ میلیمتری دیگر ببندید. حالا نیمی از لایه پلاستیکی شکل گرفته و برد میکروکنترلر در قسمت بالا و باتری در قسمت پایین و رو به داخل قرار گرفته است.

۵- حالا سیم هایی که در مرحله سوم به LED اول وصل کردید را به برد میکروکنترلر وصل کنید. سیم ۵V به پین +V، سیم Din به پین DATA و سیم GND به پین GND وصل می شود. بعد از این سیم کشی، LEDها روشن می شوند و به حرکت واکنش نشان می دهند.

گام دهم: توپ هوشمند را ببندید

حالا توپ تقریبا شکل گرفته و تنها قطعات باقیمانده دو سرپوشی هستند که گوشه های توپ را بهم وصل می کنند. ابتدا در سوراخ شش ضلعی روی سرپوش ها یک مهره شش ضلعی فرو کنید. از دو پیچ ۱۶ میلیمتری هم یک واشر رد کنید و آنها را داخل سرپوش ها قرار بدهید. لایه های توپ را محکم تا کنید تا چهار گیره دو طرف لایه ها بهم برسند. توپ را همین طور نگه دارید و سرپوش ها را دو طرفش بگذارید و پیچ ها را به گیره ها سفت کنید. هنگام بستن سرپوش ها حواستان باشد به باتری آسیب نزند (البته واشر تا سطح زیادی جلوی این اتفاق را می گیرد).

توپ LED هوشمند آماده است

توپ LED هوشمند بسازید

برد توپ LED هوشمند یک شارژر توکار دارد و می توانید با یک کابل FTDI هم توپ را شارژ کنید و هم برنامه را تغییر بدهید. پلاگ شش پین به هدر روی برد وصل می شود و سیم سیاه کابل FTDI هم به نزدیک ترین پین GND به هدر وصل می شود.

تبریک می گوییم؛ شما یک توپ LED هوشمند ساختید که می توانید آن را هر طور که می خواهید برنامه ریزی کنید. فراموش نکنید ایده هایتان برای ارتقای توپ هوشمند را با ساختنی به اشتراک بگذارید.

منبع

بیشتر بخوانید:

[ad_2]

لینک منبع

ممکن است به این موارد نیز علاقه مند باشید:

آخرین مطالب