Fjärrstyrt datorbord: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Nyligen har jag stött på ett problem, att min latskap blev ett enormt problem för mig hemma. Så snart jag går och lägger mig, gillar jag att sätta lite trevligt LED -drivet ljus med några serier som spelas på min PC. Men … Om jag vill stänga av dessa saker måste jag STIGA upp varje gång och stänga av dem för hand. Således har jag bestämt mig för att bygga en komplett styrenhet för hela datorns skrivbord, där jag kan slå på och stänga av bildskärmar och ljus, justera högtalarnas volym och LED -remsans ljusstyrka genom att trycka på en motsvarande knapp på min fjärrkontroll.

Projektet är en PC -skrivbord / arbetsbänkskontrollbox, som drivs av en IR -fjärrkontroll. Det finns många typer av IR -fjärrkontroller tillgängliga nuförtiden, men det är inte ett problem. Denna styrenhet är justerbar och kan kopplas ihop med alla typer av IR -fjärrkontroller som stöder korrekt protokoll för vår använda sensor (vi täcker detta senare).

Det kontrollerade datorbordets skrivbord är:

1. Växelströmskontroll: Slå på/av skärmen som är ansluten till 220VAC
2. DC Power Control: Slå på/av strömmen till bildskärmen som är ansluten till likström (upp till 48V)
3. Ljudvolymkontroll: Fullständig kontroll av stereovolym som överförs till högtalarna
4. LED Strip Lighting Control: Komplett kontroll av LED -strip belysningens ljusstyrka

Enheten har ett korrekt utformat användargränssnitt och justerbara mekaniska fack, vilket gör det enkelt att bygga och lätt att använda:

1. Display: Realtidsstatus för alla kontrollerade system visas på 16x4 LCD-skärmen
2. RGB LED: För ytterligare feedback för systemet, syftet med detta är att bekräfta för användaren att det finns en accepterad signal från IR -fjärrkontrollen
3. Parningssystem: Enheten innehåller en enda tryckknapp, som måste tryckas in för att koppla ihop processen. När parningsprocessen påbörjas kan vi para vilken IR -fjärrkontroll som helst till vår enhet genom att följa instruktionerna som visas på en skärm.

När vi har täckt grunderna, låt oss bygga det!

Steg 1: Förklaring

Enhetsdrift kan betraktas som en enkel, på grund av dess brist på designkomplexitet. Som det kan ses i blockschemat är "hjärnan" AVR -mikrokontrollern, medan alla andra delar styrs av denna "hjärna". För att organisera hela bilden i vårt sinne, låt oss beskriva designen block för block:

Strömförsörjningsenhet: Strömkälla för den valda enheten är LED -remsans nätaggregat, som kan ge 24VDC -ingång till systemet. Mikrokontroller, reläer, digitala potentiometrar och ljudförstärkare arbetar alla med 5V, så DC-DC-stegomvandlaren har lagts till i designen. Huvudorsaken till DC-DC istället för linjär regulator är effektförlusten och bristen på effektivitet. Antag att vi använder den klassiska LM7805 med 24V ingång och 5V utgång. När strömmen når betydande värden, kommer den effekt som kommer att försvinna i form av värme på den linjära regulatorn att vara enorm och kan överhettas och fästa brummande ljud till ljudkretsar:

Pout = Pin + Pdiss, så vid 1A uppnår vi: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (avlöst effekt).

Mikrokontroller: För att skriva koden så snabbt jag kan har jag valt den AVR -baserade ATMEGA328P, som används flitigt i Arduino UNO -kort. Enligt konstruktionskraven kommer vi att använda nästan allt kringutrustning: Avbrott, tidtagare, UART, SPI och så vidare. Eftersom det är ett huvudblock i systemet, sammankopplar det med alla delar i enheten

• Användargränssnitt: Frontpanelen på enheten innehåller alla delar som användaren bör interagera med:

  1. IR -sensor: Sensor för avkodning av IR -fjärrdata.
  2. Tryckknapp: krävs för att para ihop IR-fjärrkontrollen med enheten
  3. RGB LED: Estetisk bilaga för att ge feedback om mottagande av information från systemet
  4. LCD: Grafisk bild av vad som händer inuti enheten

Bildskärmskontroll: För att enheten ska kunna koppla ström på datorskärmarna måste du hantera stora spänningsvärden. Till exempel delar mina Samsung -bildskärmar inte alls strömkonfiguration: Den ena levereras av 220VAC medan den andra drivs av en egen nätaggregat på 19,8V. Således var lösningen en reläkrets för var och en av monitorns kraftledningar. Dessa reläer styrs av MCU och är helt separerade, vilket gör bildskärmens kraftöverföring oberoende för varje bildskärm

Ljusstyrning: Jag har en LED -remsa, som levereras med den anslutna strömförsörjningen på 24VDC, som används som systemströmförsörjning. Eftersom det är nödvändigt att leda en stor ström genom LED-remsan, innefattar dess ljusstyrkemekanism en strömbegränsarkrets baserad på en MOSFET, som arbetar i ett linjärt område av aktiv zon

Volymkontroll: Detta system bygger på att passera ljudsignalerna på både VÄNSTER och HÖGRE kanaler genom spänningsdelare, där applicerad spänning ändras via digital potentiometers torkarrörelse. Det finns två LM386 grundkretsar där det vid varje ingång finns en enda spänningsdelare (vi täcker det senare). Ingång och utgång är 3,5 mm stereokontakter

Det verkar som att vi har täckt alla integrerade delar av kretsarna. Låt oss gå vidare till elektriska scheman …

Steg 2: Delar och instrument

Allt vi behöver för att bygga projektet:

Elektroniska komponenter

1. Vanliga komponenter:

   • Motstånd:

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

     9. Övrigt:

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

     10. Integrerade kretsar:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Ljudförstärkare: 2 x LM386
         • Dubbel digital potentiometer: 1 x MCP4261
         • Enkel digital potentiometer: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (Kan ersättas med valfri DC-DC 5V-vänlig enhet)
         • Op-Amp: 1 x LM358
         • Reläer: 5V Tolerant Dual SPDT
         • Externt 24V nätaggregat

     11. Användargränssnitt:

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

     12. Anslutningar:

         • Kopplingsplintar: 7 x 2-kontakt TB
         • Board-to-Wire-kontakter: 3 x 4 kontaktkabel + huskontakter
         • Ljud: 2 x 3,5 mm honkontakter
         • Outlet nätaggregat: 2 x 220VAC strömkontakter (hane)
         • DC -uttag: 2 x hankontakter för DC -uttag
         • LED-remsa och extern strömförsörjning: 1 x 4-kontakts Board-To-Wire-monterade kontakter + kabel

     Mekaniska komponenter

     1. 3D -skrivarfilament - PLA+ i valfri färg
     2. 4 skruvar med 5 mm diameter
     3. Minst 9 x 15 cm prototyper
     4. Lager av oanvända trådar

     Verktyg

     1. 3D-skrivare (jag har använt Creality Ender 3 med ansluten säng av glastyp)
     2. Lim pistol
     3. Pincett
     4. Tång
     5. Fräs
     6. Externt 24V nätaggregat
     7. Oscilloskop (tillval)
     8. AVR ISP -programmerare (för MCU -blinkande)
     9. Elektrisk skruvmejsel
     10. Lödkolv
     11. Funktionsgenerator (tillval)

Steg 3: Elektrisk schema

Det schematiska diagrammet är uppdelat i separata kretsar, vilket kan göra det lättare för oss att förstå dess funktion:

Mikrokontrollenhet

Detta är ett AVR -baserat ATMEGA328P, som det beskrivits ovan. Den använder intern oscillator och fungerar vid 8MHz. J13 är programmeringsanslutning. Det finns många programmerare i AVR -världen, i detta projekt använde jag en ISP Programmer V2.0 från eBay. J10 är UART TX -linje och används främst för felsökningsändamål. När man konstruerar ett avbrottshanteringsförfarande är det ibland bra att veta vilket system som har att berätta för oss inifrån. D4 är RGB LED som drivs direkt från MCU, på grund av dess låga strömvärden. PD0-stiftet är fäst på en tryckknapp av SPST-typ med en extern pull-up.

IR -sensor

IR-sensor som används i detta projekt är en IR-sensor med tre stift för allmänna ändamål som finns på eBay till mycket vänliga priser. IR -utgångssignalstiftet är anslutet till avbrottsingångsstiftet (INT1) på MCU,

LCD

Display är en enkel implementering av en 1604A-skärm, med 4-bitars dataöverföring. Alla kontroll/datapinnar är knutna till MCU. Det är viktigt att notera att LCD -skärmen är ansluten till huvudkortet via två kontakter J17, J18. För att driva/stänga av LCD -modulen finns det en enda BJT -omkopplare som byter jordlinje för LCD.

Strömförsörjning

Alla interna kretsar, exklusive LED -remsan, arbetar med 5V. Som det nämnts tidigare är 5V strömkälla en enkel DC-DC-modul (Här hjälpte eBay mig att hitta lösningen), som konverterar 24V till 5V, utan uppvärmningsproblem, som kan uppstå på den linjära regulatorn. Kondensatorer C [11..14] används för förbikoppling och är nödvändiga för denna konstruktion på grund av kopplingsljud på DC -DC -kraftledningar - både ingång och utgång.

Övervaka kontroll

Monitorstyrkretsar är bara ett reläomkopplingssystem. Eftersom jag har två bildskärmar matas en från 220VAC och den andra är från 19.8V, det krävs olika implementering.: Varje MCU -utgång är ansluten till 2N2222 BJT, och en reläspole är ansluten som en belastning från 5V till BJT -samlarstift. (Glöm inte att ansluta en omvänd diod för lämplig strömavladdning!). Vid en 220VAC växlar reläet LINE- och NEUTRAL -ledningarna och vid ett 19.8V byter reläet bara DC -kraftledningen - eftersom den har sin egen strömförsörjning delas jordledningarna för båda kretsarna.

Ljudvolymkontroll

Jag ville använda LM386 ljudförstärkare som buffertar för spänningsdelarna, för noggrann överföring av ljudsignaler. Varje kanal - vänster och höger kommer från 3,5 mm ljudingång. Eftersom LM386 vid minsta delkonfiguration implementerar en standardförstärkning på G = 20, finns det ett 1MOhm -motstånd för båda kanalerna. På så sätt kan vi minska den totala mängden effekt för ingångskanalerna till högtalarsystemet:

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

Och den totala vinsten är: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 /11 ~ 1.9

Spänningsdelaren är ett enkelt digitalt potentiometernätverk, där torkaren skickar signalen till LM386 -bufferten (U2 är IC). Enheten delar SPI för alla perifera kretsar, där endast ENABLE -linjer separeras för var och en av dem. MCP4261 är en 100K 8-bitars linjär digital potentiometer IC, så varje steg i volymökningen uttrycks: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Stift A och B för varje vänster och höger kanal är knutna till GND och 5V. Således vid torkarläget längst ner passerar hela ljudsignalen till GND via 1MOhm resistor MUTING -enhetens volym.

LED Strip Brightness Control:

Tanken med ljusstyrkekontroll liknar volymkontrollen, men här har vi ett problem: digital potentiometer kan bara sända signaler som amplituder inte överstiger 5V till GND. Således är tanken att placera en enkel Op-Amp-buffert (LM358) efter den digitala potentiometerns spänningsdelare. och styrspänning bunden direkt till en PMOS -transistor.

X9C104P är en enda 8-bitars digital potentiometer med 100KOhm värde. Vi kan få en beräkning för grindspänning efter bara algebraiska regler för strömflöde:

V (grind) = V (torkare) * (1 + R10/R11) = 2V (torkare) ~ 0 - 10V (vilket är tillräckligt för att slå på/av och kontrollera ljusstyrkan)

Steg 4: Skapa ett 3D -hölje

För enhetshölje har jag använt en FreeCAD v0.18 som är ett bra verktyg även för nybörjare som jag.

Kapslingstyp

Jag ville skapa en låda där det finns ett enda skal som kommer att fästa det lödda brädet. Frontpanelen innehåller alla delar av användargränssnittet och bakpanelen innehåller alla kontakter till skrivbordselektroniken. Dessa paneler sätts in direkt i ett huvudskal med en 4-skruvs enhet vid det övre locket.

Mått

Förmodligen det viktigaste steget i sekvensen. Det är nödvändigt att ta hänsyn till alla lämpliga avstånd och avstängningsregioner. Som det framgår av bilderna, är först måtten som togs på fram- och bakpanelerna:

Frontpanel: Avstängningsområden för LCD, switch, LED och IR-sensor. Alla dessa dimensioner härleds från tillverkarens datablad för varje del. (Om du vill använda en annan del måste du försäkra alla snittområden.

Bakpanel: Två hål för 3,5 mm ljuduttag, två 220V 3-linjers strömkontakter, två hankontakter för likström och ytterligare hål för LED-remsan och ström till enheten

Övre skal: Detta skal används endast för att fästa alla delar tillsammans. Eftersom front- och bakpanelen sätts in i det nedre skalet.

Bottom Shell: Basen för enheten. Den rymmer panelerna, det elektroniska lödskivan och skruvarna som fästs på topplocket.

Designa delarna

När panelerna har skapats kan vi gå vidare till det nedre skalet. Det rekommenderas att se till att delarna helt och hållet ryms efter varje steg. Bottenhöljet är en enkel rektangelbaserad extruderad form, med symmetriska fickor nära skalets kanter (se bild 4).

Efter påföljningssteget måste du skapa en 4-skruvs bas för lockfästet. De utformades som en insättning av primitiva cylindrar med olika radie, där utskurna cylinder är tillgänglig efter XOR -drift.

Nu har vi ett komplett bottenskal. För att skapa ett ordentligt lock måste du göra en skiss på toppen av skalet och skapa samma cylinderpunkter (jag har bara fäst punkter för att borra, men det finns möjlighet att skapa hål med fasta diametrar).

När hela enhetshöljet är klart kan vi kontrollera det genom att montera delarna.

Steg 5: 3D -utskrift

Slutligen är vi här och kan gå vidare till utskriften. Det finns STL -filer tillgängliga för detta projekt, baserat på min design. Det kan finnas ett problem med dessa filer att skriva ut, eftersom det inte tas några toleranser. Dessa toleranser kan justeras i slicer -applikationen (jag har använt en Ultimaker Cura) för STL -filerna.

De beskrivna delarna trycktes på Creality Ender 3, med glasbädd. Villkoren är inte långt från de vanliga, men bör beaktas:

• Munstycksdiameter: 0,4 mm
• Påfyllningstäthet: 50%
• Support: Det finns inget behov av supportfäste alls
• Rekommenderad hastighet: 50 mm/s för projektet

Så snart kapslingsdelarna är tryckta måste du kontrollera dem i verkliga livet. Om det inte finns några problem med att fästa kapslingsdelar kan vi gå vidare till monterings- och lödningssteget.

Det finns ett problem med STL -tittaren i instruktionserna, så jag föreslår att du laddar ner det först:)

Steg 6: Montering och lödning

Lödningsprocessen är hård, men om vi separerar sekvensen i olika kretsar blir det mycket lättare för oss att avsluta den.

1. MCU -krets: Bör lödas först med sin kvinnliga programmeringskontakt. I det skedet kan vi faktiskt testa dess funktion och anslutning.
2. Ljudkrets: Den andra. Glöm inte att fästa plintar på det lödda kortet. Det är mycket viktigt att isolera ljudbanornas returväg från de digitala - särskilt digitala potentiometer IC: er på grund av deras bullriga karaktär.
3. Övervaka kretsar: I likhet med ljudkrets, glöm inte att ansluta plint vid I/O -portarna.
4. Kontaktdon och UI -panel: De sista sakerna som ska anslutas. Användargränssnittspanelen är ansluten till lödt kort via Board-To-Wire-kontakt, där ledningar löds direkt i de yttre delarna.

Efter lödningsprocessen finns det en enkel sekvens av mekaniska delar. Som det noterades ovan måste du sätta 4 skruvar (jag har använt dem med en diameter på 5 mm) i hörnen, som finns på höljet. Efter det är det nödvändigt att fästa UI -delar och bakpanelkontakter till omvärlden. Föredraget verktyg är en varm limpistol.

Det kommer att vara mycket användbart att kontrollera delarnas boende i det tryckta höljet. Om allt ser bra ut kan vi gå vidare till programmeringssteget.

Steg 7: Programmering

Det här steget är roligt. Eftersom det finns en mängd olika saker som måste fungera kommer vi att använda totalt 5 tjänster från MCU: Externt avbrott, SPI -kringutrustning, UART för loggning, timers för exakt räkning och EEPROM för lagring av våra IR -fjärrkoder.

EEPROM är ett viktigt verktyg för våra lagrade data. För att kunna lagra IR -fjärrkoder måste du trycka på en knapp. Efter varje sekvens kommer systemet att komma ihåg koder oberoende av tillstånd antingen enheten är driven eller inte.

Du hittar hela Atmel Studio 7 -projektet arkiverat som RAR längst ner i detta steg.

Programmeringen görs av AVR ISP Programmer V2, 0, genom en enkel applikation som kallas ProgISP. Det är en mycket vänlig app, med komplett användargränssnitt. Välj bara rätt HEX -fil och ladda ner den till MCU.

VIKTIGT: Innan du programmerar MCU, se till att alla lämpliga inställningar är definierade enligt konstruktionskraven. Precis som den interna klockfrekvensen - som standard har dess delare säkring aktiv vid fabriksinställningen, så den måste programmeras med logik HÖG.

Steg 8: Parning och testning

Vi är äntligen här, efter allt hårt arbete som gjorts:)

För att kunna använda enheten på rätt sätt, finns det ett behov av parningssekvens, så enheten kommer att "komma ihåg" den anslutna IR -fjärrkontrollen som skulle användas. Stegen för parningen är följande:

1. Slå på enheten, vänta på initialisering av huvudgränssnittet för skärmen
2. Tryck på knappen för första gången
3. Innan räknaren når noll, tryck på knappen en gång till
4. Tryck på lämplig knapp som du vill ha en specifik funktion, beroende på enhet
5. Starta om enheten, se till att den nu svarar på de nycklar som definierades.

Och det är allt!

Hoppas, du kommer att tycka att det här är användbart, Tack för att du läser!