Birou computer controlat de la distanță: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Recent am întâlnit o problemă, că lenea mea a devenit o problemă extraordinară pentru mine acasă. De îndată ce mă culc, îmi place să pun niște lumini frumoase cu LED-uri, cu câteva serii care se joacă pe computerul meu. Dar … Dacă vreau să opresc aceste lucruri, trebuie să mă RIDIC de fiecare dată și să le opresc manual. Astfel, am decis să construiesc un controler complet pentru întregul desktop al PC-ului, unde pot activa și dezactiva monitoarele și lumina, pot regla volumul difuzoarelor și luminozitatea iluminării benzii cu LED-uri prin apăsarea unui buton corespunzător de pe telecomandă.

Proiectul este o cutie de control pentru birou / banc de lucru, care este acționată de o telecomandă IR. Există o mulțime de tipuri de telecomenzi IR disponibile în aceste zile, dar aceasta nu este o problemă. Acest controler este reglabil și poate fi asociat cu orice tip de telecomandă IR care acceptă protocolul adecvat pentru senzorul folosit (vom acoperi acest lucru mai târziu).

Biroul cu computer controlat este:

1. Control de alimentare CA: pornirea / oprirea monitorului conectat la 220VAC
2. DC Power Control: Pornirea / oprirea monitorului conectat la alimentarea DC (până la 48V)
3. Control volum audio: control complet al volumului stereo care este transmis către difuzoare
4. Control cu iluminare cu benzi LED: Control complet al luminozității iluminării cu benzi LED

Dispozitivul are o interfață de utilizator proiectată corespunzător și compartimente mecanice reglabile, care îl fac ușor de construit și ușor de utilizat:

1. Afișaj: Starea în timp real a tuturor sistemelor controlate este prezentată pe afișajul LCD 16x4
2. LED RGB: Pentru un feedback suplimentar pentru sistem, scopul acestui lucru este de a recunoaște pentru utilizator că există un semnal acceptat primit de la telecomanda IR
3. Sistem de asociere: Dispozitivul conține un singur buton, care trebuie apăsat pentru procesul de asociere. Când este inițiat procesul de asociere, putem asocia orice telecomandă IR la dispozitivul nostru, urmând instrucțiunile afișate pe ecran.

După ce am acoperit elementele de bază, hai să le construim!

Pasul 1: Explicație

Funcționarea dispozitivului poate fi considerată simplă, datorită lipsei complexității sale de proiectare. După cum se poate vedea în diagrama bloc, „creierul” este microcontrolerul AVR, în timp ce toate celelalte părți sunt controlate de acest „creier”. Pentru a organiza întreaga imagine în mintea noastră, să descriem proiectarea bloc cu bloc:

Unitate de alimentare: Sursa de alimentare pentru dispozitivul care a fost selectat este banda LED PSU, care este capabilă să furnizeze 24VDC intrare sistemului. Microcontrolerul, relele, potențiometrele digitale și amplificatoarele audio funcționează toate la 5V, astfel convertorul DC-DC step-down a fost adăugat la proiectare. Motivul principal pentru DC-DC în locul regulatorului liniar este disiparea puterii și lipsa de eficiență. Să presupunem că folosim clasicul LM7805 cu intrare de 24V și ieșire de 5V. Când curentul atinge valori semnificative, puterea care se va disipa sub formă de căldură pe regulatorul liniar va fi uriașă și se poate supraîncălzi, atașând zgomot la circuitele audio:

Pout = Pin + Pdiss, deci la 1A obținem: Pdiss = Pin - Pout = 24 * 1 - 5 * 1 = 19W (de putere disipată).

Microcontroler: Pentru a scrie codul cât de repede pot, am ales ATMEGA328P bazat pe AVR, care este utilizat pe scară largă pe plăcile Arduino UNO. Conform cerințelor de proiectare, vom folosi aproape tot suportul periferic: întreruperi, temporizatoare, UART, SPI etc. Deoarece este un bloc principal al sistemului, se interconectează cu toate părțile din dispozitiv

• Interfață utilizator: Panoul frontal al dispozitivului conține toate părțile cu care utilizatorul ar trebui să interacționeze:

  1. Senzor IR: senzor pentru decodarea datelor de la distanță IR.
  2. Buton: Este necesar pentru asocierea telecomenzii IR la dispozitiv
  3. LED RGB: atașament estetic pentru a oferi feedback despre primirea informațiilor de către sistem
  4. LCD: reprezentare grafică a ceea ce se întâmplă în interiorul dispozitivului

Control monitoare: Pentru a face dispozitivul capabil să comute puterea la monitoarele PC-ului, este nevoie să se ocupe de valori de tensiune mari. De exemplu, monitoarele mele Samsung nu împart deloc configurația de alimentare: unul este furnizat de 220VAC, în timp ce altul este alimentat de un alimentator propriu de 19,8V. Astfel, soluția a fost un circuit de releu pentru fiecare dintre liniile de alimentare ale monitorului. Aceste relee sunt controlate de MCU și sunt complet separate, ceea ce face ca transmisia de putere a monitorului să fie independentă pentru fiecare monitor

Control lumină: Am o bandă LED, care vine cu sursa de alimentare atașată de 24VDC, care este utilizată ca intrare de alimentare a sistemului. Deoarece este necesar să se conducă un curent mare prin banda LED, mecanismul său de luminozitate implică un circuit limitator de curent bazat pe un MOSFET, care funcționează într-o regiune liniară a zonei active

Controlul volumului: Acest sistem se bazează pe transmiterea semnalelor audio atât pe canalele STÂNGA cât și DREAPTA prin divizoare de tensiune, unde tensiunea aplicată este modificată prin mișcarea ștergătorului cu potențiometru digital. Există două circuite de bază LM386 în care la fiecare intrare există un singur divizor de tensiune (vom acoperi asta mai târziu). Intrarea și ieșirea sunt mufe stereo de 3,5 mm

Se pare că am acoperit toate părțile integrale ale circuitelor. Să trecem la schemele electrice …

Pasul 2: Piese și instrumente

Tot ce avem nevoie pentru a construi proiectul:

Componente electronice

1. Componente comune:

   • Rezistențe:

     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. Condensatoare:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100nF
        4. 2 x 50nF
        5. 3 x 47uF

     9. Diverse:

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

     10. Circuite integrate:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Amplificator audio: 2 x LM386
         • Potențiometru digital dual: 1 x MCP4261
         • Potențiometru digital unic: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (Poate fi înlocuit cu orice dispozitiv compatibil DC-DC 5V)
         • Op-Amp: 1 x LM358
         • Relee: 5V tolerant dual SPDT
         • Alimentare externă de 24V

     11. Interfața cu utilizatorul:

         • LCD: 1 x 1604A
         • Senzor IR: 1 x CDS-IR
         • Buton: 1 x SPST
         • LED: 1 x LED RGB (4 contacte)

     12. Conectori:

         • Blocuri terminale: 7 x 2-Contact TB
         • Conectori placa-cablu: 3 x 4 cablu de contact + conectori carcasă
         • Audio: 2 conectori jack femele de 3,5 mm
         • Alimentator priza: 2 conectori de alimentare 220VAC (tată)
         • Mufă DC: 2 x conectori mama DC
         • Benzi LED și sursă de alimentare externă: 1 x 4 contacte conectoare asamblate de la placa la cablu + cablu

     Componente mecanice

     1. Filament pentru imprimantă 3D - PLA + de orice culoare
     2. 4 șuruburi cu diametrul de 5 mm
     3. Placă de prototipuri de cel puțin 9 x 15 cm
     4. Stoc de fire neutilizate

     Instrumente

     1. Imprimantă 3D (am folosit Creality Ender 3 cu pat de sticlă atașat)
     2. Hot Glue Gun
     3. Pensetă
     4. Plier
     5. Cutter
     6. Alimentare externă de 24V
     7. Osciloscop (opțional)
     8. Programator ISP AVR (pentru intermitent MCU)
     9. Șurubelniță electrică
     10. Ciocan de lipit
     11. Generator de funcții (opțional)

Pasul 3: Scheme electrice

Diagrama schematică este împărțită în circuite separate, ceea ce ne poate ușura înțelegerea funcționării:

Unitate de microcontroler

Acesta este un ATMEGA328P bazat pe AVR, așa cum a fost descris mai sus. Folosește oscilator intern și funcționează la 8MHz. J13 este conector pentru programator. Există o mulțime de programatori în lumea AVR, în acest proiect, am folosit un ISP Programmer V2.0 de la eBay. J10 este linia UART TX și este utilizată în principal în scopuri de depanare. Când construiți o procedură de tratare a întreruperilor, este uneori bine să știm ce sistem trebuie să ne spună din interior. D4 este LED RGB care este acționat direct de la MCU, datorită valorilor sale reduse de curent. Pinul PD0 este atașat la un buton de tip SPST cu un pull-up extern.

Senzor IR

Senzorul IR utilizat în acest proiect este un senzor IR cu trei pini de uz general, disponibil pe eBay, la prețuri foarte prietenoase. Pinul de semnal de ieșire IR este conectat la pinul de intrare de întrerupere (INT1) al MCU,

LCD

Display este o implementare simplă a unui display 1604A, cu transmisie de date pe 4 biți. Toți pinii de control / date sunt legați de MCU. Este important de observat că LCD-ul este atașat la placa principală prin intermediul a doi conectori J17, J18. Pentru a porni / opri modulul LCD, există un singur comutator BJT, care comută linia de masă pentru LCD.

Alimentare electrică

Toate circuitele interne, cu excepția benzii LED funcționează la 5V. După cum sa menționat anterior, sursa de alimentare de 5V este un modul DC-DC simplu (aici eBay m-a ajutat să găsesc soluția), care convertește 24V în 5V, fără probleme de încălzire, care ar putea apărea pe regulatorul liniar. Condensatoarele C [11..14] sunt utilizate pentru ocolire și sunt necesare pentru acest design datorită zgomotului de comutare prezent pe liniile de alimentare DC-DC - atât de intrare, cât și de ieșire.

Controlul monitorului

Circuitele de control ale monitorului sunt doar un sistem de comutare a releului. Deoarece am două monitoare, unul este alimentat de la 220VAC, iar al doilea este de la 19,8V, este necesară implementarea diferită. Fiecare ieșire MCU este conectată la 2N2222 BJT și o bobină de releu este atașată ca o sarcină de la 5V la pinul colectorului BJT. (Nu uitați să atașați o diodă inversă pentru o descărcare de curent adecvată!). La un 220VAC, releul comută liniile LINE și NEUTRAL și la un 19,8V, releul comută doar linia de curent continuu - deoarece are propria sa sursă de alimentare, liniile de masă sunt partajate pentru ambele circuite.

Control volum audio

Am vrut să folosesc amplificatoare audio LM386 ca tampoane pentru divizoarele de tensiune, pentru o transmisie atentă a semnalului audio. Fiecare canal - stânga și dreapta provine de la intrarea jack audio de 3,5 mm. Deoarece LM386 implementează la o configurație minimă a pieselor un câștig standard de G = 20, există un rezistor de 1MOhm pentru ambele canale. Astfel putem reduce cantitatea totală de putere pentru canalele de intrare către sistemul de difuzoare:

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

Și câștigul total este: G = (Vout / Vin) * 20 = 20/11 ~ 1.9

Divizorul de tensiune este o rețea simplă de potențiometru digital, în care ștergătorul transmite semnalul către tamponul LM386 (U2 este IC). Dispozitivul partajează SPI pentru toate circuitele periferice, unde numai liniile ENABLE sunt separate pentru fiecare dintre ele. MCP4261 este un potențiometru digital liniar 100K pe 8 biți, astfel fiecare pas în creșterea volumului este exprimat: dR = 100, 000/256 ~ 390Ohm.

Pinii A și B pentru fiecare canal STÂNGA și DREPT sunt legați de GND și 5V. Astfel, în poziția ștergătorului din partea de jos trece întregul semnal audio către GND prin volumul dispozitivului MUTING cu rezistor de 1MOhm.

Controlul luminozității benzii cu LED-uri:

Ideea controlului luminozității este similară cu cea a volumului, dar aici avem o problemă: potențiometrul digital poate transmite numai semnale ale căror amplitudini nu depășesc 5V la GND. Astfel, ideea este să plasați un tampon Op-Amp simplu (LM358) după divizorul de tensiune al potențiometrului digital. și tensiunea de control legată direct de un tranzistor PMOS.

X9C104P este un potențiometru digital pe 8 biți cu valoare de 100KOhm. Putem obține un calcul pentru tensiunea porții urmând doar reguli algebrice pentru fluxul de curent:

V (poartă) = V (ștergător) * (1 + R10 / R11) = 2V (ștergător) ~ 0 - 10V (care este suficient pentru a porni / opri și controla luminozitatea)

Pasul 4: Crearea unei incinte 3D

Pentru carcasa dispozitivului, am folosit un FreeCAD v0.18, care este un instrument excelent chiar și pentru începătorii ca mine.

Tipul incintei

Am vrut să creez o cutie în care să existe o singură coajă care va învălui placa lipită. Panoul frontal conține toate părțile interfeței utilizatorului, iar panoul din spate conține toți conectorii pentru electronica biroului. Aceste panouri sunt introduse direct într-o carcasă principală cu un ansamblu cu 4 șuruburi la capacul superior.

Dimensiuni

Probabil cel mai important pas din secvență. Este necesar să se țină seama de toate distanțele și regiunile de tăiere adecvate. După cum se vede în imagini, în primul rând dimensiunile luate sunt pe panourile din față și din spate:

Panou frontal: Regiuni de tăiere pentru LCD, comutator, LED și senzor IR. Toate aceste dimensiuni sunt derivate din fișa tehnică a producătorului pentru fiecare parte. (În cazul în care doriți să utilizați o parte diferită, este necesar să liniștiți toate regiunile tăiate.

Panoul din spate: Două găuri pentru mufele audio de 3,5 mm, Două conectori de alimentare cu 3 linii de 220V, Două mufe masculine pentru alimentarea cu curent continuu și găuri suplimentare pentru banda LED și alimentarea dispozitivului

Coajă superioară: Această carcasă este utilizată numai pentru a atașa toate piesele împreună. Deoarece panoul frontal și posterior sunt introduse în carcasa inferioară.

Shell inferior: baza dispozitivului. Acesta ține panourile, placa electronică lipită și șuruburile atașate la capacul superior.

Proiectarea pieselor

După crearea panourilor, putem trece la coaja de jos. Se recomandă asigurarea acomodării complet a pieselor după fiecare pas. Învelișul inferior este o formă extrudată simplă pe bază de dreptunghi, cu buzunare simetrice lângă marginile învelișului (Vezi imaginea 4).

După pasul de buzunar, este necesar să creați o bază cu 4 șuruburi pentru atașamentul capacului. Acestea au fost proiectate ca o inserție de cilindri primitivi cu rază diferită, unde cilindrul decupat este disponibil după funcționarea XOR.

Acum avem o coajă de fund completă. Pentru a crea un capac adecvat, este necesar să faceți o schiță pe partea superioară a carcasei și să creați aceleași puncte de cilindru (am atașat doar puncte de găurit, dar există posibilitatea de a crea găuri cu diametre fixe).

După ce întreaga carcasă a dispozitivului este completă, o putem verifica asamblând piesele împreună.

Pasul 5: Imprimare 3D

În cele din urmă, suntem aici și putem face un pas înainte către tipărire. Există fișiere STL disponibile pentru acest proiect, pe baza designului meu. Poate exista o problemă cu aceste fișiere de tipărit, deoarece nu există toleranțe luate în considerare. Aceste toleranțe pot fi ajustate în aplicația slicer (am folosit un Ultimaker Cura) pentru fișierele STL.

Părțile descrise au fost tipărite pe Creality Ender 3, cu pat de sticlă. Condițiile nu sunt departe de cele standard, dar ar trebui luate în considerare:

• Diametrul duzei: 0,4 mm
• Densitate de umplere: 50%
• Asistență: nu este deloc nevoie de atașament de asistență
• Viteza recomandată: 50mm / s pentru proiect

De îndată ce piesele carcasei sunt tipărite, este necesar să le verificați în viața reală. Dacă nu există probleme legate de atașarea pieselor carcasei, putem trece la etapa de asamblare și lipire.

Există unele probleme cu vizualizatorul STL în instructabile, așa că vă sugerez să îl descărcați mai întâi:)

Pasul 6: Asamblare și lipire

Procesul de lipire este unul dur, dar dacă separăm secvența în diferite circuite, va fi mult mai ușor să o finalizăm.

1. Circuitul MCU: Ar trebui lipit mai întâi cu conectorul său de programare feminin. În această etapă, putem testa efectiv funcționarea și conectivitatea acestuia.
2. Circuit audio: Al doilea. Nu uitați să atașați blocuri de borne pe placa lipită. Este foarte important să izolați calea de întoarcere a circuitelor audio de cele digitale - în special circuite integrate cu potențiometru digital, din cauza naturii lor zgomotoase.
3. Circuite de monitorizare: Similar circuitului audio, nu uitați să atașați blocul de borne la porturile I / O.
4. Conectori și panoul de interfață: ultimele lucruri care ar trebui conectate. Panoul de interfață cu utilizatorul este conectat la placa lipită prin conectorul Board-To-Wire, unde firele sunt lipite direct în părțile externe.

După procesul de lipire, există o succesiune simplă de atașamente ale pieselor mecanice. Așa cum s-a observat mai sus, este necesar să puneți 4 șuruburi (am folosit unul cu diametrul de 5 mm) la colțuri, care sunt prezente pe incintă. După aceea, este nevoie să atașați piese UI și conectori ai panoului din spate în lumea exterioară. Instrumentul preferat este un pistol cu adeziv fierbinte.

Va fi foarte util să verificați locația pieselor în incinta tipărită. Dacă totul arată bine, putem trece la pasul de programare.

Pasul 7: Programare

Acest pas este unul distractiv. Deoarece există o varietate de lucruri care trebuie să funcționeze, vom folosi un total de 5 servicii ale MCU: întrerupere externă, periferice SPI, UART pentru înregistrare, temporizatoare pentru numărare precisă și EEPROM pentru stocarea codurilor noastre de la distanță IR.

EEPROM este un instrument esențial pentru datele noastre stocate. Pentru a stoca codurile la distanță IR, este necesar să efectuați o secvență de apăsare a butoanelor. După fiecare secvență, sistemul își va aminti codurile independente de starea în care dispozitivul este alimentat sau nu.

În partea de jos a acestui pas puteți găsi întregul proiect Atmel Studio 7 arhivat ca RAR.

Programarea se face de către AVR ISP Programmer V2, 0, printr-o aplicație simplă numită ProgISP. Este o aplicație foarte prietenoasă, cu interfață completă a utilizatorului. Doar selectați fișierul HEX adecvat și descărcați-l pe MCU.

IMPORTANT: Înainte de orice programare a MCU, asigurați-vă că toate setările corespunzătoare sunt definite în conformitate cu cerințele de proiectare. La fel ca frecvența internă a ceasului - în mod implicit, are siguranța divizorului activă la setarea din fabrică, deci trebuie să fie programată la logică HIGH.

Pasul 8: Asociere și testare

În sfârșit suntem aici, după toată munca grea care a fost făcută:)

Pentru a utiliza dispozitivul în mod corespunzător, este nevoie de o secvență de împerechere, astfel dispozitivul va „aminti” telecomanda IR atașată care ar fi folosită. Pașii asocierii sunt după cum urmează:

1. Porniți dispozitivul, așteptați inițializarea afișajului UI principal
2. Apăsați butonul pentru prima dată
3. Înainte ca contorul să ajungă la zero, apăsați butonul altă dată
4. Apăsați tasta corespunzătoare pe care doriți să o aveți o funcție specifică, în funcție de dispozitiv
5. Reporniți dispozitivul, asigurați-vă că acum răspunde la tastele care au fost definite.

Si asta e!

Sper că veți găsi acest lucru util, Mulțumesc pentru lectură!