Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym

ghost666 04 Jan 2019 15:05 4500 23
Optex
  • Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym
    W poniższym artykule przedstawiono instrukcję montażu świeczki LEDowej. Wyróżnia się ona na tle innych tego rodzaju konstrukcji dwoma cechami - po pierwsze jest zasilana z baterii i pracować może dosyć długo na zasilaniu bateryjnym, a po drugie, wykorzystano w niej matrycę LEDową, dzięki czemu efekt, jaki sobą prezentuje, jest bardzo estetyczny i realistyczny.

    Świeczka wykorzystuje matrycowe LEDy do wyświetlana prostego filmu z nagranym prawdziwym płomieniem świecy. Konstrukcja jest bardzo prosta - każdy może złożyć w domu takie urządzenie. Prześledźmy krok po kroku, jak to zrobić.

    Krok 1: Co będzie nam potrzebne

    * Drukarka 3D (albo dostęp do takowej)
    * Mieszanka cementowa
    * Arduino Pro Micro 16 MHz (8 MHz jest za wolne)
    * Ładowarka ogniw LiPo TP4506
    * Macierz LED od Adafruit i driver PWM
    * Blacha aluminiowa 1,5 mm plus możliwość jej gięcia
    * Dwustronna taśma klejąca
    * Cienki kabel
    * Niewielki przełącznik
    * Pojedynczy akumulatorek 18650
    * Farba do pomalowania gotowej konstrukcji

    Jak wygląda gotowa konstrukcja zobaczyć można na filmie poniżej:



    Krok 2: Wydrukuj elementy

    Świeczka wymaga kilku drukowanych elementów, ale na szczęście jest ich niewiele. Wystarczy wydrukować wewnętrzną część świeczki, podstawę, która zawierać będzie m.in. włącznik. Po wydrukowaniu możemy wstępnie spasować części ze sobą i sprawdzić, czy Arduino oraz TP4506 mieszczą się w środku.

    Projekt wykonany został w Fusion 360. Pliki dostępne są na źródłowej stronie z projektem. Można je dowolnie modyfikować, na przykład zrezygnować z aluminiowych elementów w świeczce, jeżeli nie mamy możliwości obróbki tego tworzywa.

    Krok 3: Macierz LEDowa

    Każde pole lutownicze na macierzy LEDowej jest dobrze opisane, więc ciężko jest popełnić poważny błąd. Warto jednakże pilnować, by nie przylutować nic do pinów bez oznaczonych cyferek. Tak więc lutujemy tylko piny z jednej strony, które podłączone będą do modułów PWM.

    Macierz LEDowa umieszczana jest następnie na aluminiowym elemencie na samej górze. Nie jest ważne, czy macierz lutować będziemy przed czy po montażu na szczycie - autor sprawdzał oba podejście i żadne z nich nie jest lepsze niż to drugie.

    Po przylutowaniu przewodów do pinów możemy przyciąć piny, by wszystko dobrze spasować.

    Krok 4: Świeczka

    Sama świeczka wykonana jest z dwóch kawałków aluminium, z których jeden jest o 5 mm dłuższy. Świeczka ma 185 mm wysokości i 28 mm szerokości, ale da się przerobić projekt tak, by zmienić jej rozmiary. Rozmiary te są jednak doskonale dopasowane do wymiarów użytej elektroniki.

    Elementy świeczki zostały sklejone dwustronną taśmą klejącą, ale można to było zrobić równie dobrze np. klejem na ciepło. W środku świeczki znajdują się kable łączące matrycę LED z podstawą, gdzie znajduje się kontrolujący diody moduł.

    Krok 5: Baza

    Baza wykonana została z betonu artystycznego. Wystarczy wymieszać gotowy cement z wodą i można odlewać z niej dowolne elementy. Forma do odlewów wykonana jest z wodoodpornej sklejki.

    Obudowę musimy odrobinę przygotować, zanim zaczniemy układać beton. Zaklejamy taśmą otwory, takie jak gniazdo USB czy miejsce osadzenia świeczki. Jeśli tego nie zrobimy to beton dostanie się w ten otwór, co nie będzie wyglądać za dobrze. Nakładamy na wewnętrzne ściany beton - na ściankach wystarczy ok 10 mm, a na górnej części 15 mm.

    Po nałożeniu betonu musimy poczekać, aż zwiąże. Zajmuje to dosyć dużo czasu - jeśli myślisz, że już związał, to poczekaj jeszcze raz tyle i wtedy wyjmuj bazę z formy. Wszelkie poprawki możemy nanieść pilnikiem bądź papierem ściernym, ale nie przejmujmy się za bardzo - to beton, nie musi być perfekcyjny.

    Krok 6: Kolor

    Przed malowaniem całości aluminium powinno być wyczyszczone i odtłuszczone, np. izopropanolem. Jest to zawsze dobry początek malowania. Powierzchni nie musimy matowić przed malowaniem, farba będzie trzymała się i bez tego.

    Całość malujemy farbą w sprayu, pokrywając całą konstrukcję równą i niezbyt grubą warstwą. W razie czego położyć możemy kilka warstw. Malujemy wszystkie elementy, włącznie z kablami i elementami z druku 3D. Całość najlepiej jest pokryć dwoma lub trzema warstwami, pozwalając farbie wyschnąć pomiędzy warstwami.

    Uwaga na kolor betonu - będzie się zmieniał przez pewien czas, w związku z jego schnięciem.

    Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym
    Krok 7: Elektronika

    Do modułu sterującego świeczką ładujemy szkic Arduino dostępny na źródłowej stronie. Jest to mocno zmodyfikowana wersja oprogramowania dostarczanego przez Adafruit, gdyż oryginalne oprogramowanie nie mieściło się do tego układu. Względem oryginału brakuje tylko jednej ramki, a sam program zajmuje ponad 99% przestrzeni mikrokontrolera - 28664 bajtów, co oznacza, że wolnych zostało zaledwie 6 bajtów.

    Podczas wgrywania oprogramowania do modułu obserwujmy diody LED. Jedna czerwona będzie na stałe zapalona, a dwie zielone będą mrugać. Ta czerwona dioda będzie zapalona przez cały czas działania układu, co oznacza, że najlepiej wylutować ją z układu, żeby nie psuły efektu - w kodzie programu niestety nie pozostało już raczej miejsca, aby ją zgasić.

    Połączenia pomiędzy modułem sterującym a Arduino są bardzo proste:

    ArduinoWyświetlacz
    D2SDA
    D3SCL
    VCCVCC
    GNDGND

    Dodatkowo podłączamy ładowarkę wraz z baterią:

    TP4506Arduino
    OUT-GND
    OUT+RAW, poprzez przełącznik


    Pamiętajmy, podczas łączenia modułów, by kable były odpowiednio długie, aby nie uniemożliwiły nam finalnego montażu urządzenia.

    Kable połączeń, zamiast przekładać przez otwory w PCB, należy przylutować na płasko - najpierw nakładamy na pole lutownicze cynę, a potem lutujemy kabelek, pamiętając o tym, jak będzie on później ułożony w gotowym urządzeniu.

    Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym
    KRok 8: Elektronika w wyświetlaczu

    Jeśli wygniemy odrobinę końcówki pocynowanych kabelków, które wsuwamy w świeczkę, to wsuną się one niemalże bez problemu w pola lutownicze wyświetlacza. Mimo to, jest to chyba najtrudniejszy i najbardziej irytujący moment montażu naszej elektronicznej świeczki. Natomiast jeśli zmontowaliśmy wszystko poprawnie, to na pewno uda nam się umieścić kable na swoim miejscu.

    Teraz możemy przetestować działanie całego układu, zanim zmontujemy go na stałe.

    Krok 9: Finalny montaż urządzenia

    Jeśli po złożeniu wszystkiego układ nadal działa, to możemy zamontować wyświetlacz na miejscu na stałe. Po przylutowaniu kabli do sterownika PWM możemy przykleić na miejsce macierz LED z pomocą odrobiny kleju, pomiędzy nią a plastikowymi elementami z druku 3D. Klej powinien wpłynąć pomiędzy poszczególne elementy i przykleić wyświetlacz do reszty konstrukcji.

    Teraz zmontować możemy podstawę z elektroniką. Najpierw w obudowie montujmy moduł z mikrokontrolerem, a następnie ładowarkę. Wszystko powinno zmieścić się na delikatny wcisk, ale jeśli tak nie jest, to ładowarkę można delikatnie przykleić tak, aby pozostawić miejsce do połączenia kabla USB do zasilacza.

    Następnie na ładowarce przyklejamy baterie, układając kable obok. Finalnie całość zakrywamy dolną pokrywą. Jeśli nie mieści się ona na swoim miejscu, możemy usunąć dwa dodatkowe wystające elementy, które są tam, by dodatkowo podtrzymywać baterię.

    Na spodzie podstawy dokleić możemy gumowe nóżki.

    Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym


    Podsumowanie

    Jeśli chodzi o prędkość, to przy klasycznym Arduino, pracującym z zegarem 8 MHz, możemy osiągnąć około 12 klatek na sekundę. Stanowczo zbyt wolno, by wyglądało to poprawnie, dlatego też konieczne jest stosowanie modułów z ESP.

    Świeczka jest w stanie działać do 29 godzin zanim musi zostać naładowana. Gdyby zmienić moduł na inny, to być może czas pracy mógłby się jeszcze wydłużyć z uwagi na mniejszy pobierany prąd oraz niższe napięcie, przy którym układ poprawnie działa. Autor załącza dokładne dane w artykule źródłowym. Po rozładowaniu się baterii obraz na wyświetlaczu przestanie się ruszać - diody będą działały jeszcze jakiś czas, po tym jak mikrokontroler się wyłączy.

    Podczas ładowania na module z TP4506 będzie palić się czerwona, a po naładowaniu niebieska dioda.

    Istnieje możliwość dołożenia drugiego wyświetlacza LED równolegle z istniejącym, ale wymaga to lustrzanego odbicia wszystkich połączeń i utrudni i tak już dosyć skomplikowany projekt.

    Źródło: https://www.instructables.com/id/Matrix-LED-Light/

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11036 posts with rating 9364, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Optex
  • #2
    khoam
    Level 41  
    Całkiem fajne, szkoda że sama e-świeczka też nie jest 3D :)
  • Optex
  • #3
    katakrowa
    Level 22  
    ghost666 wrote:
    Jeśli chodzi o prędkość, to przy klasycznym Arduino, pracującym z zegarem 8 MHz, możemy osiągnąć około 12 klatek na sekundę.


    No to trzeba przyznać, że cały układ jest dalece nieefektywny i wymaga poważnych optymalizacji.
    Ten "ekran" ma w sumie 160 pikseli ( 16x10 ). Wykorzystując 8-bitowe CPU i niecałe 2MHZ tworzyło się całe demka rysujące "cuda" na ekranie np. 160x200 - czyli 32000 pixeli ( o grach nie wspomnę ). Tutaj mamy 8MHz i brakuje "powera" żeby symulować "płomień świeczki" ( tutaj w sumie nic nie symulują tylko odtwarzają film ) ... Nawet gdyby do wyświetlacza wysyłać dane zwykłym portem szeregowym z szybkością 115200 boud'ów to bez problemu możemy w czasie rzeczywistym przesłać ponad 20 klatek na sekundę zakładając że każdy pixel mamy w formacie RGB 0-255 - a przecież można to dalece zoptymalizować.
  • #4
    lechoo
    Level 39  
    @katakrowa
    W tym projekcie "dużo pary idzie w gwizdek" w wyniku sterowania wyświetlaczem za pośrednictwem interfejsu I2C - zapewne emulowanego programowo.
  • #5
    a_noob
    Level 23  
    Warto zrobić samemu, oryginał autorstwa panów Moritz Waldemeyer i Ingo Maurer nazywa się "My New Flame" i kosztuje ~2.000 PLN ;) Wydaje mi się, że ich projekt jednak bardziej trafia w gust elektronika.
    Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym Elektroniczna świeczka z wyświetlaczem macierzowym
  • #7
    katakrowa
    Level 22  
    a_noob wrote:
    Wydaje mi się, że ich projekt jednak bardziej trafia w gust elektronika.

    Zdecydowanie fajniejsze.
    Jednaj rozumiem, że nowość ale 450€ to chyba leciutka przesada, za PCB, 128 diod led + kilka scalaków ... Na szczęście poza sklepem producenta można już kupić za jedyne 375€.
    Wydaje mi się, że tak wygórowaną ceną producent sam zachęca do tego żeby dać się wygryźć konkurencji. Wiadomo jak kogoś stać niech kupuje :-)
  • #8
    Janusz_kk
    Level 34  
    lechoo wrote:
    W tym projekcie "dużo pary idzie w gwizdek" w wyniku sterowania wyświetlaczem za pośrednictwem interfejsu I2C - zapewne emulowanego programowo.

    I jeszcze 6 bajtów to mało aby zgasić pin !!! Ja pie..le co to za kompilator? w wielu procach to jedna instrukcja.
  • #9
    zgierzman
    Level 30  
    arturavs wrote:
    Co to za wyświetlacz "macierzowy"?


    Hmmm, znasz lepsze tłumaczenie "led matrix"?
    Ja popieram posługiwanie się polszczyzną, a jak czytam "wyświetlacz matrixowy" to nóż mi się w kieszeni otwiera...

    Dodano po 10 [minuty]:

    katakrowa wrote:
    Jednaj rozumiem, że nowość ale 450€ to chyba leciutka przesada, za PCB, 128 diod led + kilka scalaków ... Na szczęście poza sklepem producenta można już kupić za jedyne 375€.

    ;-)
    To jest projekt jakby rodem z Twojego podwórka. Snoby sypną groszem za "świeczkę", która wliczając PCB, scalaki, LED i pracę programisty warta jest może ze 20€ max (a 2€ kiedy zrobi się ich naprawdę dużo), jeśli wmówi im się, że to produkt wyjątkowy i dla koneserów. Podobnie jak cudowna pasta na wzmacniacze operacyjne do audio.
    "Co minutę rodzi się frajer" - trzeba tylko znaleźć odpowiednią niszę...
  • #11
    zgierzman
    Level 30  
    arturavs wrote:
    zgierzman wrote:
    Hmmm, znasz lepsze tłumaczenie "led matrix"?


    Tak. Matryca LED.


    Rzeczywiście. Byłem już chyba zbyt zmęczony, kiedy wczoraj (dzisiaj) pisałem posta ;-)
  • #12
    a_noob
    Level 23  
    katakrowa wrote:
    Jednaj rozumiem, że nowość ale 450€ to chyba leciutka przesada

    Nowość? To jest projekt z 2012 roku, tu się płaci za nazwisko Ingo Maurer'a (taki świat...), nie ma podatku od nowości, bo jego produkty zwyczajnie nie tanieją, a wiele z nich stało się ikonami designu. Raz miałem małe spięcie w mózgu jak parę lat temu widziałem jedną jego lampę opisaną jako nowość, później w 2015 oglądałem "powrót do przyszłości II" (bo przenosili się właśnie do tego roku) i w scenach w domu z przyszłości wisiała dokładnie ta sama lampa... w filmie nagranym 1989! Okazało się, że nie wpadłem w dziurę w czasoprzestrzeni, ta nowość to była reedycja projektu z 1970 roku, zwyczajnie zastąpili świetlówki diodami.
    Tak na marginesie, mało z tego filmu się sprawdziło w 2015.
    Moritz Waldemeyer to kolejny gość, którego obserwuję od dłuższego czasu, jego projekty są dla nas (elektroników) o tyle ciekawsze, że używa w nich elektroniki do interakcji światła z użytkownikiem, naprawdę polecam pogrzebać sobie o nim. Zaskoczeniem dla mnie było kiedy nagle się okazało, że dwóch moich ulubionych facetów od światła, z zupełnie innych środowisk i zastosowań ich produktów, połączyło się przy wspólnym projekcie. Dlatego mimo raczej przesadnej ceny, gdy będzie mnie na to stać, kupię sobie chociaż jedną taką świeczkę.
    ...chyba troszeczkę odbiegam od tematu, ale co tam.
  • #13
    User removed account
    Level 1  
  • #14
    leonow32

    Level 30  
    16MHz żeby sterować wyświetlaczykiem 10x16 pikseli???? Cytując klasyka - nie ma tak mocnego procesora, którego by się nie dało zamulić źle napisanym programem.

    Tutaj przykłady jakie obrazy potrafi generować AVR, ale program nie jest pisany w Arduino :)
    https://m.youtube.com/watch?v=vPZ5ByIxiFM
    https://m.youtube.com/watch?v=ZpPd0pdQ3dE
  • #15
    398216 Usunięty
    Level 43  
    Zamiast skomplikowanego układu, programowania, garści diod wystarczyło użyć specjalnej LED imitującej płomień świecy plus np. białego (matowego) termogluta, z którego można by uformować kształt płomienia. Zdecydowanie taniej.
    Poza tym 29 godzin? Tyle może się palić większy wkład do znicza...a nawet dłużej...Co nie dość że też wychodzi taniej, to na dodatek jest tam "żywy" płomień.
    Dla mnie przerost formy nad treścią ten projekt. Taki nieprzydatny/nieekonomiczny/ gadżet, który powstał chyba tylko na zasadzie "że można".
  • #17
    a_noob
    Level 23  
    398216 Usunięty wrote:
    wystarczyło użyć specjalnej LED imitującej płomień świecy plus np. białego (matowego) termogluta, z którego można by uformować kształt płomienia

    Wystarczło użyć zwykłego LEDa, rezystora i baterii, jeszcze taniej, szybciej, starczy czasu oraz pieniędzy żeby iść po piwo i posiedzieć z nim przed telewizorem, przecież "świeczka" zrobiona i się świeci. Tylko czy aby na pewno o to w tym chodzi?
  • #18
    User removed account
    Level 1  
  • #19
    398216 Usunięty
    Level 43  
    a_noob wrote:
    Tylko czy aby na pewno o to w tym chodzi?
    drobok wrote:
    raczej chodzi o samo diy a nie o to by efekt był tanio

    A czy ja nie pisałem czegoś podobnego?
    398216 Usunięty wrote:
    gadżet, który powstał chyba tylko na zasadzie "że można".

    Nie mam zastrzeżeń do autora, że coś robi. Wskazuję jedynie, że zamiast wszechobecnych procesorów można prawie (a może nawet lepszy - patrz post Kol.drobok) uzyskać taki sam efekt.
  • #20
    timo66
    Level 23  
    Co za wieś. Ten projekt na "elke" nie pasuje - Janusze i Wieśki nie mają co w garnek włożyć, a tu kolega @ghost666 takie "herezje" pokazuje.
    Szczerze powiedziawszy to tylko pokazuje jak wygłodzone jest społeczeństwo w Polsce. Jawnie pokazane jak się robi kasę, to garść ludzi się będzie pieklić o złe wykonanie!
    W czym problem jak jeden z drugim potrafi taniej, lepiej, by sam zarabiać? Lenistwo?!
  • #21
    bartek 8118
    Level 18  
    Mi się osobiście projekt podoba się. Dodałbym jeszcze od tyłu panele fotowoltaiczne aby w dzień ładowały ogniwo gdy "świeczka" stałaby na parapecie.
  • #22
    katakrowa
    Level 22  
    timo66 wrote:
    W czym problem jak jeden z drugim potrafi taniej, lepiej, by sam zarabiać? Lenistwo?!


    To portal techniczny a nie biznesowy więc projekty ocenianie są pod kątem technicznym a nie skutecznego marketingu i genialnego biznes-planu autorów.
    A w przypadku tego projektu wykonanie jest "do d...". Można to zrobić lepiej, taniej i szybciej.
  • #23
    timo66
    Level 23  
    @katakrowa czyli pretensje do kolegi @ghost666, że przetłumaczył i zamieścił na forum. Zaniża poziom, a autor tego projektu i tak nic z tego niema, bo śmiem mniemać, że nawet nie wie iż jego projekt jest krytykowany - by nie stwierdzić w prost "do dupy".
  • #24
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    Ma ktoś linke do tego displaya?

    Dodano po 11 [minuty]:

    https://kamami.pl/diody-led-matryce-linijki/5...e-do-charlieplexingu-zolta-adafruit-2948.html
    Z tego co widzę matryca i driver to osobne elementy.
    Zapewne matryce można podpiąć wprost w procesor i zapewni to o wiele lepsze programowanie zasobów.