Uzaqdan idarə olunan kompüter masası: 8 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bu yaxınlarda bir problemlə qarşılaşdım ki, tənbəlliyim evdə mənim üçün böyük problemə çevrildi. Yatağa gedən kimi, kompüterimdə bir neçə serial oynayan bir neçə gözəl LED enerjili işıq qoymaq istərdim. Amma… Bu şeyləri söndürmək istəsəm, hər dəfə QALMALIDIRAM və əllə söndürərəm. Beləliklə, pultumdakı müvafiq düyməni basaraq monitorları və işığı yandırıb söndürə, dinamiklərin səs səviyyəsini və LED şerit işıqlandırmasının parlaqlığını tənzimləyə biləcəyim bütün PC masa üstü üçün tam bir nəzarətçi qurmağa qərar verdim.

Layihə, IR uzaqdan idarə olunan bir PC masası / tezgah nəzarətçi qutusudur. Bu günlərdə çox sayda IR uzaqdan idarəetmə cihazı var, amma bu problem deyil. Bu nəzarətçi tənzimlənə bilər və istifadə etdiyimiz sensor üçün müvafiq protokolu dəstəkləyən hər hansı bir IR uzaqdan idarəetmə cihazı ilə qoşula bilər (bunu daha sonra əhatə edəcəyik).

İdarə olunan kompüter masasının xüsusiyyət masası bunlardır:

1. AC Güc Nəzarəti: 220VAC -a qoşulmuş monitoru işə salmaq/söndürmək
2. DC Güc Nəzarəti: DC gücünə qoşulmuş monitoru işə salmaq/söndürmək (48V -ə qədər)
3. Audio Səsə Nəzarət: Dinamiklərə ötürülən stereo səs səviyyəsinə tam nəzarət
4. LED Şerit İşıqlandırma Nəzarəti: LED şerit işıqlandırma parlaqlığının tam nəzarəti

Cihazın düzgün dizayn edilmiş istifadəçi interfeysi və tənzimlənən mexaniki bölmələri var ki, bu da qurulmasını və istifadəsini asanlaşdırır:

1. Ekran: Bütün idarə olunan sistemlərin real vaxt vəziyyəti 16x4 LCD ekranda təqdim olunur
2. RGB LED: Sistemə əlavə bir rəy vermək üçün bunun məqsədi istifadəçi üçün IR uzaqdan qəbul edilmiş bir siqnal olduğunu qəbul etməkdir.
3. Cütləşmə sistemi: Cihazda cütləşmə prosesi üçün basılmalı olan tək düymə var. Eşleştirme prosesi başladıqda, ekranda göstərilən təlimatları izləyərək istənilən IR uzaqdan idarəetmə cihazını cihazımıza qoşa bilərik.

Əsasları öyrəndikdən sonra onu quraq!

Addım 1: İzahat

Dizayn mürəkkəbliyi olmadığı üçün cihazın işləməsi sadə bir iş olaraq qəbul edilə bilər. Blok diaqramda da göründüyü kimi, "beyin" AVR mikro nəzarətçisidir, digər bütün hissələr isə bu "beyin" tərəfindən idarə olunur. Bütün şəkli ağlımızda təşkil etmək üçün dizaynı blok-blok olaraq təsvir edək:

Enerji təchizatı vahidi: Seçilən cihazın enerji mənbəyi sistemə 24VDC girişi təmin edə bilən LED şeridi PSU -dur. Mikro nəzarətçi, röleler, rəqəmsal potensiometrlər və səs gücləndiriciləri 5V-də işləyir, buna görə də dizayna DC-DC aşağı salınma çeviricisi əlavə edildi. Xətti tənzimləyici əvəzinə DC-DC-nin başlıca səbəbi güc itkisi və səmərəliliyin olmamasıdır. Klassik LM7805 -dən 24V giriş və 5V çıxışı ilə istifadə etdiyimizi düşünün. Cərəyan əhəmiyyətli dəyərlərə çatdıqda, xətti tənzimləyicidə istilik şəklində dağılacaq güc çox böyük olacaq və səs dövrələrinə uğultu səsləri əlavə edərək həddindən artıq istiləşə bilər:

Pout = Pin + Pdiss, buna görə 1A -da əldə edirik: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (dağılmış gücdə).

Mikro nəzarətçi: Kodu bacardığım qədər sürətli yazmaq üçün Arduino UNO lövhələrində geniş istifadə olunan AVR əsaslı ATMEGA328P seçdim. Dizayn tələblərinə görə, demək olar ki, bütün periferik dəstəyi istifadə edəcəyik: Fasilələr, taymerlər, UART, SPI və s. Sistemin əsas bloku olduğu üçün cihazın bütün hissələri ilə əlaqə qurur

• İstifadəçi interfeysi: Cihazın ön paneli istifadəçinin qarşılıqlı əlaqədə olması lazım olan bütün hissələri ehtiva edir:

  1. IR Sensor: IR uzaq məlumatlarının deşifr edilməsi üçün sensor.
  2. Push-Button: IR pultunu cihaza qoşmaq üçün tələb olunur
  3. RGB LED: Sistem tərəfindən alınan məlumatlarla bağlı rəy vermək üçün estetik əlavə
  4. LCD: Cihazın içərisində baş verənlərin qrafik təsviri

Monitorlara Nəzarət: Cihazı PC monitorlarında güc dəyişdirmə qabiliyyətinə sahib etmək üçün böyük gərginlik dəyərləri ilə məşğul olmaq lazımdır. Məsələn, mənim Samsung monitorlarım heç bir güc konfiqurasiyasını paylaşmır: Biri 220VAC, digəri isə 19.8V öz PSU ilə təchiz edilmişdir. Beləliklə, həll monitorun elektrik xətlərinin hər biri üçün bir röle dövrəsi idi. Bu röleler MCU tərəfindən idarə olunur və tamamilə ayrılır, bu da hər bir monitor üçün monitörün güc ötürülməsini müstəqil edir

İşıq Nəzarəti: Sistemin enerji təchizatı girişi kimi istifadə olunan 24VDC -nin əlavə enerji təchizatı ilə birlikdə gələn bir LED şeridim var. LED şeridi vasitəsilə böyük bir cərəyan keçirməyə ehtiyac olduğundan, onun parlaqlıq mexanizmi, aktiv zonanın xətti bir bölgəsində işləyən MOSFET-ə əsaslanan bir cərəyan məhdudlaşdırıcı dövrə daxildir

Həcmi İdarəetmə: Bu sistem, tətbiq olunan gərginliyin rəqəmsal potansiyometr silecek hərəkəti ilə dəyişdirildiyi, həm SOL, həm də SAĞ kanaldakı səs siqnallarının gərginlik bölücülərdən keçməsinə əsaslanır. Hər bir girişdə tək bir gərginlik bölücüsünün olduğu iki LM386 əsas dövrə var (bunu daha sonra əhatə edəcəyik). Giriş və çıxış 3,5 mm stereo jaklardan ibarətdir

Deyəsən, dövrələrin bütün ayrılmaz hissələrini əhatə etdik. Elektrik sxemlərinə davam edək …

Addım 2: Parçalar və Alətlər

Layihəni qurmaq üçün lazım olan hər şey:

Elektron komponentlər

1. Ümumi komponentlər:

   • Rezistorlar:

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

     9. Digər:

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

     10. İnteqrasiya edilmiş sxemlər:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Səs Gücləndiricisi: 2 x LM386
         • İkili Rəqəmsal Potansiyometr: 1 x MCP4261
         • Tək Rəqəmsal Potansiyometr: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (Hər hansı bir DC-DC 5V dostu cihazla əvəz edilə bilər)
         • Op-Amp: 1 x LM358
         • Röleler: 5V dözümlü ikili SPDT
         • Xarici 24V enerji təchizatı

     11. İstifadəçi interfeysi:

         • LCD: 1 x 1604A
         • IR Sensor: 1 x CDS-IR
         • Düymə: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontakt)

     12. Bağlayıcılar:

         • Terminal Blokları: 7 x 2-Əlaqəli Vərəm
         • Lövhədən Telə Konnektorlar: 3 x 4 kontakt kabeli + yuva konnektoru
         • Səs: 2 x 3,5 mm Dişi jak konnektorları
         • Çıxış PSU: 2 x 220VAC güc konnektoru (kişi)
         • DC Jack: 2 x Kişi DC Jack Konnektoru
         • LED Şeridi və Xarici Güc Təchizatı: 1 x 4 kontaktlı lövhədən telə yığılmış konnektorlar + kabel

     Mexaniki komponentlər

     1. 3D Yazıcı Filamenti - İstənilən rəngdə PLA+
     2. 5 mm diametrli 4 vida
     3. Ən azı 9 x 15 sm ölçülü prototip lövhəsi
     4. İstifadə edilməmiş tellərin ehtiyatı

     Alətlər

     1. 3D printer (əlavə edilmiş şüşə tipli çarpayı ilə Creality Ender 3 istifadə etdim)
     2. İsti Yapışqan Tabancası
     3. Cımbız
     4. Pense
     5. Kəsici
     6. Xarici 24V enerji təchizatı
     7. Osiloskop (İsteğe bağlı)
     8. AVR ISP Proqramçısı (MCU yanıb sönmək üçün)
     9. Elektrikli Tornavida
     10. Lehimleme dəmir
     11. Function Generator (İsteğe bağlı)

Addım 3: Elektrik sxemləri

Şematik diaqram, işini başa düşməyimizi asanlaşdıran ayrılmış sxemlərə bölünür:

Mikrokontrolör vahidi

Bu, yuxarıda təsvir edildiyi kimi AVR əsaslı ATMEGA328P -dir. Daxili osilatordan istifadə edir və 8MHz -də işləyir. J13 proqramçı bağlayıcısıdır. AVR dünyasında bir çox proqramçı var, bu layihədə eBay -dən bir ISP Programmer V2.0 istifadə etdim. J10, UART TX xəttidir və əsasən ayıklama məqsədləri üçün istifadə olunur. Bir ara vermə proseduru qurarkən, hansı sistemin içəridən bizə izah etməli olduğunu bilmək bəzən yaxşı olar. D4, aşağı cərəyan dərəcələrinə görə birbaşa MCU -dan idarə olunan RGB LED -dir. PD0 pin, xarici bir çəkmə ilə SPST tipli bir düyməyə bərkidilir.

IR Sensor

Bu layihədə istifadə olunan IR sensoru, eBay-də çox münasib qiymətlərlə mövcud olan ümumi məqsədli üç pinli IR sensordur. IR çıxış siqnal pimi MCU -nun kəsmə giriş pininə (INT1) bağlıdır,

LCD

Ekran, 4 bit məlumat ötürülməsi olan 1604A ekranın sadə bir tətbiqidir. Bütün nəzarət/məlumat pinləri MCU -ya bağlıdır. LCD -nin iki lövhə J17, J18 vasitəsilə ana lövhəyə bağlandığını qeyd etmək vacibdir. LCD modulunu işə salmaq/söndürmək üçün, tək bir BJT açarı, LCD üçün keçid xətti var.

Enerji təchizatı

LED şeridi istisna olmaqla, bütün daxili sxemlər 5V -də işləyir. Daha əvvəl də qeyd edildiyi kimi, 5V güc mənbəyi xətti tənzimləyicidə baş verə biləcək 24V-ni 5V-ə çevirən, sadə bir DC-DC moduldur (burada eBay həllini tapmağa kömək etdi). Kondansatörler C [11..14] by -pass üçün istifadə olunur və DC -DC elektrik xətlərində - həm giriş, həm də çıxışda səs -küyün dəyişməsi səbəbindən bu dizayn üçün lazımdır.

Monitor Nəzarəti

Monitor idarəetmə sxemləri yalnız bir röle keçid sistemidir. İki monitorum olduğundan biri 220VAC -dan, ikincisi isə 19.8V -dən qidalanır, buna görə fərqli tətbiq tələb olunur.: Hər bir MCU çıxışı 2N2222 BJT -yə qoşulur və 5V -dən BJT kollektorunun pininə bir yük rölesi bağlanır.. (Müvafiq cərəyan axını üçün tərs diod bağlamağı unutmayın!). 220VAC -da röle LINE və NEUTRAL xətlərini, 19.8V -də isə yalnız DC elektrik xəttini dəyişir - öz enerji təchizatı olduğundan torpaq xətləri hər iki sxem üçün paylaşılır.

Audio Səs Nəzarəti

Ehtiyatlı səs siqnalının ötürülməsi üçün gərginlik bölücüləri üçün tampon olaraq LM386 səs gücləndiricilərindən istifadə etmək istədim. Hər bir kanal - sol və sağ 3,5 mm audio jak girişindən gəlir. LM386 minimum hissə konfiqurasiyasında G = 20 standart bir qazanc tətbiq etdiyindən, hər iki kanal üçün 1MOhm müqavimət var. Bu yolla hoparlör sisteminə giriş kanalları üçün ümumi güc miqdarını azalda bilərik:

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

Və ümumi qazanc: G = (Vout / Vin) * 20 = 20/11 ~ 1.9

Gərginlik bölücü, silecek siqnalını LM386 tamponuna ötürdüyü sadə bir rəqəmsal potansiometr şəbəkəsidir (U2 IC -dir). Cihaz, hər biri üçün yalnız ENABLE xətlərinin ayrıldığı bütün periferik sxemlər üçün SPI paylaşır. MCP4261, 100K 8-bit xətti rəqəmsal potensiometr IC-dir, beləliklə həcm artımının hər bir addımı ifadə olunur: dR = 100, 000 /256 ~ 390Ohm.

Hər SOL və SAĞ kanallar üçün A və B pinləri GND və 5V -ə bağlıdır. Beləliklə, altdakı silecek mövqeyində bütün səs siqnalı 1MOhm rezistor MUTING cihazının həcmi vasitəsilə GND -ə keçir.

LED Şerit Parlaqlıq Nəzarəti:

Parlaqlıq idarəsi səs idarəçiliyinə bənzəyir, amma burada bir problem var: rəqəmsal potensiometr yalnız amplitüdləri 5V -dən çox olmayan siqnalları GND -ə ötürə bilər. Beləliklə, fikir rəqəmsal potansiometr gərginlik bölücüsündən sonra sadə bir Op-Amp tamponu (LM358) yerləşdirməkdir. və nəzarət gərginliyi birbaşa PMOS tranzistoruna bağlıdır.

X9C104P, 100KOhm dəyərində olan 8 bitlik tək bir rəqəmsal potansiyometrdir. Cari cərəyan üçün cəbr qaydalarına riayət etməklə qapı gərginliyi üçün bir hesablama əldə edə bilərik:

V (qapı) = V (silecek) * (1 + R10/R11) = 2V (silecek) ~ 0 - 10V (açmaq/söndürmək və parlaqlığı idarə etmək üçün kifayətdir)

Addım 4: 3D Kassanın yaradılması

Cihazı bağlamaq üçün, hətta mənim kimi yeni başlayanlar üçün əla bir vasitə olan FreeCAD v0.18 istifadə etdim.

Qutunun növü

Lehimlənmiş taxtanı yandıracaq tək bir qabığın olduğu bir qutu yaratmaq istədim. Ön paneldə bütün istifadəçi interfeysi hissələri, arxa paneldə isə elektronikanın bütün bağlayıcıları var. Bu panellər, üst qapağında 4 vintli bir montaj olan birbaşa ana qabığa daxil edilir.

Ölçülər

Yəqin ki, ardıcıllığın ən vacib addımıdır. Bütün uyğun məsafələri və kəsilmə bölgələrini nəzərə almaq lazımdır. Şəkillərdən də göründüyü kimi, çəkilən ölçülər ilk növbədə ön və arxa panellər üzərindədir:

Ön Panel: LCD, Switch, LED və IR sensoru üçün kəsmə bölgələri. Bütün bu ölçülər hər bir hissə üçün istehsalçı məlumat cədvəlindən alınmışdır. (Fərqli bir hissədən istifadə etmək istəsəniz, bütün kəsilmiş bölgələri əmin etmək lazımdır.

Arxa panel: 3.5mm audio jak üçün iki deşik, iki 220V 3-xəttli güc konnektoru, DC enerji təchizatı üçün iki kişi yuvası və LED şeridi və cihazın gücü üçün əlavə deliklər

Üst Kabuk: Bu qabıq yalnız bütün hissələri bir -birinə bağlamaq üçün istifadə olunur. Ön və arxa panel alt qabığa daxil edildiyindən.

Alt Kabuk: Cihaz üçün əsasdır. Panelləri, elektron lehimli lövhəni və üst qapağa bərkidilmiş vintləri saxlayır.

Parçaların Dizaynı

Panellər yaradıldıqdan sonra alt qabığa keçə bilərik. Hər addımdan sonra hissələrin yerləşdirilməsini təmin etmək tövsiyə olunur. Alt qabıq, qabığın kənarlarına yaxın simmetrik cibləri olan, düzbucaqlı əsaslı ekstrüde edilmiş bir formadır (bax şəkil 4).

Cibləmə addımından sonra, qapağın bağlanması üçün 4 vintli bir baza yaratmaq lazımdır. XOR əməliyyatından sonra kəsilmiş silindrlərin mövcud olduğu müxtəlif radiuslu ibtidai silindrlərin yerləşdirilməsi kimi hazırlanmışdır.

İndi tam bir alt qabığa sahibik. Düzgün bir örtük yaratmaq üçün qabığın üstündə bir eskiz etmək və eyni silindr nöqtələrini yaratmaq lazımdır (yalnız qazma nöqtələri əlavə etdim, amma sabit diametrli deliklər yaratmaq imkanı var).

Cihazın bütün qutusu tamamlandıqdan sonra hissələri bir yerə yığaraq yoxlaya bilərik.

Addım 5: 3D çap

Nəhayət, biz buradayıq və çapa doğru irəliləyə bilərik. Dizaynıma əsaslanaraq bu layihə üçün STL sənədləri mövcuddur. Bu sənədlərin çap edilməsində problem ola bilər, çünki heç bir tolerantlıq nəzərə alınmır. Bu toleranslar STL faylları üçün dilimləyici tətbiqdə (Ultimaker Cura istifadə etdim) tənzimlənə bilər.

Təsvir edilən hissələr, Creality Ender 3 -də şüşə çarpayı ilə çap edilmişdir. Şərtlər standart şərtlərdən uzaq deyil, lakin nəzərə alınmalıdır:

• Burun diametri: 0.4 mm
• Doldurma sıxlığı: 50%
• Dəstək: Heç bir dəstək əlavəsinə ehtiyac yoxdur
• Tövsiyə olunan sürət: Layihə üçün 50 mm/s

Kassa hissələri çap edildikdən sonra onları real həyatda yoxlamaq lazımdır. Korpus hissələrinin bağlanmasında heç bir problem yoxdursa, montaj və lehimləmə mərhələsinə keçə bilərik.

Təlimatlarda STL izləyicisi ilə bağlı bir problem var, buna görə əvvəlcə yükləməyi məsləhət görürəm:)

Addım 6: Montaj və Lehimləmə

Lehimləmə prosesi çox çətindir, amma ardıcıllığı fərqli sxemlərə ayırsaq, bu işi başa çatdırmağımız daha asan olacaq.

1. MCU Circuit: Əvvəlcə qadın proqramlaşdırma konnektoru ilə lehimlənməlidir. Bu mərhələdə, əslində onun işini və bağlantısını yoxlaya bilərik.
2. Səs dövrəsi: ikincisi. Lehimlənmiş lövhəyə terminal blokları bağlamağı unutmayın. Səs -küylü olduqları üçün səs dövrələrinin geri dönmə yolunu rəqəmsallardan - xüsusən rəqəmsal potensiometr IC -lərindən təcrid etmək çox vacibdir.
3. Monitor Dövrləri: Səs dövrəsinə bənzər şəkildə, I/O portlarına terminal bloku bağlamağı unutmayın.
4. Bağlayıcılar və UI Paneli: Bağlanmalı olduğunuz son şeylər. İstifadəçi interfeysi paneli, tellərin birbaşa xarici hissələrə lehim edildiyi Board-to-Wire konnektoru vasitəsilə lehimli lövhəyə qoşulur.

Lehimləmə prosesindən sonra mexaniki hissələrin əlavə edilməsinin sadə bir ardıcıllığı var. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, korpusda olan künclərə 4 vida (5 mm diametrli vintlər istifadə etdim) taxmaq lazımdır. Bundan sonra UI hissələri və arxa panel konnektorlarını xarici dünyaya bağlamağa ehtiyac var. Tercih olunan alət isti yapışqan silahdır.

Çap edilmiş hissədə hissələrin yerləşməsini yoxlamaq çox faydalı olacaq. Hər şey yaxşı görünürsə, proqramlaşdırma mərhələsinə keçə bilərik.

Addım 7: Proqramlaşdırma

Bu addım əyləncəlidir. İşlətməli olduğumuz müxtəlif şeylər olduğundan, MCU -nun cəmi 5 xidmətindən istifadə edəcəyik: Xarici kəsmə, SPI ətraf qurğuları, giriş üçün UART, dəqiq saymaq üçün taymerlər və IR uzaqdan kodlarımızı saxlamaq üçün EEPROM.

EEPROM, saxlanılan məlumatlarımız üçün vacib bir vasitədir. IR uzaqdan kodlarını saxlamaq üçün düymələrə basma ardıcıllığını yerinə yetirmək lazımdır. Hər bir ardıcıllıq sistemindən sonra ya cihazın işə salındığını, ya da vəziyyətdən asılı olmayaraq kodları xatırlayacaq.

Bu addımın altında RAR olaraq arxivləşdirilmiş bütün Atmel Studio 7 Layihəsini tapa bilərsiniz.

Proqramlaşdırma, AVIS ISP Programmer V2, 0, ProgISP adlı sadə bir proqram vasitəsi ilə həyata keçirilir. Tam istifadəçi interfeysi olan çox dost bir tətbiqdir. Yalnız uyğun HEX faylını seçin və MCU -ya yükləyin.

Vacib: MCU -nun hər hansı bir proqramlaşdırılmasından əvvəl, bütün uyğun parametrlərin dizayn tələblərinə uyğun olaraq təyin olunduğundan əmin olun. Daxili saat tezliyi kimi - standart olaraq, bölücü qoruyucusu zavod parametrlərində aktivdir, buna görə də məntiqi HIGH -da proqramlaşdırılmalıdır.

Addım 8: Cütləşdirmə və Test

Görülən bütün ağır işlərdən sonra nəhayət buradayıq:)

Cihazı düzgün istifadə etmək üçün cütləşmə ardıcıllığına ehtiyac var, beləliklə cihaz istifadə ediləcək IR uzaqdan idarəetmə cihazını "xatırlayacaq". Cütləşmə mərhələləri belədir:

1. Cihazı yandırın, əsas UI ekranının işə salınmasını gözləyin
2. Düyməni ilk dəfə basın
3. Sayğac sıfıra çatmazdan əvvəl düyməni başqa dəfə basın
4. Cihaza uyğun olaraq xüsusi bir funksiyaya sahib olmaq istədiyiniz müvafiq düyməni basın
5. Cihazı yenidən başladın, indi müəyyən edilmiş düymələrə cavab verdiyinə əmin olun.

Və bu qədər!

Ümid edirik ki, bu öyrədici faydalı olacaq, Oxuduğunuz üçün təşəkkürlər!