Arduino + Рукоделие с процессом

Хотелось бы представить вашему вниманию мою самодельную светодиодную подсветку на микроконтроллере Attiny85. (видео в конце)

Функционал
Подсветка умеет включаться ручную, причем бесконтактно - поднесением руки к коробке. Такое решение показалось мне очень разумным, потому что на кухне во время готовки руки могут быть мокрыми, в муке или ещё в чем. В темноте подсветка реагирует на движения и плавно включается на малой яркости. С одной стороны, этого достаточно, чтобы видеть куда идешь, с другой - не слепит, когда встаешь среди ночи попить водички. Настроил время автовключения на одну минуту. Каждое движение перезапускает таймер, поэтому лента светит пока я брожу по кухне и гаснет только когда ухожу в другую комнату. Если ставить меньше минуты - подсветка может погаснуть, пока я на кухне и придется ей станцевать, чтобы снова включилась. Кухня у меня проходная, поэтому функция оказалась офигительно полезной, так как избавляет от необходимости включать верхний свет. Правда, есть и минусы - в других местах квартиры я иногда подтупливаю, ожидая, что свет сам включиться или забываю выключить подсветку после ручного включения. Поэтому дописал еще функцию автовыключения, если на кухне никого нет полчаса. Работает аналогично "ночному режиму" - каждое движение перезапускает получасовой таймер.

Как это работает

Всё это реализауется при помощи датчика препятствия, датчика движения и фоторезистора. Ленту взял самую яркую из тех, что были у приятеля в магазине - 240 светодиодов на метр, 12v. Блок питания 12v 4A и всю электронику засунул в распределительную коробку. Там же мосфет irfz44n для управления лентой, стабилизатор L7805cv для питания электроники и микросхема Attiny85 - младший брат Atmega, который ставят на платы Arduino. Он компактный, дешёвый, имеет всего 5 выводов (2 ШИМа, 3 аналоговых и всего они могут работать как цифровые) и 8 КБ памяти. Из минусов - нет UART, поэтому данные с него в монитор порта не отправить, что осложняет отладку. Есть ещё более дешёвый вариант - Attiny13. Там всё то же самое, но памяти всего 1 КБ, что для этого проекта недостаточно. Программу можно писать в Arduino IDE как для обычной ардуинки. Для этого надо добавить поддержку Attiny85 и обзавестись программатором, или же прошить в плату Arduino скетч Arduino as ISP, который можно найти в примерах и использовать её в качестве программатора.

Нарисовал схему подключения всех компонентов:

Attiny13 и Attiny85 не нуждаются ни в каких дополнительных компонентах, но рекомендуется ставить резистор на 10 кОм между первой и восьмой ножкой и конденсатор между пятой и восьмой - параллельно питанию. Резистор - чтобы контроллер не перезагружался от наводок, потому что первая ножка - пин перезагрузки, который ребутит контроллер, если на нём низкий уровень. Резистор подтягивает ножку к плюсу и исключает перезагрузки. Конденсатор - понятное дело для стабильного питания. Схемка простая и в реальности выглядит вот так:

единственный датчик припаянный к плате - датчик движения. Фоторезистор и датчик препятствий подключаются к разъёмам. Лента и питание на плату подключаются через винтовые клеммы. Фоторезистор и линза датчика движения - в резиновых заглушках, датчик препятствий - в крышке коробки. Кусочек черной гофры прицепил на него, когда обнаружил, что датчик засвечивается сбоку солнцем. Это была целая эпопея.

Проблема с датчиком препятствий
Обнаружилось, что лента сама включается и выключается как ей вздумается. Пытался подобрать значение, на котором бы срабатывал датчик препятствий, всё тщетно. Козырёк из гофры помогал только от прямого засвета сбоку, но отраженный от столешницы солнечный свет всё равно попадал на датчик. Тут, наверное, надо немножко пояснить как он работает.

На плату припаяны инфракрасный светодиод (синенький) и фотоприёмник (чёрненький) между ними даже перегородку поставили. Светодиод, собственно, светит и если перед ним что-то есть, то лучи отражаются и попадают на фотоприёмник, если нет - уходят вперёд и рассеиваются. Человеческий глаз не видит инфракрасного света, поэтому со стороны кажется, что происходит какая-то магия. Беда в том, что солнце тоже умеет светить в ИК-диапазоне и эти лучи попадают на фотоприёмник, соответственно, датчик срабатывает даже когда перед ним ничего нет. Много всякого я перепробовал. Даже подумывал отказаться от этого датчика и поставить туда ультразвуковой датчик расстояния или вообще сенсорную кнопку, но не смог позволить датчику одержать надо мной верх.

Как бороться с ложными срабатываниями
Наконец, додумался как определять ложные срабатывания, причём аж тремя способами. Основной - программно менять значение срабатывания датчика в зависимости от освещения. Если посмотреть на фото выше, то увидим 4 вывода - VCC, GND, DO и AO. Первые два - питание, DO - цифровой вывод, на котором 0V, когда нет препятствия и 5V, когда оно есть (порог срабатывания настраивается резистором-крутилкой с другой стороны платы), а вот AO - аналоговый вывод. Сигнал на нём есть всегда, ардуино его понимает как число от 0 до 1023. Таким образом, программа по значению с фоторезистора научилась вычислять значение, на котором сработает датчик. Чем больше света попадает на фоторезистор, тем ниже значение, на котором будет засчитано срабатывание датчика. Если этот метод по каким-то причинам не сработал, есть ещё два - определение ложного срабатывания по движению и по времени. С движением все просто - программа проверяет, есть ли движение во время срабатывания датчика. Если движения нет - лента не включается. Всё логично, чтобы включить ленту - надо к ней подойти, а значит датчик движения по-любому сработает. Таким образом, когда на кухне никого нет - лента точно не включится. Потом я подумал - если бы я был программой и из органов чувств имел только этот китайский датчик препятствий, то как бы я мог отличать засвет, от включения человеком. До меня, наконец дошло, что когда я включаю подсветку, то не задумываясь, убираю руку от датчика, как только включается свет. Вот оно! ВРЕМЯ воздействия на датчик отличается. Подношу руку - датчик фиксирует препятствие меньше секунды, солнце так не умеет. Даже если, как пел Цой, по небу плывут облака, закрывая небесный свет, все равно засвет будет секунд 10, а то и больше. Теперь программа научилась засекать время, в течении которого датчик выдаёт сигнал срабатывания. Если оно больше двух с половиной секунд - лента выключается. Так мне удалось победить ложные срабатывания и в моей душе воцарился покой.

Ссылка на скетч с подробными комментариями есть под любым из двух видео, которые я оставлю здесь для тех, кому больше по душе такой формат.

Спасибо, что дочитали, или досмотрели :)

До Нового года осталось совсем немного, а значит самое время делать бесполезные мигающие штуки, у которых цель одна - создавать праздничное настроение. В прошлом году это был Рождественский светильник-арка, сегодня же я предлагаю сделать светодиодную снежинку. Не смотря на то, что ее эффекты зависят только от фантазии, ее конструкция предельно проста. Arduino NANO, лента с адресными светодиодами WS2812B и резистор - это все, что нужно.

Конструкция

Снежинке нужна основа, а в моем распоряжении имеется 3D принтер, и вполне логично, что для этой задачи была создана соответствующая 3D модель. Снежинка состоит из основания, на котором крепятся светодиодные ленты, верхней полупрозрачной крышки и отсека под Arduino, который располагается с обратной стороны. Существует два варианта исполнения отсека, отличаются они лишь расположением окна под разъем. Отсек так же имеет второе назначение - на нем расположено крепление для подвешивания снежинки на стену. А для настольной установки существует специальная подставка.

Да, такой вариант изготовления является весьма удобным, но это вовсе не означает, что этот вариант единственный. Снежинку вполне можно изготовить из вспененного ПВХ пластика, заказать лазерную резку или вообще вырезать из потолочной плитки, например. Были бы желание и фантазия, и "Снежинка из светодиодной ленты и пластиковой панели" - тому подтверждение.

Наша снежинка будет иметь шесть лучей, а каждый луч, в свою очередь, будет иметь шесть светодиодов. Следовательно, нужно нарезать светодиодную ленту на шесть отрезков (для этого на ленте нанесена соответствующая разметка).

Существуют различные вариации подобных светодиодных лент, с количеством светодиодов от 30 до 144 штук на метр. В данном случае используется 74 светодиода на метр, именно под такую ленту спроектирован корпус снежинки. Это важный момент, если вы собираетесь печатать корпус на 3D принтере. К слову, снежинка состоит из 36 светодиодов (6 лучей по 6 светодиодов), а значит, одного метра хватит ровно на две снежинки, еще и два светодиода останется.

Перед приклеиванием отрезков ленты необходимо аккуратно удалить защитное покрытие (если используется лента с защитой), и залудить контактные площадки.

Лента имеет четкое направление, и соединять ее как попало недопустимо, устройство просто не будет работать. Это направление указано непосредственно на ленте.

Для удобного соединения лучи необходимо разместить таким образом, чтобы стрелки на лучах указывали от центра снежинки к ее краям.

После этого можно переходить к непосредственной сборке схемы.

Схема

Схема предельно проста, и наша цель фактически заключается в том, чтобы соединить разрезанную ленту обратно. Выход первого луча (DO) соединяется со входом (DI) второго луча, выход второго со входом третьего, и так далее, до последнего луча снежинки. А питание ленты (5V и GND) соединяется теперь в центре снежинки.

В результате всех соединений к ленте должно быть подключено три провода: вход первого луча снежинки (DI) и два вывода питания (5V и GND). И вот их необходимо подключить к Arduino.

Резистор 330 Ом припаян непосредственно к проводу, и на всякий случай защищен термоусадкой.

Выводы питания светодиодной ленты припаяны к соответствующим контактным площадкам Arduino (5V и GND), и всё это закреплено для надежности термоклеем.

Небольшое отступление
Одним из вариантов питания Arduino является разъем mini USB на борту. При этом, на соответствующих выводах 5V и GND так же появляется питание. И велик соблазн запитать нагрузку (в нашем случае это светодиодная лента) непосредственно от Arduino. Это вполне допустимо, но с небольшими оговорками. Во-первых, потребляемый ток не должен быть более 500 мА. Да, запитать Arduino в дальнейшем можно будет от того же зарядника телефона, но прошивать-то микроконтроллер все равно придется, а если ток будет выше, то USB порт компьютера вероятнее всего уйдет в защиту. И во-вторых сами дорожки на плате не рассчитаны на большой ток. В нашем случае ток при работе снежинки не превышает 200 мА, потому такое подключение вполне позволительно и безопасно. Но если же Вы решите увеличить количество светодиодов, то имейте ввиду этот момент.

Теперь можно поместить плату в отсек. Держится плата за счет торцевой защелки и направляющих, и в дополнительном креплении не нуждается.

Крепится отсек к основанию снежинки при помощи четырех маленьких шурупов со стороны ленты.

Прошивка

Самая сложная часть работы выполнена, осталось прошить микроконтроллер. К счастью, все платы Arduino имеют уже "залитый" загрузчик на борту, что значительно облегчает задачу, так как для прошивки не требуется дополнительное оборудование. Все манипуляции выполняются путем подключения к разъему mini USB Arduino. А так как этот разъем выведен наружу для питания устройства, складывается весьма удачная ситуация, когда для прошивки не потребуется разбирать устройство. Это удобно и при выходе новой прошивки, и при экспериментах по созданию собственных эффектов.

Для программирования используется среда разработки Arduino IDE, которую необходимо скачать с официального сайта (https://www.arduino.cc/en/software).

Открываем скетч "SnowFlake_V1.ino", но перед прошивкой необходимо провести ряд обязательных манипуляций.

Установка библиотеки FastLED

Так как скетч снежинки использует стороннюю библиотеку FastLED, ее необходимо установить. Сделать это можно несколькими способами, я же покажу два.

Способ 1. Менеджер библиотек

Перейдите в меню "Скетч" -> "Подключить библиотеку" -> "Управлять библиотеками...". В строке поиска наберите "fastled" и нажмите "Установка" в поле нужной библиотеки (FastLED by Daniel Garcia).

Способ 2. Архив библиотеки

Если по каким-либо причинам установка библиотеки первым способом невозможна (например, отсутствует интернет), ее можно установить через меню "Скетч" -> "Подключить библиотеку" -> "Добавить .ZIP библиотеку...". Архив библиотеки находится в папке проекта (FastLED-master.zip). Распаковывать его не нужно, указывается именно архив.

Подключение к Arduino

Далее необходимо настроить параметры программируемого устройства. На этом этапе нужно подключить снежинку к USB порту. Выполняется настройка в меню "Инструменты". Всего нам нужно указать три параметра:

Плата: "Arduino Nano".

Процессор: "ATmega328P" или "ATmega328P (Old Bootloader)". Выбор зависит непосредственно от залитого загрузчика. Если контроллер отказывается прошиваться с первым вариантом, просто выберите второй вариант.

Порт: номер порта можно посмотреть в "Диспетчере устройств". Подключенная Arduino определяется как COM порт, и вот его и нужно указать в данном поле.

Загрузка скетча

Все предварительные настройки выполнены, можно переходить к непосредственной загрузке скетча. Для этого нажимаем кнопку "Загрузка" в верхней части экрана (или меню "Скетч" -> "Загрузка" (Ctrl + U)). Если все сделано верно, то после компиляции скетча он будет загружен в Arduino, появится сообщение о том, что загрузка завершена.

Осталось закрыть верхнюю крышку (она тоже крепится маленькими шурупами) и снежинка готова создавать новогоднее настроение.

Демонстрация эффектов

Комплектующие

Arduino NANO: https://aliexpress.ru/item/Nano-With-the-bootloader-compatible-Nano-3-0-controller-for-arduino-CH340-USB-driver-16Mhz-Nano/32341832857.html

Лента с адресными светодиодами WS2812B: https://aliexpress.ru/item/DC5V-WS2812B-1m-4m-5m-30-60-74-96-144-pixels-leds-m-Smart-led-pixel/32832420003.html

Схема, скетч для загрузки, 3D модели для печати корпуса

Казалось бы, причем тут исследования космоса? Но далее все по-порядку :)

Мониторинг погоды с помощью самодельного оборудования оказался довольно любопытным занятием...

Идея создания автоматизированной обсерватории с удаленным управлением упёрлась в необходимость получать текущие данные состояния погоды в точке установки астрономического оборудования, вот этого:

Четыре года назад познакомился с микроконтроллерами Arduino (AVR), они оказались очень удобными для прототипирования различных устройств, которые потом можно будет сделать на более серьезных МК. Для обучения работы с Arduino решил собрать первое устройство - метеостанцию. Состояла она из двух блоков - внешнего, который висел за окном и раз в 5 минут передавал показания, и внутреннего, который принимал показания по радиоканалу и отправлял их в сеть на удаленный сервер. На внешнем блоке даже сделал солнечную панель, как помню купил по акции шесть садовых фонариков по 39 рублей, выдернул из них солнечные панели. Собрал из них одну большую, она заряжала внутренние АКБ (обычные ААА аккумуляторы). Такого симбиоза хватало на полгода бесперебойной работы метеостанции, потом аккумуляторы все-таки приходилось заряжать нормально.

Спустя год работы метеостанции, я ее отключил и разобрал. Сделана она была из подручных материалов, вот как она выглядела спустя год работы (внешний блок):

Самодельный блок с анемометром, датчиком освещенности на фоторезисторе и датчиком DHT22 - температуры и влажности.

Блок с МК, и аккумуляторами спустя год - резиновые заглушки сильно потрескались.

Ну а внутри этого блока находится вот что:

Корпус утеплял в 2-3 слоя, проклеивал. Не знаю помогло это или нет, но АКБ, которые там стояли, до сих пор держат заряд и работают исправно. Целый год работала Arduino и не было ни одного сбоя или зависания - ее не приходилось перезагружать. Разброс температур был от +45 на Солнце, до -32 зимой.

Анемометр можно было бы сделать из шариковой мышки, но я такую не нашел. Сделал из небольшого двигателя, убрал все лишнее и прорезал сбоку отверстие для отпопары. На штоке якоря убрал обмотку, поставил самодельный диск с прорезью. Ну и DHT22 датчик:

Одно из моих увлечений - астрономия, и в этом году я построил астрономическую будку с удалённым управлением (часть 1, часть 2, часть 3). И для автоматизации процесса съемки очень важно получать и обрабатывать погодные условия прямо здесь и прямо сейчас. Поэтому решил строить новую метеостанцию, опять на Arduino (понравилась мне она), но уже более серьезную.

Сперва сделал на RJ-45 розетках возможность подключения модулей, но потом переделал на жесткую пайку. Все-таки так будет надёжнее, учитывая прошлый опыт. Соединения могут давать сбои.

Все детали метеостанции напечатал на 3D принтере, получилось прям как заводское исполнение.

Метеостанция после недели тестов и отладки программного обеспечения установлена на свое место - на астрономическую обсерваторию.

Сейчас она измеряет и передает на удаленный сервер показания - температуру, влажность, точку росы, освещенность, интенсивность УФ-излучения, скорость и направление ветра. Заказал еще ИК-пирометр, для датчика облачности. Измерение уровня осадков делать не стал, так как актуально только в теплое время года.

Все данные можно смотреть через веб-интерфейс: просматривать текущие метеоусловия, а также статистику по предыдущим дням: https://meteo.miksoft.pro/

В планах - "допиливание" frontend \ backend метеостанции, сделать возможность выгрузки данных. Также сейчас метеостанция подключена и к проекту "Народный мониторинг".

Конечно, я понимаю, что для работы настоящей метеостанции должны быть выполнены большое количество условий (чтобы ее показания котировались), датчики должны быть сертифицированы, и явно быть дороже и точнее. Но сейчас, для работы удаленной астрономической обсерватории, мне этого более чем достаточно - перед запуском планировщика обсерватории я могу посмотреть текущую метеосводку. Теперь я могу быть уверенным, что в случае наступления неблагоприятных метеоусловий во время съемки (облака или осадки) - контроллер обсерватории сам припаркует телескоп и закроет крышу.

Буквально вчера получил посылку из Китая - ИК пирометр, который будет работать в паре с другим датчиком и мониторить облачность. Так что в ближайшие выходные буду добавлять новый датчик в метеостанцию.

Что дальше? Может быть стоит как-то развить этот мини-проект, сделать еще одну, но автономную, с солнечной панелью, АКБ и передачей данных по GSM?

Посты про строительство обсерватории смотрите в моем профиле.

Адрес метеостанции: https://meteo.miksoft.pro/

В модели реализовано раздельное управление освещением с пульта-реплики панелей настоящего самолета. Так же сделан звук запуска и выключения ВСУ по алгоритму реального борта.

Пара видео работы модели.

Ну и немного фотографий процесса сборки.

Изготовление основания диорамы.

Нарисовал в 3д редакторе и распечатал.

Сделал панели управления макетом. Точная копия с настоящего самолета.

Изготовление основания.

Здание аэропорта.

Внутри сделана подсветка.

Надпись аэропорта так же нарисовал в редакторе и распечатал. Надпись покрашена люминесцентной краской.

Нарисовал в 3д редакторе телетрап и распечатал его на принтере.

Одна из сложных операций, подгонка гармошки трапа к обводам фюзеляжа.

Ну и немного о начинке )