Arduino + Светодиодная лента

Кажется когда-то давно я видел картинку с такой идеей. Большая кровать и по ее периметру светится светодиодная лента. Такой ambient light. Вот и захотелось мне сделать что-то такое.
У меня в запасах была лента ws2812b и Arduino Uno и небольшой диван, готовый примерять на себя новую подсветку. + Raspberry Pi которая была уже давно куплена с заделом на будущее, но пока стояла почти без дела.

Главная идея была такая. У переднего краешка дивана наклеена лента. Под диваном к ней подключена arduino. На моем телефоне стоит приложение, которое управляет цветом ленты и ее работой ( его я планировал тоже написать сам ).
Мне представлялось это в виде такого кружочка для выбора цвета на экране телефона. Я по нему тыкаю, а лента меняет цвет. Все счастливы!)

Я решил взяться за этот проект.

Вначале мне сразу пришла такая идея использовать вот такие радио передатчик и  приемник для связи  Raspberry Pi и Arduino.

Когда я жмакаю на цветовой кружок в приложении, на малинку пойдет сообщение с новым цветом ( через WiFi ), а она уже передаст сообщение на ардуину через радио модуль.
Вроде все просто.
Я попробовал собрать эту схему. Первая проблема обнаружилась в том, что радио приемник никак не хочет ловить сообщение с передатчика. Она решилась подключением пары конденсаторов рядом с приемником. Но, когда я подключал к adruino с приемником еще и светодиодную ленту, все в конец переставало работать. После подключения ленты приемник совсем переставал ловить сигнал. Вернее пока светодиоды были выключены все было хорошо. Но вот чем ярче я их делал, тем хуже принимался сигнал. И вот эта проблема поставила меня в тупик. Я пробовал ставить конденсатор на линию питания ленты, но это не дало результата. Я перечитал пару форумов на эту тему.
Один из них заканчивался сообщением спрашивающего: "Я очень долго пытался заставить это работать. В конце концов забил и перешел на WiFi".
Я решил, что это неплохая идея, потому что и у меня самого 3-й день это дело не работало.

Как раз мне пришли из Китая платы nodemcu с esp8266.
+ Я еще вспомнил, что когда-то слышал про такую штуку как MQTT и решил вспомнить что это.

Оказалось это то что мне нужно.

Новая схемы была такая.
Nodemcu собираем в одну коробочку вместе с arduino и соединяем их по I2C, к ардуино подключаем ленту. Засовываем эту связку под диван)
На малинке запускаем MQTT брокер Mosquitto. Сообщение идет с телефона на брокер.
Nodemcu подписывается на эти сообщения и когда получает такое, то сразу передает его через I2C на ардуину. Ардуина зажигает ленту - я сияю от счастья)
Спойлер: эта схема прижилась.

Ардуина без проблем связалась с Nodemcu через I2C. С запуском MQTT брокера проблем не возникло, как  и с подпиской Nodemcu на его сообщения сообщения.

Вот что по итогу получилось:

Питание приходит через microusb с этой стороны:

А тут подключается лента:

Начинка)

А вот само приложение:

И результат:

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

У нас в семье есть традиция - рядом с новогодней ёлкой ставить маленький игрушечный домик.

Домик собирался из подходящего конструктора, чаще всего из "пластмассового конструктора", выпускаемого в СССР, который копировал LEGO. Также были годы, когда домик собирался из деревянного конструктора. Или, как вариант, пробовали ставить домики для железнодорожных инсталляций. Их продавали как наборы для склеивания.

Крыши домика обильно укрывались ватой, внутрь заводились гирлянды. Мы всей семьёй сидели вечерами и придумывали истории про жильцов этого домика, как они приходят, включают свет, что то в этом домике делают. И, несомненно, к нам должен был придти полюбоваться этим чудом сам Дед Мороз. Конечно же, он с удовольствием положит рядом подарок!

Первые гирлянды у нас были из ламп накаливания, и они без должного охлаждения вполне были способны поплавить пластмассу. Потом уже, появились гирлянды более безопасные, вначале с мелкими лампочками, а потом и светодиодные. Светодиодов можно было напихать в домик от души, в каждую комнату. Последней гирляндой была USB гирлянда. Она наконец то сделала домик автономным от ёлки. При желании её можно было даже запитать от телефонного зарядника, или повербанка. Единственным недостатком были режимы моргания ламп. Они плохо походили на поведение живущих в доме "жильцов".

В этом году внезапно пришла в голову идея сделать гирлянду из подручных материалов, которая будет работать именно так, как хочется. Подручными материалами оказалась светодиодная лента из адресных RGB светодиодов WS2812B, arduino nano, ненужный одножильный шлейф IDE80 и многожильный шлейф от дисковода. Ну а сам домик, традиционно, собрать из LEGO и совместимых деталек. Правда для фонарей деталек было недостаточно и "плафоны" пришлось заказывать дополнительно.

Получился вот такой домик-ночник:

На фотке поближе, видно над дверью балкона светодиод на проводках. Фонари на самом деле светят не белым, а кремовым цветом, оттенками голубого или жёлтого. Этого не видно из за пересвета при съемке.

Ну и традиционный вид сзади, куда ж без него ;) Видно воткнутый в микроконтроллер usb провод. В комнате второго этажа и на лестнице горит свет:

Вот так светит фонарь поближе и без пересвета. Внутри фонаря скручена полоска поляризационной плёнки, взятая из разбитого ЖК-дисплея. Без неё светодиод светит яркой, слепящей точкой.

Как это всё выглядит на видео:

Для изготовления фонарей, светодиоды пришлось отпаять от лент и припаять к выводам тонкие проводки от IDE шлейфа, разделённого на маленькие, 4х-проводные шлейфики. Такие шлейфики отлично проходят в отверстия деталек, а их жёсткость позволяет им легко придать нужную форму. В данной постройке проводки спрятаны за забором. В самом доме пучок проводков собирается на разъёме от разобранного шлейфа, и уже тремя поводами идёт к контроллеру.

Со светодиодами внутри дома заморачивался меньше. Просто разрезал ленту на отдельные светодиоды и соединил их гибким многожильным шлейфом. К потолку и стенам крепил двухсторонним вспенённым скотчем.

Для микроконтроллера написал простенькую программу.

Светодиоды собраны в 3 группы, с разным режимом работы.

Уличные фонари светят ярко, с разными оттенками. Периодически лампы в фонарях "искрят" и гаснут ненадолго. Имитируя поведение обычных, уличных фонарей. Их в этом ночнике - 6.

Свет в доме, в каждой комнате зажигается либо яркий, либо умеренный, либо включается цветной ночник. Горит не всегда. Всего таких светодиодов 9.

В комнатах стоят "телевизоры". В зависимости от "программы", могут показывать как резко меняющиеся цветные вспышки, так и едва заметные цветовые переходы. Этот дом очень любит телевидение, у них целых 5 телевизоров! Один в гараже, один на первом этаже, два на втором, и один в мансарде.

Больше светодиодов использовать нежелательно, так как для их питания не хватит мощности USB.

Здесь я заснял работающий в комнате "телевизор". "Транслируют" чего то в красно-жёлтых тонах. На потолке фиолетовый ночник:

И дети и взрослые очень довольны полученным результатом. Ночник получился достаточно ярким. Он будет радовать нас все новогодние праздники. Осталось теперь дождаться визита Деда Мороза (с подарками)!

Заказала для отца светодиодные ленты для ардуино, пришли, получили, открыли, начали изучать полученное. Увидели первый пакет - девиз для компании вроде ничего, даже мило звучит. Но подождите-ка...

На втором пакете совсем другая надпись. Один вопрос - за что?

*примерный перевод на первом пакете - как прекрасна моя жизнь будет с тобой!

На втором пакете - мы и представить не могли как прекрасна жизнь без тебя.