So bauen Sie eine RGB-LED-Taschenlampe

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Die Arbeit mit LEDs kann vom einfachen LED-Wurf bis hin zu fortschrittlichen Vollfarb-Wandmatrix-Displays reichen. Dieses Projekt befasst sich mit der Welt der adressierbaren RGB-Farb-LEDs und deren Verwendung in unterhaltsamen Elektronikprojekten. In diesem Tutorial zeige ich Ihnen, wie Sie eine RGB-Taschenlampe konstruieren, bei der die Farbe des Lichts, die Helligkeit und die Blinkgeschwindigkeit mit den Wählscheiben der Taschenlampe gesteuert werden können.

Ich zeige Ihnen, wie Sie eine Atmega Tiny85-Plattform für kostengünstige Arduino-kompatible Projekte verwenden, mit adressierbaren RGB-LEDs arbeiten, die Werte von Potentiometer-Wählscheiben und Kippschaltern lesen und verwenden und einige grundlegende Tipps für die Arbeit mit elektronischen Bauteilen in a lernen Projekt vom Steckbrett.

Sammeln Sie die Komponenten und Werkzeuge

Komponenten

Taschenlampe
16 LED Neopixel Ring
3,3 V Trinket (Arduino-kompatibles Mini-Mikrocontroller-Board)
Drei Daumenrad-Potentiometer
Ein/Aus-Wippschalter
Modus-Kippschalter
JST-Überbrückungskabel
Lipo Batterie
Lipo Ladegerät
26-Gauge-Litzendraht (rot, schwarz, gelb, grün)
Ein Prototyp einer Leiterplatte mit Verbindungsreihen aus Kupfer
Schrumpfschlauch

Werkzeuge

Hobbymesser
Bohren Sie mit 5/64 Zoll Bit
Heißklebepistole und Kleber
Abisolierzange, die 26-Gauge-Kabel abisolieren kann
Computer mit Arduino IDE zum Programmieren von Trinket
USB A-Stecker zu Mini-B Kabel (zum Programmieren von Trinket)
Nadelzange
Feinpunkt-Permanentmarker
Lötkolben
Hilfswerkzeug helfen
Gebrauchsschere
Isolierband

Überblick

Wenn Sie den Anweisungen für dieses Projekt folgen, erstellen Sie die Schaltung, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, im Gehäuse einer Taschenlampe und ohne Steckbrett.

Die Theorie dahinter ist einfach. Das Arduino-kompatible Trinket-Board liest die Werte der Potentiometer. Diese Werte werden verwendet, um die Farbe, Helligkeit und Blinkrate des LED-Rings zu ändern. Der Kippschalter bringt einen weiteren Stift am Trinket hoch und niedrig, um den Modus der Taschenlampe vom Farbwechselmodus in den Helligkeits- und Blinkmodus umzuschalten.

Untersuchen Sie das folgende Diagramm und beachten Sie, wie die Komponenten mit dem Schmuckstück verbunden sind. Die Anweisungen führen Sie durch die Installation des Schaltkreises im Gehäuse einer Taschenlampe. Bevor Sie jedoch fortfahren, nehmen Sie das Lipo-Ladegerät und laden Sie den Lipo-Akku über einen USB-Anschluss auf. Sie müssen dies in wenigen Schritten aufladen.

Bereiten Sie den Taschenlampenkörper und den Reflektor vor

Für dieses Projekt entfernen Sie die Innenseiten der Taschenlampe und verwenden den Körper, um das Projekt unterzubringen. In dieser Phase bereiten Sie die Taschenlampe vor, um Ihre neue Kreation zu werden.

Bereiten Sie den Taschenlampenkörper vor

Schrauben Sie den Ring ab, der die klare Linse und den Reflektor festhält. Legen Sie den Ring, die Linse und den Reflektor für die nächste Hälfte dieser Phase beiseite.
Entfernen Sie mit der Spitzzange den Schalter von der Seite der Taschenlampe und die Batteriefeder von innen. Wenn Sie das oben in der Komponentenliste verlinkte Modell verwendet haben, drücken Sie mit der Zange die Lasche an der Innenseite des Schalters nach außen, bis sich der Schalter löst. Ein wenig Kraft wird benötigt. Schneiden oder hebeln Sie die Metallkomponenten aus dem Inneren der Taschenlampe heraus, bis Sie nur noch den leeren Kunststoffkörper haben.

Setzen Sie jede der Komponenten auf den Taschenlampenkörper und markieren Sie mit der Markierung, wo die Komponentenstifte durch den Kunststoff gehen. Das Layout, das ich verwendet habe, sah wie in den folgenden Bildern aus.

Bohren Sie die Löcher in den Körper, durch die die Stifte hindurchtreten können
Schneiden Sie das Wippschalterloch mit dem Hobbymesser aus. Der Schalter, den ich benutzte, hatte eine Flosse auf einer Seite und ich musste den Kreis auskerben, um ihn aufzunehmen. Passen Sie die Teile noch nicht zusammen. Sie müssen vor dem Zusammenbau löten.

Bereiten Sie den Reflektor vor

Zentrieren Sie den LED-Ring auf dem Reflektorrand
Markieren Sie die Position der IN-, VCC- und GND-Stifte am Rand des Reflektors mit dem Marker
Bohren Sie ein Loch in die Tasse des Reflektors, damit ein Draht zum LED-Ring gelangen kann. Ignorieren Sie das vierte Loch im Reflektor. Ich wurde ein wenig mitgerissen. Sie benötigen nur die drei oben genannten.

Löten Sie die Drähte auf die Komponenten

Für jede der Komponenten müssen Anschlussdrähte angeschlossen werden. Verschiedene Techniken können verwendet werden, um den Litzendraht mit den Stiften der Komponenten und miteinander zu verbinden. Hier einige Tipps:

Bevor Sie Litzen an einen Stift löten, verzinnen Sie den Draht, indem Sie zuerst eine leichte Lötschicht auf den Draht auftragen
Verwenden Sie ein helfendes Handwerkzeug, um den Draht und die Komponenten zusammenzuhalten, damit Sie das Lot und das Bügeleisen in Ihren anderen beiden Händen halten können
Wenn Sie den Draht mit einem helfenden Handwerkzeug festhalten, halten Sie den Draht ein oder zwei Zentimeter vom Lötpunkt entfernt, oder die Hitze des Lötmittels macht die PVC-Beschichtung weich und Sie können Klemmspuren oder sogar Löcher im Draht bekommen
Verwenden Sie Schrumpfschläuche, wo immer Sie können, um Spleiße und Verbindungen abzudecken. Dies verhindert versehentliche Kurzschlüsse und wirkt als Zugentlastung
Wenden Sie KEINE Schrumpfschläuche auf die Drähte an, bevor Sie sie durch den Körper der Taschenlampe führen, da sie sonst nicht passen. Das Abschrumpfen des Schlauchs ist schwieriger als Sie sich vorstellen können. Planen Sie also voraus
Verwenden Sie ein Feuerzeug oder eine Heißluftpistole, um den Schlauch zu schrumpfen (wenn es Zeit ist)

Ein gutes Hilfswerkzeug ist ein Muss für Projekte, bei denen Sie Komponenten ohne Prototyping-Platine zusammenfügen und verlöten. Ich kann den SparkFun Third Hand nur empfehlen, da er stabil und einfach zu bedienen ist. Sie können es auch selbst erstellen, indem Sie den Link Instructable auf der Produktseite verwenden, wenn Sie dazu neigen.

Potentiometer

Schneiden Sie drei 4 "lange schwarze, rote und gelbe Drähte ab und entfernen Sie 1/4" vom Ende
Löten Sie die roten, gelben und schwarzen Drähte auf das Daumenrad-Potentiometer, wobei Rot und Schwarz Spannung bzw. Masse sind. Widerstände sind nicht polarisiert, daher spielt es keine Rolle, welcher Pin Spannung und welcher Masse ist, sondern konsistent
Löten Sie den gelben Draht auf den Ausgangsstift des Potentiometers, den Mittelstift des oben aufgeführten Teils. Dieser Draht führt die eingestellte Spannung an einen analogen Pin am Trinket, damit er den Wert lesen kann, wenn Sie ihn ändern

Wippschalter

Schneiden, entfernen und löten Sie einen roten 4-Zoll-Draht an einen Flansch des Wippschalters. Der Wippschalter unterbricht die von der Batterie gelieferte Spannung. Bei vielen Komponenten ist es hilfreich, beim Anlegen von Strom zuerst an Masse zu befestigen. Durch Schalten der Spannungsversorgungsleitung wird dies erreicht
Schneiden Sie den JST-Überbrückungsdraht in zwei Hälften und verstauen Sie das männliche Ende. Sie werden es nicht für dieses Projekt verwenden
Ziehen Sie die roten und schwarzen Drähte am JST-Jumper mit der weiblichen JST-Buchse auseinander, sodass Sie ungefähr 5 cm voneinander entfernt sind
Löten Sie das rote Kabel von der weiblichen JST-Brücke zum anderen Flansch des Wippschalters

LED Ring

Schneiden Sie einen 4 "langen roten, schwarzen und grünen Draht ab und entfernen Sie ihn
Löten Sie die roten und schwarzen Drähte von hinten an die VCC- und GND-Löcher im LED-Ring, sodass die Drähte von der Rückseite des Rings wegragen
Löten Sie den grünen Draht von hinten in das IN-Loch
Führen Sie die Drähte durch die Löcher im Reflektor
Stellen Sie sicher, dass der LED-Ring auf dem Reflektor zentriert ist, und kleben Sie einen Heißkleber auf die Rückseite des Reflektors, wo die Drähte durchkommen, damit er die Drähte und anschließend den LED-Ring an Ort und Stelle hält

Kippschalter

Schneiden Sie einen 4 "langen roten Draht ab und entfernen Sie ihn
Löten Sie den roten Draht an einen Stift des Kippschalters
Schneiden Sie einen 2 "langen schwarzen Draht ab und entfernen Sie ihn
Löten Sie den schwarzen Draht an den anderen Stift des Schalters

Befestigen Sie die Komponenten an der Taschenlampe

Vor dem Löten der Komponenten an das Schmuckstück müssen die Drähte durch die Wand der Taschenlampe geführt werden. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um alle Komponenten am Gehäuse der Taschenlampe zu befestigen.

Führen Sie die Drähte für das Potentiometer vorsichtig durch die Löcher in der Taschenlampe und ziehen Sie die Drähte aus dem Mund

Geben Sie einen kleinen Tropfen Heißkleber auf die Unterseite des Potentiometers und drücken Sie ihn fest auf den Körper der Taschenlampe
Wiederholen Sie dies für alle drei Potentiometer
Verwenden Sie den gleichen Vorgang, um den Kippschalter auf den Körper zu legen
Führen Sie die Drähte für den Wippschalter durch das von Ihnen geschnittene Loch und drücken Sie den Schalter fest

Komplettmontage Löten

Kippschalter

Der Kippschalter verbindet die 3,3-V-Stromversorgung mit einem Pin am Trinket, der auf den INPUT-Modus eingestellt ist. Wenn der Strom fließen darf, wird der Pin als HIGH registriert und das Programm schaltet den Modus um, in dem die Taschenlampe arbeitet. Der Widerstand verbindet den Stift am Trinket mit Masse, um den Stift nach unten zu ziehen, damit er keine vorübergehenden Spannungsänderungen aufnimmt und zufällig hoch wird.

Löten Sie einen Widerstand vom Kippschalter an das schwarze Kabel. Wenn Sie sich abenteuerlustig fühlen, können Sie versuchen, den NASA-Stil zu verwenden, aber ich fand, dass ein gerader Spleiß auch gut funktioniert
Schieben Sie das Schrumpfrohr über den Widerstand und den Draht hinauf. Dies wird verwendet, um den Widerstandsspleiß, den Widerstand und den Spleiß am anderen Ende des Widerstands abzudecken, so dass ein 2-Zoll-Stück ausreichen kann. Verwenden Sie eine Schlauchgröße, die über zwei Drähte zusammengleitet. Sie werden in den nächsten Schritten sehen, warum
Schneiden Sie einen 3-Zoll-Abschnitt aus grünem und schwarzem Draht ab und entfernen Sie ihn
Drehen Sie ein Ende des grünen und schwarzen Drahtes zusammen und verzinnen Sie es mit Lot
Löten Sie die andere Leitung des Widerstands an die verzinnten grünen und schwarzen Drähte, die Sie gerade vorbereitet haben. Dadurch wird eine Y-Verbindung hergestellt
Schieben Sie das Schrumpfrohr über den Widerstand und den Y-Spleiß
Bewegen Sie vorsichtig eine Flamme unter dem Schlauch, bis sie einrastet. Achten Sie darauf, den Schlauch oder die PVC-Beschichtung des Drahtes nicht zu verbrennen. Es riecht schlecht und die Dämpfe sind nicht gut. Frag mich nicht, woher ich das weiß

Ungeregelte Leistung

Ungeregelte Leistung klingt zwar sehr aufregend, ist aber nicht gut für die Elektronik. Der LED-Ring und das Trinket können die Rohbatteriespannung vom Schalter aufnehmen, der Rest sollte jedoch vom integrierten Spannungsregler des Trinket auf 3,3 V geregelt werden. Die folgenden Schritte zeigen Ihnen, wie Sie die ungeregelten Stromkabel miteinander verbinden.

Schieben Sie einen 1-Zoll-Abschnitt eines Schrumpfschlauchs, der zwei Drahtbreiten bedeckt, über das rote Drahtkabel vom Wippschalter
Schneiden Sie einen 3 "Abschnitt des roten Drahtes ab und entfernen Sie ihn
Drehen Sie das rote Drahtende des Wippschalters zusammen mit dem roten Draht, den Sie gerade geschnitten haben, und verzinnen Sie sie mit Lot. Der lose Draht wird schließlich zum Schmuckstück gehen
Verbinden Sie die beiden Kabelverbindungen, die Sie gerade hergestellt haben, mit der roten Leitung vom LED-Ring
Schieben Sie den Schlauch über den Spleiß und schrumpfen Sie vorsichtig
Löten Sie das lose rote Blei von diesem Y-Spleiß in das BAT+-Loch am Schmuckstück. Wenn Sie dies tun, schieben Sie die Drahtspitze von unten in das Schmuckstück. Lassen Sie zwischen der Schmuckplatte und der PVC-Beschichtung des Drahtes etwas Platz. Wenn Sie die PVC-Beschichtung fest gegen die Rückseite des Schmuckstücks drücken, besteht die Möglichkeit, dass das PVC in Ihrer Verbindung schmilzt. Nochmals, frag nicht

Geregelte Leistung

An der Mündung der Taschenlampe sollten noch vier Stromkabel baumeln. Diese benötigen geregelte Leistung.

Schneiden Sie einen 4" Abschnitt des roten Drahtes ab und entfernen Sie ihn
Löten Sie ein Ende in das 3V-Loch am Schmuckstück
Schneiden Sie eine Reihe der Protoplatte ab und stellen Sie sicher, dass die Reihe mit einer Kupferummantelung verbunden ist. Mit einer kräftigen Schere kann das Protoboard schnell bearbeitet werden.

Schneiden Sie ein 5-Loch-Stück vom Protostreifen ab
Löten Sie den roten Draht vom Trinket in das erste Loch der Protoboard. Führen Sie den Draht durch die Rückseite, so dass Sie das Metallende mit dem Kupfer der Platine verlöten
Löten Sie die restlichen 4 roten Drähte auf den Protoboardstreifen. Stellen Sie sicher, dass Sie sie entwirren und vor dem Löten vorsichtig verlegen
Wickeln Sie den freiliegenden Draht und den Streifen in Klebeband, um zu verhindern, dass dieser Strombus kurzgeschlossen wird, wenn er in den Körper der Taschenlampe gedrückt wird

Bodenbus

Es werden 6 schwarze Erdungskabel von der Taschenlampe sein. Diese müssen zusammen mit dem Schmuckstück geerdet werden.

Schneiden Sie ein 7-Loch-Stück des Protostreifens ab
Schneiden Sie einen 4 "schwarzen Draht ab und entfernen Sie ihn
Löten Sie den Draht an das GND-Loch am Trinket, ähnlich wie Sie den roten Draht löten
Löten Sie die anderen 6 schwarzen Kabel zum Erdungsbus
Mit Klebeband abdecken

Signal führt zum Schmuckstück

Zu diesem Zeitpunkt sollten zwei grüne (einer vom LED-Ring) und drei gelbe Drähte übrig bleiben. Die grünen Drähte sind digitale Verbindungen für die LED-Ringdatensteuerung und den HIGH/LOW-Kippschalter. Die gelben Drähte sind der analoge Spannungspegel vom Potentiometer, den das Trinket analogRead() ausgibt. In den folgenden Schritten wird beschrieben, wo sie angeschlossen werden müssen.

Löten Sie den grünen Draht vom LED-Ring zum Loch #1 am Schmuckstück
Löten Sie den grünen Draht vom Kippschalter-Spleiß bis zum Loch #0 am Schmuckstück
Löten Sie den gelben Draht vom Potentiometer, das Sie zur Steuerung des roten Farbwerts bestimmen, in das Loch #2 des Schmuckstücks. In meinem Build war dies das am weitesten links stehende Potentiometer. Ich richte rote, grüne und blaue Steuerelemente von links nach rechts ein
Löten Sie den gelben Draht vom grünen Kontrollpotentiometer zum Loch #3 am Schmuckstück
Löten Sie den gelben Draht vom blauen Kontrollpotentiometer zum Loch #4 am Schmuckstück

Alle Drähte sollten jetzt gelötet und berücksichtigt werden. Bevor Sie das Los in die Taschenlampe stecken, programmieren Sie das Schmuckstück und testen den Build.

Programmieren Sie das Schmuckstück

Das Trinket ähnelt der Arduino-Board-Familie, da es einen Atmel-Chip verwendet, insbesondere den ATtiny85. Dies ist ein kleinerer Chip als die größeren Cousins des Arduino-Boards, aber immer noch ziemlich leistungsfähig.

Um die Kosten auf etwas zu senken, das in ein Projekt eingelötet und verlassen werden könnte, hat der Hersteller einige der teureren Teile weggelassen, die die Kosten in so etwas wie einem Arduino Uno ausmachen. Aus diesem Grund sind einige weitere Schritte erforderlich, um das Trinket zu programmieren. Glücklicherweise gibt es ein brillantes Tutorial, wie Sie Ihre vorhandene Arduino IDE einrichten oder eine voreingestellte Version installieren. Befolgen Sie die Anweisungen im Tutorial und schieben Sie die Beispiel-Blinkskizze zum Schmuckstück. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Skizze erfolgreich auf Ihr Schmuckstück schieben können, bevor Sie fortfahren.

Wenn Sie eine Skizze erfolgreich in das Schmuckstück verschoben haben, öffnen Sie die RGB-Taschenlampenskizze, die sich im Zip-Paket mit diesem Tutorial befindet. Sie finden es und das neueste Fritzing-Diagramm auch im Github-Repository von rgbflashlight.

Beachten Sie, dass die in der Skizze für die roten, grünen und blauen Stifte definierten Stifte nicht mit den Siebdrucklöchern übereinstimmen, an die die Leitungen gelötet wurden. Dies ist sicherlich verwirrend, aber wenn Sie auf das Tutorial zum Programmieren des Trinkets zurückgreifen und das Kleingedruckte lesen, werden Sie feststellen, dass die analogRead-Funktion auf der Trinket-Plattform die analogen Pins unterschiedlich nummeriert. Fragen Sie mich nicht, wie viel Zeit ich verschwendet habe, bevor ich dieses kleine Juwel gefunden habe.

Einschalten und testen

Sie können jetzt die Batterie anschließen und die Baugruppe testen.

Trennen Sie das Programmier-USB-Kabel
Stellen Sie sicher, dass der Wippschalter ausgeschaltet ist
Schließen Sie Ihre Lipobatterie an den JST-Anschluss Ihres Projekts an
Stellen Sie den Wippschalter auf Ein

Was als nächstes passiert, hängt von der Ausrichtung der Potentiometer und des Kippschalters ab. Nach ein paar Sekunden sollten die Lichter aufleuchten. Die zwei Arten von Verhalten, die Sie erwarten sollten, sind:

Kippschalter offen (kein Strom fließt): In diesem Modus steuern die Wählscheiben die roten, grünen und blauen Sättigungsstufen durch Drehen. Probieren Sie sie aus.

Kippschalter geschlossen (Strom fließt, Pin ist HIGH): In diesem Modus steuert das Einstellrad, das die rote Farbe im anderen Modus steuert, jetzt die Helligkeit des LED-Rings. Es wird sehr hell. Das grüne Zifferblatt steuert, wie schnell der LED-Ring blinkt. Viel Spaß damit.

Nachdem Sie bestätigt haben, dass alles funktioniert, ist es Zeit, es zusammenzustellen.

Montieren Sie die Taschenlampe

Stellen Sie sicher, dass der Wippschalter ausgeschaltet ist, bevor Sie beginnen.

Falten Sie die Drähte vorsichtig zu einem Bündel und schieben Sie sie in den Körper der Taschenlampe. Stellen Sie sicher, dass kein unbeabsichtigter Kontakt mit freiliegenden Kabeln besteht. Wenn Sie den Schrumpfschlauch und das Isolierband wie empfohlen verwendet haben, sollten Sie sich keine Sorgen machen müssen
Schieben Sie den Akku so in das Gehäuse der Taschenlampe, dass Sie ihn zum Aufladen leicht wieder herausnehmen können
Setzen Sie den LED-Ring und den Reflektor in den Mund der Taschenlampe ein und bedecken Sie sie mit der Linse und dem Ring
Halten Sie das Objektiv fest gegen den LED-Ring und drehen Sie den Taschenlampenring vorsichtig. Durch Herunterdrücken des Objektivs verhindern Sie, dass sich der LED-Ring dreht und die Drähte in der Taschenlampe verheddert. Der Taschenlampenring wird aufgrund des Platzes, den der LED-Ring zwischen Reflektor und Linse einnimmt, nicht vollständig geschlossen. Vorsichtig festziehen.

Zusammenfassung

Dieses Tutorial hat Ihnen gezeigt, wie Sie eine High-Tech-Taschenlampe bauen, die mit einem Lithium-Ionen-Akku betrieben wird und in jeder Farbe des Regenbogens leuchten kann. Darüber hinaus können Kinder ihre Hände nicht davon lassen, zumindest meine nicht.

Noch wichtiger ist, dass Sie Ihre Fähigkeiten in der Arbeit mit Arduino-basierter Elektronik erweitert haben. Sie haben gelernt, wie Sie ein Atmega Tiny85-basiertes Trinket für kostengünstige Arduino-kompatible Projekte verwenden. Sie haben mit adressierbaren RGB-LEDs gearbeitet und Werte von Potentiometer-Zifferblättern und Kippschaltern gelesen, um die Farben, die Helligkeit und die Blinkrate der Lichter zu steuern.

Sie haben auch einige Tipps und Erfahrungen gesammelt, um ein Projekt in einen nicht standardmäßigen Fall zu integrieren. Der Blink-Spezialeffekt ist wahrscheinlich der einfachste Effekt, der mit dem LED-Ring erzielt werden kann. Sie können also den Code für das Schmuckstück verwenden und sehen, welche anderen Spezialeffekte Sie erstellen können.