Uzaktan Kumandalı Bilgisayar Masası: 8 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Son zamanlarda bir sorunla karşılaştım, tembelliğim evde benim için büyük bir sorun haline geldi. Yatağa girer girmez, bilgisayarımda bazı diziler oynatılırken LED ile çalışan güzel bir ışık koymayı seviyorum. Ama… Bunları kapatmak istersem, her seferinde GET UP ve elle kapatmam gerekiyor. Böylece, tüm PC masaüstü için, uzaktan kumandamdaki ilgili bir düğmeye basarak monitörleri ve ışığı açıp kapatabileceğim, hoparlör sesini ve LED şerit aydınlatma parlaklığını ayarlayabileceğim eksiksiz bir denetleyici oluşturmaya karar verdim.

Proje, bir IR uzaktan kumanda ile çalıştırılan bir PC masası / tezgah kontrol kutusudur. Bugünlerde pek çok türde IR uzaktan kumanda var, ancak bu bir sorun değil. Bu denetleyici ayarlanabilirdir ve kullanılan sensörümüz için uygun protokolü destekleyen herhangi bir IR uzaktan kumanda türüyle eşleştirilebilir (bunu daha sonra ele alacağız).

Kontrollü bilgisayar masası özellik masası şunlardır:

1. AC Güç Kontrolü: 220VAC'ye bağlı monitörü açma/kapama
2. DC Güç Kontrolü: DC gücüne bağlı monitörün açılması/kapatılması (48V'a kadar)
3. Ses Seviyesi Kontrolü: Hoparlörlere iletilen stereo ses seviyesinin tam kontrolü
4. LED Şerit Aydınlatma Kontrolü: LED şerit aydınlatma parlaklığının tam kontrolü

Cihaz, uygun şekilde tasarlanmış bir kullanıcı arayüzüne ve ayarlanabilir mekanik bölmelere sahiptir, bu da yapımı ve kullanımı kolay hale getirir:

1. Ekran: Kontrol edilen tüm sistemlerin gerçek zamanlı durumu 16x4 LCD ekranda gösterilir.
2. RGB LED: Sistem için ek bir geri bildirim için bunun amacı, kullanıcıya IR uzaktan kumandadan alınan kabul edilmiş bir sinyal olduğunu bildirmektir.
3. Eşleştirme sistemi: Cihaz, eşleştirme işlemi için basılması gereken tek bir düğme içerir. Eşleştirme işlemi başlatıldığında, ekranda gösterilen talimatları izleyerek herhangi bir IR uzaktan kumandayı cihazımızla eşleştirebiliriz.

Temelleri ele aldıktan sonra, hadi inşa edelim!

1. Adım: Açıklama

Tasarım karmaşıklığının olmaması nedeniyle cihazın çalışması basit olarak kabul edilebilir. Blok diyagramda görüldüğü gibi, "beyin" AVR mikrodenetleyicisidir, diğer tüm parçalar bu "beyin" tarafından kontrol edilir. Resmin tamamını zihnimizde düzenlemek için, tasarımı blok blok anlatalım:

Güç Kaynağı Birimi: Seçilen cihazın güç kaynağı sisteme 24VDC giriş sağlayabilen LED şerit PSU'dur. Mikrodenetleyici, röleler, dijital potansiyometreler ve ses yükselticilerinin tümü 5V'ta çalıştığından, tasarıma DC-DC düşürücü dönüştürücü eklenmiştir. Doğrusal regülatör yerine DC-DC'nin ana nedeni güç kaybı ve verimsizliktir. 24V girişli ve 5V çıkışlı klasik LM7805 kullandığımızı varsayalım. Akım önemli değerlere ulaştığında, lineer regülatör üzerinde ısı şeklinde dağılacak güç çok büyük olacak ve aşırı ısınarak ses devrelerine uğultu sesi ekleyecektir:

Pout = Pin + Pdiss, yani 1A'da şunu elde ederiz: Pdiss = Pin - Pout = 24*1 - 5*1 = 19W (harcanan güç).

Mikrodenetleyici: Kodu olabildiğince hızlı yazabilmek için Arduino UNO kartlarında yaygın olarak kullanılan AVR tabanlı ATMEGA328P'yi seçtim. Tasarım gereksinimlerine göre, neredeyse tüm çevresel desteği kullanacağız: Kesintiler, zamanlayıcılar, UART, SPI vb. Sistemde bir ana blok olduğu için cihazdaki tüm parçalarla birbirine bağlanır

• Kullanıcı Arayüzü: Cihazın ön paneli, kullanıcının etkileşimde bulunması gereken tüm parçaları içerir:

  1. IR Sensörü: IR uzak verilerinin kodunu çözmek için sensör.
  2. Basma Düğmesi: Kızılötesi uzaktan kumandayı cihazla eşleştirmek için gereklidir
  3. RGB LED: Sistem tarafından bilgi almanın geri bildirimini sağlamak için estetik ek
  4. LCD: Cihazın içinde neler olup bittiğinin grafik gösterimi

Monitör Kontrolü: Cihazın PC monitörlerinde güç anahtarlama yapabilmesi için büyük voltaj değerleri ile uğraşmak gerekir. Örneğin, Samsung monitörlerim güç yapılandırmasını hiç paylaşmıyor: Biri 220VAC, diğeri 19.8V'luk kendi PSU'su tarafından destekleniyor. Böylece çözüm, monitör güç hatlarının her biri için bir röle devresiydi. Bu röleler MCU tarafından kontrol edilir ve tamamen ayrılır, bu da monitör güç aktarımını her monitör için bağımsız hale getirir

Işık Kontrolü: Sistem güç kaynağı girişi olarak kullanılan, bağlı 24VDC güç kaynağıyla birlikte gelen bir LED şeridim var. LED şeridi boyunca büyük bir akım iletilmesi gerektiğinden, parlaklık mekanizması, aktif bölgenin lineer bir bölgesinde çalışan bir MOSFET'e dayalı bir akım sınırlayıcı devre içerir

Ses Kontrolü: Dijital potansiyometre silecek hareketi ile uygulanan voltajın değiştirildiği, hem SOL hem de SAĞ kanallardaki ses sinyallerinin voltaj bölücülerden geçirilmesine dayanan bu sistem. Her girişte tek bir voltaj bölücünün bulunduğu iki LM386 temel devresi vardır (Bunu daha sonra ele alacağız). Giriş ve çıkış 3,5 mm stereo jaklardır

Görünüşe göre devrelerin tüm ayrılmaz parçalarını ele aldık. Gelelim elektrik şemalarına…

Adım 2: Parçalar ve Enstrümanlar

Projeyi oluşturmak için ihtiyacımız olan her şey:

Elektronik parçalar

1. Ortak Bileşenler:

   • Dirençler:

     1. 6x10K
     2. 1x180R
     3. 2 x 100R
     4. 1 x 1K
     5. 2x1M
     6. 2x10R
     7. kapasitörler:
     8. 1. 1 x 68nF
        2. 2 x 10uF
        3. 4 x 100nF
        4. 2 x 50nF
        5. 3 x 47 uF

     9. Çeşitli:

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

     10. Entegre devreler:

         • MCU: 1 x ATMEGA328P
         • Ses Amfisi: 2 x LM386
         • Çift Dijital Potansiyometre: 1 x MCP4261
         • Tek Dijital Potansiyometre: 1 x X9C104P
         • DC-DC: 1 x BCM25335 (Herhangi bir DC-DC 5V uyumlu cihazla değiştirilebilir)
         • Op-Amp: 1 x LM358
         • Röleler: 5V Toleranslı Çift SPDT
         • Harici 24V Güç Kaynağı

     11. Kullanıcı arayüzü:

         • LCD: 1x1604A
         • IR Sensör: 1 x CDS-IR
         • Buton: 1 x SPST
         • LED: 1 x RGB LED (4 kontak)

     12. Konektörler:

         • Terminal Blokları: 7 x 2 Kontaklı TB
         • Karttan Kabloya Konnektörler: 3 x 4 kontak kablosu + muhafaza konektörleri
         • Ses: 2 x 3,5 mm Dişi jak konektörü
         • Çıkış PSU: 2 x 220VAC güç konektörü (erkek)
         • DC Jakı: 2 x Erkek DC Jak Konnektörleri
         • LED Şerit ve Harici Güç Kaynağı: 1 x 4 kontaklı Karttan Kabloya Monte Konnektörler + kablo

     Mekanik Bileşenler

     1. 3D Yazıcı Filamenti - herhangi bir renkte PLA+
     2. 5mm Çapında 4 Vida
     3. En az 9 x 15 cm prototipleme panosu
     4. Kullanılmayan tel stoğu

     Aletler

     1. 3D Yazıcı (Creality Ender 3'ü cam tipi yatakla birlikte kullandım)
     2. Sıcak yapıştırıcı tabancası
     3. Cımbız
     4. pense
     5. Kesici
     6. Harici 24V Güç Kaynağı
     7. Osiloskop (Opsiyonel)
     8. AVR ISP Programcısı (MCU Yanıp Sönmesi İçin)
     9. Elektrikli tornavida
     10. Havya
     11. Fonksiyon Üreticisi (Opsiyonel)

Adım 3: Elektrik Şemaları

Şematik diyagram, çalışmasını anlamamızı kolaylaştırabilecek ayrı devrelere bölünmüştür:

Mikrodenetleyici Ünitesi

Bu, yukarıda açıklandığı gibi AVR tabanlı bir ATMEGA328P'dir. Dahili osilatör kullanır ve 8MHz'de çalışır. J13, programlayıcı konektörüdür. AVR dünyasında çok fazla programcı var, bu projede eBay'den bir ISP Programmer V2.0 kullandım. J10, UART TX hattıdır ve öncelikle hata ayıklama amacıyla kullanılır. Bir kesinti işleme prosedürü oluştururken, bazen sistemin bize içeriden ne söyleyeceğini bilmek iyidir. D4, düşük akım derecelendirmeleri nedeniyle doğrudan MCU'dan sürülen RGB LED'dir. PD0 pimi, harici bir çekme ile SPST tipi bir basma düğmesine takılır.

Kızılötesi Sensör

Bu projede kullanılan IR sensörü, eBay'de çok uygun fiyatlarla bulunan genel amaçlı üç pinli bir IR sensörüdür. IR çıkış sinyali pini, MCU'nun kesme giriş pinine (INT1) bağlanır,

LCD

Ekran, 4 bit veri iletimi ile 1604A ekranın basit bir uygulamasıdır. Tüm kontrol/veri pinleri MCU'ya bağlıdır. LCD'nin ana karta iki konektör J17, J18 ile bağlı olduğunu fark etmek önemlidir. LCD modülünü açıp/kapatmak için, LCD için toprak hattını değiştiren tek bir BJT anahtarı vardır.

Güç kaynağı

LED şerit hariç tüm dahili devreler 5V'da çalışır. Daha önce bahsedildiği gibi, 5V güç kaynağı, lineer regülatörde oluşabilecek ısınma sorunu olmadan 24V'u 5V'a çeviren basit bir DC-DC modülüdür (burada eBay çözümü bulmama yardımcı oldu). Kondansatörler C[11..14] bypass için kullanılır ve DC-DC güç hatlarında hem giriş hem de çıkışta mevcut anahtarlama gürültüsü nedeniyle bu tasarım için gereklidir.

Monitör Kontrolü

Monitör kontrol devreleri sadece bir röle anahtarlama sistemidir. Biri 220VAC, diğeri 19.8V olmak üzere iki monitörüm olduğu için farklı uygulama gerekiyor.: Her MCU çıkışı 2N2222 BJT'ye bağlı ve 5V'den BJT kollektör pinine yük olarak bir röle bobini bağlı. (Uygun akım deşarjı için bir ters diyot takmayı unutmayın!). 220VAC'de röle HAT ve NÖTR hatlarını değiştirir ve 19.8V'de röle yalnızca DC güç hattını değiştirir - kendi güç kaynağına sahip olduğundan, toprak hatları her iki devre için de paylaşılır.

Ses Seviyesi Kontrolü

Dikkatli ses sinyali iletimi için voltaj bölücüler için tampon olarak LM386 ses yükselticilerini kullanmak istedim. Her kanal - sol ve sağ 3,5 mm ses jakı girişinden gelir. LM386, minimum parça konfigürasyonunda standart bir G = 20 kazancı uyguladığından, her iki kanal için 1MOhm'lik bir direnç vardır. Bu şekilde, giriş kanalları için hoparlör sistemine giden toplam güç miktarını azaltabiliriz:

V(çıkış-maks) = R(maks) * V(inç) / (R(maks) + 1MOhm) = V(inç) * 100K / 1.1M.

Ve toplam kazanç: G = (Vout / Vin) * 20 = 20 / 11 ~ 1.9

Voltaj bölücü, sileceğin sinyali LM386 arabelleğine (U2 IC'dir) ilettiği basit bir dijital potansiyometre ağıdır. Cihaz, her biri için yalnızca ENABLE hatlarının ayrıldığı tüm çevresel devreler için SPI'yi paylaşır. MCP4261, 100K 8-bit lineer dijital potansiyometre IC'dir, bu nedenle ses artışındaki her adım şu şekilde ifade edilir: dR = 100.000 / 256 ~ 390Ohm.

Her SOL ve SAĞ kanal için A ve B pimleri GND ve 5V'ye bağlıdır. Böylece alttaki silecek konumunda, tüm ses sinyalini 1MOhm direnç MUTING cihaz sesi aracılığıyla GND'ye iletir.

LED Şerit Parlaklık Kontrolü:

Parlaklık kontrolü fikri, ses kontrolüne benzer, ancak burada bir sorunumuz var: dijital potansiyometre, yalnızca genlikleri 5V'u aşmayan sinyalleri GND'ye iletebilir. Bu nedenle fikir, dijital potansiyometre voltaj bölücüsünden sonra basit bir Op-Amp tamponu (LM358) yerleştirmektir. ve doğrudan bir PMOS transistörüne bağlı kontrol voltajı.

X9C104P, 100KOhm değerinde tek bir 8 bitlik dijital potansiyometredir. Sadece akım akışı için cebirsel kuralları izleyerek kapı voltajı için bir hesaplama elde edebiliriz:

V(kapı) = V(silecek) * (1 + R10/R11) = 2V(silecek) ~ 0 - 10V (açma/kapama ve parlaklığı kontrol etmek için yeterlidir)

Adım 4: 3B Muhafaza Oluşturma

Cihaz muhafazası için benim gibi acemiler için bile harika bir araç olan FreeCAD v0.18 kullandım.

Muhafaza Tipi

Lehimli tahtayı saracak tek bir kabuğun olduğu bir kutu oluşturmak istedim. Ön panel, tüm kullanıcı arabirimi parçalarını içerir ve arka panel, masa elektroniğine giden tüm konektörleri içerir. Bu paneller, üst kapakta 4 vidalı bir düzenek ile doğrudan ana kabuğa takılır.

Boyutlar

Muhtemelen dizideki en önemli adım. Tüm uygun mesafeleri ve kesme bölgelerini hesaba katmak gerekir. Resimlerde görüldüğü gibi öncelikle ön ve arka panellerde alınan ölçüler:

Ön Panel: LCD, Switch, LED ve IR sensörü için kesme bölgeleri. Tüm bu boyutlar, her parça için üretici veri sayfasından türetilmiştir. (Farklı parça kullanmak istemeniz durumunda, tüm kesim bölgelerini güvence altına almanız gerekir.

Arka panel: 3,5 mm ses jakları için iki delik, İki 220V 3 hatlı güç konektörü, DC güç kaynağı için iki erkek jak ve LED şeridi ve cihaza güç için ek delikler

Üst Kabuk: Bu kabuk yalnızca tüm parçaları birbirine bağlamak için kullanılır. Ön ve arka panel alt kabuğa yerleştirildiğinden.

Alt Kabuk: Cihazın tabanı. Panelleri, elektronik lehimli kartı ve üst kapağa bağlı vidaları tutar.

Parçaları Tasarlamak

Paneller oluşturulduktan sonra alt kabuğa geçebiliriz. Her adımdan sonra parçaların birlikte yerleşiminin sağlanması tavsiye edilir. Alt kabuk, kabuğun kenarlarına yakın simetrik ceplere sahip, basit bir dikdörtgen tabanlı ekstrüzyon şeklidir (bkz. resim 4).

Cepleme adımından sonra kapak eki için 4 vidalı bir taban oluşturulması gerekir. XOR işleminden sonra kesme silindirinin mevcut olduğu farklı yarıçaplı ilkel silindirlerin eklenmesi olarak tasarlandılar.

Şimdi tam bir alt kabuğumuz var. Uygun bir kapak oluşturmak için, kabuğun üstünde bir eskiz yapmak ve aynı silindir noktalarını oluşturmak gerekir (sadece delmek için noktalar ekledim, ancak sabit çaplarda delikler oluşturma imkanı var).

Tüm cihaz kasası tamamlandıktan sonra parçaları bir araya getirerek kontrol edebiliriz.

Adım 5: 3D Baskı

Sonunda buradayız ve baskıya geçebiliriz. Bu proje için tasarımıma dayalı STL dosyaları var. Bu dosyalarla ilgili bir sorun olabilir, çünkü toleranslar dikkate alınmamıştır. Bu toleranslar, STL dosyaları için dilimleyici uygulamasında (bir Ultimaker Cura kullandım) ayarlanabilir.

Tarif edilen parçalar, cam yataklı Creality Ender 3 üzerine basılmıştır. Koşullar standart olanlardan uzak değildir, ancak dikkate alınmalıdır:

• meme çapı: 0.4mm
• Dolgu yoğunluğu: %50
• Destek: Destek ekine hiç gerek yoktur
• Önerilen hız: Proje için 50 mm/sn

Muhafaza parçaları yazdırılır basılmaz, gerçek hayatta kontrol edilmesi gerekir. Muhafaza parçalarının takılmasında herhangi bir sorun yoksa montaj ve lehimleme aşamasına geçebiliriz.

Talimatlarda STL görüntüleyiciyle ilgili bir sorun var, bu yüzden önce indirmenizi öneririm:)

Adım 6: Montaj ve Lehimleme

Lehimleme işlemi zor bir işlemdir, ancak diziyi farklı devrelere ayırırsak, bitirmemiz çok daha kolay olacaktır.

1. MCU Devresi: Önce dişi programlama konnektörü ile lehimlenmelidir. Bu aşamada, çalışmasını ve bağlantısını gerçekten test edebiliriz.
2. Ses Devresi: İkincisi. Lehimli panoya terminal blokları takmayı unutmayın. Gürültülü yapıları nedeniyle ses devrelerinin dönüş yolunu dijital olanlardan - özellikle dijital potansiyometre IC'lerinden yalıtmak çok önemlidir.
3. Monitör Devreleri: Ses devresine benzer şekilde, I/O portlarına terminal bloğu takmayı unutmayın.
4. Bağlayıcılar ve UI Paneli: Bağlanması gereken son şeyler. Kullanıcı arabirim paneli, kabloların doğrudan harici parçalara lehimlendiği Board-to-Wire konektörü aracılığıyla lehimli panoya bağlanır.

Lehimleme işleminden sonra basit bir mekanik parça ekleri dizisi vardır. Yukarıda da görüldüğü gibi kasa üzerinde bulunan köşelere 4 adet vida (5mm çapında olanlarını kullandım) takmak gerekiyor. Bundan sonra, UI parçalarını ve arka panel konektörlerini dış dünyaya takmaya ihtiyaç vardır. Tercih edilen alet bir sıcak tutkal tabancasıdır.

Basılı muhafazaya parça yerleşimini kontrol etmek çok faydalı olacaktır. Her şey yolunda görünüyorsa, programlama adımına geçebiliriz.

Adım 7: Programlama

Bu adım eğlenceli bir adımdır. Çalışması gereken çeşitli şeyler olduğundan, MCU'nun toplam 5 hizmetini kullanacağız: Harici kesme, SPI çevre birimleri, kayıt için UART, hassas sayım için zamanlayıcılar ve IR uzaktan kodlarımızı depolamak için EEPROM.

EEPROM, depolanan verilerimiz için önemli bir araçtır. IR uzaktan kumanda kodlarını saklamak için bir dizi tuşa basmak gerekir. Her sıralamadan sonra sistem, cihaza güç verilip verilmediğinden bağımsız olarak kodları hatırlayacaktır.

RAR olarak arşivlenen Atmel Studio 7 Projesinin tamamını bu adımın alt kısmında bulabilirsiniz.

Programlama, AVR ISP Programmer V2, 0 tarafından ProgISP adı verilen basit bir uygulama aracılığıyla yapılır. Tam kullanıcı arayüzü ile çok kolay bir uygulama. Sadece uygun HEX dosyasını seçin ve MCU'ya indirin.

ÖNEMLİ: MCU'nun herhangi bir programlanmasından önce, tüm uygun ayarların tasarım gereksinimlerine göre tanımlandığından emin olun. Dahili saat frekansı gibi - varsayılan olarak, fabrika ayarında ayırıcı sigortası etkindir, bu nedenle mantık YÜKSEK olarak programlanmalıdır.

Adım 8: Eşleştirme ve Test Etme

O kadar uğraştan sonra nihayet buradayız:)

Cihazı doğru şekilde kullanmak için eşleştirme sırasına ihtiyaç vardır, bu nedenle cihaz kullanılacak olan bağlı IR uzaktan kumandayı "hatırlayacaktır". Eşleştirmenin adımları aşağıdaki gibidir:

1. Cihazı açın, ana UI ekranının başlatılmasını bekleyin
2. Düğmeye ilk kez basın
3. Sayaç sıfıra gelmeden düğmeye bir kez daha basın
4. Cihaza göre belirli bir işleve sahip olmasını istediğiniz uygun tuşa basın
5. Cihazı yeniden başlatın, şimdi tanımlanan tuşlara yanıt verdiğinden emin olun.

Ve bu kadar!

Umarım, bu talimatı faydalı bulursunuz, Okuduğunuz için teşekkürler!