Bezdrôtovo ovládané svietidlo

Autori:	Stanislav Hájek, Anastasiia Zavadska
Študijný odbor:	Robotika a kybernetika	3. Bc. (2018)

Opis projektu

Čo a Prečo?

Pre vytvorenie pracovnej atmosféry v kancelarii obyčajne vyberáme stolové lampy s prísnym lakonickým dizajnom, ale pre vlastnú domácnosť chceme vybrať nejaký elegantný, útulný model. Vo väčšine prípadov sú dekoratívne stolové lampy menej praktické ako kancelárske modely, ale napriek tomu spĺňajú svoje funkčné požiadavky a funkcie: osvetľujú pracovný priestor stola, umožňujú učiť sa, čítať, písať s veľkým komfortom. Výrobky ponúkané v obchodoch nie vždy zodpovedajú našim požiadavkám alebo stojia príliš veľa. Preto, našim nápadom je návrh vlastného svietidla s rozšírenou funkčnosťou. Chceme vyrobiť unikátny, samostate funkčný celok, ktorý by vyhovoval nižšie uvedeným požiadavkam:

• ovladanie lampy pomocou mobilného telefónu
• zmena farieb svietidla

z požiadaviek môžeme sformulovať hlavné úlohy:

1. návrh vhodného hardvéru pre diaľkové ovládanie lampy
2. návrh aplikácie pre diaľkove ovládanie lampy
3. vytvorenie modelu vlastnej dekoratívnej lampy

Ako ?

Potrebny material:

• Vývojova doska (ESP8266, Arduino NANO, Raspberry PI atd)
• WS2812B samostatne adresovateľné RGB LED diody
• 3D model lampy
• USB kábel

Použité zdroje:

• WS2812B is a intelligent control LED light - datasheet

Analýza

Informácie o farbe a spektre

Všetci vieme, že naša vízia je trojzložková: máme tri typy "farebných" receptorov - "červená", "modrá" a "zelená". Ale život ako zvyčajne je komplikovanejší - farba je určená vlnovou dĺžkou, a má akékoľvek hodnoty. Preto ked objekt odraza farbu medzi červenou a zelenou, tak reaguju aj červené aj zelené typy receptorov. Preto vidime "divne" miešanie farieb - v prípade, že objekt odráža červenú a zelenú farby, uvidíme žltu, aj keď v skutočnosti "žlta" vlnova dĺžka tam neni. Aby bolo jasnejšie: oko nemôže rozlíšiť, či objekt odráža čisto žlté svetlo (580 nm), alebo zelené (520 nm) a červené (680 nm). V oku sa aktivujú obidva receptory a v oboch prípadoch uvidíme rovnakú farbu, žltú. Realita je oveľa zložitejšia ako len RGB,preto aj existuju všetky problémy s "farebnými profilmi", "vyvážením", "nesprávnym osvetlením".

Hlavné charakteristiky svietidiel

1. Účinnosť (koľko viditeľného svetla produkuje lampa pri výkone 1W).
2. Životnosť / spoľahlivosť
3. Kvalita osvetlenia (spektrum, blikanie)

Základné typy svietidiel

• žiarovky - historicky prvý typ svietidla. Strašná energetická účinnosť je 8-10 lm/W. Hlavný problém so spoľahlivosťou je pri napájaní. čím nižšia je teplota, tym je nižšia odolnosť vlákna .
• halogénové žiarovky - V skutočnosti ide o žiarivky, ale sa pridá bróm alebo jód, čo zvyšuje životnosť a umožňuje zvýšenie teploty vlákna. Energetická účinnosť je o niečo lepšia - 10-15 lm/W, spektrum je tiež kontinuálny a posunuty do červenej oblasti.
• žiarivky - nízkotlaková ortuťová výbojka, ktorá na premenu elektrickej energie na svetelnú využíva žiarenie tlejivého elektrického výboja v parách ortuti. Samotný výboj vyžaruje neviditeľné ultrafialové žiarenie, ktorým je ožarovaná tenká vrstva vhodného luminoforu, nanesená na vnútornej strane banky žiarivky.Energetická účinnosť kompaktných - od 50 do 70 lm/W (to je dokonca to najlepšie, čo má Phillips). Od prvého septembra 2009 bol v krajinách Európskej únie zakázaný predaj klasických žiaroviek s príkonom vyšším ako 80W a od prvého septembra 2012 bol zakázaný predaj klasických žiaroviek s príkonom vyšším ako 70W. Tieto obmedzenia sa výraznou mierou podpíšu na väčšom rozšírení tzv. kompaktných žiariviek (žiariviek do pätíc)[Wikipedia].
• LED žiarovky - najlacnejšie biele LED - modrý + žltý fosfor, ktorý dáva podobu bieleho svetla, ale v skutočnosti je ďaleko od bielej. Vyjadrené píky pri 450 a 550 nm, s ponorením asi 500 a po 600 nm. V dôsledku toho, s LED osvetlením, farby su skreslené. Najlepšiu energetickú účinnosť poskytujú na začiatku prevádzky 50-60 Lm/W
• Sodné lampy - viditeľné pri pouličných osvetleniach. Majú fenomenálnu účinnosť, zvyčajne 100-150, až 200 lm/W (4 krát účinnejšie než najlepšie LED žiarovky ), a sú lacne. Jediným problémom je, že svietia len žltým svetlom , takže môžu sa pouzivat len pre pouličné lampy, sklady atď. Všetko, čo neodráža žlté svetlo, bude čierne.

Záver

• Pre baterky a dekoracne lampy najlepsimi su LED žiarovky (nebojia sa aktivneho pouzivania, zapínania/vypínania).
• Pre hlavné osvetlenie v miestnosti- žiarivka v "dobrom" rozsahu (skontrolujte webové stránky výrobcu).
• Osvetlenie v miestnostiach, kde nie je potrebné pracovať - ​​energeticky úsporné žiarivky so slabým spektrom.
• Osvetlenie na uliciach a skladoch - sodíkové lampy.
• Normálne žiarovky - len pre deštivý deň.

Princíp činnosti WS2812B

LED diódy (pixely) WS2812B a LED pásy založené na týchto pixeloch sú pomerne populárne a to preto, lebo:

• kompaktný - pixel obsahuje 3 LED diódy a ovládače pre nich ich (veľkosť len 5x5 mm)
• jednoduché ovládanie - pixel je riadený jednoduchým sériovým rozhraním, ktoré sa dá jednoducho implementovať programovo aj pomocou hardvérových rozhraní MK (ako napríklad SPI a UART)
• ovládanie len jednej linky (bez započítania napájacích vodičov)
• neobmedzený počet po sebe idúcich pixelov
• pomerne nízke náklady (ak vypočítate náklady na 3 samostatné LED diódy a ovládače k ​​nim bude oveľa drahšie)

Fyzicky, WS2812B má 3 LED diódy (červené, modré a zelené) a ovládače PWM, ktoré ovládajú ich jas. Ovládače PWM sú 8-bitové, to znamená, že pre každú z farieb je možné použiť 256 stupňov jasu, takže pre nastavenie jasu pre každú z troch LED diód je potrebné prenášať pixel 8x3 = 24 bitov (3 bajty) informácií. Protokol na prenos informácií na jednoriadkovú LED s pevnou rýchlosťou. Jednotky a nuly informácií o jasnosti sú kódované dĺžkou vysokej a nízkej úrovne signálu v riadku.

Každý z pixelov WS2812B má 2 výstupné výkony (VDD, VSS), vstup (DIN) a výstup (DOUT).

DIN vstup sluzi na nastavenie novej farby. Informácie o farbe sa prenášajú postupne (začiatok najvyšším bitom) postupne pre každú z farieb komponentov G, R, B. Pixely sú pripojené v reťazci nasledovne:

Zápis hodnôt farby do reťazca pixelov sa uskutočňuje nasledujúcim spôsobom: Prvých 24 bitov napojených na DIN sa zapisuje do dočasnej pamäte (farba zostáva nezmenená od predchádzajúceho času) prvého pixelu. Nasledujúce bity prechádzajú prvým pixelom cez seba a vyvedú ho do výstupu DOUT. Druhý pixel zopakuje kroky prvého (ponechanie prvých 24 bitov, ktoré dosiahli) a tak dalej. Aby sa hodnoty farieb z dočasnej pamäte pixelov sa aktivovali, mal by sa zachovať pauza v priebehu 50 μS. Po tejto pauze sa cyklus môže znova zopakovať.

3D model

Pre vyrobu tlac nasho vyrobku sme zvolili 3D tlaciaren a PLA plast. PLA plast je ideálnym materiálom pre 3D tlač prototypov a produktov. Napríklad ozdobné predmety, predmety, ktoré vyžadujú podrobné spracovanie, produkty na prezentáciu.

Popis riešenia

Sem opíšete ako konkrétne ste problém vyriešili. Začnite popisom pripojenia k procesoru (nezabudnite na schému zapojenia!) a zdôraznite ktoré jeho periférie ste pritom využili.

Schéma zapojenia snímača

Algoritmus a program

Uveďte stručný popis algoritmu, v akom jazyku a verzii vývojového prostredia ste ho vytvorili. Je vhodné nakresliť aspoň hrubú štruktúru programu napríklad vo forme vývojového diagramu. Rozsiahly program pre lepšiu prehľadnosť rozdeľte do viacerých súborov.

Vyberte podstatné časti zdrojového kódu, použite na to prostredie source:

/* A nezabudnite zdroják hojne komentovať  */

int main(void) {
    
    printf("Hello, World!\n");  
    return(0);  
}

Nezabudnite však nahrať aj kompletné zdrojové kódy vášho programu!

Zdrojový kód: serial.h a main.c

program.c

Výsledok

Nezabudnite zdokumentovať výsledok vašej práce. Určite sem patria fotografie, video a zhodnotenie ako ste spokojní s výsledkom,

Hribik

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.