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Enginursday: Uma lâmpada velha aprende novos truques – Notícias

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Detalhes de um projeto que atualiza uma lâmpada incandescente antiga para utilizar LEDs endereçáveis



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No espírito dos três R's, decidi atualizar uma lâmpada incandescente velha e quebrada com alguns LEDs endereçáveis ​​e potenciômetros.

A pobre lâmpada velha estava em constante declínio e, depois que a segunda das três cabeças da lâmpada falhou em ligar a lâmpada, ficou claro que a lâmpada antiga estava a caminho de se tornar totalmente disfuncional. A necessidade de consertar a lâmpada antiga apresentou a oportunidade de atualizar seus internos antigos, famintos por energia, com algumas substituições mais eficientes e ricas em funcionalidade. Comecei a desmontar para ver com o que estávamos trabalhando.

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Desmontagem

A lâmpada em si não é nada única; tem um corpo de metal que pode ser facilmente separado em duas partes principais: o suporte e o poste, e o que estou chamando de "colecionador", com os três pescoços e a cabeça da lâmpada em cada um. Os dois podem ser separados, desaparafusando o poste do coletor e cortando todos os cabos que conectam as duas partes. O plano era estripar todos os circuitos originais, por isso era mais fácil cortar os cabos que atrapalhassem. Uma vez separados, os cabos podem ser retirados do suporte.

Cada cabeça da lâmpada é conectada ao seu respectivo pescoço por um dispositivo de passagem que age como um giro, permitindo que os cabos do coletor / pescoço passem para a cabeça da lâmpada. Estes foram facilmente removidos desaparafusando dois parafusos – um atua para prender as duas metades do giro no pescoço e o outro retém um cotovelo que carrega a cabeça da lâmpada. O mesmo processo foi seguido para separar as duas outras cabeças dos pescoços, permitindo que os fios restantes fossem puxados do coletor e dos pescoços.

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As cabeças das lâmpadas foram as mais desagradáveis ​​de desmontar. Dentro de cada lâmpada havia o conjunto do interruptor e da lâmpada, que foi fixado na parte do cotovelo do giro por duas arruelas e uma porca de retenção. Devido a problemas de folga, era mais ou menos impossível encaixar uma chave de largura padrão na porca de retenção. Felizmente, eu tinha algumas chaves finas que funcionariam, mas ainda era uma grande dor poder girar a porca cerca de 40 graus antes de ter que redefinir a chave.

Depois que essa porca foi removida, a parte do cotovelo do giro pode ser removida da cabeça da lâmpada, deixando a porca do botão na parte traseira da cabeça da lâmpada como a última peça de hardware. A remoção da porca do interruptor permitiu que o conjunto do interruptor e da lâmpada fosse puxado da cabeça da lâmpada, deixando-o vazio.

Encontrando algumas peças novas

Em um esforço para aumentar a eficiência e a funcionalidade em relação à antiga configuração incandescente, optei por substituir os componentes emissores de luz por LEDs CRGB endereçáveis. Com muitas opções disponíveis, passei pelo escritório para ver o que alguns dos usuários de LED endereçáveis ​​mais experientes recomendariam para o aplicativo.

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Decidi usar um de nossos anéis LED LuMini para cada um dos cabeçotes da lâmpada. Os anéis LuMini pareciam um bom ajuste – o formato do anel coincide com o formato das cabeças das lâmpadas e possuem pontos de montagem úteis que eu poderia usar. Esses anéis de LED estão disponíveis em três tamanhos, com a contagem de LED aumentando respectivamente. Optei por usar o anel de LED SparkFun LuMini – 1 polegada, que emprega 20 LEDs endereçáveis ​​APA102.

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Estabeleci dois objetivos iniciais para este projeto: o primeiro era poder ajustar o brilho de cada lâmpada individualmente e o segundo era poder mudar a cor que as lâmpadas emitem. Decidi adicionar um trimpot a cada cabeçote da lâmpada que substituísse o antigo interruptor rotativo, além de adicionar um trimpot ao suporte da lâmpada. O trimpot em cada uma das cabeças ajustaria o brilho dos LEDs correspondentes dessa cabeça da lâmpada, e o trimpot no suporte controlaria a cor de todos os LEDS. Para este trabalho, optei por usar quatro potenciômetros rotativos lineares de 10K Ohm. Coinsidentemente, esses trimpots imitam a aparência e o tamanho dos antigos interruptores rotativos, o que se mostrou muito útil para a instalação.

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Finalmente chegou a hora de escolher um microcontrolador que fosse adequado à aplicação imediata e não limitasse a adição futura de recursos. Decidi sobre o SparkFun Thing Plus – ESP32 WROOM como o cérebro da lâmpada, por causa de seus recursos sem fio e da funcionalidade que os acompanha.

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O último item a liberar antes da montagem foi o método de montagem dos anéis de LED nas cabeças das lâmpadas. O conjunto anterior de interruptores e lâmpadas tinha um suporte integrado ao conjunto, então eu precisava de algo semelhante em largura que pudesse moldar para se adequar ao aplicativo. Depois de dar uma olhada na loja de ferragens, decidi usar alguns suportes de estrutura de madeira de aço inoxidável.

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O que é legal nesses suportes é que eles foram pré-perfurados com aberturas adequadas à aplicação: um grande orifício que se encaixaria nas roscas da dobradiça e um orifício menor que poderia ser usado para fixar espaçamentos de 4-40 para montar a Anel de LED. Os suportes de aço inoxidável também são finos o suficiente para cortar facilmente com pedaços de estanho e dobrar com um alicate. Nesse ponto, era hora de começar a montagem.

Montagem

Comecei medindo e cortando todos os comprimentos de fio de que precisava e classificando-os com base no que os fios se conectariam. O esquema está abaixo.

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Qualquer pessoa que tenha puxado cabos sabe que tamanho de dor pode ser essa situação e não foi diferente. Prender os fios em um cabide endireitado ou em uma corda provou ser o método mais fácil de passar os fios pelas várias seções da lâmpada. Como os LEDs do APA102 exigem que sejam conectados em série para funcionar no mesmo barramento, era necessário um conjunto extra de fios de dados e de relógio para os sinais de saída do primeiro e do segundo toque – isso aumenta a contagem de fios para esses dois cabeçotes da lâmpada. dois.

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Havia algumas arestas afiadas de metal no interior do coletor, onde cada um dos tubos do pescoço se juntava. Essas arestas poderiam facilmente arrancar o revestimento de um arame ou até cortá-lo completamente – colei as arestas que consegui alcançar.

Depois que todos os fios foram puxados pelos pescoços e pelo coletor, colei todas as pontas dos fios na superfície mais próxima para impedir que os fios fossem arrancados acidentalmente ao puxar as outras extremidades.

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Em seguida, cortei e dobrei os suportes. Eu trabalhei em torno dos furos pré-perfurados necessários e cortei exatamente essa parte do resto do suporte. Como a cabeça da lâmpada é redonda e o suporte precisaria ficar mais ou menos nivelado contra a parede interna, cortei algumas cunhas nas laterais do suporte e dobrei a peça em forma de "V" de 90 graus. Depois de alguns ajustes e curvas, o suporte parecia se encaixar bem o suficiente.

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Agora era hora de montar cada uma das cabeças da lâmpada. Os fios tiveram que ser puxados através do orifício de montagem da cabeça da lâmpada e de todas as outras peças de retenção antes que eu pudesse começar a soldar os componentes até as extremidades. Eu achei as peças dispostas na ordem em que o fio tinha que passar por elas para ser útil. Nesse caso, o grupo de arames teve que passar por cada parte nesta ordem: giratório (metade), cotovelo giratório, cabeça da lâmpada, suporte, arruela, arruela de pressão, porca de retenção.

Antes de prender o suporte com a porca de retenção, conectei dois espaçadores de alumínio de 3/8 de polegada e os fixei ao suporte, porque não ia ter espaço para prendê-los ao suporte assim que o suporte fosse no lugar. Depois que a porca de retenção foi presa ao cotovelo, comecei a soldar o potenciômetro e o anel de LED nos fios. Optei por soldar e instalar o trimpot primeiro, pois essa parte tinha que perfurar a parte de trás da cabeça da lâmpada e, como os espaçadores no suporte, eu não seria capaz de fixar o trimpot no lugar com o anel de LED instalado.

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O trimpot precisa de um sinal de energia, um sinal de terra e um sinal de saída, enquanto o anel de LED precisa de um sinal de energia, um sinal de terra, uma entrada de dados, uma entrada de relógio, uma saída de dados (dois primeiros toques) e uma saída de relógio (primeira dois anéis).

Liguei o trimpot e o anel de LED com 5V, o que no final foi um erro. Em um esforço para puxar a menor quantidade possível de fios através da lâmpada, cada cabeça da lâmpada foi alimentada com um fio de fonte de 5V e um terra. Isso significava que eu tinha que unir os 5V e o terra do trimpot e do anel nas principais fontes de energia e terra. Eu escolhi fazer isso com alguns cabeçalhos de abertura de 100 mil arremessos (feminino e masculino) e, uma vez inseridos, os cabeçalhos foram colados para mantê-los no lugar – imaginei que isso facilitaria a desmontagem ou a solução de problemas.

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Depois de prender o trimpot na parte de trás da cabeça da lâmpada, descasquei as extremidades dos fios, indo para o anel de LEDs, e os soldei ao seu respectivo bloco. Por fim, prendi o anel LuMini na extremidade dos dois espaçadores de alumínio empilhados usando um parafuso 4-40. O mesmo processo foi seguido para a montagem dos outros dois cabeçotes da lâmpada.

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Para concluir a montagem do coletor e da cabeça, puxei o restante dos fios do coletor através do poste e do suporte. O poste foi rosqueado no coletor e, para concluir a montagem da lâmpada, todos os fios foram soldados ao ESP32 Thing Plus sob o suporte.

Codificando o ESP

O esboço do Arduino abaixo é o código atual em execução no ESP32:

#include 

#define NUM_LEDS 60
#define DATA_PIN 18
#define CLOCK_PIN 5
#define short_pot 26
#define med_pot 25
#define long_pot 34
#define base_pot 39
#define short_ring 0
#define med_ring 20
#define long_ring 40

CRGB lamp_leds(NUM_LEDS);

int SHORT_VAL = 0;
int MED_VAL = 0;
int LONG_VAL = 0;
int LAMP_HUE = 0;
int LAMP_SAT = 200;
int PREV_SHORT_VAL = 0;
int PREV_MED_VAL = 0;
int PREV_LONG_VAL = 0;
int PREV_LAMP_HUE = 0;

void setup()
  pinMode(short_pot,INPUT);
  pinMode(med_pot,INPUT);
  pinMode(long_pot,INPUT);
  pinMode(base_pot,INPUT);

  LEDS.addLeds(lamp_leds, NUM_LEDS);
  LEDS.setBrightness(LAMP_SAT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Hello?");


void loop()

//math on trim signal translating into range of 0-255
int pot_read(int pot)
  long VAL = 0;
  for(int i = 0; i<1000; i++) VAL += analogRead(pot);
  VAL = VAL/1000;
  int CAL_VAL = VAL/16;
  return CAL_VAL;

//sets LED settings
void populate_led_settings(int ring_start, int hue,int sat,int val)
  for(int i=ring_start; i

Optei por usar a biblioteca FastLED devido à sua facilidade de uso e à enorme variedade de suporte e funcionalidade de LEDs. Também foi a primeira vez que utilizei a estrutura de configuração de LED CHSV, que achei muito mais intuitiva do que a estrutura RGB padrão. O código acima funciona bem o suficiente, mas está longe de ser perfeito - isso pode ser dito para a lâmpada como um todo.

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Usar uma fonte de 5V para os trimpots foi um erro. Primeiro, é possível danificar o ESP32 alimentando mais do que VDD + 0.3V a qualquer GPIO. Segundo, o ESP32 funciona em um nível lógico de 3,3V, o que significa que o chip acaba cortando qualquer tensão de sinal do trimpot que exceda 3,3V, diminuindo a janela de sinal utilizável do trimpot. Se eu tivesse alimentado o trimpot com um sinal de 3,3V, poderia ver uma resolução maior.

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Enquanto isso, o microcontrolador provavelmente será trocado para uma placa baseada em ATmega328, funcionando a 5V. Algumas das matemáticas no esboço da lâmpada terão que ser ajustadas para levar em consideração a diferença na contagem de bits ADC, mas é uma solução rápida e segura. Executar uma fonte de 3,3V através da lâmpada e retornar ao ESP32WROOM é o objetivo no final.

Em suma, o projeto foi divertido e é bom salvar uma lâmpada velha. Conte-nos sobre alguns de seus projetos reutilizados e reciclados!

Sites imperdíveis:

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