Пульт управления запуска фейерверками своими руками часть 1

Перевёл alexlevchenko92 для mozgochiny.ru

Любые праздники заканчиваются запуском фейерверков, а они, как известно, источники потенциальной опасности. Если ещё учесть, что на большинстве запусков присутствуют дети, то процесс создания праздничного настроение превращается в «бомбу замедленного действия». Поэтому предлагаю сделать своими руками переносную поделку, которая сможет «управлять» не только запуском фейерверков, но и поможет разместить детей на безопасной расстоянии от места пуска.

35

Модуль разрабатывался на Arduino по нескольким причинам:

  • Нужно было работать над повышением навыков программирования.
  • Хотелось иметь временной контроль над корректировкой импульсов.
  • Хотелось сделать большой пользовательский интерфейс, который был бы забавой для взрослых и детей.

Полный комплект состоит из двух частей, которые позволяют спокойно наслаждаться пуском фейерверков на расстояния  15 м.

Шаг 1: Продумываем конструкцию

37

Хотелось бы, чтобы модуль управления фейерверками имел следующие элементы конструкции:

  • Физический ключ, который бы замыкал электрическую цепь;
  • Информационный дисплей, который можно было бы считывать с расстояния в 10+ метров;
  • 8 отдельных пусковых рычагов для запуска фейерверков;
  • Возможность управления с помощью пульта дистанционного управления.

Кроме того, было необходимо расположить все модули  в компактном чемоданчике. Из-за того, что самоделка должна была эксплуатироваться в полевых условиях  нужно предусмотреть возможность простого ремонта с заменой комплектующих. Поскольку фейерверки несут потенциальную опасность в системе предусмотрена функция самоконтроля — определение неработающих запалов.

Для того, чтобы выполнить всё запланированное, нужно тщательно спланировать и продумать процесс изготовления, учитывая уровень навыков работы с электроникой.

На картинке, показана общая компоновка схемы, которая собирается с помощью макетной платы.

Учитывая, что в проекте используются большие токи для воспламенения запалов, необходимо произвести надежную изоляцию контактов.

Шаг 2: Список деталей

0

Список деталей достаточно широк. Однако если вы планируете изготавливать самоделку своей собственной конструкции, то этот список можно  уменьшить или же увеличить.

  • 12 В аккумулятор;

1

  • Зарядное устройство 12В;
  • Батарейная сборка из 6 батареек типа AA;

2

  • Оптопары;
  • резисторы 560 Ом мощностью ½ Вт;

3

  • резисторы 10K Ом мощностью ¼ Вт;
  • резисторы 1.2K Ом мощностью ¼ Вт;

4

  • Интернет кабель – 15 м;
  • Гнездо под разъем RJ45;

5

  • Внешняя крышка для телефонных розеток (на три отверстия);
  • Корпус для модуля управления и воспламенителя;

6

 

  • 10K Потенциометр — ½ Вт;

7

  • Ручка для потенциометра;
  • Светодиодная подсветка кнопок;

8

  • DIP Sockets — 16 контактов;

9

  • Селекторный ключ – 4 позиции;

76

  • Выключатель;

75

  • Макетная плата — 5×7 см;

12

  • макетная плата — 4×6 см;

13

  • Arduino Mega;

14

  • регулятор на 5В;
  • Нихромая нить;

15

  • Подпружиненные штекеры;
  • Гнёзда для подпружиненных штекеров;

16

  • Булавки;
  • WS2812B светодиоды;

17

  • Красные светодиоды;

34

  • Модуль дистанционного управления;

18

  • Реле;
  • Ленточный кабель;

19

  • Ленточный кабель Terminator;

33

  • 6 мм штекер;

20

  • Акрил – 30 см x 30 см;

32

  • 3 мм акрил – 30 см x 60 см;

21

  • Клей для акрила;

31

  • Оргстекло;

22

  • Оконная самоклеющаяся пленка;

30

  • Пенопластовая панель;

23

  • 6 крепежных винтов;

29

  • 6 гаек;

24

  • 6 гаек-колпачков;

25

  • 6 шайб;

26

  • Обжимные лепестковые разъемы;

27

  • Обжимные клеммы;

28

Полный список

Шаг 3: Выбираем кейс

38

В проекте используется два кейса. В одном из них размещаются Arduino и 90% схемы. В другом – реле, аккумуляторы и схема высокого напряжения (12 В).

39

40

41

Шаг 4: Приступаем к изготовлению

Рекомендую использовать систему модульной установки. Все платы будут соединяться вместе разъёмами (при необходимости это позволит быстро заменить «сгоревший» элемент).

Как вы можете видеть на исходной схеме, устройство разделено на составные части. Каждая плата выполняет специфическую роль.

Основная плата разбита на:

  • «Кнопки чтения» — показывают какие кнопки находятся в нажатом положении;
  • «Кнопки освещения» — подсветка кнопок на основе сигнала, поступающего от Arduino.
  • Пульт дистанционного управления;
  • «Отчеты по узлам» – отчет о воспламенителях, которые подключены и готовы к действию.
  • Регулирование мощности — плата преобразовывает напряжение батарейной сборки из 6 батареек (9В) в 5В для запуска Neopixels (WS2812B светодиодов).
  • Распределение питания — почти каждой плате необходимо V+ и GND. Эта плата содержит выводы, которые подключаются к общей земле и 5В питания, поступающего из Arduino.

Шаг 5:

42

На плате расположены дорожки, которые содержат резисторы и подключены к цифровым контактам Arduino (для каждой кнопки).

Резистор между землей и выводом Arduino гарантирует, что сигнал будет считываться Arduino в момент , когда кнопка не нажата. Резисторы имеют номинал 10K Ом, 1/4 Вт резисторы.

43

Шаг 6:

44

Набор резисторов с соответствующими выводами с Arduino. Были использованы резисторы 220 Ом 1/4 Вт. Их значения зависят от падения напряжения и величины тока, которая будет проходить через светодиоды.

45

Шаг 7: Плата регулировки питания

46

Дисплей разрабатывался под NeoPixel (WS2812B светодиоды), которые работают от 5В. Однако, они слишком прожорливые, чтобы запитываться от бортового регулятора Arduino, таким образом, нужно изготовить отдельную схему регулирования напряжения для работы в параллельном режиме.

47

RGB светодиоды имеют 3 цвета, которые в общем потребляют 60 мА тока. В проекте используются 34 пикселя, поэтому максимальное общее потребление тока 34 * 60 мА = 2,040 мА. Яркость светодиодов не будет выставляться на максимум, и кроме того будет использоваться только один цвет. Как вы увидите позже в коде я использовал только зеленые и красные цвета, и поскольку они не будут смешиваться во время работы  можем предположить, что каждый светодиод будет потребляет примерно 20 мА. Кроме того максимальная яркость будет составлять 150 из 255. Поскольку потребление не является линейным, при яркости в 150 единиц, как правило, они потребляют около 70% от максимальной величины. Так что теперь 20 мА * 0,70 = 14 мА потребляет один светодиод.

В итоге для питание 34 светодиодов необходимо 476 мА. Для запитки воспользуемся LM7805 – линейным регулятором напряжения без дополнительного теплоотвода. LM7805 может смело рассеивать 2 Вт при нормальных условиях окружающей среды. Расчет проводим по следующей формуле.

48

(Входное напряжение — регулируемое напряжение) * Ток в амперах = Ватт, что будет рассеивать. Таким образом, в нашем случае мы имеем запас 9В, регулируемые 5В с 476 мА. Так что … (9В — 5В) * 0,476 = 1.9Вт.

Остальные электронные компоненты потребляют минимальное значение тока и будут запитываться по 5В шине Arduino.

Есть три комплекта выводов. Первый в левом нижнем углу – простой вход Vbat и GND, на которые подают входное напряжение (9В) и GND к LM7805. Следующий комплект средний и единичный контакт – принимает сигнал (данные) из 22 контактов Arduino и просто транспортирует его на следующий набор выводов. Третий набор (верхний-средний) 5В (от LM7805), GND (общий) и данные (единичный контактный описанный выше) – служат для установки трех контактного разъёма, с помощью которого подключается дисплей.

49

Шаг 8: Воспламенители

50

Частью моего плана было использование контроллера, благодаря которому, можно  определять, какие запалы подключены, а какие нет. Для того чтобы сделать это МК должен передать низкий ток через воспламенитель, при этом не зажечь его, но в то же время предупредить Arduino, что он подключен. Проблема в том, что к запалам подается 12В, а от Аrduino в систему 5В. Подключение 12В к Arduino не является хорошей идеей, поскольку всё это закончится выгоранием цифровых входов/выходов. Для этой проблемы воспользуемся оптроном.

Оптрон является средством для «перевода» сигнала от одного логического уровня на другой с полной изоляцией цепи. Это достигается с помощью инфракрасного светодиода и фото-транзистора, которые действуют по принципу ключа.

51

Когда воспламенитель не подключен (цепь открытая, поэтому ток не может протекать через светодиод и запитывать его). Когда это происходит, фото-транзистор остается в состоянии высокого импеданса (открытая цепь) и не позволяет току идти через себя. При отсутствии замкнутого контура нет падения напряжения на резисторе 10k Ом. Arduino считывает, что сигнал как ВЫСОКИЙ. Согласно коду «ВЫСОКИЙ сигнал» означает, что воспламенитель не подключен, таким образом, он не доступен для запуска.

Когда воспламенитель подключен, небольшой ток идет через ИК-светодиод, который светит на фото-транзистор (переходит в состояние низкого импеданса) и через резистор 10 кОм протекать ток от источника питания 5В, через фототранзистор на землю. Сопротивление 10К резистора гораздо выше, чем сопротивление фототранзистора и, по сути, создается мини делитель напряжения из которых 99% падения напряжения остается на резисторе, оставляя 0В для чтения Arduino. Платформа Arduino считывает это, как НИЗКИЙ сигнал и говорит системе что запал подключен.

52

Плата

Просто следуйте схеме и вы «не заблудитесь». Начните с пайки «DIP sockets 16 контактов».

Припаяем резисторы к ИК-светодиодам, а затем другой конец резисторов к выводам для легкого подключения модулей. Включим 1 дополнительный контакт для того, чтобы привести землю обратно в 12В аккумулятор. Не забывайте про изоляцию, не должно быть точек соприкосновения между источниками питания.

53

Шаг 9: Плата распределения питания

54

На плате распределены параллельные соединения для Vbat и 5В.

К верхним левым выводам (два контакта) подключается батарея питания. Красные и чёрные провода проходят через всю схему по направлению к вилке, что подает 9В в гнездо Arduino,где напряжение затем преобразуется до 5В для управления процессами.

Верхний правый и средние контакты 5В затем подключаются к ряду выводов, которые используются в дальнейшем при распределении питания на другие модули-платы. Чёрная вертикальная черта – это напоминание о том, что контакты не должны смешиваться.

Шаг 10:

55

Мы завершили все действия, что связаны с модулем управления. Если вы желаете сделать более простую настройку и просто использовать реле для зажигания и кнопки для запуска, то в интернете полно статей описывающих подобные схемы.

56

 

Шаг 11: Плата с сенсорными узлами и регулировкой мощности

57

Эта плата, прежде всего, играет роль сбора сенсорных узлов и передачи их на блок управления. Она также содержит регулятор для 5В, который запитывают цепь с реле. Два сегмента, которые иллюстрируют диаграммы выполняются на этой плате / модуле.

На схеме со светодиодами можно увидеть зеленые провода, выходящие из запалов. Это один зеленый провод, который фактически проходит весь путь к воспламенителю. На этой картине, воспламенитель представлен катушкой.

58

Зелёный провод связывает воспламенитель-нихром, а затем направляется к плате. Там он расщепляется на параллельные провода. Один проходит через резистор (560 Ом) и соединяется с красным светодиодом. Красный светодиод служит датчиком, который загорается, если текущий путь является завершенным. Это полезно при устранении неисправностей, когда вы находитесь далеко от блока управления. Катод светодиода крепится к GND источника 12В. Другой провод идет к ряду 8 контактов, которые позже пойдут вниз и будут подключаться к оптронной плате. Земля возвращается из оптронной платы на землю источника 12В.

Продолжение следует…

(A-z Source)

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!


About alexlevchenko

Ценю в людях честность и открытость. Люблю мастерить разные самоделки. Нравится переводить статьи, ведь кроме того, что узнаешь что-то новое - ещё и даришь другим возможность окунуться в мир самоделок.

4 Replies to “Пульт управления запуска фейерверками своими руками часть 1”

  1. За то какой антураж для детей. Я вот в девстве всегда мечтал иметь чемоданчик с красной кнопкой )))
    Думаю эта пусковая установка будет гораздо круче смотреться чем ноутбук( на вкус и цвет), еще бы сделать её полностью беспроводной.
    Удачи вам Алексей!

  2. А смысл такой коробки? сейчас для запуска салюта достаточно ноутбука и блока распределения запуска, который стоит на много дешевле, чем собирать данную коробку, и явно легче.

  3. не втримався :»( сорі

    акумулятори, гори батарейок, гальанрозвязки, лінійні стабілізатори, ніхромові резистори……. ёперний театр нафіга так дофіга всього ?, та ця іграшка золотою вийде, а дротів скільки іде бахнутись можна.
    18650+ ардуіна+блютус+блок релюх. 50-100м в межах прямої видимості блютус візьме. а далі зі «сматрта» керувати запуском, і бюджет буде скромнішим, круто, і на горбу не тягать: виконавчий блок зі свинцевим акумом, гроб-пульт керування, і кілька шматків витухи.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *