RGB-LED-ljusstake

Det mest avancerade kretskortet är huvudkortet men det har inte så jättemånga komponenter egentligen. Eftersom jag ville göra kortet Arduino-kompatibelt kollade jag upp vad en Arduino Pro Mini innehåller, kopplingsschemat för det är open source så det är bara att kopiera de delar jag behövde.

Nere till vänster ser man strömförsörjningen med lite filterkomponenter. I mitten är själva processorn med de komponenter som behövs, dessa är en resistor för att hålla den ur reset och en resonator som skapar klockan vilket avgör hur snabbt processorn ska arbeta. Till höger syns anslutningskontakterna, en är för att programmera processorn så den blir Arduino-kompatibel, en är för att programmera den från Ardionomiljön och den sista går till ljusen.

Detta kort är inte särskilt avancerat. En krets sköter allt i princip, den behöver bara tre motstånd för att begränsa strömmen till lysdioderna. Den har sen en ingång och en utgång som består av fyra kablar; spänning, jord, klocka och data.

Så här blir kortet sen när man har gått över till designläget och flyttat runt alla komponenter så de sitter där man vill ha dem. Den här delen av designen tar rätt mycket tid då man måste placera komponenterna så att alla ledningsbanor får plats. Eftersom kortet skulle få plats inuti ljusstaken var bredden väldigt begränsad men eftersom man har tillgång till två sidor av kortet går det att dra ledningarna på andra sidan processorn som tar upp nästan all plats på bredden.

Slavkorten kan vara lite bredare än huvudkortet då de är designade att sitta inne i ljusen där det finns mer utrymme. Jag skulle kunna ha gjort de lika långa som ljuset men det kändes onödigt då det inte behövdes.

Korten är designade i programmet Eagle som är gratis för design av mindre kretskort. Filerna skickades sen iväg till BatchPCB.com för tillverkning.

Under tiden korten tillverkas beställde jag små komponenter, Elfa är inte billigast men är smidigt då man inte måste beställa 50 komponenter minimum och andra jobbiga begränsningar.
Komponenterna är motstånd, kondensatorer, resonator och lysdioder för status- och power-indikation.

De övriga komponenterna beställde jag från Sparkfun.com i USA, de har väldigt bra priser men säljer inte småkomponenter som de jag beställde från Elfa.
Komponenterna är diodstyrningskretsarna (WS2801), diverse kontakter med kablar samt mikroprocessorn som jag inte fick med på bilden.

Genom jobbet fick jag tag på passande kablar som suttit i TV-apparater som blivit skrot. Den till vänster är för programmering och de högra är de som går mellan ljusen. Det går åt sju signalkablar, det går en från huvudkortet upp i första ljuset och sen ner tillbaka i ljuset för att gå vidare upp i nästa osv.

Då man genom BatchPCB beställer på så vis att de samlar många beställares ordrar på ett större kort och skickar de till en fabrik tar det mycket längre tid än att beställa de från en fabrik. Att beställa från en fabrik brukar dock innebära att man måste beställa minst 100 kort och det går sen på nån tusenlapp. BatchPCB var så sjysta att det skickade dubbelt så många kort som jag beställt och jag hade beställt två huvudkort samt tio slavkort så jag skulle kunna misslyckas med några, med 24 kort totalt fanns det stora utrymmen för misstag.

De övre kortet är då huvud- och de undre är slavkortet. Det är nog lite svårt att förstå skalan på korten men de är rätt små:
Huvudkortet är 2 × 0.5 tum (ca 5 × 1.3 mm)
Slavkortet är 1 × 0.5 tum (ca 2 × 1.3 mm)

Det jag såg när korten kom var att etiketterna för komponenterna inte syntes då jag gjort de för små, det får jag tänka på om jag beställer kort i framtiden.

Så här ser det ut efter jag lött på alla komponenter, har man inte lött förr är det här nog inget man ska ge sig på då det handlar om enbart ytmonterade komponenter. Jag löder i mitt arbete så jag har fått in vanan.
För den intresserade är småkomponenterna av storleken 0603, det betyder att de är 1.6 × 0.79 mm så det är lite pillrigt.

Den undre kontakten används för att programmera ATMEGA-processorn med en Arduino-bootloader så att man sen kan programmera den enkelt genom den övre kontakten. För att programmera bootloadern behöver man en AVR-programmerare, jag använder en AVRISP mkII då jag hållit på med AVR-kretsar tidigare. När man programmerat bootloadern går det att programmera processorn genom den övre kontakten som gör genom vanlig seriell kommunikation, det ger en även möjligheten att skicka eller ta emot data via en serieport på datorn vilket kan vara smidigt för debugning.

Testar så att huvudkortet funkar, det första jag gjorde var att skriva ett program som blinkar med den gröna lysdioden. Status-dioden används dock inte senare men jag tänkte den kan vara bra att ha precis som power-dioden för att se att allt står rätt till.

Inte många komponenter på det här kortet så det tog inte lika lång tid som huvudkortet. Jag valde att ha utgångarna för lysdioderna i form av lödytor då jag inte var säker på vilken typ av diod jag skulle använda.

Tyvärr är det ju dock väldigt många slavkort så tillsammans tar det ett bra tag att fixa alla. Hemma håller jag dessutom till på spisen under köksfläkten vilket inte är den mest ergonomiska arbetsställningen.

Då de små dioderna jag tänkt använda är just små och inte har några ben testade jag med andra dioder först för att se så allt funkar. Ett enkelt program som tonar mellan röd, grön och blå används för att se så alla färger funkar.

Testar så vidareskickningen av datan funkar och kollar även hur det skulle se ut med glaset på runt ljuset. Jag var här inte säker på vilken typ av diod jag skulle använda och för stunden lutade det mot de här större dioderna då de var lättare att hantera.

Glaset kommer av originallamporna där jag brutit av sockeln, mer om det lite senare.

RGB-lysdioder, man kan se de tre olika dioderna som de består av. Svårt att se storleken på bilden men dioderna är endast 3 × 3 mm.

Till slut bestämde jag mig dock för att använda de små lysdioderna ändå och här har jag lött på de fyra kablarna som behövs, en för alla anoder (positiv pol) och tre för varje katod (negativ pol). En klick smältliv på lysdiodens baksida stabiliserade sen det hela efter bilden togs.

På min förra version av ljusstaken fixade jag glasen genom att försiktigt försöka bryta bort sockeln från glaset för att sen ännu försiktigare såga i glaset så att man får in en lysdiod. En glödlampa är inte öppen i botten utan är sluten. Det här var dock väldigt svårt och krävde många försök och slutresultatet bestod sen till viss del av fula glas som var fastlimmade på ljusstaken. Här är ett misslyckat försök där hela glaset sprack.

Jag såg att det nu för tiden fanns LED-lampor att köpa och eftersom de inte kräver vakuum tänkte jag att de kanske dels är gjorda av plast så de inte är lika ömtåliga men även att de förhoppningsvis var öppna i botten.

Här går jag in från botten för att förhoppningsvis kunna få bort sockeln utan att glaset spricker.

Enligt metoden i föregående bild lyckades jag böja bort bitar av sockeln och till slut kom kan åt att enkelt dra ut den ursprungliga lysdioden då de lyckligtvis var öppna i botten som jag hoppats på.

Så här sitter sen kretskortet fast i ljushållarens insida, det är fastsatt med smältlim för att inte skramla runt inne i ljuset. Lysdioden sitter inte fast med något mer än kablarnas styvhet.

Jag kom på att jag även kunde spara en bit av socken för att få en snyggare montering, nu kunde jag använda den ursprungliga gängningen i lamphållaren för ett mycket snyggt resultat, det var inget jag planerat utan en glad överraskning.

Här sitter huvudkortet monterat i ljusstakens bas, det få precis plats och inte ens programmeringskabeln kan sitta ansluten när hålet är övertäckt så jag gjorde ett litet hål för programmeringskabeln senare.

En av sidorna täckta, skar ut passande bitar av kartong då originalbitarna var av nått konstigt sprött material som inte gick att göra hål i.

En USB-kabel monterades för att strömförsörja ljusstaken när den körs i fritt läge. USB-kabeln används enbart för strömförsörjning så ingen programmering är möjlig med denna även om det hade varit smidigt men det hade inneburit att jag skulle behövt klämma in fler kretsar för USB -> RS-232-konvertering.

En bit av koden som visar två av effekterna. Jag använder ett bibliotek som heter fastspi som skickar seriell data till ljusen över mikroprocessorns hårdvaruport vilket belastar processorn betydligt mindre än så kallad bit-banging.

Mikroprocessorn är som tidigare nämnt helt fristående från datorn och kan köras med exempelvis en mobiltelefonladdare med USB-kontakt. Efter man skrivit all kod kompileras den och sparas i processorns flash-minne för att kunna utföras så fort mikroprocessorn får ström.