Eida.cz - Kukaň s nebesy

Od roku 2008 si s hardware skutečně moc nehraji, nebo ne tak, aby to dávalo smysl. Zkrátka asi ten vývin jde poněkud jiným směrem. Nicméně pár projektů za tu dobu bylo, asi nebyly tolik významné, tohle léto se ale našel jeden poměrně velký, co sebral mnoho energie a ukázal, že není vše tak snadné, jak si to pamatujeme. 

Už nějakou dobu, a to bude letos skoro 12 let, nemám namontovanou poličku nad kukaní. Za těch několik dnů přemýšlení se kdysi zrodil plán udělat to moderně a hodit si na ni LED pásek, což je dneska děsně moderní. Má to několik výhod. V první řadě to nabídne optimální osvícení pracovního stolu i v temných zimních dnech, dále to nebude pálit do očí, bude se to hezky bez ochechulí ovládat a v neposlední řadě si s tím půjde hrát i rádoby chytrým způsobem.

Nemůžu říct, že takový plán byl těžkým soustem z hlediska realizace, ale rozhodně byl složitý z pohledu časového uspořádání. Ale když to shrnu, tak se to víceméně povedlo za léto až září tak nějak zrealizovat, ač prostor pro vylepšení se vždy najde. Den průzkumu, jak se vlastně v současné době LEDky zapojují, otevřel nové a skvělé možnosti. Pan LEDkař doporučil super pásek s teplou a studenou bílou, co byl opravdu dostatečně jasný, a dodal k tomu i silnější zdroj. Velmi ochotně a chytře poradil s možností umístění na zkosený profil, díky kterému se vyřešilo to svícení do očí. Jedinými dvěma starostmi se stala možnost seříznutí profilu a pak hlavně jeho uchycení – obojí naštěstí krásně vyšlo. První díky divokým dělníkům a druhé po sehnání tří montážních matic, na kterých profil prostě drží. Jupí. Základní montáž byla snadná.

Pak nastal ten očekávaný oříšek. Tím byla nutnost LEDky samozřejmě nějak rozumně řídit nějakým PWMkem, čímž se otevřela možnost to udělat opravdu cool a navrhnout si i poměrně hezký ovládací panel, kde by byl nejen vypínač, ale i otočný knoflík, který by plynule ovládal jas pouhým otočením. Myšlenky v tu chvíli začaly docela rotovat a točit se okolo rotačních enkodérů a dalších super věcí, což nakonec vyústilo v poměrně komplikované zapojení mikrořadiče, kterým se stalo RaspberryPi Pico W. Proč a proč ne ESP32, tak to jednoduše – není potřeba taková rychlost a Pico mám několik.

Dostat to vše do nějakého obalu, aby se to vůbec dalo tlustýma rukama nějak udělat, zabralo asi čtyři zkoušky a pokusy a napasování. Nicméně panel s indikátorem, tlačítky, displejem, ovládacím knoflíkem a digitálním teploměrem byl tím nejmenším kouskem a díky 3D tisku se povedl poměrně snadno navrhnout i sestavit. Horší to bylo s tou výkonovou elektronikou.

Řízení LED se dělá přes PWM, což vyžaduje zkrátka spouštění a vypínání celého napájení, co je v tomto případě 24 V, které jdou ze spínaného vodotěsného zdroje, co má až 60 W k dispozici. Toto napětí pochopitelně nejde použít přímo na mikrořadič, a tedy musí být řízeno nějakým odděleným spínacím prvkem, ideálně MOSFETem. Můj oblíbený MOSFET je N-kanálový IRF 530, což je sice overkill, ale moc hezky se s ním pracuje při prototypování, kdy se primární okruh od ovládání oddělí optočlenem, přičemž jsem tu měl krásné bílé, i když atypické DIP6 MCT2E. Ona je to legrace, protože to na nepájivém poli funguje dobře. Daleko horší se ukázala samotná realizace, kdy to prostě nechtělo držet pohromadě.

Nakonec zvítězilo použití už hotových modulů. V první řadě hlavně kvůli tomu, že RPi nemůže běžet z 24 V, takže byl potřeba nějaký DC/DC stepper, co by snižoval napětí na nějakých 3-7 V. Tohle se nedá udělat obyčejně pasivním LM7805 nebo podobným prvkem, protože výkonová ztráta by na něm byla moc velká a celé by se to zahřívalo jako drak. Krokové měniče jsou proti nim prakticky vzato také spínanými zdroji, které rozkmitají vstup vlastně na AC a pak z něj pomocí pulzů a znovu vytvoří DC, jehož velikost napětí (a občas i včetně výstupního proudu) lze nastavit trimmerem.

Hotové moduly pro PWM byly proti tomu trochu oříškem. Existuje jich hodně na skladě, co mají P-kanálové MOSFETy, ale to jaksi nejde použít pro low-side spínání, pouze pro high-side. No a high-side nedává na LED pásku se společnou anodou smysl, protože pak nejde řídit teplá a bílá zvlášť. Nakonec se povedlo vybrat ze dvou možností hotových spínačů s D4184, nebo s FR120N. Oba mají poměrně malou velikost desky a dodávají se k nim nepřipájené headery a svorky. Použití svorek proti headerům dávalo větší smysl kvůli poměrně složité a neustále se rozpadající montáži, která zabrala tedy opravdu hodně, ale hodně času.

Veškerá montáž byla realizována díky 3D tisku s využitím komponent multiboardu, multigridu, underware a jejich rozšíření. To je naprostý mazec a můžu to jen doporučit, vypadá to vážně moc hezky a vše do sebe parádně pasuje. Co se týče samotného panelu, pak se mi osvědčilo dělat návrh modulárně a vše nakonec jen jednoduše secvaknout do sebe. Příkladem budiž kolébka s odpory pro mikrospínače, na které pak leží samotná barevná tlačítka. 

Celková věc nad kukaní je poměrně povedená a už zbývá jen ještě postupně upravit interní program, což se dá velmi snadno díky ponechanému otvoru pro micro USB, kterým je možné Pico W přeprogramovat. Základní program je ale inspirovaný v první řadě ledničkou, která neoslňuje. Po zapnutí jsou PWM stažena na nulu a postupně v průběhu tří sekund nastaví jas obou složek na 50 %, aby nedošlo k rychlému oslnění očí. Pak je celý program připraven a hlavní smyčka vlastně jen čeká na zvolení režimu, což se provádí tlačítkem enkodéru, přičemž pak lze řídit jednotlivé složky, nebo obě najednou. Jelikož má montáž integrovaný i senzor DHT22 pro měření teploty a vlhkosti, který má dobu čtení až okolo dvou sekund, není jeho aktualizace součástí hlavní smyčky, ale je delegována na druhé jádro, jehož smyčka teprve v daných intervalech postupně aktualizuje globální proměnné, které jsou teprve čteny funkčními bloky pro aktualizaci displeje. Díky tomu se to neseká a je to příjemné na dotek.

Budoucnost ještě přinese úpravu hlavní obrazovky, lepší práci s barvami (žlutá pro teplou bílou, bíla pro studenou), napojení na WiFi a řízení z vnějších podnětů. Bude to super. Teď už jen ještě uklidit pořádně stůl, přesunout hlavní počítač na šuplíkovou podložku a udělat si na vše místo a čas. Protože úklid a prostor jsou hlavní složky úspěchu. Kukaň s nebesy tedy na sebe nakonec pár let čekala, ale stojí to za to.