ArduinとLED、または子供のデザイナーをアップグレードする方法

私の息子は、 マグネティックコンストラクターMagformersにしっかりと「フック」しました。 同じコンストラクターが紹介されている一連のFixiksを見てみると、子供は「お父さん、なぜフィクティックスには輝いている詳細がありますが、私たちにはありませんか？」と尋ねました。



「Magformers Neon LED Set」のセットが実際にあり、通常のビルディングブロックに加えて、LEDを備えた要素もあります。 この時点までに、考えられるすべての形状とサイズの磁石の箱全体をすでに集めていたので（私にとっては、 中国のマグフォーマーは元のものよりも劣っていません）、電球のためだけに別のセットを購入したくはありませんでした。 さらに、このセットは、バックライトなしの同様のセットよりも大幅にコストがかかります。



そこにある成分はほんの数ドルで、そのほとんどはすでに持っていると推定したので、モルグルカを集めることにしました。 はい、オリジナルにはない効果があります。



猫の下には、ATTiny85のウインカーとWS8212 LEDのLEDパネルのオプションがあります。 回路、バッテリーからこの全体をどのように供給したか、そして途中でかき集めた明白でない問題について話します。 また、プロジェクトのソフトウェアコンポーネントについて詳しく説明します。

最初のステップ

通常のLED（RGBでさえも）の輝きは退屈で平凡なように思えました。 しかし、WS8212のようなものを感じるのは面白そうです。 ebeeでは、個別のLEDと最大16x16サイズのマトリックスの両方が提供されました。 いくつかの異なるモジュールを購入したので、4x4マトリックスを決定しました。 モジュールにはさまざまな視覚効果にふけるためのLEDがたくさんありますが、モジュールのサイズはデザイナーの正方形ブロックのウィンドウに匹敵します。







LEDマトリックスを制御するには、マイクロコントローラーの1つのピンで十分であるため、arduino nanoでもバストのように見えます（さらに、ケースに収まりません）。 しかし、ATTiny85コントローラーのdigisparkクローンはちょうど良いことが判明しました。メモリーとピンはそれほど多くありませんが、LEDウインカーには十分です。 このモジュールはArduino IDEと完全に統合され、USBブートローダーが搭載されているため、このモジュールのプログラミングは非常に簡単で快適です。 私はずっと試してみたいと思っていました。



最も単純なスキームから始めました。







この形式では、すべてのグロー/ブリンクアルゴリズム（以下について）をすばやくデバッグできました。 しかし、ワイヤーで動くおもちゃはそうではありません。バッテリーの電力について考える必要があります。 さらに、フィンガーバッテリーで破産しないように（さらに、これはエンベロープに収まらない）、リチウムを使用することが決定されました。 リチウム電池があるので、充電方法を考える必要があります。 ビンで、TP4056チップ上でその機会に購入された「人気の」充電コントローラーを見つけました。



しかし、すぐには機能しませんでした。 Digispark ATTiny85モジュールの回路はこのためにあまり設計されていません-USB電源はありますが、電源はマイクロコントローラに直接供給されます（+5バス経由）、またはVIN入力からですが、電源は7805リニアスタビライザーを通過します。 USBコネクタとマイクロコントローラの間の隙間に挿入されるものは提供されません。 回路を少し修正し、余分な詳細を削除する必要がありました。







そのため、USB電源がVINピンに供給されてから、充電器入力に進みます。 充電器の出力（実際には、バッテリーは直接接続されています）は、5Vフットを介してボードに戻ります。 また、実際には3〜4.2V（バッテリー電圧）がありますが、これは非常に正常です-マイクロコントローラーの動作電圧範囲は1.8〜5.5Vです。 また、LEDモジュールでさえ2.7Vから正常に動作しますが、3.2V未満では青色のLEDが少し不足し、色が少し黄色に「浮いています」。



エネルギーを節約するために、常時点灯のD2 LEDも消えました。 一般的なスキームは次のようになります







充電器のUSBコネクタから回路に給電することは可能ですが、コントローラーボードのUSBコネクタを介してファームウェアをアップロードする機能は失われます。 充電用とファームウェア用の2つのUSBコネクタをさまざまな目的で残すことができますが、これは何らかの形で間違っています。



eBayで6x25x35サイズのバッテリーを購入しましたが、不良品であるか、短絡または高充電電流（ボードのデフォルト充電電流は1Aであり、電流を減らすために1つの抵抗器をはんだ付けする必要があります）でそれを殺しました。 いずれにせよ、負荷が接続されたとき、10 mAでも、バッテリーの電圧は1 Vに低下しました。 テストの時点で、私は小さなクワドロコプターから半分死んだリポバッテリーに切り替えました。 少し後に、別の売り手にバッテリーを注文しましたが、それは良いことがわかりました。



原則として、これで停止し、接続ワイヤをはんだ付けして、ある種のケースにすべてを静かに押し込むことは可能ですが、回路の消費量を測定することにしました。 そして泣いた。 さて、動作状態（電球が完全に光るとき）では、このことは最大130mAを消費するため、安静時の消費は25mA以上です！ つまり このウインカーは、600mAhのバッテリーを1日もかからずに消耗させます！



約10 mAがLEDを消費することが判明しました。 点灯していなくても、マイクロコントローラーはそれぞれで動作し、コマンドを待機します。 つまり LEDのパワーダウン回路を考え出す必要があります。



残りの15 mAはマイクロコントローラーによって消費されます。 はい、それはベッドに置くことができ、データシートによると、消費はマイクロアンペアで測定されますが、実際には1 mA未満を得ることができませんでした。 ADCをオフにして、ピンを入力に変換しました。 回路のどこかに何らかの漏れがあるように見えますが、電子機器についての私のささやかな知識ではそれを見つけて理解するには不十分です。

スキームを複雑にします

それから私は、私自身がテストのためにPT1502チップを購入したことを思い出しました。 このチップは、いくつかの制御入力を備えた電源を備えたリチウム電池充電コントローラーです。 唯一の難点は、超小型回路が4x4 mm QFN20パッケージに入っており、ストラップが必要なことです。 これを自宅ではんだ付けすることは困難ですが、可能です。 通常のLUTでは料金は難しく、中国から注文する必要があります。 しかし、私たちは困難を恐れませんよね？



いくつかのボックスで、スキームを次のように説明できます。







オフ状態では、コントローラーとLEDに電力は供給されません。 デバイスには「電源」ボタンがあり、ウインカーをオンにします（モードも切り替えます）。 LEDは、たとえば1分間点灯し、ユーザーの操作がない場合（誰もボタンを押さない場合）、デバイスはオフになります。 つまり スリープ状態になるだけでなく、Power Hold信号によって自身の電源をオフにします。 そして、マイクロコントローラとLEDの両方を一度にすべてオフにします。 電源オンおよびオフ機能はPT1502チップ内に実装されています



あとは、回路図を描いて回路基板を作成するだけです。 このスキームの大部分は、PT1502データシートとDigispark ATTiny85モジュールで構成されています。 PT1502パワーコントローラーマイクロチップは機能的にいくつかの部分に分割されているため、回路内のブロックに分割されています。







実際、これは独自のハーネスを備えたリチウム電池充電コントローラーです。 LED1は充電状態を示します-オンの場合、充電はオンです。 抵抗R6は充電電流を470mAに設定します。 私は600mAhのバッテリーを持っているので、原則として、電流を増やして、最大600mAまで780-800オームの抵抗を置くことができます。 ただし、バッテリーの特別な品質については確信がありません。よりゆっくり充電する方が良いのですが、長持ちします。



電源プランを検討する







SW1ボタンはシステム全体を起動します-PT1502チップはそれ自体を起動し、すべての電源（うち3つ）を起動します。 電源がインストールされると、マイクロ回路はRESET信号を解放してマイクロコントローラーを起動します。 デバッグを簡単にするために、個別のリセットボタンも追加しました。



HOLD信号は、システム全体をオフにするために使用されます。 マイクロコントローラーが起動すると、このラインでユニットを設定する必要があります。 四捨五入する時間になると、マイクロコントローラはHOLDラインにゼロを設定し、PT1502電源チップはすべての電源を停止します。



BAT_LOW出力の助けを借りて低バッテリーレベルを追跡することは可能ですが、この記事ではそれを採点しました-データを保存する必要はなく、時間内にバッテリー切れに気付かない場合は何も爆発しません。 死ぬほど死ぬ。 しかし、念のため、取締役会はこのビジネスの連絡先を提供しました。



SW1ボタンに戻りましょう。 電源をオンにするためと制御するために、2つの個別のボタンを作成しないことにしました。 したがって、同じボタンがATTiny85にも接続され、動作中に点滅モードが切り替わります。 分周器R7〜R8の値は、PB2マイクロコントローラーのポートを焼かないように選択されます。 すべてのバッテリー電圧範囲（3.3-4.2V）で、指定されたデータシート制限（0.7 * VCC-VCC + 0.5V）内でコントローラーの足に電圧が供給されます。



電源を検討する







これは、パルスDC-DCコンバーターです。 出力電圧は抵抗R10〜R11によって設定され、データシートの式に従って3.3Vに設定されます。 他のすべては単純なストラップです。



良いことには、このようなだまされた電源は実際には必要ありません。一般にバッテリーから直接マイクロコントローラーに電力を供給することが可能です。 このソースはすでにPT1502チップに実装されており、必要なときにオン/オフできるので、使用しないのはなぜですか？







チップには2つの線形安定装置もありますが、私はそれらを使用しません。 残念ながら、判明したように、このソースに入力電圧を供給する必要があります。そうしないと、マイクロ回路は電力がまだ十分に安定していないと判断し、マイクロコントローラを起動しません）



論理部分に移りましょう。







USBケーブルは、変更されずにDigisparkボードからラップされます。 これは、USB電圧（3.3Vを実行）とマイクロコントローラの信号（オリジナルでは5Vで駆動）を一致させるために必要です。 私の場合、マイクロコントローラも3.3Vで駆動されるため、回路を簡素化できますが、念のため、ボード上の元の回路と離婚しました。







マイクロコントローラーのバインディングには興味深いものはありません。



最後の仕上げはコネクタです







実際、USBサポートを備えたATTiny85と、リチウムバッテリーを備えた電源コントローラーで、このようなデバッグボードを手に入れました。 したがって、LEDにラインを出力するだけにとどまりませんでした。 代わりに、マイクロコントローラーのすべてのラインをくしに持ってきました-同時にプログラマーに接続すると便利です。



そして、ほぼすべての回線を特定の機能（PB1-保留回線、PB2-電源ボタン、PB3 / PB4-USB、PB5-リセット）に厳密に結び付けて、将来、いくつかの制限をバイパスできるようにします。 たとえば、USBケーブルをはんだ付けせず、PB3 / PB4ラインを解放しないでください。 または、たとえば、リセットを中止してPB5を解放します。 それまでの間、PB0のみがフリーのままで、LEDを接続します。



ボードに渡します。 40x40mmのボードのサイズ、コンポーネントの数、PT1502チップのQFN20ハウジングの制限を考えると、ボードを自宅で製造することすら考えていませんでした。 したがって、私はすぐに最もコンパクトな2層ボードを繁殖し始めました。 それは私が得たものです







使いやすさのために、裏側ですべての可能な出力機能に署名しました（アイデアはDigisparkボードに引っかかっています）







JLCPCBでボードを注文しました 。 正直なところ、品質にあまり満足していません。チップを何度もはんだ付けすると、PT1502の小さな接点の近くのマスクが少し曇ってしまいます。 さて、小さな碑文が少し浮かんできました。 ただし、すべてが初めてはんだ付けされる場合は、標準です。



QFN20をはんだ付けするには、はんだごてが必要です。他のすべてのものは、特定のはんだごてで特定のスキルではんだ付けできます。 これは、はんだ付けされたボードの外観です

本体

身体に移る時です。 3Dプリンターで印刷しました。 飾り気のないデザイン-ボックスとボタン。 デザイナーの標準的な正方形モジュールにホタルをインストールするための特別なフックがボックスに用意されています。







メインボードとバッテリーはケースに収納されています。











LEDパネルはカバーに取り付けられており、カバーはメインボックスにネジで固定されています



最初はネジでLEDパネルをカバーにねじ込むことを考えていましたが、最終的には両面テープに貼り付けました。 このようになった







この形式では、デバイスはすでに使用できますが、それでもstillいように見えます-十分なディフューザーがありません。



私は、建物のドライヤーでのペットボトルの収縮の技術を使用して、ディフューザーの最初のバージョンを作ろうとしました（航空機のモデルで覗きました）。



そのため、最初に空白が必要です。 私は石膏からそれを作り、それを3Dプリンターで印刷したフォームに注ぎました。 最初のバージョンでは、金型はワンピースで、キャストディスクを取り出すことができませんでした。 そのため、2ピースのフォームを作成する必要がありました。







この方法の考え方は次のとおりです。 ベビーヨーグルトのボトルをブランクの上に置き、建設用ヘアドライヤーと一緒に座ります。 これは、異なる牛乳の下から20個の異なる容器の一部を再移植するだけです。折り目や泡のないこのものをうまく配置することはできませんでした。 どうやら、何らかの真空装置をフェンスで囲み、プラスチックシートを取り付ける必要があります。 一般的に、そのような技術には難しすぎることが判明しました。



ホリネズミを不平を言った後、数メートルのVerbatim PET Transparentプラスチックプローブを見つけました。 ただ印刷するためにディフューザーを試すことにしました。 プリンタの入り口ではプラスチックは透明に見えますが、実際の部分はマットです。 これはおそらく、内部構造によるものです。 レイヤーはボリュームを完全には埋めませんが、ギャップやギャップと重なります。 さらに、表面をより滑らかにするためにサンドペーパーで部品を処理しようとすると、さらにマットがかかります。 ただし、これはまさに私が必要としたものです。



私はディフューザーのマウントを気にするのが面倒だったので、ホットグルーに追加しました。 したがって、私のデザインは条件付きで折りたたみ可能になりました。 ある種のラッチの発明と混同される可能性がありますが、すでに透明なプラスチックプローブが不足しています。 それでホットメルトにしましょう。

ファームウェア

LEDウインカーの場合、特にマイクロコントローラーの周辺に飛び込む必要はありません。GPIOを操作するための機能は2つあれば十分です。 しかし、モジュールはArduinoプラットフォームにドッキングされているので、これを活用してみませんか？



最初に、いくつかの定義と定数

// Number of total LEDs on the board. Mine has 4x4 LEDs #define NUM_HW_PIXELS 16 // Pin number where LED data pin is attached #define DATA_PIN 0 // Pin number where mode switch button is attached #define BUTTON_PIN 2 // Power Enabled pin #define POWER_EN_PIN 1 // Max brightness (dimming the light for debugging) #define MAX_VAL 255
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これにより、マトリックスのピクセル数、ピン番号、およびLEDの最大輝度が決まります（デバッグ中は、目を盲目にしないように50に設定すると便利でした）



私のマトリックス内のLEDは、ジグザグというかなり非自明な方法で配置されています。 したがって、さまざまな効果のために、番号を付け直す必要がありました。

 // LED indexes for different patterns uint8_t circleLEDIndexes[] = {0, 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13, 14, 15, 8, 7}; uint8_t beaconLEDIndexes[] = {6, 5, 10, 9}; uint8_t policeLEDIndexes[] = {7, 6, 10, 11, 4, 5, 9, 8};
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

LEDを制御するために、私は自転車を発明せず、WS8211 LEDを操作するための既製のライブラリを用意しました 。 ライブラリインターフェースはわずかに白塗りされています。 いくつかの補助機能（たとえば、HSVからRGBへの変換）もそこに留まりました。



最初に、ボードとWS8211ライブラリを初期化する必要があります。

 // Driver Ai_WS2811 ws2811; void setup() { // Set up power pinMode(POWER_EN_PIN, OUTPUT); digitalWrite(POWER_EN_PIN, HIGH); // initialize LED data pin pinMode(LED_PIN, OUTPUT); // Initialize button pin pinMode(BUTTON_PIN, INPUT); // Initialize WS8211 library static CRGB ledsBuf[NUM_HW_PIXELS]; ws2811.init(DATA_PIN, NUM_HW_PIXELS, ledsBuf); // Set the watchdog timer to 2 sec wdt_enable(WDTO_2S); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

まず、POWER HOLD信号を1に設定する必要があります。これは、マイクロコントローラーが巻き上げられ、正常に動作していることを示すPT1502チップへの信号になります。 次に、HOLD信号が1に設定されるまで、マイクロ回路はマイクロコントローラーとLEDに定期的に電力を供給します。



次に、出力のLEDと入力のボタンを制御するための脚を構成します。 その後、WS8211ライブラリを初期化できます。



これはかなり自律的なデバイスであるため、マイクロコントローラーが理解できない状態に固執し、バッテリー全体を消耗させることは不可能です。 これを行うには、ウォッチドッグタイマーを2秒間起動します。 タイマーはメインプログラムループで再起動します。



ここで、いくつかの補助関数を定義する必要があります。 WS8211ライブラリは、各LEDの色の値を含むバッファを保存します。 特定のLEDにRGB値を書き込むための単純な関数を作成したため、バッファを直接操作することはあまり便利ではありません。

 void setRgb(uint8_t led_idx, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) { CRGB * leds = ws2811.getRGBData(); leds[led_idx].r = r; leds[led_idx].g = g; leds[led_idx].b = b; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

しかし、ほとんどの場合、RGBカラーモデルでは、色のカウントはあまり便利ではなく、不可能です。 たとえば、あらゆる種類の虹を描く場合、HSVカラーモデルを使用すると便利です。 各ピクセルの色は、色調と明るさの値によって設定されます。 簡単にするために彩度は省略されています（最大値が使用されます）。 色相値は、（標準の0-359ではなく）0-255の範囲に縮小されます。

 /** * HVS to RGB conversion (simplified to the range 0-255) **/ void setHue(uint8_t led_idx, int hue, int brightness) { //this is the algorithm to convert from RGB to HSV double r = 0; double g = 0; double b = 0; double hf = hue/42.6; // Not /60 as range is _not_ 0-360 int i=(int)floor(hue/42.6); double f = hue/42.6 - i; double qv = 1 - f; double tv = f; switch (i) { case 0: r = 1; g = tv; break; case 1: r = qv; g = 1; break; case 2: g = 1; b = tv; break; case 3: g = qv; b = 1; break; case 4: r = tv; b = 1; break; case 5: r = 1; b = qv; break; } brightness = constrain(brightness, 0, MAX_VAL); setRgb(led_idx, constrain(brightness*r, 0, MAX_VAL), constrain(brightness*g, 0, MAX_VAL), constrain(brightness*b, 0, MAX_VAL) ); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

この関数はAi_WS8211ライブラリから取得され、わずかにファイルされています。 ライブラリのこの関数の元のバージョンには、虹の色がぎざぎざで表示されていたいくつかのバグがありました。



さまざまな効果の実装に移りましょう。 各関数はメインループから呼び出され、1つの「フレーム」を描画します。 各エフェクトは呼び出し間で異なるパラメーターで動作するため、静的変数に格納されます。



これが最も簡単な効果です。すべてのLEDが1色で塗りつぶされており、滑らかに変化します。

 void rainbow() { static uint8_t hue = 0; hue++; for (int led = 0; led < NUM_HW_PIXELS; led++) setHue(led, hue, MAX_VAL); ws2811.sendLedData(); delay(80); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次の効果はより興味深い-マトリックスの輪郭に沿って虹を表示し、虹の色が徐々に円にシフトします。

 void slidingRainbow() { static uint8_t pos = 0; pos++; for (int led = 0; led < ARRAY_SIZE(circleLEDIndexes); led++) { int hue = (pos + led*256/ARRAY_SIZE(circleLEDIndexes)) % 256; setHue(circleLEDIndexes[led], hue, MAX_VAL); } ws2811.sendLedData(); delay(10); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そして、この効果は、マトリックス全体をランダムな色で塗りつぶします。ランダムな色は、最初は滑らかに点灯し、次に滑らかに消えます。

 void randomColorsFadeInOut() { static uint8_t color = 0; static bool goesUp = false; static uint8_t curLevel = 0; if(curLevel == 0 && !goesUp) { color = rand() % 256; goesUp = true; } if(curLevel == MAX_VAL && goesUp) { goesUp = false; } for(int led = 0; led < NUM_HW_PIXELS; led++) setHue(led, color, curLevel); if(goesUp) curLevel++; else curLevel--; ws2811.sendLedData(); delay(10); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次のグループのエフェクトは、異なる点滅ビーコンを描画します。 したがって、たとえば、子供は磁石でブルドーザーを作るのが好きで、そこでオレンジ色のフラッシャーが非常に役立ちます。

 void orangeBeacon() { const int ORANGE_HUE = 17; static uint8_t pos = 0; pos+=3; for (int led = 0; led < ARRAY_SIZE(circleLEDIndexes); led++) { int brightness = brightnessByPos(pos, led*255/ARRAY_SIZE(circleLEDIndexes), 70); setHue(circleLEDIndexes[led], ORANGE_HUE, brightness); } ws2811.sendLedData(); delay(1); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

技術的には、効果はマトリックスに沿って移動する明るいドットのように見えます。 しかし、見た目を美しくするために、メインポイントから離れると、隣接するLEDは徐々に消えていきます。 したがって、この同じ明るさを計算する関数が必要でした。

 int brightnessByPos(int pos, int ledPos, int delta) { int diff = abs(pos - ledPos); if(diff > 127) diff = abs(256-diff); int brightness = MAX_VAL - constrain(MAX_VAL*diff/delta, 0, MAX_VAL); return brightness; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Posは、明るさの輝点の特定の条件付き位置であり、ループバック範囲0〜255にマッピングされます。 ledPosは、輝度を計算する必要があるLED（同じ範囲に表示される）の位置です。 位置の差がデルタより大きい場合、LEDは点灯せず、位置に近づくほど明るくなります。



または、たとえば、警察の赤青点滅ライト

 void policeBeacon() { const int RED_HUE = 0; const int BLUE_HUE = 170; static uint8_t pos = 0; pos += 2; for (int led = 0; led < ARRAY_SIZE(policeLEDIndexes); led++) { int ledPos = led*255/ARRAY_SIZE(policeLEDIndexes); int brightness = brightnessByPos(pos, ledPos, 50); setHue(policeLEDIndexes[led], RED_HUE, brightness); if(brightness == 0) { brightness = brightnessByPos((pos+100) % 256, ledPos, 50); setHue(policeLEDIndexes[led], BLUE_HUE, brightness); } } ws2811.sendLedData(); delay(1); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

車について話しているので、ここの信号機は実装するのに問題ではありません。



これらは、さまざまな位置にさまざまな交通信号を含む機能です。

 void clearPixels() { for(int i=0; i<NUM_HW_PIXELS; i++) { setRgb(i, 0, 0, 0); } } void redTrafficLights() { for(int i=0; i<4; i++) setRgb(i, MAX_VAL, 0, 0); ws2811.sendLedData(); } void yellowTrafficLights() { for(int i=4; i<8; i++) setRgb(i, MAX_VAL, MAX_VAL, 0); ws2811.sendLedData(); } void greenTrafficLights() { for(int i=8; i<16; i++) setRgb(i, 0, MAX_VAL, 0); ws2811.sendLedData(); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

それを復活させる時が来ました。 信号機は、一種のバイトコードで定義された特別なプログラムに従って動作します。 プレートには、モードと、このモードをオンにする必要のある時間が記載されています。

 enum TRAFFIC_LIGHTS { NONE, RED, YELLOW, GREEN }; struct trafficLightState { uint8_t state; uint16_t duration; }; const trafficLightState trafficLightStates[] = { {NONE, 1}, // clear yellow {RED, 7000}, // red {YELLOW, 2000}, // red + yellow {NONE, 1}, // clear red+yellow {GREEN, 7000}, // green {NONE, 300}, // Blinking green {GREEN, 300}, // Blinking green {NONE, 300}, // Blinking green {GREEN, 300}, // Blinking green {NONE, 300}, // Blinking green {GREEN, 300}, // Blinking green {NONE, 1}, // clear green {YELLOW, 2000}, // yellow };
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

実際にそれをすべて処理する機能

 void trafficLights() { static uint8_t curStateIdx = 0; static unsigned long curStateTimeStamp = 0; // Switch to a new state when time comes if(millis() - curStateTimeStamp > (unsigned long)trafficLightStates[curStateIdx].duration) { curStateIdx++; curStateIdx %= ARRAY_SIZE(trafficLightStates); curStateTimeStamp = millis(); } switch(trafficLightStates[curStateIdx].state) { case NONE: clearPixels(); ws2811.sendLedData(); break; case RED: redTrafficLights(); break; case YELLOW: yellowTrafficLights(); break; case GREEN: greenTrafficLights(); break; default: break; } // Just waiting delay(10); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

設定した時間間隔に達すると、次の信号モードがオンになり、カウントダウンが再び開始されます。



私の想像力で十分だった最後の効果はアスタリスクです。 5個のランダムLEDがランダムな明るさで点灯してから、スムーズに消灯します。 1つの星が消えると、ランダムな場所にある別の星が点灯します。

 void stars() { const uint8_t numleds = 5; static uint8_t ledIndexes[numleds] = {0}; static uint8_t curVal[numleds] = {0}; static uint8_t maxVal[numleds] = {0}; for(int i=0; i<numleds; i++) { if(ledIndexes[i] == 0) { uint8_t led = rand() % (NUM_HW_PIXELS+1); CRGB * leds = ws2811.getRGBData(); if(leds[led].r == 0) { ledIndexes[i] = led; maxVal[i] = rand() % (MAX_VAL-1) + 1; curVal[i] = 0; } } else { uint8_t led = ledIndexes[i]; if(curVal[i] < maxVal[i]) curVal[i]++; else if(curVal[i] == maxVal[i]) maxVal[i] = 0; else if(curVal[i] == 0 || --curVal[i] == 0) ledIndexes[i] = 0; setRgb(led-1, curVal[i], curVal[i], curVal[i]); } } ws2811.sendLedData(); delay(80); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ここのどこかに邪悪なバグが忍び込んできました。 時々、星が鋭く点灯したり、逆に突然消えたりします。 しかし、正直なところ、私はこれに対処するのが面倒でした-それは非常に普通に見えます。



バッテリーの節約について考える時が来ました。 私はすでにこのすべての消費価値を与えています。 電源を切ることを考えない場合、LEDは数時間でバッテリーを消耗します。 この機能は、90秒間何も操作しないと電源を切る役割を果たします。 最初は60秒でしたが、実際のゲームではこれでは十分ではなく、2分はすでに何とか長いことがわかりました。

 void shutdownOnTimeOut(bool resetTimer = false) { static unsigned long periodStartTime = 0; if(periodStartTime == 0 || resetTimer) { periodStartTime = millis(); return; } if(millis() - periodStartTime >= 90000UL) { periodStartTime = 0; shutDown(); } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

実際には、次のように電源が切れます。

 void shutDown() { clearPixels(); ws2811.sendLedData(); wdt_disable(); digitalWrite(POWER_EN_PIN, LOW); // No power after this point while(true) ; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ユーザーがボタンを押すと、タイマーがリセットされます。 設定時間が経過すると、この関数はHOLD信号をゼロに設定します。これは、電源をオフにするPT1502コマンドです。 ちなみに、ウォッチドッグも停止する必要があります。停止しないと、2秒後にシステムがウェイクアップされ、電源が再びオンになります。



最後に、すべてを開始するメインループ

 // List of pointers to functions that serve different modes void (*Modes[])() = { rainbow, slidingRainbow, orangeBeacon, policeBeacon, trafficLights, stars, randomColorsFadeInOut }; void loop() { static uint8_t mode = eeprom_read_byte( (uint8_t*) 10 ); static bool waitingForBtnUp = false; static long btnPressTimeStamp; // Button switches mode if(digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH && !waitingForBtnUp) { delay(20); if(digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH) { mode++; mode %= ARRAY_SIZE(Modes); // num modes clearPixels(); ws2811.sendLedData(); delay(1); eeprom_write_byte( (uint8_t*) 10, mode ); waitingForBtnUp = true; btnPressTimeStamp = millis(); shutdownOnTimeOut(true); } } // Shut down on long press over 5s if(digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH && waitingForBtnUp && millis() - btnPressTimeStamp > 5000) shutDown(); // Detect button release if(digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW && waitingForBtnUp) waitingForBtnUp = false; // display LEDs according to current mode Modes[mode](); // pong shutdown timer shutdownOnTimeOut(); // Yes, we still alive wdt_reset(); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ボタンを押すと、モードが切り替わり、自動オフタイマーがリセットされます。 現在のモードに応じて、「モード」リストのエフェクト機能の1つが起動します。 各サイクルで、ウォッチドッグもリセットされます。



たとえば、子供がパトカーをプレイしていて、1.5分後に非常灯がオフになった場合、2番目のターン後に息子がパトカーをプレイし続ける可能性が高くなります。 これを行うには、選択したモードがEEPROMに保存されます（セル番号10はブルドーザーから選択されます）。



これがすべての仕組みを示すビデオです。

ブートローダー

ほとんどすべての準備が整いました。 しかし、提出する必要があるもう1つのものがあります-ブートローダー。 実際には、標準のブートローダーは私たちに適していないということです。



まず、電源を入れると、6秒間待機します-ファームウェアが電源を入れ始める可能性があります。 この制御がメインファームウェアに転送された後にのみ。 これは開発段階では便利ですが、完成したデバイスでは迷惑になります。



次に、標準のブートローダーはPT1502チップについて何も認識していません。これは、HOLDシグナルを与えると便利です。 この信号がなければ、マイクロ回路は、マイクロコントローラが起動しなかったか、または逆にオフにしたいと考えています。 もしそうなら、数ミリ秒後にPT1502は回路全体への電力を遮断します。



両方の問題を修正することの利点は難しくありません。 digispark ATTiny85は小核ブートローダーを使用します 。 このブートローダーは、必要に応じてファイルを作成するのが非常に簡単です。 構成ファイル内の対応する定義を修正するだけです。



まず、標準ファームウェア\ configuration \ t85_default configurationを自分のディレクトリにコピーし、すでにすべての変更を加えました。 そのため、元のブートローダーに簡単にロールバックできます。



bootloaderconfig.hファイルには、ブートローダーに入る方法の選択があります。 箱から出して提供されるものから、私たちに適したものはありませんが、最も近いオプションはENTRY_JUMPERです。 このバージョンでは、特定のレベルが特定のピンに表示されている場合にのみブートローダーにアクセスします（ボード上でジャンパーが閉じられます）。

 #define ENTRYMODE ENTRY_JUMPER
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ジャンパーはありませんが、PB2の脚にボタンがあります。 電源がオンになったときにボタンを5〜7秒間押し続けると、ブートローダーが起動します。 ただし、押して離すと、メインファームウェアへの移行がすぐに行われます。



3つの関数を定義する必要があります-初期化、初期化解除、そして実際にブートローダーに入る時かどうかの確認。 オリジナルでは、それらはすべてシンプルで、マクロで実装されています。 最初の2つだけがシンプルになります

 #define HOLD_PIN PB1 #define JUMPER_PIN PB2 #define JUMPER_PORT PORTB #define JUMPER_DDR DDRB #define JUMPER_INP PINB #define bootLoaderInit() {JUMPER_DDR &= ~_BV(JUMPER_PIN); JUMPER_DDR |= _BV(HOLD_PIN); JUMPER_PORT &= ~_BV(JUMPER_PIN); JUMPER_PORT |= _BV(HOLD_PIN); _delay_ms(1);} #define bootLoaderExit() {;}
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

bootLoaderInit（）は、ボタンピン（JUMPER_PIN）がサスペンダーに入るように設定し、オフにします。 さらに、ボード上のプルアップが既に地面にあり、ピンのボタンを押すと、反対にボタンがあります。 同時に、すぐにホールド信号を設定して出力し、ユニットを設定することができます...



ビット演算の説明については、たとえばここを参照してください。AVRコントローラーのGPIOセットアップレジスタについては、たとえばここから参照できます 。



bootLoaderExit（）関数は空です 公開された構成は、メインファームウェアへの後続の移行に非常に適しています



bootLoaderStartCondition（）関数は、ブートローダーをマクロ形式で入力する役割を担っていますが、適合していないため、本格的な機能になりました。

 #ifndef __ASSEMBLER__ // Bootloader condition is to hold the button for 5 seconds inline unsigned char bootLoaderStartCondition() { long int i; for(i=0; i<10000000; i++) if( !(JUMPER_INP & _BV(JUMPER_PIN))) return 0; return 1; } #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

数秒以内（実際には約6〜7）に関数がボタンのステータスをチェックします。 ボタンが以前にリリースされた場合、ブートローダーに入る必要はありません。 患者と永続的なブートローダーに許可されています。



判明したように、bootloaderconfig.hファイルはアセンブラファイルのコンパイルに関与しており、このファイル内のコードがエラーを引き起こします。 関数を#ifndef __ASSEMBLER__ブロックに入れる必要がありました



私が微調整した別のパラメーターは、USBに接続されていない場合の対処方法をブートローダーに指示します-1秒後に終了します。 実際には、侵入中に、息子がボタンを押すことが多く、誤ってブートローダーに侵入したことがあります。 どれほど奇跡的かはわかりませんが、ブートローダーがUSB接続を認識しないと、誤って一部のメモリページが上書きされる可能性があります。 したがって、接続がない場合、単にメインプログラムに戻ります。

 /* * Define bootloader timeout value. * * The bootloader will only time out if a user program was loaded. * * AUTO_EXIT_NO_USB_MS The bootloader will exit after this delay if no USB is connected. * Set to 0 to disable * Adds ~6 bytes. * (This will wait for an USB SE0 reset from the host) * * All values are approx. in milliseconds */ #define AUTO_EXIT_NO_USB_MS 1000
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

コンパイルします...そして、割り当てられたブートローダースペースにコードが収まらないというエラーが表示されます。 コントローラーのフラッシュメモリは非常に小さいため、ブートローダーはメインプログラム用により多くのスペースを確保するために最大限に圧縮されます。 ただし、これはMakefile.incファイルで指示に従って簡単に修正できます。

 # hexadecimal address for bootloader section to begin. To calculate the best value: # - make clean; make main.hex; ### output will list data: 2124 (or something like that) # - for the size of your device (8kb = 1024 * 8 = 8192) subtract above value 2124... = 6068 # - How many pages in is that? 6068 / 64 (tiny85 page size in bytes) = 94.8125 # - round that down to 94 - our new bootloader address is 94 * 64 = 6016, in hex = 1780 BOOTLOADER_ADDRESS = 1940
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次に、ブートローダーの開始アドレスを1ページ（64バイト）に減らし、ブートローダーのスペースを増やしました。



それ以外の場合、USBAspプログラマーを使用してブートローダーをコンパイルおよびアップロードすることは問題ではありませんでした。

おわりに

ブレッドボード上のプロトタイプから完成したデバイスまで非常に興味深い方法でした。 arduinoレッスンの普通のまばたきのように見えますが、実際、作業の過程で、私は多くの興味深い問題を解決しなければなりませんでした-消費との闘争、要素ベースの選択、ケースのデザイン、そしてブートローダーを備えたファームウェアを思い浮かべます。 私の経験が誰かに役立つことを心から願っています。



簡単だったでしょうか？ もちろんできます。 トランジスタですべてができると思います。 残念ながら、ボードをはんだ付けした後にこの記事を読みました。 私は以前の記事を見るだろう-私は同じ人気のTP4056ですべてをするだろう-それをはんだ付けする方が簡単です。 とにかく、このデバイスのPT1502内にあるDC-DCコンバーターは、必要ありません。 ただし、PT1502超小型回路の実用的な研究は、QFN20パッケージで超小型回路をはんだ付けする能力と同様に、他のプロジェクトにも役立ちます。



最後に、私のプロジェクトへのリンクは次のとおりです。



ファームウェアコード

回路とボード

ケースとディフューザーモデル

印刷用のすぐに使えるSTLモデル