پنل نورپردازی ۲۰ وات RGB با ESP32

بدنه این دستگاه طوری طراحی شده که بتونه باتری، ماژول BMS، انکودر، آهنرباها، کلید پاور و مهره استاندارد 1/4 اینچی رو کاملا تو خودش جا بده. حتی پشت بدنه یه سری شیار کوچیک برای تهویه هوا و جلوگیری از داغ شدن دستگاه در نظر گرفته شده.

قاب جلویی وظیفه نگهداری بردهای ال‌ای‌دی و آهنرباهای مخصوص اتصال لوازم جانبی رو بر عهده داره. برای ملایم‌تر کردن نور خشن ال‌ای‌دی‌ها، به یه دیفیوزر نیاز داریم که باید اون رو با فیلامنت سفید یا شفاف پرینت کنی. روی دیفیوزر هم جای آهنربا تعبیه شده تا با یه کلیک ساده روی پنل اصلی بچسبه.

یه قطعه گرید شبکه‌ای (لانه زنبوری) هم داریم که برای متمرکز کردن نور و جلوگیری از پخش شدنش استفاده می‌شه؛ این قطعه رو حتما با فیلامنت مشکی پرینت کن تا بهترین عملکرد رو داشته باشه. تمام فایل‌های طراحی در قالب فرمت STL برای چاپ سه‌بعدی آماده هستن. کافیه اونا رو تو نرم‌افزار اسلایسر باز کنی و پرینت بگیری.

قبل از شروع کار، حتما یه نگاه دقیق به نقشه سیم‌کشی بنداز. برای سیم‌کشی بخش‌های انتقال دیتا و سیگنال (مثل ارتباط انکودر و پایه‌های دیتا) از سیم‌های نازک‌تر 30AWG استفاده کن. اما برای خروجی باتری و تامین برق بردهای ال‌ای‌دی حتما سیم‌های ضخیم‌تر 20AWG رو به کار ببر تا مدارت موقع کشیدن جریان بالا افت ولتاژ پیدا نکنه. نقشه دقیق اتصال بردهای ال‌ای‌دی رو هم تو قدم‌های جلوتر بررسی می‌کنیم.

همیشه بهتره قبل از اینکه قطعات رو تو جای تنگ بدنه لحیم و جاسازی کنی، اول کدهای برنامه رو روی میکروکنترلر بریزی تا خیالت از بابت نرم‌افزار راحت بشه. نرم‌افزار Arduino IDE رو باز کن و مطمئن شو که پکیج بردهای ESP32 روش نصبه. قبل از کامپایل کردن کدها، حتما کتابخونه‌های Adafruit_NeoPixel.h و Encoder.h رو از بخش مدیریت کتابخونه‌ها نصب کن.

حالا برد XIAO رو با کابل USB به کامپیوتر وصل کن و برنامه رو روش فلش کن. کدهای این پروژه کاملا آماده‌ست و تو فایل‌های ضمیمه وجود داره؛ کدهایی که خیلی تمیز نوشته شدن تا خوندن انکودر و تغییر رنگ‌ها به روان‌ترین شکل ممکن انجام بشه.

برای شروع مونتاژ فیزیکی، اول آهنرباهای 10 میلی‌متری رو داخل شیارهای مخصوصی که روی بدنه پرینت‌شده قرار داره بچسبون. قبل از گذاشتن آهنربا، کمی چسب داخل شیار بریز تا حسابی محکم بشن.

بعد از اون، مهره سایز 1/4 اینچی که برای نصب روی سه‌پایه تعبیه شده رو داخل محفظه خودش قرار بده و دور تا دورش رو چسب بزن تا موقع پیچ کردن دستگاه، مهره از جاش درنیاد.

ماژول شارژ و افزاینده (BMS) رو سر جاش قرار بده و با چسب فیکسش کن. خیلی دقت کن که پورت USB ماژول دقیقا روبه‌روی شکاف روی بدنه باشه تا بعدا کابل شارژ راحت بهش وصل بشه. حالا دو تا باتری 18650 رو کنار هم بذار و با چسب نسوز کپتون محکم به هم ببندشون.

برای موازی کردن باتری‌ها، اگه دستگاه نقطه‌جوش نداری می‌تونی از هویه استفاده کنی؛ فقط باید سرعت عملت بالا باشه تا باتری‌ها داغ نشن. سیم‌های تغذیه اصلی رو هم به قطب‌های مثبت و منفی باتری لحیم کن. حتما روی پایانه‌های فلزی و لخت باتری‌ها رو با چسب کپتون بپوشون تا احتمال اتصالی به صفر برسه.

حالا پک باتری رو داخل فضای خالی بدنه بذار و کمی چسب بزن. سیم‌های باتری رو به اندازه مناسب کوتاه کن و به پدهای ورودی ماژول BMS لحیم کن. برای کلید پاور هم، پایه‌های اضافه سوییچ فشاری رو بچین، کلید رو تو شیار مخصوصش قرار بده و سیم‌هاش رو به پدهای سوییچ روی BMS متصل کن.

به هر کدوم از پایانه‌های ماژول روتاری انکودر یه سیم نازک به طول حدودا 8 سانتی‌متر لحیم کن. حالا مهره روی ولوم انکودر رو باز کن و ماژول رو از داخل، وارد سوراخ دیواره کن. از اونجایی که فضا یکم تنگه، می‌تونی مهره رو با دم‌باریک بگیری و از بیرون روی رزوه انکودر ببندی. وقتی مهره رو با دم‌باریک سفت کردی، سرپوش (Knob) پرینت‌شده رو با فشار روی شفت انکودر جا بزن.

سیم‌هایی که از انکودر کشیدی رو مطابق نقشه سیم‌کشی به پین‌های GPIO برد XIAO لحیم کن. سیم‌های مربوط به تغذیه (5 ولت و گراند) رو هم که از ماژول افزاینده ولتاژ میان، به پایه‌های مربوطه متصل کن.

بعد از اتمام لحیم‌کاری‌ها، برد ESP32C3 رو تو فضای خالی روی بدنه قرار بده و با یه قطره چسب ثابتش کن. تا اینجای کار بخش بزرگی از سیم‌کشی رو با موفقیت پشت سر گذاشتی.

بردهای ماتریسی ال‌ای‌دی رو یکی‌یکی داخل قاب نگهدارنده پنل جا بزن. موقع گذاشتن بردها دقت کن که چهار تا سوراخ گوشه بردها دقیقا روی پین‌های پلاستیکی قاب بشینن. از طرفی چک کن که نوشته HW-223 روی همه بردها تو یک راستا باشن؛ این کار باعث می‌شه پدهای لحیم‌کاری پشت بردها دقیقا در امتداد هم قرار بگیرن تا سیم‌کشیشون راحت بشه. حالا باید بردها رو سر جاشون محکم کنیم.

برای این کار از تکنیکی به اسم Heat Staking استفاده می‌کنیم؛ یعنی نوک هویه داغ رو خیلی آروم روی پین‌های پلاستیکی بیرون‌زده از سوراخ بردها می‌ذاریم تا پلاستیک کمی ذوب بشه و مثل یه پرچ، برد رو سر جاش قفل کنه. حتما این کار رو تو یه محیط با تهویه مناسب انجام بده چون دود پلاستیک اذیت‌کننده‌ست. موقع ذوب کردن پلاستیک‌ها خیلی مراقب باش که نوک هویه به ال‌ای‌دی‌ها برخورد نکنه تا آسیبی نبینن.

برای اینکه خروجی دیتا (DO) از یه برد ال‌ای‌دی به ورودی (DI) برد کناریش وصل بشه، یه ترفند خیلی تمیز داریم. پایه‌های فلزی یه پین‌هدر نری رو با پنس یا دم‌باریک از پلاستیک مشکیش بکش بیرون تا فقط یه پین فلزی صاف داشته باشی. این پین‌ها بهترین گزینه برای بریج کردن (پل زدن) پدهای نزدیک به هم هستن. با استفاده از پنس، این پین‌های فلزی رو روی پدهای مشترک قرار بده و لحیمشون کن.

برای اتصال ردیف بالا به پایین هم از چند تکه سیم استفاده کن.

در نهایت، سیم‌های اصلی تغذیه (VCC و GND) و سیم دیتای ورودی (IN) رو به پدهای اولیه لحیم کن؛ دقیقا طبق مسیری که تو عکس‌ها مشخص شده. حالا سیم‌های پنل ال‌ای‌دی رو از قاب عبور بده و به پین دیتای برد Xiao و خروجی برق ماژول BMS متصل کن. لبه‌های قاب اصلی رو به کمی چسب آغشته کن و پنل جلویی رو با دقت روی اون ببند.

برای محکم‌تر شدن قاب، آهنرباهای 3 میلی‌متری رو با نوک یه پیچ‌گوشتی تخت داخل سوراخ‌های کناری فشار بده تا همه‌چیز کیپ بشه. به این ترتیب مونتاژ اصلی پنل نوری به پایان رسید.

قبل از اینکه آهنرباها رو داخل سوراخ قطعات جانبی (دیفیوزر و گرید) جا بزنی، خیلی مهمه که قطب‌هاشون درست باشه. برای پیدا کردن قطب درست، کافیه آهنربا رو به آهنربای نصب شده روی بدنه پنل نزدیک کنی؛ همون‌طور که می‌دونی قطب‌های همنام همدیگه رو دفع می‌کنن و قطب‌های ناهمنام جذب می‌شن. پس جهت درست رو با این روش پیدا کن.

بعد از پیدا کردن جهت، آهنرباها رو تو سوراخ‌های لبه دیفیوزر جا بزن و چسب بزن. همین کار رو دقیقا برای گرید شبکه‌ای مشکی‌رنگ هم تکرار کن. اگه جهت آهنرباها رو درست گذاشته باشی، لوازم جانبی با یه صدای کلیک جذاب و محکم سر جاشون روی پنل می‌چسبن.

تو قدم‌های قبلی ما یه مهره استاندارد 1/4 اینچی زیر دستگاه تعبیه کردیم. با این مهره می‌تونی پنل رو مستقیما روی هر نوع سه‌پایه نور یا استند معمولی نصب کنی. اگه خواستی این نور رو به عنوان فلاش ویدیویی روی دوربینت بذاری، کافیه از یه پیچ آداپتور مخصوص کفشک دوربین استفاده کنی تا به راحتی بالای دوربینت قفل بشه.

یه نکته کوچیک درباره این مدار وجود داره؛ وقتی دستگاه رو به شارژر وصل می‌کنی، به خاطر ساختار ماژول BMS نور دستگاه خودبه‌خود روشن می‌شه. بهتره موقع شارژ شدن، با استفاده از انکودر شدت نور رو روی صفر تنظیم کنی تا باتری‌ها سریع‌تر شارژ بشن. شاید استفاده از برد ESP32 برای یه نور ساده یکم زیاده‌روی به نظر برسه، اما ابعاد فوق‌العاده کوچیکش باعث شد بهترین انتخاب برای این گجت باشه.

مزیت این برد اینه که می‌تونی بعدا فرم‌ور WLED رو روش نصب کنی تا تمام رنگ‌ها رو به صورت بی‌سیم و با وای‌فای گوشی کنترل کنی. ولی ما اینجا از انکودر استفاده کردیم تا دستگاه در لحظه و بدون نیاز به هیچ اپلیکیشنی، آماده به کار باشه.

اگه در مورد مراحل لحیم‌کاری یا پرینت قطعات سوالی داشتی یا ایده‌ای برای اضافه کردن افکت‌های نوری به ذهنت رسید، حتما تو بخش نظرات برامون بنویس تا با هم درباره‌اش گپ بزنیم. handcrafted by Gokul