MOSMusic Project Kit: MOSFET, Arduino en meer

Onderdelen en benodigdheden

Nodige gereedschappen en machines

• Soldeerbout (standaard)
• IJzer(III)chloride
• Sharpie-pen
• Isopropylalcohol
• Solderdraad

Apps en online diensten

• Arduino IDE
• Proteus Design Suite

Over dit project

MOSMusic (MM)

Draagbaar verlichtingsstation gesynchroniseerd met muziek.

Gebruik altijd technologie om de wereld te verbeteren. Als je een black hat of gray hat hacker bent, hou dan op... of laat tenminste je respect zien om me minder schuldig te voelen XP.

Inleiding

Tegenwoordig volgen evenementen, bijeenkomsten en feesten voor een organisator of onafhankelijke musicus niet meer de traditionele manier van aankomen, spelen en vertrekken. Fans vragen vandaag een hoger entertainmentniveau, wat organisatoren dwingt dure verlichtings- en geluidsregelsystemen te kopen.

Deze verlichtingssystemen hebben complexe en dure besturingssystemen voor elke lamp. Vaak moet er voor elk nummer een lightshow vooraf geprogrammeerd worden, wat de kosten nog verder doet stijgen.

Hier zijn enkele vergelijkbare producten op de markt, die van zeer lage kwaliteit zijn:

• MICTUNING 2nd-Gen RGB LED
• LED Strip Lights met Music Sync-Chase

Geen van de producten op de markt kost minder dan 40 dollar. Ze staan alleen toe om lage-vermogen elementen zoals LED's te besturen, maar als we echt hoogvermogen elementen willen besturen, hebben we een circuit nodig dat dit kan zonder de controller (in dit geval een Arduino) te risiceren.

Het circuit

Het doel van het circuit is om te schakelen van een digitaal signaal van 0-5V DC naar een besturingssignaal van 120V AC.

In de eerste trap van het circuit zit een Infineon 600V CoolMOS C7 MOSFET, waarmee we de optokoppler kunnen sturen met minimaal stroomverbruik van de Arduino. De optokoppler vereist minimaal 5V bij 36mA, wat dicht bij de limiet van de Arduino ligt. De CoolMOS C7 heeft echter slechts een signaal van 5V bij 60µA nodig, wat een enorme verbetering is in stroomverbruik.

Dit lage verbruik is cruciaal omdat het ons de mogelijkheid geeft om letterlijk elke controller te gebruiken zonder dure drivers die meer stroom kunnen leveren.

De MOSFET werkt door de optokoppler-diode naar massa te trekken. Eenmaal geactiveerd, laat het de stroom door de DIAC vloeien, wat op zijn beurt de TRIAC die aan de lamp is aangesloten, openstelt en de lamp laat branden.

Een ander groot voordeel van de MOSFET is de gemakkelijkheid om het aantal drivers te vergroten (zoals in afbeelding 1) of krachtigere drivers te gebruiken (zoals in afbeelding 2) zonder het hoofdcircuit te wijzigen.

Verschillende resultaten op verschillende bordjes:

Een andere oplossing zou relais zijn, die mechanisch schakelen met een "klik" bij elke schakeling. Het nadeel is dat relais niet kunnen schakelen bij dimbare lichten of hoge schakelfrequenties, wat de MOSFET-optokoppler-TRIAC-combinatie wel kan.

De PCB (of printplaat)

Voor dit project is het mogelijk om individuele modules te maken om het aantal lampen of hoogspanningsapparaten te vergroten die aan de Arduino of een ander bordje zijn aangesloten.

Je kunt ook een complete module voor 4 AC-uitgangen maken om het hele systeem op één PCB te integreren. Beide bestanden staan in de map "PCB Files" op GitHub of in de footer van het project.

Ontwikkeling

Om dit circuit te ontwikkelen, testten we eerst elke trap apart om de effectiviteit te bewijzen. Het eerste circuit dat getest werd was de besturing van de lampen via een knop en veiligheidshandschoenen vanwege de hoge spanning. (Als je het experiment nabouwt, gebruik alle mogelijke veiligheidsmaatregelen; spelen met levende stroom is niet verstandig).

Voor het tweede circuit, aangezien de lampbesturing goed werkte, maakten we een platform met LEDs om te zien hoe de Arduino de lichten op de ritme van de muziek controleerde. De code staat in de map "Arduino Code" en is grondig gecommentarieerd.

Zodra we zagen dat de lichtbesturing werkte, connecteerden we alle componenten van het hele circuit op een breadboard om de 4 lampen te besturen en sloten we het aan op de Arduino.

Dit werd in stappen gedaan voor veiligheid; herhaal: het is gevaarlijk om met 120V AC te werken, neem alle voorzorgsmaatregelen.

Het eindproduct

Met het werkende circuit besloten we besturingsmodules te maken zoals in de afbeelding getoond, om niet afhankelijk te zijn van eventuele draadbreuken op het breadboard.

De printplaat is gebaseerd op de ontwerp in de map "PCB Files". Omdat we geen transferpapier hadden, maakten we de vias met een Sharpie. Het is een permanente marker die het etsproces in ijzer(III)chloride doorstaat; dit is de klassieke methode voor zelfgemaakte PCB's. Meer over dit proces:

https://www.hackster.io/Junezriyaz/how-to-make-pcb-using-marker-531087

Na het maken van drie extra PCB's, besloten we het hele circuit in een doos te plaatsen, afgedekt en met 4 identieke lampen voor een esthetisch en draagbaar product.

En we zijn klaar! Hiermee is het lightsynchronisatiesysteem voor elektrische elementen (120 of 220 volt) voltooid.

Opmerkingen

Dit project werd uitgevoerd om aan te tonen dat verlichtingsbesturing via microcontrollers efficiënt en goedkoop kan zijn, aangezien huidige systemen van veel lagere kwaliteit tegen overdreven prijzen worden verkocht en dus niet voor iedereen beschikbaar zijn.

En om een creatieve en zelden geziene benadering te tonen voor het gebruik van de CoolMOS C7 MOSFETs van Infineon.

Referenties

Alle informatie over de gebruikte technologie en directe referenties staan in onze wiki:

https://github.com/altaga/MOSMusic-MM-/wiki

Code

Arduino-code (Arduino)

Sensor uitlezen en lampen uitvoersequentie

int analog1=0; int analogm=0; double basemean=0; int base=0; int gain=-5; unsigned int sensibility=5; int counter=0;
void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);
  pinMode(2,OUTPUT); pinMode(3,OUTPUT); pinMode(4,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT);
  digitalWrite(2,LOW); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW);
  Serial.begin(115200);
  for(int i=0;i<100;i++) { basemean+=analogRead(A0); }
  base=(basemean/100)+gain;
  analogm=analogRead(A0);
  digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);
}
void loop() {
  analog1=analogRead(A0);
  if(abs(analog1-analogm)=10) {
    digitalWrite(2,LOW); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW);
  } else if (abs(analog1-analogm)=(base-30) && analog1<(base-10)) {
      digitalWrite(2,LOW); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW);
    } else if(analog1>=(base-10) && analog1<(base)) {
      digitalWrite(2,HIGH); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW);
    } else if(analog1>=(base) && analog1<(base+10)) {
      digitalWrite(2,HIGH); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW);
    } else if(analog1>=(base+10) && analog1<(base+20)) {
      digitalWrite(2,HIGH); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,LOW);
    } else if(analog1>=(base+20) && analog1<(base+50)) {
      digitalWrite(2,HIGH); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,HIGH);
    }
  }
  analogm=analog1;
  delay(50);
}

MOSMusic

https://github.com/altaga/MOSMusic-MM-

Aangepaste onderdelen en behuizingen

4-module_kFm59jYssL.DXF single-module_nJVqMTooAQ.DXF

Schema's