Hand-out Introductieworkshop LED programmeren

Transcriptie

1 Hand-out Introductieworkshop LED programmeren Inleiding Deze hand-out is bedoeld als naslag voor de introductie workshop LED programmeren. In deze handout vind je de uitleg over LEDs, Arduino s en LED strips zoals deze in de workshop zijn behandeld. Tevens vind je in deze hand-out stap voor stap instructie om de praktijkopdrachten uit te voeren. Mocht je vragen hebben of meer informatie willen hebben, bezoek dan onze website: Custom FX Onze visie is dat iedereen op eenvoudige wijze leuke programma s kan maken met de Arduino. Of je nu wel of geen ervaring hebt met programmeren. Op een eenvoudige manier je visie realiseren. Het is voor iedereen mogelijk! Enerzijds richt Custom FX zich op het maken van interactieve toepassingen op basis van de Arduino microcontroller in combinatie met LEDs. Dit doen we in opdracht van jou op commissie. Daarnaast bieden we cursussen en workshops aan om onze kennis en ervaring met jou te delen. Om het voor iedereen eenvoudig te maken, hebben we hiervoor een library ontwikkeld waarmee je in een handomdraai mooie applicaties met de Arduino kunt maken. Hoe werkt een LED? LED staat voor Light Emitting Diode. LEDs zijn er in verschillende kleuren, formaten en vormen. Daarnaast kan een LED helder of diffuus zijn. Een heldere LED is doorzichtig van kleur. Pas als de LED aan gaat, zie je de kleur van de LED. Diffuse LEDs zijn ondoorzichtig en hebben ook als ze uit staan de kleur van de LED met uitzondering van de RGB led (deze heeft geen kleur). De werking van alle LEDs is hetzelfde. Een LED geeft licht doordat er een gelijkstroom loopt door het materiaal. De hoogte van de stroom bepaalt hoe fel de LED brandt. Hoe hoger de stroom, hoe feller de LED. Maar als er te veel stroom door de LED loopt, zal de levensduur van de LED drastisch worden verkort. Daarom is het zaak om te zorgen dat de stroom door de LED wordt geregeld en constant is. Om de stroom door de LED te regelen, moet je een weerstand in serie met de LED schakelen. Verderop in deze hand-out is opgenomen welke weerstand je moet gebruiken voor welke LED. 1

2 Introductieworkshop LED programmeren Mocht je in de toekomst andere LEDs aanschaffen, dan zul je zelf de juiste weerstand moeten berekenen. Weerstand berekenen Om de juiste weerstand te berekenen kun je gebruik maken van diverse calculators op internet. Een gebruikersvriendelijke calculator is die van LED Tuning ( Om de juiste weerstandswaarde te berekenen ga je als volgt te werk: 1. Kies eerst de kleur van de LED. Door de kleur te kiezen wordt de drempelspanning automatisch ingevuld. 2. Vul 1 in bij het aantal LEDs in serie 3. Vul bij de voedingsspanning 5 in. 4. Vul bij de LED stroom 20 in. Klik op de bereken knop, om een aantal waarden te berekenen: 1. Berekende weerstandwaarde in Ohm. Dit is de exacte waarde van de weerstand die je nodig hebt om de juiste stroom door de LED te laten lopen. 2. De afgeronde waarde in de standaard E12 reeks. Niet alle weerstandwaarden zijn beschikbaar als weerstand. De weerstanden die wel verkrijgbaar zijn als weerstand zijn vastgelegd in de E12 reeks. 3. Behalve de weerstandwaarde, berekent de site ook nog hoeveel vermogen er wordt verbruikt door de LED en de weerstand. Dit is interessant als je wilt uitrekenen hoe lang een batterij of powerbank de LED kan laten branden. LED aansluiten Een LED heeft twee aansluitingen, een lang pootje (de +) en een kort pootje (de -). Op deze manier moet de LED worden aangesloten. De positieve spanning op het lange pootje en de negatieve spanning op het korte pootje. Als je dit omdraait, zal de LED niet stuk gaan, maar hij zal ook niet gaan branden. 2

3 Introductieworkshop LED programmeren Introductieworkshop De weerstand moet ergens in de stroomkring worden geplaatst in serie met de LED. Het maakt daarbij niet uit of de weerstand tussen de + van de voeding en de + van de LED zit of tussen de van de voeding en de van de LED. LED Strip Een LED strip is een aaneenschakeling van LEDs. De LED strips die we in deze workshop gebruiken zijn programmeerbare LED strips. Dat wil zeggen dat iedere LED afzonderlijk kan worden aangestuurd. De LEDs in deze strips zijn van het type RGB wat wil zeggen dat de LED bestaat uit 3 kleuren LEDs (rood, groen en blauw). Door de intensiteit van iedere LED te regelen, kun je vrijwel alle kleuren maken. De programmeerbare LED strips hebben slechts 4 aansluitingen en zijn heel eenvoudig aan te sluiten. Dee +5V is voor de positieve spanning, de GND is de negatieve spanning. DIN is de data ingang. Deze pin sluit je aan op één van de digitale uitgangen van de Arduino. De DO is de data uitgang. Hiermee kun je een volgende LED strip koppelen. In de praktijk komt het helaas voor dat niet alle fabrikanten zich houden aan deze standaard. Soms wordt DO als de ingang en DI als de uitgang gebruikt. Belangrijk is dan om te kijken naar het pijltje op de strip. Het pijltje geeft de richting van de input naar de output aan. Arduino Microcontrollers Om de LEDs en LED strips aan te sturen heb je een microcontroller microcontro er nodig zoals bijvoorbeeld een Arduino. De Arduino is een kleine eenvoudige computer die je gemakkelijk zelf kunt programmeren. Er zijn verschillende typen Arduino s no s verkrijgbaar. De belangrijkste verschillen tussen de typen type zit in het aantal aansluitingen, de hoeveelheid geheugen en de afmetingen. Hoe meer aansluitingen, hoe meer LEDs en knopjes je kunt aansluiten. Als je hele grote programma s gaat schrijven, zul zu je meer geheugen nodig hebben. Dee afmetingen bepalen natuurlijk of de microcontroller wel in jouw project past. De meest gangbare modellen zijn de Arduino Nano, Arduino Uno en de Arduino Mega. Om mee te beginnen maakt het niet veel uit welk type je gebruikt. gebruikt. De Nano is over het algemeen het goedkoopst en heeft zelfs meer aansluitingen dan de Uno. Voor deze workshop maken wij gebruik van de Arduino Nano. 3

4 Introductieworkshop LED programmeren Arduino Nano Pin Lay-out De Arduino Nano heeft heel veel pinnetjes die vrij dicht op elkaar zitten. Voor het gemak is hieronder de lay-out van de Arduino opgenomen met daarbij de verschillende benamingen van de pinnen. Startkit De startkit bevat behalve een powerbank en een USB kabel alle benodigde onderdelen om zelf aan de slag te gaan. Inhoud Breadboard Arduino Nano type ATmega168 Diverse LEDs (zie tabel hieronder) Weerstanden (zie tabel hieronder) Schakelaars (2x) LED strip met 20 LEDs Breadboard kabels 4

5 Introductieworkshop LED programmeren LEDs: Kleur Type Grootte Benodigde weerstand Rood Diffuus 3 mm 180 Oranje Diffuus 3 mm 180 Groen Diffuus 3 mm 100 Blauw Helder 3 mm 100 Wit Helder 5 mm 100 RGB Diffuus 5 mm 1x180 2x100 RGB Helder 5 mm 1x180 2x100 Weerstanden Weerstandswaarde Aantal Kleurcode Afbeelding 100 Ω 3 Bruin, Zwart, Zwart, Zwart, Bruin 180 Ω 3 Bruin, Grijs, Zwart, Zwart, Bruin 10 KΩ 2 Bruin, Zwart, Zwart, Red, Bruin De weerstanden in de startkit zijn blauw en niet grijs zoals in de plaatjes hierboven. De kleur van de weerstand geeft aan van welk materiaal de weerstand is gemaakt en is niet bepalend voor de weerstandwaarde. 5

6 Opdracht 1: LED aansluiten Introductieworkshop LED programmeren Doel Het doel van deze opdracht is het aansluiten van een LED op een stroombron. We gebruiken de Arduino in deze opdracht alleen om de spanning van de powerbank op het breadboard te krijgen. Je kan zeggen dat de Arduino in dit geval een dure USB connector is. Benodigdheden Breadboard Arduino Rode LED Weerstand van 180 Ω Breadboard kabels (1x zwart, 2x rood) Maak de schakeling Bouw de schakeling op aan de hand van de onderstaande afbeeldingen. - (korte poot) + (lange poot) 180 Ω GND +5V 6

7 Opdracht 2: Knipper LED Introductieworkshop LED programmeren Doel Het doel van deze opdracht is om een LED te laten knipperen door gebruik te maken van een Arduino. De LED moet worden aangesloten op pin D3. De Arduino laat met behulp van een knipperanimatie de LED knipperen. De frequentie waarmee de LED knippert is 1,5 seconde aan, gevolgd door een halve seconde uit. Benodigdheden Breadboard Arduino Rode LED Weerstand van 180 Ω (Kleurcode: Bruin, Grijs, Zwart, Zwart, Bruin) Breadboard kabels (1x zwart, 1x geel) Maak de schakeling GND D3 7

8 Opdracht 3: Drukknop Introductieworkshop LED programmeren Doel In deze opdracht gaan we een drukknop toevoegen aan de schakeling. De LED moet worden aangesloten op pin D5 van de Arduino. De drukknop moet worden verbonden met pin D7 van de Arduino. De drukknop moet aan de kant van de Arduino worden voorzien van een weerstand. De weerstand moet worden verbonden tussen pin D7 en de GND. Deze weerstand zorgt ervoor dat de storingen van buitenaf worden geëlimineerd. Het afhandelen van de verschillende acties wordt gedaan door het programma in de Arduino. De drukknop heeft verschillende functies: 1. Een keer indrukken De LED zal aan gaan 2. Dubbel klikken De LED zal uit gaan 3. Indrukken en ingedrukt houden De LED zal continue in- en uitfaden Benodigdheden Breadboard Arduino Rode LED Schakelaar Weerstand van 180 Ω (Kleurcode: Bruin, Grijs, Zwart, Zwart, Bruin) Weerstand van 10 KΩ (Kleurcode: Bruin, Zwart, Zwart, Red, Bruin) Breadboard kabels (1x zwart, 2x rood, 1x geel, 1x wit) Maak de schakeling D5 D7 10 KΩ 8

9 Opdracht 4: LED Strip Introductieworkshop LED programmeren Doel Het doel van deze opdracht is om een LED strip aan te sluiten. De LED strip wordt met 3 draden aangesloten. De zwarte draad is de aarde en moet met de GND pin van de Arduino worden verbonden. De rode draad is de + en moet worden aangesloten aan de +5V pin van de Arduino. De laatste draad is de data kabel en moet worden aangesloten op pin D2 van de Arduino. Na het aansluiten van de powerbank zal het programma opstarten. Als je de LED strip correct hebt aangesloten zal er een sweep-animatie (looplicht) starten. Benodigdheden Breadboard Arduino LED strip Breadboard kabels (2x rood) Maak de schakeling D2 9

10 Introductieworkshop LED programmeren Opdracht 5: RGB LED Een RGB LED is een LED die meerdere kleuren. Door de intensiteit van elke kleur apart te regelen kun je alle denkbare kleuren maken. Een RGB LED is een LED welke bestaat uit meerdere LEDs. Om het aantal aansluitingen zo klein mogelijk te houden, maakt de RGB LED gebruik van een aansluiting per LED en één gemeenschappelijke aansluiting. Er zijn 2 varianten van een RGB LED. Eén waarbij de gemeenschappelijke aansluiting de + aansluiting is, en één waarbij de gemeenschappelijke aansluiting de aansluiting is. Welk type RGB LED je gebruikt maakt op dit moment niet uit. De RGB LEDs die in het startpakket zitten, zijn van de variant met een gemeenschappelijke aansluiting. Doel Het doel van deze opdracht is om een RGB LED aan te sluiten. Met de drukknop kun je de RGB LED van kleur laten veranderen. Een enkele klik laat de LED in de volgende kleur branden. Een dubbel klik zorgt ervoor dat de vorige kleur wordt getoond. Benodigdheden Breadboard Arduino RGB LED 2x Weerstand van 100 Ω (Kleurcode: Bruin, Zwart, Zwart, Zwart, Bruin) 1x Weerstand van 180 Ω (Kleurcode: Bruin, Grijs, Zwart, Zwart, Bruin) 1x Weerstand van 10 KΩ (Kleurcode: Bruin, Zwart, Zwart, Red, Bruin) Breadboard kabels (3x rood, 1x zwart, 1x blauw, 1x wit, 1x groen, 1x oranje) Maak de schakeling 180 Ω + D11 D10 D9 100 Ω 10 KΩ D8 10

11 Introductieworkshop LED programmeren Zelf aan de slag: downloaden en installeren van de software Om zelf aan de slag te kunnen, heb je een aantal dingen nodig: Sketch Sketch is de software waar je de programma s voor de Arduino mee schrijft. Custom FX library Deze library maakt het programmeren vele malen eenvoudiger. Adafruit library Deze library wordt gebruikt door de Custom FX library om LED strips aan te sturen. Op onze website (op de Library pagina) staat stap voor stap uitgelegd hoe je alles moet installeren. Custom FX Workshops Als je meer wilt leren over hoe je mooie applicaties maakt met de Arduino en de Custom FX library, kom dan naar één van onze workshops. Hieronder vindt je een overzicht van een aantal van onze workshops. Kijk op onze site voor data en beschikbaarheid. Basisworkshop LED programmeren In deze workshop wordt je geleerd hoe je met gebruik van de Custom FX library heel simpel zelf animaties (LED programma s) kunt maken. Basiscursus Arduino programmeren Als je meer wilt doen met de Arduino en de Custom FX Library, kom je de basiscursus programmeren bij ons volgen. In deze cursus worden de basisprincipes uitgelegd die je nodig hebt om zelf verder aan de slag te kunnen. Advanced cursus Arduino programmeren Als je echt het meeste uit je Arduino wilt halen, kom dan deze cursus Arduino programmeren voor gevorderden volgen. Themaworkshop bring your own Deze thema workshop is bedoeld voor mensen die al enige ervaring hebben met het Arduino platform en de Custom FX library en hands-on hulp kunnen gebruiken om hun eigen project verder af te maken. Custom FX organiseert regelmatig een bring your own workshop met een bepaald thema. Hou de website in de gaten voor data en thema s. 11