Как я занимался созданием шкатулки LED HEART

Приветствую, Habr!

Хочу поведать историю о создании музыкальной шкатулки с элементами световой иллюминации – красивого подарка с возможностью индивидуального подбора световых эффектов и музыкального сопровождения. Шкатулку обозвал незамысловато — LED HEART. Какая-никакая работа была проделана, хочу поделиться небольшой историей по работе над этим своим «хоббийным» проектом.

Не секрет, что в сети (в т.ч. и на Хабре) можно встретить множество проектов по созданию светодиодных валентинок, сердечек и т.п. Демонстрационные видео с ними часто собирают лестные и восторженные отзывы в комментариях. При этом, возможность дарить такой интересный подарок до сих пор оставался уделом инженеров, радиолюбителей и т.д., т.е. людей, имеющих достаточную квалификацию, чтобы повторить чей-то проект / сделать свой собственный. К тому же, необходимо немало свободного времени для этого. Серийного производства подобного подарка я не встречал. Самое близкое — это простейшие любительские наборы для пайки от пары отечественных компаний, и аналогичные варианты, представленные на китайских площадках.
Эта мысль изначально и побудила начать проект по созданию светодиодного сердца, которое будет доступно не только тем, кто на «ты» с электроникой.

Начну немного издалека, с предыстории. Длилось это всё несколько лет…

Предыстория


Первое видео с сердцем из светодиодов я увидел в 2010 году на одном из каналов youtube. Проект впечатлил. И в 2011 году, будучи студентом, – за пару недель работы по вечерам, в тайне от своей девушки, собрал простую версию светодиодного сердца, подарил на 8 марта. Проект разрабатывал сам – и железо и прошивку – учился, изобретал велосипеды.

Выглядело это… в общем, как-то так:

image

image

Никакое фото, к сожалению, не передаст в полной мере той степени эксклюзивности подарка, которая 9 лет назад мне казалась местами непревзойденной. В банке из-под консервированной рыбы располагалась печатная плата с Attiny13A (на фото МК не видно, он подпаивался проводками снаружи — кучка проводов, выходящих за верхнюю границу фото), со сдвиговыми регистрами и яркими светодиодами, впаянными по контуру символа сердца. На внешней стороне крышки консервной банки надпись: «В твоих руках всё наполнено любовью… и даже…» а на внутренней стороне «… скумбрия. С 8 марта!». По нажатию большой красной кнопки начинали бегать огоньки, светодиоды мигали и переливались в соответствии с тем, что влезло в 1 килобайт памяти микроконтроллера. Креатив и романтика плескались через край, как можете заметить. Как сейчас помню, блуждаю между рядами супермаркета и обдумываю – какой же подобрать корпус для «сердечного подарка»… вдруг глаза набредают на полку с консервами… и вот оно… озарение…

Что ж, немного отвлекся, продолжу.

Сама история


Получив желаемую ответную реакцию от своей будущей супруги, — в голове поселилась мысль, что производство и продажа таких интересных подарков может иметь смысл в принципе. Такой сувенир вызывает положительные эмоции и символизирует теплые чувства того, кто его дарит. Но учёба, диплом, работа, рутина, личная жизнь не позволяли выделить достаточно времени для занятия подобными авантюрами – всё закончилось не начавшись.

Прошло 3 года… Наступил 2014… В какой-то момент вновь стал натыкаться в интернете на аналогичные проекты – некоторые из них были уже более продвинутые и интересные – идея разработать свой уникальный вариант сердца и заняться его производством воспылала с новой силой, на рынке по-прежнему ничего подобного не было. При этом, очевидно, интерес у людей проявлялся. Имея уже опыт инженерной работы стал подходить к этому вопросу более системно. Но всё равно, работа по этому сердцу проходила в режиме хобби – некоторыми вечерами, и в выходные по возможности, параллельно с другими «хоббийными» проектами и основной работой, которая в приоритете всех работ была на первом месте. Поэтому, в итоге, временные рамки получились невероятно раздутыми для такого проекта.

С чего же началась проработка.

Во-первых, были выявлены и оценены недостатки, имеющиеся в увиденных любительских конструкциях. Самое важное, что было тогда отмечено:

  • Отсутствие разнообразия элементов световой иллюминации.
  • Простота и корявость конструкций, что всегда смазывает первое впечатление и может не привести к должному эффекту при дарении. Подавляющее большинство рассмотренных устройств походило на любительскую поделку, не более того (по типу той, что я делал в 2010 году) – не солидно, не серьезно, скучно… Большинство рассмотренных конструкций сердец – либо вовсе не имеет никакого корпуса, либо этот корпус ужасен – аля лобзиком из гнилой фанерки, саморезом в доску, окошечки из орг. стекла и т.д. Необходим некий оптимум – вид устройства не должен хотя бы отпугивать людей, наоборот – оно должно по максимуму передавать всю гамму чувств от того, кто его дарит, и в то же время – устройство не должно быть слишком габаритным, супер-сложным и т.п.
  • Отсутствие звукового сопровождения световых эффектов в проектах сердец (за очень редким исключением), хотя, на мой взгляд, оно напрашивается само собой. Одного лишь мигания светодиодной матрицы недостаточно. Музыка должна усилить эффект, добавить романтики в момент дарения. Музыка может и вовсе быть индивидуальной особенностью такого подарка, она «подогревает» нужную атмосферу для соответствующей ситуации – романтичной/торжественной/веселой и любой другой. Возникло предположение, что если эффекты иллюминации при всём прочем будут ещё и синхронны с фоновой мелодией – это будет совсем здорово, убедительно и круто.
  • Поскольку, согласно предыдущему пункту, должна быть музыка – сама собой напросилась идея делать музыкальную шкатулку – открываешь – играет и сверкает – закрываешь – умолкает и угасает.

Все эти мысли мозг штурмовал какое-то время. Сначала пришлось определиться с конкретным функционалом шкатулки. В общих словах это виделось так:

  • Сердце должно иметь светодиодную матрицу, достаточного разрешения, чтобы можно было запускать бегущую строку, делать простейшую анимацию. Должна быть возможность плавного угасания и разгорания светодиодов.
  • Должна быть реализована возможность быстрого создания и коррекции световых эффектов для оперативной перестройки программы иллюминации под конкретного заказчика. Тут следует пояснить, что модель взаимодействия с заказчиками подразумевалась следующая. Клиенту изначально предоставляется базовый набор программ иллюминаций с предустановленными мелодиями, из которого он выбирает один, наиболее подходящий его пожеланиям – далее, со своей стороны, – корректируем программу иллюминации, адаптируя её под этого конкретного человека, его повод/праздник (текст бегущей строки, какие-то другие кадры). В дальнейшем планировалось постепенное расширение базы доступных мелодий и световых эффектов. Также, со своей стороны всегда смогу посоветовать лучший вариант после общения с клиентом, опираясь на вводные данные. Полностью не исключается возможность и полностью индивидуальной проработки мелодии и иллюминации, но за повышенную стоимость, т.к. процесс составления программы световых эффектов под новую мелодию в любом случае получается существенно более длительным, чем остальные процессы подготовки устройства к продаже.
  • Благовидный корпус (полагаясь пока только на свой вкус на стадии прототипа).
  • Автономность питания, т.к. устройство – по сути сувенир, нет смысла делать его стационарным, привязанным к внешнему источнику.

Далее эти требования формализовались в конкретные технические задачи, и одна за одной эти задачи постепенно решались. В процессе перебирались разные материалы, типы конструкций, продумывалась схемотехника, ну и львиную долю времени заняло написание ПО, реализация возможности быстрого добавления/удаления/редактирования световых эффектов и т.д.
В качестве примера таких трансформаций могу предложить демонстрацию работы промежуточного варианта прототипа шкатулки, изготовленного в 2015 году – можно условно считать итогом итерации 1 (качество видео ужасно, звук был наложен отдельно из mp3 файла, адекватно записать его тогда не мог):


И уже окончательный вариант, собранный в 2017 году:


Может показаться, что здесь светодиоды светятся тусклее, чем в варианте 2015 года, но это не так – просто при съемке была слишком сильная засветка внешним источником. Звук здесь уже настоящий.

К моменту появления этого образца поменялось многое и снаружи, и изнутри устройства, и в программной его части.

Кратко о HW


Электроника шкатулки размещается на трех печатных платах. На одной — светодиоды, транзисторы и резисторы, необходимые для матричного включения светодиодов, управляющий микроконтроллер Atmega32A и его обвязка. На второй плате реализовано управление включением питания при открытии шкатулки, схема отключения питания при недопустимой просадке питающего напряжения. На третьей плате реализован mp3 плеер (покупной модуль).

Корпус – покупная металлическая шкатулка. Внутри вся конструкция базируется на пластиковом каркасе, напечатанном на 3D принтере. Некоторые элементы удерживаются с помощью клеевых соединений, главная плата удерживается на магнитах, вмонтированных в пластиковую основу.
Питание шкатулки осуществляется от трех батареек типоразмера AAA.

Кратко о SW


Для ПК была разработана программа – кодогенератор с графическим интерфейсом, которая позволяет оперативно создавать и редактировать световые эффекты, контролировать все необходимые временные интервалы (для синхронизации с фоновой мелодией) и сразу генерировать код для прошивки микроконтроллера, расположенного на плате сердца. Был выработан определенный формат записи параметров эффектов в массивы данных. На стороне МК прошивка парсит эти массивы и преобразует в свечение нужных светодиодов в нужные моменты времени. Формат записи эффектов в таблицах кода достаточно экономичен – внутренней памяти программ микроконтроллера вполне хватает и для кода прошивки и для таблиц с параметрами световых эффектов.

О решении технических вопросов и возникших проблем в ходе разработки можно написать отдельную статью. Конечно, это не «рокет сайнс» и разжевывание таких вопросов может оказаться скучноватым для публики, но, если кого-то заинтересует, – заморочиться определенно можно.

Итог


Что же в итоге? Проект шкатулки можно ещё бесконечно вылизывать и модернизировать, улучшать по совершенно разным направлениям, добавлять функционал и т.д. Но в том виде, как шкатулка была задумана – она была сделана, проект по разработке завершен. Для (мелко)серийного производства нужно проделать ещё некоторую работу, но это дело техники, как говорится.

Где-то в середине пути пришло осознание, что пытаться самостоятельно развивать коммерческую составляющую проекта мне не очень-то интересно, нет на это ни времени, ни большого желания. Человека, который взял бы на себя большую часть работ по организации продаж, работу с мелодиями и световыми эффектами в моём окружении не оказалось. При таком потенциальном партнерстве я был согласен закрывать все технические вопросы, производство, закупки и логистику. Но не сложилось. Да и время постоянно занято иными задачами – либо более интересными, либо просто необходимыми/бытовыми.

Поэтому, на сегодняшний момент проект считаю завершенным на этом этапе. Всего были изготовлено 3 экземпляра последней версии – два для подарков близким и один экземпляр изготовлен на заказ. Может случиться, что история в каком-то виде когда-то и продолжится, зарекаться не буду, но на данный момент статус такой. В целом результат работы меня удовлетворил. Но более всего ценна реакция близких людей, кому предназначались первые образцы сердца, ради этого не жалко было бы потратить ещё сколько угодно много времени!

Ну а в плане рациональности ведения такого проекта, были сделаны объективные выводы, извлечены уроки, которые обязательно послужат мне в будущих делах и свершениях!

Спасибо, если дочитали, всегда рад пообщаться в комментариях, если есть вопросы, замечания, пожелания.

Похожие публикации

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 4

    +1
    С первой картинки надеялся, что итоговый вариант все-таки будет в консервной банке, только сделан аккуратнее) А так романтика… я своей делал скорпионов из радиодеталей…
      0
      Была идея продолжать использовать консервные банки, но сделать шкатулку эстетично без серьезных усилий в таком случае не получалось. Были попытки склеивания шкатулки из картона (первое видео в статье), но… — всё не то. В итоге пришлось пойти на компромисс в виде использования готового корпуса из металла. Хотя и с его применением было не всё так гладко, как планировалось.
        +1
        Когда я увидел форму итоговой шкатулки, и заметил ниже примечание, что в видео играет реальная музыка шкатулки, я ожидал услышать мелодию музыкальной шкатулки Дэйви Джонса. Ту самую, из пиратов.
        Даже не знаю, был ли я рад или разочарован.
        Возможно, есть смысл добавить эту мелодию в стандартную поставку программы настройки, если проект когда-либо дойдёт до коммерческой стадии (и если авторские права позволят).
          0
          Вопрос авторства музыки действительно важен. Поэтому на первых порах (как минимум) планировалось использовать бесплатные мелодии со «свободной» лицензией. Подбор подходящих мелодий для использования в шкатулке — оказалась та ещё задачка. Вроде на первый взгляд ничего особенного… но только на первый взгляд — пока не начинаешь пробовать придумывать синхронные эффекты иллюминации под конкретный вариант.
          Насчёт ожиданий мелодии из шкатулки Дэйви Джонса… не знаю что и сказать… — не фанат — поэтому, наверно, её там и не оказалось. Но, надо признать, вариант был бы интересный.

      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

      Самое читаемое