步驟1：設計原理

從框圖中可以看出，“大腦”是AVR微控制器，而所有其他部分都由這個“大腦”控制。為了整理我們的想法，讓我們一塊一塊地描述設計：

電源單元：所選設備的電源是LED燈條PSU，能夠為系統提供24VDC輸入。微控制器，繼電器，數字電位器和音頻放大器都工作在5V，因此DC-DC降壓轉換器被添加到設計中。 DC-DC代替線性穩壓器的主要原因是功耗和效率不足。假設我們使用具有24V輸入和5V輸出的經典LM7805。當電流達到顯著值時，線性穩壓器上以熱量形式消散的功率將會很大并且可能會過熱，從而將嗡嗡聲附加到音頻電路：

Pout = Pin + Pdiss，所以在1A我們實現：Pdiss = Pin - Pout = 24 * 1 - 5 * 1 = 19W（耗散功率）。

微控制器：按順序為了盡可能快地編寫代碼，我選擇了基于AVR的ATMEGA328P，它廣泛用于Arduino UNO板。根據設計要求，我們將使用幾乎所有的外設支持：中斷，定時器，UART，SPI等。由于它是系統中的主要塊，因此它與設備中的所有部件互連。

用戶界面：設備的前面板包含用戶應與之交互的所有部分：

IR Sensor ：用于解碼IR遠程數據的傳感器。

按鈕：將IR遙控器與設備配對需要

RGB LED ：美學附件以提供反饋系統接收信息

LCD ：設備內部圖像的圖示

監視器控制：為了使設備能夠在PC監視器上切換電源，需要處理很大的電壓值。例如，我的三星顯示器根本不共享電源配置：一個由220VAC供電，而另一個由其自己的19.8V PSU供電。因此，解決方案是針對每條監控電源線的繼電器電路。這些繼電器由MCU控制并完全分離，這使得監視器電源傳輸對每個監視器都是獨立的。

燈光控制：我有一個LED燈條，附帶24VDC的附加電源，用作系統電源輸入。由于需要通過LED燈條傳導大電流，其亮度機制包括一個基于MOSFET的限流器電路，該電路工作在有源區的線性區域。

音量控制：此系統基于通過分壓器在左聲道和右聲道上傳遞音頻信號，其中施加的電壓通過數字電位器刮水器移動而改變。有兩個LM386基本電路，每個輸入端都有一個分壓器（我們稍后會介紹）。輸入和輸出是3.5mm立體聲插孔。

似乎我們已經涵蓋了電路的所有組成部分。讓我們繼續電氣原理圖。..。..

第2步：零件和儀器

構建項目所需的一切：

電子元件

通用元件：

電阻器：

6 x 10K

1 x 180R

2 x 100R

1 x 1K

2 x 1M

2 x 10R

電容器：

1 x 68nF

2 x 10uF

4 x 100nF

2 x 50nF

3 x 47uF

其他：

二極管：2 x 1N4007

微調：1 x 10K

BJT：3 x 2N2222A

P-MOSFET：ZVP4424

集成電路：

MCU：1 x ATMEGA328P

音頻放大器：2 x LM386

雙數字電位器：1 x MCP4261

單數字電位器：1 x X9C104P

DC-DC：1 x BCM25335（可由任何DC-DC 5V友好型設備代替）

運算放大器：1 x LM358

繼電器：5V容差雙SPDT

外部24V電源

用戶界面：

LCD：1 x 1604A

紅外傳感器：1 x CDS-IR

按鈕：1 x SPST

LED：1 x RGB LED（4個觸點）

連接器：

接線端子：7 x 2觸點TB

板對線連接器：3 x 4觸點電纜+外殼連接器

音頻：2 x 3.5mm母插孔連接器\

插座PSU：2 x 220VAC電源連接器（公頭）

DC插孔：2 x公頭DC插孔連接器

LED燈條和外部電源：1 x 4觸點板對線組裝連接器+電纜

機械組件

3D打印機燈絲 - 任何顏色的PLA +

4毫米直徑的螺絲

至少9 x 15厘米原型板

未使用電線的庫存

工具

3D打印機（我使用附帶玻璃床的Creality Ender 3）

熱膠槍

鑷子

鉗子

切割器

外部24V電源

示波器（可選）

AVR ISP編程器（用于MCU閃爍）

電動螺絲刀

烙鐵

函數發生器（可選）

第3步：E lectrical Schematics

原理圖分為獨立電路，使我們更容易理解其操作：

微控制器單元

這是基于AVR的ATMEGA328P，如上所述。它使用內部振蕩器，工作頻率為8MHz。 J13是編程器連接器。 AVR世界中有很多程序員，在這個項目中，我使用了來自eBay的ISP Programmer V2.0。 J10是UART TX線，主要用于調試目的。在構建中斷處理程序時，有時很高興知道系統必須從內部告訴我們什么。 D4是RGB LED，由于其低額定電流而直接由MCU驅動。 PD0引腳通過外部上拉連接到SPST型按鈕。

紅外傳感器

本項目中使用的紅外傳感器是一種通用的三針紅外傳感器，可在eBay上以非常友好的價格購買。 IR輸出信號引腳連接到MCU的中斷輸入引腳（INT1），

LCD

顯示是1604A顯示器的簡單實現，具有4位數據傳輸。所有控制/數據引腳都連接到MCU。重要的是要注意，LCD通過兩個連接器J17，J18連接到主板上。為了開啟/關閉LCD模塊，有一個BJT開關，用于LCD的開關接地線。

電源

除LED燈條外的所有內部電路都在5V。如前所述，5V電源是一個簡單的DC-DC模塊（這里eBay幫我找到了解決方案），將24V轉換為5V，沒有發熱問題，這可能發生在線性穩壓器上。電容器C ［11..14］用于旁路，并且由于DC-DC電源線上的開關噪聲（輸入和輸出），此設計是必需的。

監控器控制

監控控制電路只是一個繼電器開關系統。由于我有兩個顯示器，一個來自220VAC，第二個來自19.8V，需要不同的實現：每個MCU輸出連接到2N2222 BJT，繼電器線圈作為負載從5V連接到BJT集電極的引腳。 （不要忘記安裝反向二極管以實現適當的電流放電！）。在220VAC，繼電器切換LINE和NEUTRAL線路，在19.8V時，繼電器僅切換直流電源線 - 因為它有自己的電源，地線共用于兩個電路。

音頻音量控制

我想使用LM386音頻放大器作為分壓器的緩沖器，以便仔細傳輸音頻信號。每個通道 - 左和右來自3.5mm音頻插孔輸入。由于LM386在最小器件配置下實現了標準增益G = 20，因此兩個通道都有一個1M歐姆的電阻。通過這種方式，我們可以減少揚聲器系統輸入通道的總功率：

V（輸出 - 最大值）= R（最大值）* V（輸入）/（R（最大值）+ 1MOhm ）= V（in）* 100K/1.1M。

總增益為：G =（Vout/Vin）* 20 = 20/11~1.9

分壓器是一個簡單的數字電位器網絡，其中抽頭將信號傳遞到LM386緩沖器（U2是IC）。器件為所有外圍電路共享SPI，其中每個外圍電路僅分開ENABLE線。 MCP4261是一款100K 8位線性數字電位器IC，因此體積增加的每一步都表示為：dR = 100，000/256~390Ohm。

每個LEFT和RIGHT通道的引腳A和B都連接到GND和5V。因此，在底部的游標位置，通過1MOhm電阻MUTING設備的音量將整個音頻信號傳遞給GND。

LED燈條亮度控制：

亮度控制的想法類似于音量控制，但這里我們有一個問題：數字電位器可能只傳輸幅度不超過5V的信號到GND。因此，我們的想法是在數字電位器分壓器之后放置一個簡單的運算放大器緩沖器（LM358）。控制電壓直接連接到PMOS晶體管。

X9C104P是一個100KOhm的8位數字電位器。我們可以僅根據電流的代數規則獲得柵極電壓的計算：

V（柵極）= V（抽頭）*（1 + R10/R11）= 2V（抽頭）~0 - 10V（這足以打開/關閉并控制亮度。

步驟4：創建3D機箱

對于設備機箱，我用過一個FreeCAD v0.18，即使像我這樣的新手也是一個很棒的工具。

機箱類型

我想創建一個盒子，其中有一個外殼可以焊接焊接板。前面板包含所有用戶界面部件，后面板包含桌面電子設備的所有連接器。這些面板直接插入主殼體，頂蓋上有一個4螺釘組件。

尺寸

可能是序列中最重要的一步。需要考慮所有適當的距離和截止區域。如圖所示，首先所采取的尺寸在前面板和后面板上：

前面板：LCD，開關，LED和紅外傳感器的截止區域。所有這些尺寸均來自每個零件的制造商數據表。 （如果您希望使用不同的部件，則需要確保所有切割區域。

后面板：兩個用于3.5mm音頻插孔的孔，兩個220V三線電源連接器，兩個用于直流電源的公插孔以及用于LED燈條和電源到設備的附加孔

頂殼：此外殼僅用于將所有部件連接在一起。由于前面板和后面板插入底殼。

底殼：設備的底座。它可以固定面板，電子焊接板和固定在頂蓋上的螺釘。

設計零件

創建面板后，我們可以繼續進行底殼。建議在每一步后確保完全容納零件。底殼是一個簡單的矩形擠壓形狀，在殼體邊緣附近有對稱的口袋（見圖4）。

在凹陷步驟之后，需要為蓋子附件創建一個4螺釘底座。它們被設計為插入不同半徑的原始圓柱體，在XOR操作后可以使用切割圓柱體。

現在我們有一個完整的底殼。為了創建一個合適的蓋子，需要在外殼的頂部做一個草圖，并創建相同的圓柱點（我只是附加點到鉆頭，但有可能創建固定直徑的孔）。

整個設備外殼完成后，我們可以通過將這些部件組裝在一起進行檢查。

步驟5：3D打印

最后，我們在這里，并且可以前進到打印。根據我的設計，有可用于此項目的STL文件。這些文件可能存在打印問題，因為沒有考慮到容差。可以在切片器應用程序（我使用Ultimaker Cura）中為STL文件調整這些公差。

所描述的部件印在Creality Ender 3上，帶有玻璃床。條件與標準條件相差無幾，但應考慮到：

噴嘴直徑：0.4mm

填充密度：50％

支撐：根本不需要支撐附件

推薦速度：項目的速度為50毫米/秒

一旦打印了外殼部件，就需要在現實生活中檢查它們。如果連接外殼部件沒有任何問題，我們可以繼續進行組裝和焊接步驟。

在instructables中STL查看器存在一些問題，所以我建議先下載它：）

第6步：裝配和焊接

焊接過程非常嚴格，但如果我們將序列分成不同的電路，那么我們就可以更輕松地完成它。

MCU電路：應首先使用其母編程連接器進行焊接。在那個階段，我們實際上可以測試它的操作和連接。

音頻電路：第二個。不要忘記在焊接板上安裝接線端子。將音頻電路的返回路徑與數字電路的返回路徑隔離是非常重要的 - 尤其是數字電位器IC，因為它們具有噪聲特性。

監聽電路：與音頻電路類似，不要忘記連接終端在I/O端口阻塞。

連接器和UI面板：應該連接的最后一些東西。用戶界面面板通過Board-To-Wire連接器連接到焊接板，其中導線直接焊接到外部部件。

焊接過程后，有一個簡單的機械序列零件附件。如上所述，需要在外殼上放置4個螺釘（我使用直徑為5mm的螺釘）。之后，需要將UI部件和后面板連接器連接到外部世界。首選工具是熱膠槍。

檢查印刷外殼中的零件是否非常有用。如果一切正常，我們可以繼續編程步驟。

第7步：編程

這一步很有趣。由于需要操作各種各樣的東西，我們將使用總共5種MCU服務：外部中斷，SPI外設，用于記錄的UART，用于精確計數的定時器和用于存儲IR遠程代碼的EEPROM。

EEPROM是我們存儲數據的必備工具。為了存儲IR遠程代碼，需要執行一系列按下按鈕。每個序列系統都會記住與狀態無關的代碼。無論設備是否供電。

您可以在此步驟的底部找到歸檔為RAR的整個Atmel Studio 7項目。

編程由AVR ISP Programmer V2，0通過名為ProgISP的簡單應用程序完成。這是一個非常友好的應用程序，具有完整的用戶界面。只需選擇正確的HEX文件并將其下載到MCU即可。

重要事項：在對MCU進行任何編程之前，請確保根據設計要求定義了所有適當的設置。與內部時鐘頻率一樣 - 默認情況下，它的分頻器熔絲在出廠設置時有效，因此必須將其編程為邏輯高電平。

步驟8：配對和測試

經過所有艱苦的工作后，我們終于來到了這里：）

In為了正確使用該設備，需要配對序列，因此設備將“記住”將使用的附加IR遙控器。配對的步驟如下：

打開設備，等待主UI顯示初始化

第一次按下按鈕

在計數器到達零之前，再次按下按鈕

根據設備按下您想要具有特定功能的相應鍵

重啟設備，確保它現在響應已定義。