Interaktivna LED svetilka - Struktura napetosti + Arduino: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ta kos je svetilka, ki se odziva na gibanje. Zasnovana kot skulptura z minimalno napetostjo, svetilka spreminja svojo konfiguracijo barv kot odziv na orientacijo in premike celotne konstrukcije.

Ko se ikosaeder vrti (okoli svoje osi), izbere vrednost iz navideznega sferičnega izbirnika barv. Ta izbirnik barv ni viden, vendar se barve prilagodijo v realnem času. Tako lahko med igranjem s kosom ugotovite, kje je vsaka barva umeščena v prostor.

Ikosaedrska oblika zagotavlja 20 čelnih ravnin, struktura napetosti pa 6 dodatnih stališč. To zagotavlja skupaj 26 možnih barv, ko svetilka leži na ravni površini. To število se poveča, ko svetilko obrnete v zrak.

Sistem krmili Pro Trinket, priključen na triosni merilnik pospeška. Za svetlobo skrbijo LED trakovi RGBW, ki lahko posamezno nadzorujejo vrednost barve in svetlosti bele barve. Celotno vezje, vključno z mikroprocesorjem, senzorji in svetlobnim sistemom, deluje pri napetosti 5 V. Za vklop sistema je potreben vir do 10A.

Seznam glavnih elementov, ki se uporabljajo v svetilki, je naslednji:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Triosni merilnik pospeška Adafruit LIS3DH

- Adapruit NeoPixel digitalni RGBW LED trak - belo tiskano vezje 60 LED/m

- 5V 10A stikalno napajanje

Ta svetilka, odzivna na gibanje, je prva različica ali prototip daljšega osebnega projekta, ki je bil izdelan iz recikliranih materialov. Skozi proces načrtovanja in gradnje sem se učil iz uspehov in napak. S tem v mislih zdaj delam na naslednji različici, ki bo imela bolj inteligentno strukturo in robustno programsko opremo.

Zahvaljujem se skupnosti LACUNA LAB za pomoč, ideje in predloge med razvojem projekta.

moje delo lahko spremljate na: action-io / tumblraction-script / github

1. korak: Ideja

Ta projekt je bil rezultat več idej, s katerimi sem se nekaj časa igral v glavi.

Ko sem začel, se je koncept spremenil, začetni projekt se je razvil in dobil dejansko obliko.

Začetni pristop je bil interes za geometrijske oblike kot sredstvo interakcije. Zaradi svoje zasnove več poligonalnih ploskev te svetilke služi kot vnosna metoda.

Prva ideja je bila uporaba dinamičnega sistema za prisilno premikanje ikosaedra. To bi lahko nadzorovala interaktivna aplikacija ali uporabniki družabnih medijev.

Druga možnost bi bila, da bi notranji marmor ali krogla pritisnila na različne gumbe ali senzorje in tako ustvarila naključne vnose pri premikanju kosa.

Struktura napetosti se je zgodila kasneje.

Ta način gradnje me je navdušil: način, kako se deli konstrukcije ohranjajo med seboj uravnoteženi. Vizualno je zelo prijeten. Celotna struktura je samo uravnotežena; kosi se ne dotikajo neposredno. To je vsota vseh napetosti, ki ustvarjajo del; čudovito je!

Ker se je začetna zasnova spremenila; projekt gre naprej.

2. korak: Struktura

Kot sem že omenil, je bil prvi model izdelan iz recikliranih materialov, ki jih je bilo treba zavreči.

Lesene deske, ki sem jih vzel iz letvice, sem našel na ulici. Zlati obrobi so bili del roke stare svetilke, zamaški za gumijaste pa so pisarniške sponke.

Kakorkoli že, konstrukcija konstrukcije je precej preprosta in koraki so enaki kot v kateri koli napeti igri.

Kar sem naredil z deskami, sem jih združil v dve skupini. Izdelava "sendviča" z zlatimi distančniki, ki pušča vrzel, skozi katero bodo svetile luči.

Dimenzije projekta so popolnoma spremenljive in bodo odvisne od velikosti strukture, ki jo želite izdelati. Lesene palice s slik tega projekta so dolge 38 cm in široke 38 mm. Razdalja med ploščami je 13 mm.

Lesene plošče so bile enako razrezane, brušene (za odstranitev stare barve) in nato perforirane na obeh koncih.

Nato sem deske obarval z rustikalnim temnim lakom. Za spajanje kosov sem uporabil navojno palico 5 mm, razrezano na odseke po 5 cm in 5 mm z vozlom na vsaki strani.

Napenjalniki so rdeči gumijasti trakovi. Za pritrditev gume na palice sem naredil majhno luknjo, skozi katero sem prešel trak in jo nato ujel z zamaškom. To preprečuje prosto gibanje plošč in premikanje konstrukcije za demontažo.

3. korak: Elektronika in luči

Konfiguracija elektronskih komponent je bila zasnovana tako, da vzdržuje enako napetost, tako logično kot napajanje po celotnem sistemu z uporabo 5v.

Sistem nadzira Pro Trinket, priključen na triosni merilnik pospeška. Za svetlobo skrbijo LED trakovi RGBW, ki lahko posamezno nadzorujejo barve in vrednosti svetlosti bele barve. Celotno vezje, vključno z mikroprocesorjem, senzorji in svetlobnim sistemom, deluje pri napetosti 5 V. Za vklop sistema je potreben vir do 10A.

Pro Trinket 5V uporablja čip Atmega328P, ki je isti jedrni čip v Arduino UNO. Ima tudi skoraj enake zatiče. Zato je zelo uporaben, če želite svoj projekt UNO prenesti v miniaturizirane prostore.

LIS3DH je vsestranski senzor, ki ga je mogoče konfigurirati za branje v +-2g/4g/8g/16g in prinaša tudi dotik, dvojni dotik, orientacijo in zaznavanje prostega padca.

LED trak NeoPixel RGBW lahko ločeno upravlja barvo odtenka in intenzivnost bele barve. Z namensko belo LED diodo vam ni treba nasičiti vseh barv, da bi imela belo svetlobo, zaradi česar je bela bolj čista in svetla, poleg tega pa prihrani energijo.

Za ožičenje in povezovanje komponent sem se odločil, da preidem skozi kabel in ustvarim vtičnice z moškimi in ženskimi zatiči z uporabo stiskalnic in ohišja priključkov.

Trinket sem priključil na merilnik pospeška, vrgel SPI s privzeto konfiguracijo. To pomeni, da priključite Vin na napajanje 5V. GND priključite na skupno napajanje/podatkovno maso. Priključite pin SCL (SCK) na Digital #13. Priključite pin SDO na Digital #12. Priključite pin SDA (SDI) na Digital #11. Priključite CS pin Digital #10.

LED trak krmili le en zatič, ki gre na #6, ozemljitev in 5v pa greta neposredno na napajalnik.

Vso dokumentacijo, ki jo boste morda potrebovali, boste našli, podrobneje in bolje razloženo na strani adafruit.

Napajanje je priključeno na ženski enosmerni adapter, ki hkrati napaja mikrokrmilnik in LED trak. Ima tudi kondenzator za zaščito vezja pred nestabilnim tokom v trenutku vklopa.

Svetilka ima 6 svetlobnih palic, vendar so LED trakovi v enem samem dolgem pasu. LED trak je bil razrezan na odseke po 30 cm (18 LED) in nato zvarjen z moškimi in ženskimi 3 zatiči, da se modularno poveže s preostalim vezjem.

Za ta projekt uporabljam napajalnik 5v - 10A. Toda glede na število LED, ki jih potrebujete, boste morali izračunati tok, ki je potreben za napajanje sistema.

V celotni dokumentaciji lahko vidite, da ima LED 80mA vlečenih na LED. Skupaj uporabljam 108 LED.

4. korak: Koda

Shema deluje precej preprosto. Merilnik pospeška zagotavlja informacije o gibanju po osi x, y, z. Na podlagi orientacije se posodobijo vrednosti RGB LED.

Delo je razdeljeno na naslednje faze.

• Odčitajte s senzorja. Preprosto uporabite api.
• S trigonometrijo rešite vrednosti "roll and pitch". V tem dokumentu Marka Pedleyja lahko najdete veliko več informacij.
• Pridobite ustrezno barvo, povezano z vrednostmi vrtenja. Za to se obrnemo na vrednost 0-360 RGB s pretvorbeno funkcijo HSL - RGB. Vrednost smole se uporablja na različnih lestvicah za uravnavanje jakosti bele svetlobe in nasičenosti barv. Nasprotne poloble krogle za izbiro barv so popolnoma bele.
• Posodobite medpomnilnik luči, ki shranjuje informacije o posameznih barvah LED. Odvisno od teh podatkov bo krmilnik medpomnilnika ustvaril animacijo ali pa se bo odzval z komplementarnimi barvami.
• Končno pokažite barve in osvežite LED.

Sprva je bila ideja ustvariti barvno kroglo, kjer bi lahko izbrali katero koli barvo. Postavitev barvnega kolesa na poldnevnik in navzdol temne in svetle tone.

Ideja je bila hitro zavržena. Ker LED diode ustvarjajo različne tone, ugasnejo in hitro prižgejo vsako rgb LED, če imajo nizke vrednosti za prikaz temnih barv, LED dajejo zelo slabo delovanje in vidite, kako začnejo utripati. Zaradi tega temna polobla barvne krogle ne more pravilno delovati.

Nato pridem na idejo, da trenutno izbranemu tonu dodelim komplementarne barve.

Torej ena polobla izbere monokromatsko barvno vrednost kolesa iz 50% osvetlitve 90 ~ 100% nasičenosti. Medtem druga stran izbere barvni gradient iz istega barvnega položaja, na drugi strani gradienta pa doda svojo komplementarno barvo.

Odčitavanje podatkov s senzorja je surovo. Za ublažitev hrupa in vibracij same svetilke lahko uporabite filter. Zaenkrat se mi zdi zanimiv, ker izgleda bolj analogno, reagira na vsak dotik in potrebuje sekundo, da se popolnoma stabilizira.

Še vedno delam na kodi in dodajam nove funkcije ter optimiziram animacije.

Najnovejše različice kode lahko preverite v mojem računu github.

5. korak: Zaključek

Končna montaža je dokaj preprosta: silikonski pokrov LED trakov z dvema komponentnima epoksi lepiloma prilepite v palice in 6 zaporednih delov povežite enega za drugim.

Pritrdite točko, kjer želite pritrditi komponente in privijte merilnik pospeška in pro nakit na les. Za zaščito dna zatičev sem uporabil plastične distančnike. Napajalnik je pravilno pritrjen med prostore palic z več epoksi lepila. Oblikovan je tako, da se pri vrtenju svetilke prilega in preprečuje premikanje.

Opažanja in izboljšave

Skozi razvoj projekta so se pojavljale nove ideje o načinih reševanja problemov. Spoznal sem tudi nekaj oblikovnih pomanjkljivosti ali delov, ki jih je mogoče izboljšati.

Naslednji korak, ki bi ga rad naredil, je izboljšanje kakovosti izdelkov in zaključka; večinoma v strukturi. Prihajam z odličnimi idejami o boljših strukturnih območjih, ki so še enostavnejša in vključujejo tenzorje kot del zasnove ter skrivajo komponente. Ta struktura bo zahtevala močnejša orodja, kot so 3D tiskalniki in laserski rezalniki.

Še vedno čakam na način, da skrijem ožičenje vzdolž konstrukcije. In si prizadevajte za učinkovitejšo porabo energije; zmanjšati porabo, ko svetilka dolgo deluje in ne spreminja osvetlitve.

Hvala za branje članka in zanimanje za moje delo. Upam, da ste se iz tega projekta naučili toliko kot jaz.