Đèn Led tương tác - Cấu trúc căng thẳng + Arduino: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Phần này là một đèn phản ứng chuyển động. Được thiết kế như một tác phẩm điêu khắc có độ căng tối thiểu, đèn thay đổi cấu hình màu sắc theo hướng và chuyển động của toàn bộ cấu trúc. Nói cách khác, tùy thuộc vào hướng của nó, đèn chuyển sang một màu, độ sáng và chế độ ánh sáng nhất định.

Khi khối hình cầu quay (qua trục của chính nó), nó sẽ chọn một giá trị từ bộ chọn màu hình cầu ảo. Bộ chọn màu này không hiển thị, nhưng việc điều chỉnh màu diễn ra trong thời gian thực. Do đó, bạn có thể tìm ra vị trí của mỗi màu trong không gian, khi bạn chơi với mảnh ghép.

Hình tứ diện cung cấp 20 mặt phẳng và cấu trúc căng thẳng cung cấp cho nó 6 điểm đứng bổ sung. Điều này cung cấp tổng cộng 26 màu có thể có khi đèn đặt trên một bề mặt phẳng. Con số này tăng lên khi bạn quay đèn trong không khí.

Hệ thống được điều khiển bởi một Pro Trinket kết nối với một gia tốc kế ba trục. Ánh sáng được cung cấp bởi các dải LED RGBW, có thể điều khiển màu sắc và giá trị độ sáng trắng riêng lẻ. Toàn bộ mạch, bao gồm vi xử lý, các cảm biến và hệ thống chiếu sáng hoạt động ở mức 5v. Để cấp nguồn cho hệ thống, cần có nguồn lên đến 10A.

Danh sách các thành phần chính được sử dụng trong đèn như sau:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Gia tốc kế ba trục Adafruit LIS3DH

- Dải LED RGBW kỹ thuật số Adafruit NeoPixel - Trắng PCB 60 LED / m

- Nguồn điện chuyển mạch 5V 10A

Chiếc đèn phản ứng chuyển động này là phiên bản hoặc nguyên mẫu đầu tiên của một dự án cá nhân dài hơn. Nguyên mẫu này được làm từ vật liệu tái chế. Trong suốt quá trình thiết kế và xây dựng, tôi đã học được từ những thành công và sai lầm. Với những suy nghĩ này, bây giờ tôi đang làm việc trên phiên bản tiếp theo sẽ có cấu trúc thông minh hơn và phần mềm mạnh mẽ.

Tôi muốn cảm ơn cộng đồng LACUNA LAB vì sự giúp đỡ, ý tưởng và đề xuất của họ trong suốt quá trình phát triển dự án.

bạn có thể theo dõi công việc của tôi tại: action-io / tumblraction-script / github

Bước 1: Ý tưởng

Dự án này là kết quả của một số ý tưởng mà tôi đã nghĩ ra trong đầu một thời gian.

Kể từ khi tôi bắt đầu, khái niệm đã thay đổi, dự án ban đầu đã phát triển và thành hình thực tế.

Cách tiếp cận ban đầu là quan tâm đến các hình dạng hình học như một phương tiện tương tác. Do thiết kế của nó, nhiều mặt đa giác của đèn này đóng vai trò là phương thức nhập liệu.

Ý tưởng đầu tiên là sử dụng một hệ thống động lực để buộc khối icosahedron di chuyển. Điều này có thể được kiểm soát bởi một ứng dụng tương tác hoặc người dùng mạng xã hội.

Một khả năng khác là có một viên bi hoặc viên bi bên trong nhấn các nút hoặc cảm biến khác nhau và do đó tạo ra các đầu vào ngẫu nhiên khi mảnh di chuyển.

Cấu trúc căng thẳng đã xảy ra sau đó.

Phương pháp xây dựng này làm tôi thích thú: cách mà các bộ phận của cấu trúc giữ cân bằng cho nhau. Nó rất đẹp mắt. Toàn bộ cấu trúc là tự cân bằng; các mảnh không chạm trực tiếp vào nhau. Nó là tổng của tất cả các căng thẳng tạo ra mảnh; thật tuyệt vơi!

Vì thiết kế ban đầu đã thay đổi; dự án tiến lên phía trước.

Bước 2: Cấu trúc

Như tôi đã đề cập trước đây, mô hình đầu tiên này được làm từ vật liệu tái chế có nghĩa là bị bỏ đi.

Những tấm ván gỗ tôi lấy từ một chiếc giường bằng gỗ tôi tìm thấy trên đường phố. Các chi tiết trang trí bằng vàng là một phần của cánh tay của một chiếc đèn cũ và nút chặn của các dây cao su là những chiếc kẹp văn phòng.

Dù sao, việc xây dựng cấu trúc khá đơn giản và các bước thực hiện giống như trong bất kỳ cuộc thi căng thẳng nào.

Những gì tôi đã làm với bảng là tập hợp chúng lại với nhau, theo nhóm hai người. Làm "bánh mì kẹp" với miếng đệm vàng, để lại một khoảng trống để ánh sáng chiếu qua.

Kích thước của dự án hoàn toàn có thể thay đổi và sẽ phụ thuộc vào kích thước của cấu trúc bạn muốn làm. Các thanh gỗ từ các bức tranh của dự án này dài 38cm và rộng 38mm. Khoảng cách giữa các bảng là 13mm.

Các tấm gỗ được cắt giống hệt nhau, chà nhám (để loại bỏ lớp sơn cũ) và sau đó đục lỗ ở cả hai đầu.

Tiếp theo, tôi nhuộm các tấm ván bằng vecni sẫm màu mộc mạc. Để nối các mảnh, tôi sử dụng thanh ren 5mm, cắt thành các đoạn 5cm và 5mm với một nút ở mỗi bên.

Bộ phận căng là dây cao su màu đỏ. Để gắn cao su vào các thanh, tôi đã tạo một lỗ nhỏ mà qua đó tôi luồn dây và sau đó dùng nút chặn lại. Điều này ngăn không cho các tấm ván di chuyển tự do và cấu trúc để tháo dỡ bị di chuyển.

Bước 3: Điện tử và đèn

Cấu hình của các thành phần điện tử đã được thiết kế để duy trì cùng một điện áp, cả logic và cấp nguồn trong toàn hệ thống sử dụng 5v.

Hệ thống được điều khiển bởi một Pro Trinket kết nối với một gia tốc kế ba trục. Ánh sáng được cung cấp bởi các dải LED RGBW, có thể điều khiển màu sắc và các giá trị độ sáng trắng riêng lẻ. Toàn bộ mạch, bao gồm vi xử lý, các cảm biến và hệ thống chiếu sáng hoạt động ở mức 5v. Để cấp nguồn cho hệ thống, cần có nguồn lên đến 10A.

Pro Trinket 5V sử dụng chip Atmega328P, là chip lõi tương tự trong Arduino UNO. Nó cũng có các chân gần như giống nhau. Vì vậy nó thực sự hữu ích khi bạn muốn đưa công trình UNO của mình vào những không gian thu nhỏ.

LIS3DH là một cảm biến đa năng, nó có thể được cấu hình lại để đọc thành + -2g / 4g / 8g / 16g và cũng mang đến tính năng phát hiện Chạm, Chạm hai lần, định hướng & rơi tự do.

Dải đèn LED NeoPixel RGBW có thể quản lý màu sắc và cường độ trắng riêng biệt. Với đèn LED trắng chuyên dụng, bạn không cần phải bão hòa tất cả các màu để có ánh sáng trắng, nó còn làm cho màu trắng của bạn trở nên tinh khiết và tươi sáng hơn và trên hết là tiết kiệm năng lượng.

Để đi dây và kết nối các thành phần với nhau, tôi quyết định đi dây cáp và tạo các ổ cắm với các chân nam và nữ bằng cách sử dụng các con dế và vỏ đầu nối.

Tôi đã kết nối đồ trang sức với máy đo gia tốc ném SPI với cấu hình mặc định. Điều này có nghĩa là kết nối Vin với nguồn điện 5V. Kết nối GND với nguồn điện / mặt đất dữ liệu chung. Kết nối chân SCL (SCK) với Digital # 13. Kết nối chân SDO với Digital # 12. Kết nối chân SDA (SDI) với Digital # 11. Kết nối chân CS Digital # 10.

Dải led chỉ được điều khiển bởi một chân cắm, đó là # 6 và nối đất và 5v đi trực tiếp vào bộ chuyển đổi nguồn điện.

Tất cả tài liệu bạn có thể cần, bạn sẽ tìm thấy, chi tiết hơn và được giải thích tốt hơn trên trang adafruit.

Nguồn điện được kết nối với bộ chuyển đổi DC cái, cấp nguồn đồng thời cho bộ vi điều khiển và dải đèn LED. Ngoài ra nó còn có một tụ điện để bảo vệ mạch khỏi dòng điện không ổn định tại thời điểm "bật".

Đèn có 6 thanh ánh sáng, nhưng các dải LED chỉ có một dải dài duy nhất. Dải LED được cắt thành các đoạn 30cm (18 LEDS) và sau đó hàn với 3 chân nam và nữ để kết nối với phần còn lại của mạch theo mô-đun.

Đối với dự án này, tôi đang sử dụng nguồn điện 5v - 10A. Nhưng tùy thuộc vào số lượng led bạn cần, bạn sẽ cần tính toán dòng điện cần thiết để cấp cho hệ thống.

Trong suốt tài liệu của phần này, bạn có thể thấy rằng đèn LED có 80mA được vẽ trên mỗi đèn LED. Tôi đang sử dụng tổng cộng 108 đèn LED.

Bước 4: Mã

Đề án hoạt động khá đơn giản. Gia tốc kế cung cấp thông tin chuyển động trên trục x, y, z. Dựa trên hướng, các giá trị RGB của đèn LED được cập nhật.

Công việc được chia thành các giai đoạn sau.

• Thực hiện đọc từ cảm biến, chỉ cần sử dụng api.
• Bằng lượng giác, hãy giải các giá trị của "cuộn và cao độ". Bạn có thể tìm thấy nhiều thông tin hơn trong tài liệu này của Mark Pedley.
• Lấy màu tương ứng, liên quan đến các giá trị xoay, để chuyển sang giá trị 0-360 RGB bằng cách sử dụng chức năng chuyển đổi HSL - RGB. Các bán cầu đối diện của quả cầu chọn màu có màu trắng hoàn toàn.
• Cập nhật bộ đệm của đèn lưu trữ thông tin về các màu LED riêng lẻ. Tùy thuộc vào thông tin này, bộ điều khiển bộ đệm sẽ tạo hoạt ảnh hoặc sẽ phản hồi với các màu bổ sung.
• Cuối cùng là hiển thị màu sắc và làm mới đèn LED.

Ban đầu, ý tưởng là tạo ra một quả cầu màu, nơi bạn có thể chọn bất kỳ màu nào. Đặt bánh xe màu trên kinh tuyến và chuyển hướng các tông màu tối và sáng.

Nhưng nhanh chóng ý tưởng bị loại bỏ Bởi vì các đèn LED tạo ra các tông màu khác nhau, tắt và sáng nhanh từng đèn LED rgb, khi được đưa ra các giá trị thấp để thể hiện màu tối, các đèn LED cho hiệu suất rất kém và bạn có thể thấy chúng bắt đầu nhấp nháy như thế nào. Điều này làm cho bán cầu tối của quả cầu màu không thể hoạt động bình thường.

Sau đó, tôi nảy ra ý tưởng gán các màu bổ sung cho tông màu đang được chọn.

Vì vậy, một bán cầu đang chọn giá trị màu đơn sắc của một bánh xe từ độ chiếu sáng 50% độ bão hòa 90 ~ 100%. Trong khi đó, ở phía bên kia, chọn một gradient màu từ cùng một vị trí màu nhưng thêm vào, ở phía bên kia của gradient, màu bổ sung của nó.

Việc đọc dữ liệu từ cảm biến là dữ liệu thô. Một bộ lọc có thể được áp dụng để làm dịu tiếng ồn và độ rung của chính đèn. Hiện tại, tôi thấy nó rất thú vị vì nó trông giống như tương tự hơn, phản ứng với bất kỳ lần chạm nào và mất một giây để ổn định hoàn toàn.

Tôi vẫn đang làm việc trên mã và thêm các tính năng mới và tối ưu hóa các hoạt ảnh.

Bạn có thể kiểm tra các phiên bản mới nhất của mã trên tài khoản github của tôi.

Bước 5: Kết thúc

Việc lắp ráp cuối cùng khá đơn giản, gắn lớp vỏ silicone của các dải đèn LED với Keo Epoxy hai thành phần vào các thanh và kết nối 6 bộ phận nối tiếp nhau với nhau.

Cố định một điểm mà bạn muốn neo các bộ phận và bắt vít gia tốc kế và đồ trang sức chuyên nghiệp vào gỗ. Tôi đã sử dụng miếng đệm bằng nhựa để bảo vệ phần dưới của các chốt. Bộ chuyển đổi nguồn điện được cố định đúng cách giữa khoảng trống của các thanh bằng chất kết dính epoxy nhiều hơn. Được thiết kế để vừa vặn và ngăn nó di chuyển khi đèn đang quay.

Quan sát và cải tiến

Trong suốt quá trình phát triển của dự án đã xuất hiện những ý tưởng mới về cách giải quyết vấn đề. Tôi cũng nhận ra một số lỗi thiết kế hoặc các bộ phận có thể được cải thiện.

Bước tiếp theo mà tôi muốn thực hiện, là cải tiến chất lượng sản phẩm và hoàn thiện; chủ yếu là trong cấu trúc. Tôi đến với những ý tưởng tuyệt vời về cấu trúc tốt hơn thậm chí đơn giản hơn, kết hợp các thanh căng như một phần của thiết kế và ẩn các thành phần. Cấu trúc này sẽ yêu cầu các công cụ mạnh mẽ hơn như máy in 3D và máy cắt laser.

Tôi vẫn đang chờ cách ẩn hệ thống dây điện dọc theo cấu trúc. Và hoạt động thành tiêu thụ năng lượng hiệu quả hơn; để giảm chi tiêu khi đèn hoạt động lâu và không thay đổi ánh sáng.

Cảm ơn bạn đã đọc bài báo và sự quan tâm của bạn đến công việc của tôi, tôi hy vọng bạn đã học được từ dự án này nhiều như tôi đã làm.