Bút LED RGB để vẽ tranh bằng ánh sáng: 17 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Đây là hướng dẫn xây dựng hoàn chỉnh cho công cụ vẽ tranh bằng ánh sáng sử dụng bộ điều khiển LED RGB. Tôi sử dụng bộ điều khiển này rất nhiều trong các công cụ nâng cao của mình và nghĩ rằng một bộ phim tài liệu về cách nó được xây dựng và lập trình có thể giúp ích cho một số người.

Công cụ này là một cây bút ánh sáng RGB mô-đun dùng để viết ánh sáng, vẽ ánh sáng và vẽ graffiti bằng ánh sáng. Nó rất dễ sử dụng vì bạn chỉ cần cầm bút trong tay và có thể nhanh chóng thay đổi màu sắc.

Công cụ bao gồm:

• một trường hợp được in 3D
• một vi Arduino
• một đèn LED WS2816B
• hai chiết áp (10K hoặc 100K)
• hai công tắc
• một nút nhấn
• và một số dây cáp.

Arduino Micro là lựa chọn hoàn hảo cho việc này vì nó cực kỳ nhỏ và tuyệt vời để điều khiển đèn LED RGB. Bạn cũng có thể sử dụng các bộ vi điều khiển nhỏ hơn như LilyPad hoặc thậm chí là ATtiny85, nhưng tôi thường sử dụng Micro vì nó dễ sử dụng vì nó có sẵn đầu nối USB để sử dụng. Cả Arduino và đèn LED đều được cấp nguồn 5V, vì vậy bạn phải quan tâm đến việc hỗ trợ nguồn điện thích hợp. Công cụ này được thiết kế để sử dụng bốn pin sạc AAA vì chúng thường có 1,2V và kết hợp 4,8V đủ để cấp nguồn cho cả Arduino và đèn LED. Chú ý không sử dụng pin AAA thông thường, vì chúng có 1,5V và điện áp kết hợp có thể quá cao đối với các bộ phận và có thể làm hỏng chúng. Nếu bạn muốn sử dụng pin thông thường vui lòng chỉ sử dụng ba, điện áp vẫn phải đủ. Tôi đã sử dụng một bộ phận được in 3D tuyệt vời khác từ một người khác cho hộp đựng pin. Bạn có thể tìm thấy ở đây: "Giá đỡ pin uốn".

Bước 1: Lập trình

Đầu tiên, bạn cần Arduino IDE để lập trình bộ điều khiển vi mô này miễn phí để tải xuống và sử dụng. Điều này nghe có vẻ khá phức tạp ngay từ cái nhìn đầu tiên, nhưng thực sự là khá đơn giản. Sau khi cài đặt phần mềm, bạn sẽ nhận được một cửa sổ soạn thảo văn bản đơn giản được sử dụng để viết mã bản phác thảo được tải lên Arduino. Công cụ này cũng sử dụng thư viện FastLED, một thư viện tuyệt vời và dễ sử dụng để điều khiển hầu hết mọi loại LED RGB mà bạn có thể mua. Sau khi tải xuống thư viện, bạn phải cài đặt bằng cách đặt các tệp vào thư mục thư viện được tạo bởi Arduino IDE. Điều này thường có thể được tìm thấy trong „C: / Users {Tên người dùng} Documents / Arduino / thư viện“nếu bạn chưa thay đổi nó. Sau khi đặt thư viện vào thư mục này, bạn phải khởi động lại IDE nếu nó đang chạy. Bây giờ chúng ta đã sẵn sàng để tạo mã cho bộ điều khiển.

Bước 2: Mã

Để sử dụng thư viện FastLED, trước tiên chúng ta phải đưa nó vào mã của mình. Điều này được thực hiện ở đầu mã trước bất kỳ điều gì khác với dòng này:

#bao gồm

Tiếp theo, chúng ta sẽ xác định một vài hằng số. Điều này được thực hiện bởi vì các giá trị này sẽ không thay đổi trong khi mã đang chạy và cũng để giữ cho mã dễ đọc hơn. Bạn có thể đặt các giá trị này trực tiếp vào mã, nhưng sau đó nếu bạn cần thay đổi bất kỳ điều gì, bạn sẽ phải xem qua toàn bộ mã và thay đổi mọi dòng mà giá trị được sử dụng. Bằng cách sử dụng các hằng số đã xác định, bạn chỉ cần thay đổi nó ở một nơi và không cần phải chạm vào mã chính. Đầu tiên, chúng tôi xác định các chân được sử dụng bởi bộ điều khiển này:

#define HUE_PIN A0

# xác định BRIGHT_PIN A1 # xác định LED_PIN 3 # xác định LIGHT_PIN 6 # xác định COLOR_PIN 7 # xác định RAINBOW_PIN 8

Các số hoặc tên giống nhau được in trên Arduino. Các chân analog được xác định bằng chữ A phía trước số của nó, các chân kỹ thuật số chỉ sử dụng số trong mã nhưng đôi khi được in bằng chữ D đứng đầu trên bảng.

Chiết áp trên chân A0 dùng để điều khiển màu sắc, chiết áp trên chân A1 dùng để điều khiển độ sáng. Chân D3 được sử dụng làm tín hiệu đến đèn LED để Arduino có thể gửi dữ liệu để điều khiển màu sắc. Chân D6 dùng để bật tắt đèn và chân D7 và D8 dùng để thiết lập chế độ của bộ điều khiển. Tôi đã triển khai các chế độ trong bộ điều khiển này, một chế độ chỉ cần đặt màu được xác định bởi chiết áp màu trên đèn LED và chế độ kia sẽ mờ dần qua tất cả các màu. Tiếp theo, chúng ta cũng cần một vài định nghĩa cho thư viện FastLED:

#define COLOR_ORDER GRB

#define CHIPSET WS2811 #define NUM_LEDS 5

Chipset được sử dụng để cho thư viện biết loại đèn LED mà chúng ta đang sử dụng. FastLED hỗ trợ hầu hết mọi đèn LED RGB có sẵn (như NeoPixel, APA106, WS2816B, v.v.). Đèn LED tôi sử dụng được bán là WS2816B nhưng có vẻ hơi khác nên nó hoạt động tốt nhất khi sử dụng chipset WS2811. Thứ tự của các byte gửi đến đèn LED để thiết lập màu sắc cũng có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất, vì vậy chúng tôi cũng có một định nghĩa cho thứ tự byte. Định nghĩa ở đây chỉ cho thư viện gửi màu theo thứ tự xanh lá cây, đỏ, xanh lam. Định nghĩa cuối cùng là số lượng đèn LED được kết nối. Bạn luôn có thể sử dụng ít đèn LED hơn sau đó bạn xác định bằng mã, vì vậy tôi đặt số thành 5 vì với công cụ này, tôi sẽ không thiết kế bút có nhiều hơn 5 đèn LED. Bạn có thể đặt con số cao hơn nhiều nhưng vì hiệu suất, tôi giữ nó ở mức nhỏ khi tôi cần.

Đối với mã chính, chúng ta cũng cần một số biến:

int độ sáng = 255;

unsigned int pot_Reading1 = 0; unsigned int pot_Reading1 = 0; unsigned long lastTick = 0; unsigned int wheel_Speed = 10;

Các biến này được sử dụng để đo độ sáng, giá trị đọc từ chiết áp, ghi nhớ lần cuối cùng mã được thực thi và tốc độ phai màu sẽ nhanh như thế nào.

Tiếp theo, chúng tôi xác định một mảng cho các đèn LED, đây là một cách dễ dàng để thiết lập màu sắc. Số lượng đèn LED xác định được sử dụng để đặt kích thước của mảng ở đây:

CRGB đã dẫn [NUM_LEDS];

Sau khi quan tâm đến các định nghĩa, bây giờ chúng ta có thể viết hàm thiết lập. Đây là khá ngắn cho chương trình này:

void setup () {

FastLED.addLeds (dẫn, NUM_LEDS).setCorrection (Tiêu biểuLEDStrip); pinMode (LIGHT_PIN, INPUT_PULLUP); pinMode (COLOR_PIN, INPUT_PULLUP); pinMode (RAINBOW_PIN, INPUT_PULLUP); }

Dòng đầu tiên khởi tạo thư viện FastLED bằng cách sử dụng các định nghĩa mà chúng tôi đã đặt trước đó. Ba dòng cuối cùng cho Arduino biết rằng các chân này được sử dụng làm đầu vào và nếu không được kết nối với bất kỳ thứ gì thì điện áp của chúng phải được đặt thành cao (PULLUP). Điều này có nghĩa là chúng ta phải kết nối các chân này với GND để kích hoạt một cái gì đó.

Bây giờ chúng ta có thể chăm sóc chương trình chính. Điều này được thực hiện trong hàm vòng lặp. Đầu tiên, chúng tôi thiết lập một số biến và đọc các chiết áp:

void loop () {

static uint8_t hue = 0; static uint8_t wheel_Hue = 0; pot_Reading1 = analogRead (HUE_PIN); hue = map (pot_Reading1, 0, 1023, 0, 255); pot_Reading2 = analogRead (BRIGHT_PIN); độ sáng = bản đồ (pot_Reading2, 0, 1023, 0, 255);

Hai dòng đầu tiên đặt các biến sau này được sử dụng cho màu. Hai khối sau đảm nhận việc đọc các giá trị chiết áp. Bởi vì bạn nhận được một giá trị từ 0 đến 1023 nếu bạn đọc ra một ghim bằng cách sử dụng “analogRead” nhưng màu sắc và độ sáng cần một giá trị từ 0 đến 255, chúng tôi sử dụng chức năng “bản đồ” để dịch kết quả đọc từ vùng giá trị này sang vùng giá trị khác. Tham số đầu tiên của hàm này là giá trị bạn muốn dịch, bốn tham số cuối cùng là giá trị tối thiểu và tối đa của các vùng bạn muốn sử dụng để dịch.

Tiếp theo, chúng ta sẽ đánh giá nút bấm:

if (digitalRead (LIGHT_PIN) == LOW) {

Chúng tôi kiểm tra giá trị đọc so với LOW vì chúng tôi đã xác định chân cắm là cao nếu không được kích hoạt. Vì vậy, nếu nút nhấn được nhấn, pin sẽ được kết nối với GND và sẽ đọc ở mức thấp. Nếu các ghim không được nhấn thì không có nhiều việc phải làm.

Trước tiên, hãy quan tâm đến việc chỉ chiếu sáng đèn LED bằng một màu:

if (digitalRead (COLOR_PIN) == LOW) {

if (hue <2) {FastLED.showColor (CRGB:: White); FastLED.setBrightness (độ sáng); } else {FastLED.showColor (CHSV (màu, 255, độ sáng)); FastLED.setBrightness (độ sáng); } trễ (10);

Chúng ta cần đánh giá chân màu để biết rằng chúng ta muốn sử dụng chế độ này. Sau đó, chúng tôi có thể kiểm tra những gì màu sắc là cần thiết. Vì mô hình màu HSV được sử dụng ở đây nên chúng ta chỉ cần màu sắc để xác định màu. Nhưng điều này cũng tạo ra vấn đề là chúng tôi không có cách nào để đặt màu thành màu trắng. Vì màu 0 và màu 255 đều dịch sang màu đỏ, tôi sử dụng một mẹo nhỏ ở đây và kiểm tra xem giá trị đọc từ chiết áp màu có nhỏ hơn 2. Điều này có nghĩa là chiết áp được xoay hết về một phía và chúng ta có thể sử dụng điều này để đặt màu trắng.. Chúng tôi vẫn còn đỏ ở phía bên kia nên sẽ không mất gì ở đây.

Vì vậy, chúng tôi đặt màu thành màu trắng và sau đó là độ sáng hoặc nếu không chúng tôi đặt màu dựa trên việc đọc màu sắc và cả độ sáng.

Sau đó, tôi đã thêm một khoảng thời gian trễ nhỏ vì tốt hơn nhiều là bạn nên cung cấp cho bộ điều khiển một chút thời gian ngừng hoạt động để tiết kiệm điện năng và độ trễ 10 mili giây sẽ không được cảm nhận.

Tiếp theo, chúng tôi đang mã hóa độ phai màu:

else if (digitalRead (RAINBOW_PIN) == LOW) {

wheel_Speed = map (pot_Reading1, 0, 1023, 2, 30); if (lastTick + wheel_Speed 255) {wheel_Hue = 0; } lastTick = millis (); } FastLED.showColor (CHSV (wheel_Hue, 255, độ sáng)); }

Đầu tiên, ghim để chuyển đổi chế độ này được chọn. Vì tôi không muốn thêm chiết áp thứ ba để điều khiển tốc độ mờ dần và vì chiết áp màu không được sử dụng trong chế độ này nên chúng tôi có thể sử dụng chiết áp đó để đặt tốc độ. Sử dụng lại chức năng bản đồ, chúng ta có thể dịch việc đọc thành độ trễ được chuyển thành tốc độ mờ dần. Tôi đã sử dụng giá trị từ 2 đến 30 cho độ trễ vì theo kinh nghiệm, đây là một tốc độ tốt. Hàm “mili” sẽ trả về mili giây kể từ khi Arduino được bật nguồn, vì vậy chúng ta có thể sử dụng hàm này để đo thời gian. Thay đổi cuối cùng của màu sắc được lưu trữ trong một biến mà chúng tôi đã xác định trước đó và điều này được so sánh mỗi lần để xem liệu chúng ta có phải thay đổi lại màu sắc hay không. Dòng cuối cùng chỉ đặt màu cần hiển thị tiếp theo.

Để hoàn thành mã:

} khác {

FastLED.showColor (CRGB:: Đen); }}

Chúng ta chỉ cần tắt đèn LED nếu nút không được nhấn bằng cách đặt màu thành đen và đóng bất kỳ dấu ngoặc nào đang mở.

Như bạn có thể thấy, đây là một đoạn mã khá ngắn và dễ sử dụng cho rất nhiều công cụ sử dụng đèn LED RGB.

Khi bạn có mã đầy đủ, bạn có thể tải nó lên Arduino. Đối với điều này, hãy kết nối Arduino với PC của bạn bằng cáp USB và chọn loại Arduino trong IDE.

Trong hướng dẫn này, tôi sử dụng Arduino Pro Micro. Sau khi thiết lập mô hình Arduino, bạn phải chọn cổng mà IDE có thể tìm thấy nó. Mở menu cổng và bạn sẽ thấy Arduino được kết nối của mình.

Bây giờ, điều duy nhất cần làm là tải mã lên Arduino bằng cách nhấn vào nút tròn thứ hai trên đầu cửa sổ. IDE sẽ xây dựng mã và tải nó lên. Sau khi thành công, bạn có thể ngắt kết nối Arduino và tiếp tục lắp ráp bộ điều khiển.

Bước 3: Lắp ráp thiết bị điện tử cho bộ điều khiển

Vì chúng tôi đã chăm sóc mã hóa Arduino nên giờ đây chúng tôi có thể lắp ráp phần cứng bộ điều khiển. Chúng tôi bắt đầu bằng cách đặt các thành phần bên trong trường hợp. Các chiết áp đi trong hai lỗ tròn bên trái, công tắc nguồn ở dưới cùng, công tắc chế độ ở trên cùng bên phải và Arduino đi vào ngăn chứa ở giữa.

Bước 4:

Bắt đầu bằng cách hàn cáp màu đỏ từ công tắc nguồn đến chân RAW của Arduino. Chân này là chân đi để cấp nguồn vì nó được kết nối với bộ điều chỉnh điện áp, vì vậy ngay cả khi điện áp cao hơn 5V, chân này vẫn có thể được sử dụng để cấp nguồn cho Arduino. Tiếp theo hàn một dây màu đỏ khác vào chân VCC vì chúng ta cần điện áp mức cao cho chiết áp. Hàn hai dây màu trắng vào chân A0 và A1 để sử dụng cho các số đọc của chiết áp.

Bước 5:

Bây giờ đặt một dây dài màu trắng và màu xanh lục dài qua lỗ ở trên cùng mà sau này được sử dụng để kết nối đèn LED. Hàn màu xanh lá cây vào chân 3 và màu trắng vào chân 6 và ấn phẳng chúng trên Arduino. Hàn hai dây màu đen vào các chân GND ở phía bên trái của Arduino, chúng được sử dụng cho điện áp mức thấp cho chiết áp. Hàn hai dây màu xanh lam vào chân 7 và chân 8 được sử dụng cho công tắc chế độ.

Bước 6:

Cáp màu đỏ mà chúng tôi đã hàn trên chân VCC bây giờ cần được hàn vào một trong các chân bên ngoài của chiết áp đầu tiên. Sử dụng một cáp màu đỏ khác để tiếp tục điều này đến chiết áp thứ hai. Chú ý sử dụng cùng một phía trên cả hai chiết áp để khi đầy sẽ có cùng một phía trên cả hai. Hàn hai dây cáp màu đen vào phía bên kia của chiết áp và các dây cáp màu trắng từ Chân A0 và A1 trên chân giữa. Chiết áp hoạt động bằng cách đặt điện áp trên chân giữa thành điện áp giữa các điện áp đặt vào các chân bên ngoài, vì vậy nếu chúng ta kết nối điện áp cao và thấp, chúng ta có thể nhận được điện áp ở giữa trên chân giữa. Điều này đã hoàn thành việc đấu dây cho chiết áp và chúng có thể được xoay một chút để các chân không bị lệch.

Bước 7:

Hàn cáp đen vào chốt giữa của công tắc chế độ và luồn một cáp dài màu đen qua lỗ dẫn đến nguồn điện. Đặt một cáp dài màu đen khác qua lỗ trên cùng để được sử dụng làm GND cho đèn LED.

Bước 8:

Cáp màu đen đến từ nguồn điện được hàn vào một dây màu đen khác được kết nối với chân GND miễn phí cuối cùng của Arduino. Hàn dây dẫn đến đèn LED và dây đen trên công tắc chế độ với nhau và cuối cùng hàn hai cặp dây đen mà bạn có với nhau. Sử dụng ống co lại để cô lập mối hàn để ngăn ngừa sự cố ngắn bên trong bộ điều khiển.

Bước 9:

Bước cuối cùng, bây giờ chúng ta có thể hàn hai dây màu xanh lam vào công tắc chế độ. Các công tắc này hoạt động bằng cách kết nối chân giữa với một trong các chân bên ngoài tùy thuộc vào bên nào của công tắc. Vì chân 7 và 8 được thiết lập để được kích hoạt khi kết nối với GND, chúng ta có thể sử dụng các chân bên ngoài của công tắc cho các chân và giữa cho GND. Bằng cách này, một trong các chân luôn được kích hoạt.

Cuối cùng luồn một dây màu đỏ qua lỗ nguồn và hàn nó vào chân giữa của công tắc nguồn và luồn một dây màu đỏ dài khác qua lỗ mở với đèn LED và hàn dây này vào cùng một chân trên công tắc nguồn mà Arduino được kết nối.

Bước 10:

Hàn cáp nguồn vào ngăn chứa pin và vặn trong kẹp giữ cáp dẫn đến đèn LED. Điều này hoàn thành việc nối dây cho bộ điều khiển.

Bước 11: Lắp ráp bút sáng

Vì công cụ này có nghĩa là mô-đun và sử dụng các bút khác nhau, nên chúng tôi cần một đầu nối trên dây cho đèn LED. Tôi đã sử dụng đầu nối molex 4 đầu cuối giá rẻ thường có trên cáp dùng cho quạt trong máy tính. Những loại cáp này rẻ và dễ mua, vì vậy chúng rất hoàn hảo.

Bước 12:

Khi tôi bắt đầu đấu dây bộ điều khiển, tôi đã không kiểm tra màu sắc của cáp trên các đầu nối nên chúng hơi khác một chút, nhưng dễ nhớ. Tôi đã kết nối các dây màu đen, nguồn với màu vàng, màu xanh lá cây trên màu xanh lá cây và màu trắng trên màu xanh lam, nhưng bạn có thể sử dụng bất kỳ sự kết hợp nào bạn thích, chỉ cần ghi nhớ nó cho các bút khác. Chú ý cách ly các vùng hàn bằng ống co rút để tránh bị quần đùi.

Bước 13:

Luồn một sợi dây dài màu đỏ và một sợi dây dài màu xanh lá cây qua cây bút và hàn các sợi dây đen vào một bên của nút nhấn và dây trắng vào bên kia. Các loại nút nhấn này có bốn chân, trong đó hai chân được kết nối thành cặp. Bạn có thể xem những chân nào được kết nối bằng cách nhìn vào dưới cùng của nút, có một khoảng cách giữa các cặp được kết nối. Nếu bạn nhấn nút, hai bên được kết nối với nhau. Sau đó, cáp màu trắng và một màu đen được kéo qua đầu bút bắt đầu từ lúc mở nút. Cáp màu đen còn lại được kéo qua phía trước. Đảm bảo rằng bạn có đủ cáp ở cả hai bên để làm việc.

Bước 14:

Nhấn nút vừa khít khi mở và chuẩn bị phần còn lại của dây cáp. Tốt nhất là hàn các dây cáp với đèn LED sao cho chúng hướng về phía giữa của đèn LED vì các dây cáp chạy qua giữa bút. Hàn dây màu đỏ vào miếng hàn 5V, dây đen vào miếng hàn GND và dây màu xanh lá cây vào miếng hàn Din. Nếu bạn có nhiều hơn một đèn LED, miếng hàn Dout của đèn LED đầu tiên được kết nối với Din của đèn LED tiếp theo, v.v.

Bước 15:

Bây giờ nhấn nút ở phía trước của cây bút và nhỏ một giọt keo phía sau nó để giữ nó cố định.

Bây giờ bạn chỉ cần hàn các dây ở cuối bút với đầu bên kia của đầu nối, lưu ý đến màu sắc.

Tốt nhất bạn nên nhỏ một giọt keo và một ít băng keo để làm căng dây cáp ở cuối bút để tránh chúng bị đứt.

Bước 16: Ví dụ

Cuối cùng, tôi muốn cho bạn thấy một vài ví dụ mà tôi đã sử dụng công cụ này. Bút góc cạnh là tuyệt vời để làm sáng các đường vẽ graffiti và bút thẳng là tuyệt vời để vẽ và viết nội dung trong không khí (đối với tôi chỉ có một chút tài năng).

Đây là mục đích chính của công cụ này. Như bạn có thể thấy khả năng tuyệt vời nếu bạn kết hợp phơi sáng lâu với công cụ này.

Để bắt đầu với kiểu chụp ảnh này, hãy thử sử dụng cài đặt ISO thấp nhất mà máy ảnh của bạn hỗ trợ và khẩu độ cao. Một cách tốt để tìm cài đặt phù hợp là đặt máy ảnh của bạn ở chế độ khẩu độ và đóng khẩu độ cho đến khi máy ảnh của bạn hiển thị thời gian phơi sáng trong khoảng thời gian bạn cần để vẽ những gì bạn muốn thêm vào ảnh. Sau đó chuyển sang thủ công và sử dụng thời gian phơi sáng đó hoặc sử dụng chế độ bóng đèn.

Hãy vui vẻ khi thử những thứ này! Đó là hình thức nghệ thuật tuyệt vời.

Tôi đã thêm hướng dẫn này cho các nhà phát minh và thử thách sử dụng bất thường, vì vậy nếu bạn thích nó, hãy bỏ phiếu;)

Bước 17: Tập tin

Tôi cũng đã thêm các mô hình cho giá đỡ dây đeo có nghĩa là được dán ở dưới cùng của hộp điều khiển để bạn có thể đeo nó trên cánh tay của mình và một chiếc kẹp cho bút có thể được dán vào nắp khi bạn không cần bút trong tay bạn.

Ngoài ra còn có các nắp khuếch tán có thể được sử dụng để làm cho ánh sáng mịn hơn và ngăn chặn hiện tượng lóa sáng khi bút hướng thẳng vào máy ảnh.