Установка музыкального реактивного оптоволоконного потолка со звездой: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Хотите кусочек галактики у себя дома? Узнайте, как это сделано, ниже!

Долгие годы это был проект моей мечты, и, наконец, он завершен. Это заняло некоторое время, но конечный результат был настолько удовлетворительным, что я уверен, что оно того стоило.

Немного о проекте. Я полностью посвятил себя DIY, что дало мне полную свободу творчества. Результат - созвездия северного неба в масштабе, индивидуальное управление звездными скоплениями с помощью ИК-пульта дистанционного управления (яркость и цвет), способность реагировать на музыку, полностью управляемое освещение бухты и, самое главное, возможность обновить практически все в этом проекте. Чтобы добиться всего этого, я выбрал Arduino в качестве платформы для проекта, так как у меня есть некоторые познания в программировании. Чип MSQ7EQ справился с реактивностью музыки, для этого есть много ресурсов в сети. Для связи много используется NRF24L01, и у меня было несколько запчастей, поэтому я их использовал. Для управления большим количеством светодиодов отлично работает сервоконтроллер PCA9685. Если вы предпочитаете более дешевую и простую версию этого проекта, вы можете поискать комплекты звездообразных потолков на Amazon, но если вы решите полностью заняться этим проектом, как и я, тогда вам потребуются следующие навыки: · Некоторые знания в программировании Arduino; · Схемотехника и навыки пайки; · Как работать с AC.

Многие из вас спрашивали цену проекта. Мне сложно назвать цифру, так как у меня было много материалов для этого, и это во многом зависит от того, насколько вы решите сделать это самостоятельно, от размера проекта, и т.д., но я предполагаю, что в зависимости от этих факторов он может быть от пары сотен до 1000 долларов. Работая каждые два уик-энда, мне потребовалось около года, чтобы закончить этот проект.

Шаг 1. Планирование

Во-первых, нужно принять решение, хотите ли вы изготовить электронную часть самостоятельно или купить комплект. Для создания схем требуются некоторые знания в области Arduino и базовой электроники, а также повышается вероятность того, что что-то пойдет не так. Вы можете найти множество вариантов комплектов в Amazon, выполнив поиск «Fiber Optic Star Ceiling Kit» или где-нибудь еще, есть много вариантов. Но если кому-то нужна полная свобода творчества и контроль над проектом, то сделай сам.

Теперь, когда решение об электронике принято, вы должны подумать о структуре потолка, размере звездной карты и количестве звезд. Я выбрал типичный подвесной гипсовый потолок по причинам, упомянутым ранее. Так как в моем случае было сложно установить волоконную оптику (низкий потолок), я решил использовать относительно небольшое количество звезд ~ 1200, но конечный результат все равно потрясающий, никаких сожалений.

Теперь о выборе звездного рисунка. Я живу в северном полушарии, поэтому выбрал ту часть неба, которая здесь действительно видна. Есть много приложений для получения изображения созвездий, я использовал Celestia, как в известной инструкции «Star-Map». Конечно, выкройки не обязательно должны быть реалистичными и масштабными, не стесняйтесь иметь полную свободу творчества здесь, вы можете найти в Интернете множество замечательных идей для выкройки.

Звезды, отмеченные кружками разного цвета, предназначены для различения скоплений звезд с примерно одинаковой яркостью. Я не особо старался в этой части, так что она не супер точная..

Шаг 2: материалы

Теперь, когда все спланировано, можно заказывать материалы.

В этой части я не буду перечислять материалы, необходимые для самого потолка, так как это зависит от используемой системы и других факторов. Я использовал потолочную систему Knauf. То же самое и с инструментами, потому что большинство инструментов вам понадобится для установки потолка. Для установки звезд и электроники не так уж и много, см. Список ниже. Многие запчасти я купил в местных магазинах электроники и остаюсь на AliExpress, так как там намного дешевле и качество в большинстве случаев хорошее.

Детали для звезд и электроники:

· Источник питания для светодиодных лент зависит от длины, в Интернете есть несколько действительно хороших ресурсов, специально для выбора источника питания для светодиодных лент. В моем случае у меня был импульсный блок питания 12 В / 30 А / 350 Вт, может быть, на 15 метров полосы. Полоски были 14,4 Вт / м, так что у меня было много резерва. · Блок питания для светодиодов мощностью 3 Вт. Опять же, это зависит от того, сколько светодиодов используется, но в моем случае источник питания был 5 В / 7 А / 35 Вт для 15 светодиодов и самой Arduino. Если вы решите использовать стандартные 5-миллиметровые светодиоды RGB, этот источник питания может быть значительно менее мощным, а схема будет намного проще, но звезды будут менее яркими. · Светодиоды RGB с общим анодом 3 Вт с радиатором (или ваши типичные 5-миллиметровые светодиоды, если допустима меньшая яркость.). Одиночный светодиод предназначен для управления одним скоплением звезд, поэтому количество зависит от того, сколько звезд вы хотите контролировать отдельно. · Светодиодные полосы 12 В RGB · Волоконная оптика. Леска не работает. Сколько вам нужно, зависит от количества звезд / размера потолка / расположения контура. Для большего эффекта я использовал несколько волокон разной толщины. · Платы PCA9685. С одной платой можно управлять 5 светодиодами RGB. · 2x Arduino Uno / Mega. · 2x NRF24L01. · USB-кабель для питания Arduino. · Логические МОП-транзисторы IRL540N, количество зависит от количества используемых светодиодных лент. 1 шт. Для одноцветной одинарной светодиодной ленты. Учтите, что ограничение по длине полосы составляет ~ 5 метров, если вам нужно больше, вам понадобятся отдельные полосы. Также есть обходные пути для подключения длинных полос, не стесняйтесь спрашивать или при необходимости гуглить. · Транзисторы 2N2222 (или другие NPN). Для каждого цвета светодиода мощностью 3 Вт требуется отдельный транзистор. В моем случае 15x3. · Резисторы: 2 Вт 10R / 2 Вт 6R8 / 2 Вт 6R8 для R G B каждого светодиода мощностью 3 Вт соответственно. 5-10 кОм для понижения, может составлять 0,25 Вт. • Конденсаторы 10 мкФ для развязки NRF24L01. • Алюминиевая пластина для крепления и охлаждения светодиодов мощностью 3 Вт., изолента и другие вещи, которые вы найдете в обычной мастерской. · Множество проводов разной толщины. Для сигнала ШИМ можно использовать простые провода на макетной плате, через эти провода протекает не так много ампер, но для светодиодных лент толщину следует рассчитывать в зависимости от расстояния от светодиодной ленты до цепи, то же самое для светодиодов мощностью 3 Вт.

Детали блока дистанционного управления и анализатора спектра:

· 1x MSGEQ7; · Резисторы: 1x 470 Ом / 1x 180 кОм / 1x 33 кОм. · Конденсаторы: 1x 33 пФ / 1x 0,01 мкФ / 1x 0,1 мкФ. · Термопаста для ЦП. · ИК-пульт дистанционного управления и диод приемника. · A много макетных проводов или любых тонких проводов, которые у вас есть. · Маленькая печатная плата. Я использовал PROTO SHIELD. · Маленький футляр для Arduino UNO и схемы. Я использовал небольшую коробку для лазерной резки. · Есть и другие части, которые используются совместно с главной схемой. Количество указано в списке основных цепей.

Инструменты для установки звезды и создания схемы:

· Прозрачный клей, не растворяющий оптические волокна. Я использовал простой клей для бумаги. · Паяльное оборудование. · Мультиметр, который пригодится для этого проекта. · Отвертка. · Плоскогубцы. Должен быть такой же толщины, как и оптоволокно.

Шаг 3: Монтаж потолка

Я не буду вдаваться в подробности на этом этапе, там масса материала о том, как установить подвесной потолок, и я не эксперт по этой теме. Подход, который я выбрал, сложнее, чем подход со звездами, который выбирают многие. Но при этом мы получаем качественный подвесной потолок, который при дневном свете выглядит совершенно нормально, без панелей, ничего.

Для электроники я решил добавить сервисный люк в не очень заметной части гипсового потолка.

На этом этапе выполняется нанесение наполнителя и грунтовка, а после укладки волокон - покраска.

Шаг 4: Установка волоконной оптики

Эта часть заняла больше, чем ожидалось… После множества импровизаций мы пришли к выводу, что в нашем случае лучший способ подключить оптоволокно - это использовать удочку и петлю для лески, см. Мои шедевральные эскизы для объяснения. Теперь, когда я смотрю на эту идею, она выглядит нелепой, но кому не нравятся какие-то проблемы.

Несколько заметок:

· Рекомендую вклеивать волокна в их отверстия, чтобы они точно оставались на месте. Клей должен быть прозрачным и не вступать в реакцию с волокнистым материалом. Я использовал простой клей для бумаги.

· Сверление не требуется. Отверстия в гипсовом потолке можно просто проткнуть шилом или чем-то подобным, только убедитесь, что диаметр оптического волокна соответствует диаметру.

· Для нахождения точных положений конкретных звезд на потолке я использовал сантиметровую ленту старой школы.. вот оно что. Не было на 100% точным, но довольно близко. Потолок был слишком большим, чтобы распечатать карту звездного неба в масштабе.

Шаг 5: Отделка потолка: покраска

Мы закрасили оптические волокна, чтобы они не были видны, когда они не используются. Сделано так, как будто у вас типичный подвесной потолок. Мы красили в два слоя, и яркость волокон практически одинакова.

Шаг 6: Создание тестовой схемы

Сама схема не такая сложная и сразу сработала у меня, но всегда полезно проверить ее перед установкой, а в этой много пайки, так что есть риск. Кроме того, было бы разумно протестировать версию схемы для будущих обновлений, поскольку я уверен, что никто не захочет замкнуть накоротко то, на установку в потолок потребовалось несколько дней.

Под тестовой версией я подразумеваю одну или две платы PCA9685, NRF24L01 и блоки питания, подключенные к Arduino. Все это может быть на макетных платах. То же самое и с ИК-схемой дистанционного управления, просто добавьте что-нибудь на макетную плату, посмотрите, работает ли она. Также я бы посоветовал припаять несколько светодиодов мощностью 3 Вт для тестирования.

Шаг 7: Код Arduino

Библиотеки и другие полезные ссылки можно найти в разделе «Полезная информация». Для объяснения кода смотрите комментарии в коде.

Для создания этого кода я использовал множество ресурсов, некоторые из них перечислены в разделе «Полезная информация», но, поскольку я закончил этот проект более года назад, к тому времени, когда я решил написать инструктируемый материал, я не смог найти все Ресурсы и некоторые ссылки, которые я сохранил, к сожалению, больше не работали. Так что, если кому-то понадобится помощь с кодом, дайте мне знать в комментариях, я сделаю все возможное.

В коде вы найдете довольно сложную функцию мигания светодиода. Чтобы он выглядел более приятным, я использовал учебник по дыханию светодиодами: https://sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino/ Человеческие глаза не воспринимают свет линейно, поэтому, если вы используете линейное увеличение яркости светодиода, это выглядит не очень естественно.

Шаг 8: проводка и светодиодные ленты

Пришло время для окончательной разводки! Если все проверено и работает, то это не должно быть очень сложно, просто много пайки одинаковых деталей. Для крепления схемы я использовал фанеру размером с люк для техобслуживания, поэтому при необходимости могу легко снять всю схему с потолка. Я поместил волокна в маленькие пластиковые водопроводные трубки, размером примерно со светодиоды мощностью 3 Вт, затем просверлил отверстия такого же размера в фанере и вставил эти трубки в фанеру. Делая это, я могу легко удалить волокна из светодиодов, когда это необходимо, см. Прилагаемые изображения.

Что касается светодиодных лент, я предлагаю наклеить их на алюминиевые профили для охлаждения, потому что они сильно нагреваются.

Шаг 9: Устранение неполадок и точная настройка

Вы проверили схему, но теперь, когда она установлена, она не работает … или что-то не работает должным образом. Вероятно, это ваша пайка, поскольку, если она работала в тестовой цепи, нет причин, по которым она не работает сейчас, за некоторыми исключениями. Я надеюсь, что это не ваш случай, но я поделюсь одной конкретной проблемой, которая у меня возникла, просто в качестве примера.

Когда я уменьшал яркость светодиодных лент до минимального значения, полосы перестали работать или начинали мерцать. После долгих исследований и устранения неполадок я обнаружил, что проблема заключается в медленном переключении IRL540, и решения были просты: снизить частоту ШИМ плат PCA до 50 Гц. Это в основном решило проблему, теперь только при нижних значениях я вижу мерцание или проблемы, но это не имеет значения, так как я не использую такие низкие значения. Эта проблема вернулась ко мне, когда я решил снимать потолок, так как при такой низкой частоте вы можете видеть мерцание в камерах, это как при съемке телевизора. Чтобы решить эту проблему, я сделал небольшую макетную схему с транзисторами 2N2222 вместо IRL540, просто чтобы сделать снимок. С этими транзисторами проблема была решена, и, поскольку я снимал при относительно низких значениях ШИМ, 2N2222 могли справиться с мощностью. Если у кого-то такая же проблема, не стесняйтесь адаптировать схему Тотем - Полюс, это должно помочь с этой проблемой.

Теперь, когда, мы надеемся, все на своих местах и работает, мы можем точно настроить яркость звезд, реакцию на музыку, режимы затухания звезд и все остальное.

Шаг 10: полезная информация и ссылки

Чтобы написать код и создать схему, я использовал много ресурсов, большинство из них перечислены здесь, но, поскольку я закончил этот проект некоторое время назад, к тому времени, когда я решил поделиться им, я не смог найти все ресурсы и некоторые из ссылок, которые я сохранил, к сожалению, больше не работали. Так что, если кому-то понадобится помощь с кодом или проектом в целом, дайте мне знать в комментариях, я постараюсь.

MSGEQ7

www.sparkfun.com/datasheets/Components/Gen…

www.baldengineer.com/msgeq7-simple-spectru…

rheingoldheavy.com/msgeq7-arduino-tutorial…

www.instructables.com/id/How-to-build-your…

Nrf24L01

arduinoinfo.mywikis.net/wiki/Nrf24L01-2.4GH…

PCA9685

learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-dr…

github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Dri…

ИК-пульт

github.com/z3t0/Arduino-IRremote

Шаг 11: обновления

Было бы здорово создать приложение для управления потолком, возможно, используя OpenHAB на Raspberry PI, поскольку PCA9685 можно легко контролировать через RPi.

Если используется OpenHab или альтернатива, можно подключить потолок к системе умного дома.

Первый приз в конкурсе Arduino Contest 2020