Интерактивная светодиодная лампа - Структура Тенсегрити + Arduino: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Эта деталь - лампа, реагирующая на движение. Созданный как скульптура минимального тенсегрити, лампа меняет свою цветовую конфигурацию в зависимости от ориентации и движений всей конструкции, другими словами, в зависимости от ориентации лампа переключается на определенный цвет, яркость и режим освещения.

Когда икосаэдр вращается (вокруг своей оси), он выбирает значение из виртуального сферического палитры цветов. Эта палитра цветов не видна, но настройки цвета происходят в реальном времени. Таким образом, вы можете определить положение каждого цвета в пространстве, пока вы играете с фигурой.

Форма икосаэдра обеспечивает 20 плоскостей граней, а структура тенсегрити дает ему 6 дополнительных точек зрения. Это обеспечивает в общей сложности 26 возможных цветов, когда лампа стоит на плоской поверхности. Это число увеличивается, когда вы поворачиваете лампу в воздухе.

Система управляется Pro Trinket, подключенным к трехосному акселерометру. Свет обеспечивается светодиодными полосами RGBW, которые могут индивидуально регулировать яркость цвета и белого. Вся схема, включая микропроцессор, датчики и систему освещения, работает на 5В. Для питания системы необходим источник до 10А.

Список основных элементов, используемых в светильнике, следующий:

- Брелок Adafruit Pro - 5 В

- Трехосевой акселерометр Adafruit LIS3DH

- Цифровая светодиодная лента Adafruit NeoPixel RGBW - Белая печатная плата, 60 светодиодов / м

- импульсный блок питания 5В 10А

Эта лампа, реагирующая на движение, является первой версией или прототипом более длинного личного проекта. Этот прототип был изготовлен из переработанных материалов. В процессе проектирования и строительства я учился на успехах и ошибках. Имея это в виду, сейчас я работаю над следующей версией, которая будет иметь более интеллектуальную структуру и надежное программное обеспечение.

Я хочу поблагодарить сообщество LACUNA LAB за их помощь, идеи и предложения на протяжении всего развития проекта.

вы можете следить за моей работой по адресу: action-io / tumblraction-script / github

Шаг 1. Идея

Этот проект стал результатом нескольких идей, которые я некоторое время обдумывал.

С тех пор, как я начал, концепция изменилась, первоначальный проект развился и приобрел реальные очертания.

Первоначальный подход заключался в интересе к геометрическим фигурам как средству взаимодействия. Из-за своей конструкции несколько многоугольных граней этой лампы служат в качестве входного сигнала.

Первая идея заключалась в использовании динамической системы, чтобы заставить икосаэдр двигаться. Это могло контролироваться интерактивным приложением или пользователями социальных сетей.

Другая возможность заключалась в том, чтобы внутренний шарик или шар нажимал на разные кнопки или датчики и, таким образом, генерировал случайные входные данные при перемещении детали.

Структура тенсегрити возникла позже.

Меня очаровал этот метод строительства: то, как части конструкции уравновешивают друг друга. Это очень приятно визуально. Вся конструкция самоуравновешена; части не касаются друг друга напрямую. Это сумма всех напряжений, которая создает произведение; это невероятно!

Поскольку первоначальный дизайн изменился; проект продвигается вперед.

Шаг 2: Структура

Как я уже упоминал ранее, эта первая модель была сделана из переработанных материалов, которые предназначались для утилизации.

Деревянные доски, которые я взял с решетчатой кровати, я нашел на улице. Золотые планки были частью кронштейна старой лампы, а стопоры для резинок - это канцелярские зажимы.

Как бы то ни было, конструкция конструкции достаточно проста, а шаги такие же, как и в любом тенсегрире.

Что я сделал с досками, так это собрал их в группы по два человека. Сделать «бутерброд» с золотыми прокладками, оставив зазор, через который будет светить свет.

Размеры проекта полностью варьируются и будут зависеть от размера конструкции, которую вы хотите сделать. Деревянные бруски на фотографиях этого проекта имеют длину 38 см и ширину 38 мм. Расстояние между досками составляет 13 мм.

Деревянные доски были обрезаны одинаково, отшлифованы (для удаления старого слоя краски), а затем перфорированы с обоих концов.

Далее покрыла доски темным деревенским лаком. Чтобы соединить части, я использовал стержень с резьбой 5 мм, разрезал на части 5 см и 5 мм с узлами с каждой стороны.

Натяжители - красные резинки. Чтобы прикрепить резину к перекладине, я проделал небольшое отверстие, через которое пропустил ремешок, а затем зажал его стопором. Это препятствует свободному перемещению досок и перемещению демонтируемой конструкции.

Шаг 3: электроника и освещение

Конфигурация электронных компонентов была разработана для поддержания одинакового напряжения, как логики, так и питания по всей системе с использованием 5 В.

Система управляется Pro Trinket, подключенным к трехосному акселерометру. Свет обеспечивается светодиодными полосами RGBW, которые могут индивидуально управлять цветами и значениями яркости белого. Вся схема, включая микропроцессор, датчики и систему освещения, работает на 5В. Для питания системы необходим источник до 10А.

Pro Trinket 5V использует чип Atmega328P, который является таким же основным чипом в Arduino UNO. У него также почти такие же булавки. Так что это действительно полезно, когда вы хотите воплотить свой проект UNO в миниатюрных пространствах.

LIS3DH - это универсальный датчик, его можно переконфигурировать для считывания в + -2 г / 4 г / 8 г / 16 г, а также он поддерживает касание, двойное касание, ориентацию и обнаружение свободного падения.

Светодиодная лента NeoPixel RGBW может управлять цветом оттенка и интенсивностью белого отдельно. Благодаря специальному белому светодиоду вам не нужно «насыщать все цвета, чтобы получить белый свет», он также делает белый цвет более чистым и ярким и, кроме того, экономит энергию.

Для разводки и соединения компонентов вместе я решил пропустить кабель и создать розетки с штыревыми и гнездовыми контактами, используя зажимы и корпуса разъемов.

Подключил брелок к акселерометру закинул SPI с настройкой по умолчанию. Это означает, что подключите Vin к источнику питания 5 В. Подключите GND к общей земле питания / данных. Подключите контакт SCL (SCK) к Digital # 13. Подключите вывод SDO к Digital # 12. Подключите вывод SDA (SDI) к Digital # 11. Подключите цифровой контакт CS # 10.

Светодиодная лента управляется только одним контактом, который идет на № 6 и землю, а 5 В идет напрямую на адаптер питания.

Всю документацию, которая может вам понадобиться, вы найдете более подробную и лучше объясненную на странице adafruit.

Источник питания подключается к адаптеру постоянного тока с гнездовой розеткой, который одновременно питает микроконтроллер и светодиодную ленту. Также в нем есть конденсатор для защиты схемы от нестабильного тока в момент «включения».

Лампа имеет 6 световых полос, но светодиодные ленты состоят из одной длинной полосы. Светодиодная лента была разрезана на секции по 30 см (18 светодиодов), а затем приварена к 3 штырькам типа «папа» и «мама» для модульного соединения с остальной частью схемы.

Для этого проекта я использую источник питания 5 В - 10 А. Но в зависимости от количества необходимых светодиодов вам нужно будет рассчитать ток, необходимый для питания системы.

В документации к изделию вы можете видеть, что на каждый светодиод потребляется 80 мА. Всего я использую 108 светодиодов.

Шаг 4: Код

Схема работы довольно проста. Акселерометр предоставляет информацию о движении по осям x, y, z. В зависимости от ориентации обновляются значения RGB светодиодов.

Работа разбита на следующие этапы.

• Считайте показания датчика, просто используйте api.
• С помощью тригонометрии решите значения «крена и тангажа». Вы можете найти гораздо больше информации в этом документе Марка Педли.
• Получите соответствующий цвет, связанный со значениями поворота. Для этого мы переходим к значению 0-360 RGB с помощью функции преобразования HSL в RGB. Значение шага используется в различных масштабах для регулирования интенсивности белого света и насыщенности цвета. Противоположные полушария сферы выбора цвета полностью белые.
• Обновите буфер источников света, в котором хранится информация об отдельных цветах светодиода. В зависимости от этой информации контроллер буфера создаст анимацию или ответит дополнительными цветами.
• Наконец, покажите цвета и обновите светодиоды.

Изначально идея заключалась в создании цветовой сферы, где можно было бы выбрать любой цвет. Разместите цветовой круг на меридиане и к полюсу темных и светлых тонов.

Но от этой идеи быстро отказались: поскольку светодиоды создают разные тона, выключены и быстро загораются каждый светодиод RGB, при низких значениях для представления темных цветов светодиоды дают очень плохую работу, и вы можете видеть, как они начинают мигать. Это приводит к тому, что темное полушарие цветной сферы не может функционировать должным образом.

Затем мне пришла в голову идея назначить дополнительные цвета текущему выбранному тону.

Итак, одно полушарие выбирает монохроматическое значение цвета колеса из 50% освещения и 90 ~ 100% насыщенности. Между тем, другая сторона выбирает цветовой градиент из той же цветовой позиции, но добавляет на другой стороне градиента свой дополнительный цвет.

Считывание данных с датчика необработанное. Можно применить фильтр, чтобы сгладить шум и колебания самой лампы. На данный момент мне это интересно, потому что он выглядит более аналогично, реагирует на любое прикосновение и требует секунды для полной стабилизации.

Я все еще работаю над кодом, добавляю новые функции и оптимизирую анимацию.

Вы можете проверить последние версии кода в моей учетной записи github.

Шаг 5: Заключение

Окончательная сборка довольно проста: приклейте силиконовое покрытие светодиодных лент с помощью двух компонентного эпоксидного клея к стержням и соедините 6 частей последовательно друг за другом.

Зафиксируйте точку, в которой вы хотите закрепить компоненты, и прикрутите акселерометр и профессиональную безделушку к дереву. Я использовал пластиковые проставки для защиты нижней части штифтов. Адаптер питания правильно закреплен между планками с помощью эпоксидно-эпоксидного клея. Разработан таким образом, чтобы он не смещался при вращении лампы.

Наблюдения и улучшения

На протяжении всего развития проекта возникали новые идеи о способах решения проблем. Я также заметил некоторые недостатки конструкции или детали, которые можно улучшить.

Следующий шаг, который я хотел бы сделать, - это улучшение качества продукции и отделки; в основном в структуре. У меня есть отличные идеи о лучших структурах, еще более простых, включающих тензоры как часть дизайна и скрывающих компоненты. Эта структура потребует более мощных инструментов, таких как 3D-принтеры и лазерные резаки.

Я еще не решил, как спрятать проводку вдоль конструкции. И работать над более эффективным потреблением энергии; сократить расходы, когда лампа работает долго и не меняет освещение.

Спасибо за то, что прочитали статью и проявили интерес к моей работе. Надеюсь, вы узнали из этого проекта столько же, сколько и я.