Διαδραστική λάμπα LED - Δομή Tensegrity + Arduino: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό το κομμάτι είναι μια λάμπα που ανταποκρίνεται στις κινήσεις. Σχεδιασμένο ως ένα γλυπτό ελάχιστης έντασης, ο λαμπτήρας αλλάζει τη διαμόρφωση των χρωμάτων του ως απάντηση στον προσανατολισμό και τις κινήσεις ολόκληρης της δομής. Με άλλα λόγια, ανάλογα με τον προσανατολισμό του, ο λαμπτήρας μετατρέπεται σε ένα συγκεκριμένο χρώμα, φωτεινότητα και λειτουργία φωτισμού.

Όταν το εικοσαέδρο περιστρέφεται (πάνω από τον δικό του άξονα), επιλέγει μια τιμή από έναν εικονικό σφαιρικό επιλογέα χρωμάτων. Αυτός ο επιλογέας χρώματος δεν είναι ορατός, αλλά οι προσαρμογές χρώματος συμβαίνουν σε πραγματικό χρόνο. Έτσι, μπορείτε να καταλάβετε πού τοποθετείται κάθε χρώμα στο διάστημα, ενώ παίζετε με το κομμάτι.

Το εικοσαεδρικό σχήμα παρέχει 20 επίπεδα προσώπου και η δομή έντασης του δίνει 6 επιπλέον σημεία. Αυτό παρέχει συνολικά 26 πιθανά χρώματα όταν η λάμπα στηρίζεται σε μια επίπεδη επιφάνεια. Αυτός ο αριθμός αυξάνεται όταν γυρίζετε τη λάμπα στον αέρα.

Το σύστημα ελέγχεται από ένα Pro Trinket συνδεδεμένο σε επιταχυνσιόμετρο τριών αξόνων. Το φως παρέχεται από λωρίδες LED RGBW, οι οποίες μπορούν να ελέγχουν ξεχωριστά την τιμή φωτεινότητας χρώματος και λευκού. Ολόκληρο το κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένου του μικροεπεξεργαστή, των αισθητήρων και του συστήματος φωτισμού, λειτουργεί στα 5v. Για να ενεργοποιήσετε το σύστημα, απαιτείται πηγή έως 10Α.

Μια λίστα με τα κύρια στοιχεία που χρησιμοποιούνται στη λάμπα είναι η ακόλουθη:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Επιταχυνσιόμετρο τριπλού άξονα Adafruit LIS3DH

- Adafruit NeoPixel Digital RGBW LED Strip - Λευκό PCB 60 LED/m

- Τροφοδοτικό μεταγωγής 5V 10A

Αυτός ο λαμπτήρας που ανταποκρίνεται στην κίνηση είναι η πρώτη έκδοση ή πρωτότυπο ενός μεγαλύτερου προσωπικού έργου. Αυτό το πρωτότυπο κατασκευάστηκε από ανακυκλωμένα υλικά. Σε όλη τη διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής, έμαθα από επιτυχίες και λάθη. Έχοντας αυτά κατά νου, τώρα εργάζομαι στην επόμενη έκδοση που θα έχει πιο έξυπνη δομή και ισχυρό λογισμικό.

Θέλω να ευχαριστήσω την κοινότητα του LACUNA LAB για τη βοήθεια, τις ιδέες και τις προτάσεις τους κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του έργου.

μπορείτε να ακολουθήσετε τη δουλειά μου στη διεύθυνση: action-io / tumblraction-script / github

Βήμα 1: Η ιδέα

Αυτό το έργο ήταν το αποτέλεσμα αρκετών ιδεών που είχα παίξει στο κεφάλι μου για αρκετό καιρό.

Από τότε που ξεκίνησα, η έννοια άλλαξε, το αρχικό έργο εξελίχθηκε και πήρε πραγματική μορφή.

Η αρχική προσέγγιση ήταν το ενδιαφέρον για γεωμετρικά σχήματα ως μέσα αλληλεπίδρασης. Λόγω του σχεδιασμού του, οι πολλαπλές πολυγωνικές όψεις αυτής της λάμπας χρησιμεύουν ως μέθοδος εισόδου.

Η πρώτη ιδέα ήταν να χρησιμοποιήσουμε ένα δυναμικό σύστημα για να αναγκάσουμε το εικοσαέδριο να κινηθεί. Αυτό θα μπορούσε να ελεγχθεί από μια διαδραστική εφαρμογή ή από χρήστες κοινωνικών μέσων.

Μια άλλη πιθανότητα θα ήταν να έχετε ένα εσωτερικό μάρμαρο ή μπάλα να πιέζει διαφορετικά κουμπιά ή αισθητήρες και έτσι να δημιουργείτε τυχαίες εισόδους καθώς το κομμάτι κινείται.

Η δομή της έντασης συνέβη αργότερα.

Αυτή η μέθοδος κατασκευής με γοήτευσε: ο τρόπος με τον οποίο τα μέρη της δομής διατηρούν το ένα το άλλο ισορροπημένο. Είναι πολύ ευχάριστο οπτικά. Ολόκληρη η δομή είναι ισορροπημένη. τα κομμάτια δεν αγγίζουν το ένα το άλλο άμεσα. Είναι το άθροισμα όλων των εντάσεων που δημιουργεί το κομμάτι. είναι φανταστικό!

Καθώς ο αρχικός σχεδιασμός έχει αλλάξει. το έργο προχωρά.

Βήμα 2: Η δομή

Όπως ανέφερα και πριν, αυτό το πρώτο μοντέλο κατασκευάστηκε από ανακυκλωμένα υλικά που προοριζόταν να απορριφθούν.

Τις ξύλινες σανίδες τις πήρα από ένα κρεμαστό κρεβάτι που βρήκα στο δρόμο. Τα χρυσά διακοσμητικά ήταν μέρος του βραχίονα μιας παλιάς λάμπας και τα πώματα για τα λαστιχάκια είναι κλιπ γραφείου.

Ούτως ή άλλως, η κατασκευή της δομής είναι αρκετά απλή και τα βήματα είναι τα ίδια όπως σε κάθε ένταση.

Αυτό που έκανα με τους πίνακες είναι να τα συγκεντρώσω, σε ομάδες των δύο. Φτιάχνοντας ένα «σάντουιτς» με τους αποστάτες χρυσού, αφήνοντας ένα κενό όπου θα λάμπουν τα φώτα.

Οι διαστάσεις του έργου είναι εντελώς μεταβλητές και θα εξαρτηθούν από το μέγεθος της δομής που θέλετε να φτιάξετε. Οι ξύλινες ράβδοι από τις εικόνες αυτού του έργου έχουν μήκος 38 εκατοστά και πλάτος 38 χιλιοστά. Ο διαχωρισμός μεταξύ των σανίδων είναι 13mm.

Οι ξύλινες σανίδες κόπηκαν πανομοιότυπα, τρίφτηκαν (για να αφαιρεθεί το παλιό στρώμα βαφής) και στη συνέχεια τρυπήθηκαν και στα δύο άκρα.

Στη συνέχεια, έβαψα τις σανίδες με ρουστίκ σκούρο βερνίκι. Για να ενώσω τα κομμάτια χρησιμοποίησα ράβδο με σπείρωμα 5mm, κομμένο σε τμήματα 5cm και 5mm με κόμπο σε κάθε πλευρά.

Οι εντατήρες είναι κόκκινα λαστιχάκια. Για να στερεώσω το λάστιχο στις ράβδους, έκανα μια μικρή τρύπα από την οποία πέρασα τη ζώνη και στη συνέχεια την παγίδεψα με ένα πώμα. Αυτό εμποδίζει τις σανίδες να κινούνται ελεύθερα και η δομή προς αποσυναρμολόγηση μετακινείται.

Βήμα 3: Ηλεκτρονικά και φώτα

Η διαμόρφωση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί την ίδια τάση, τόσο λογική όσο και τροφοδοσία σε όλο το σύστημα χρησιμοποιώντας 5v.

Το σύστημα ελέγχεται από ένα Pro Trinket συνδεδεμένο σε επιταχυνσιόμετρο τριών αξόνων. Το φως παρέχεται από λωρίδες LED RGBW, οι οποίες μπορούν να ελέγχουν μεμονωμένα τα χρώματα και τις τιμές λευκής φωτεινότητας. Ολόκληρο το κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένου του μικροεπεξεργαστή, των αισθητήρων και του συστήματος φωτισμού λειτουργεί στα 5v. Για να ενεργοποιήσετε το σύστημα, απαιτείται πηγή έως 10Α.

Το Pro Trinket 5V χρησιμοποιεί το τσιπ Atmega328P, το οποίο είναι το ίδιο τσιπ πυρήνα στο Arduino UNO. Έχει επίσης σχεδόν τις ίδιες καρφίτσες. Είναι λοιπόν πολύ χρήσιμο όταν θέλετε να μεταφέρετε το έργο UNO σε μικροσκοπικούς χώρους.

Ο LIS3DH είναι ένας ευέλικτος αισθητήρας, μπορεί να αναδιαμορφωθεί για ανάγνωση σε +-2g/4g/8g/16g και φέρνει επίσης Πατήστε, Διπλό πάτημα, προσανατολισμό & δωρεάν ανίχνευση πτώσης.

Η NeoPixel RGBW LED Strip μπορεί να διαχειριστεί το χρώμα της απόχρωσης και την ένταση του λευκού ξεχωριστά. Με ένα αποκλειστικό λευκό LED, δεν χρειάζεται ´για να κορεστεί όλα τα χρώματα για να έχετε λευκό φως, σας κάνει επίσης λευκό πιο καθαρό και φωτεινό και επιπλέον εξοικονομείτε ενέργεια.

Για την καλωδίωση και τη σύνδεση των εξαρτημάτων μαζί, αποφάσισα να περάσω το καλώδιο και να δημιουργήσω πρίζες με αρσενικές και θηλυκές ακίδες χρησιμοποιώντας πείσματα και περιβλήματα συνδετήρων.

Συνδέσα το μπιχλιμπίδι στο επιταχυνσιόμετρο ρίξτε το SPI με την προεπιλεγμένη διαμόρφωση. Αυτό σημαίνει ότι συνδέστε το Vin στην τροφοδοσία 5V. Συνδέστε το GND στην κοινή γείωση ισχύος/δεδομένων. Συνδέστε τον ακροδέκτη SCL (SCK) στο #ηφιακό #13. Συνδέστε την καρφίτσα SDO στο #ηφιακό #12. Συνδέστε την καρφίτσα SDA (SDI) στο #ηφιακό #11. Συνδέστε το CS pin Digital #10.

Η λωρίδα led ελέγχεται μόνο από έναν πείρο, που πηγαίνει στο #6 και η γείωση και τα 5v πηγαίνουν απευθείας στον προσαρμογέα τροφοδοσίας.

Όλη την τεκμηρίωση που μπορεί να χρειαστείτε θα βρείτε, πιο λεπτομερή και καλύτερα εξηγημένη στη σελίδα adafruit.

Το τροφοδοτικό συνδέεται με έναν θηλυκό προσαρμογέα DC που τροφοδοτεί ταυτόχρονα τον μικροελεγκτή και τη λωρίδα LED. Επίσης διαθέτει έναν πυκνωτή για την προστασία του κυκλώματος από ασταθές ρεύμα τη στιγμή "ενεργοποίησης".

Ο λαμπτήρας έχει 6 ράβδους φωτισμού, αλλά οι λωρίδες LED έρχονται σε μια ενιαία μεγάλη ζώνη. Η λωρίδα LED κόπηκε σε τμήματα 30 εκατοστών (18 LEDS) και στη συνέχεια συγκολλήθηκε με αρσενικά και θηλυκά 3 ακίδες για σύνδεση με το υπόλοιπο κύκλωμα.

Για αυτό το έργο χρησιμοποιώ τροφοδοτικό 5v - 10A. Αλλά ανάλογα με τον αριθμό των led που χρειάζεστε, θα χρειαστεί να υπολογίσετε το ρεύμα που απαιτείται για την τροφοδοσία του συστήματος.

Σε όλη την τεκμηρίωση του τεμαχίου, μπορείτε να δείτε ότι το LED έχει 80mA τραβηγμένο ανά LED. Συνολικά χρησιμοποιώ 108 LED.

Βήμα 4: Ο κώδικας

Το σχέδιο λειτουργεί αρκετά απλά. Ένα επιταχυνσιόμετρο παρέχει πληροφορίες για την κίνηση στον άξονα x, y, z. Με βάση τον προσανατολισμό, ενημερώνονται οι τιμές RGB των LED.

Η εργασία χωρίζεται στις ακόλουθες φάσεις.

• Κάντε μια ανάγνωση από τον αισθητήρα. Απλώς χρησιμοποιήστε το api.
• Με τριγωνομετρία, λύστε τις τιμές "roll and pitch". Μπορείτε να βρείτε πολύ περισσότερες πληροφορίες σε αυτό το έγγραφο του Mark Pedley.
• Λάβετε το αντίστοιχο χρώμα, που σχετίζεται με τις τιμές περιστροφής. Γι 'αυτό μετατρέπουμε την τιμή 0-360 RGB χρησιμοποιώντας μια λειτουργία μετατροπής HSL - RGB. Η τιμή του βήματος χρησιμοποιείται σε διάφορες κλίμακες για τη ρύθμιση της έντασης του λευκού φωτός και του κορεσμού χρώματος. Τα αντίθετα ημισφαίρια της σφαίρας επιλογής χρώματος είναι εντελώς λευκά.
• Ενημερώστε το buffer των φώτων που αποθηκεύει πληροφορίες για μεμονωμένα χρώματα LED. Ανάλογα με αυτές τις πληροφορίες, ο ελεγκτής buffer θα δημιουργήσει μια κινούμενη εικόνα ή θα απαντήσει με συμπληρωματικά χρώματα.
• Τέλος, δείξτε τα χρώματα και ανανεώστε τα LED.

Αρχικά, η ιδέα ήταν να δημιουργήσετε μια χρωματική σφαίρα όπου μπορείτε να επιλέξετε οποιοδήποτε χρώμα. Τοποθετώντας τον χρωματικό τροχό στον μεσημβρινό και προς τα αριστερά τους σκούρους και ανοιχτούς τόνους.

Αλλά γρήγορα η ιδέα απορρίφθηκε. Επειδή τα LED δημιουργούν διαφορετικούς τόνους, απενεργοποιήστε και ανάψτε γρήγορα κάθε LED rgb, όταν τους δίνονται χαμηλές τιμές για να αντιπροσωπεύουν τα σκούρα χρώματα, οι λυχνίες LED δίνουν πολύ κακή απόδοση και μπορείτε να δείτε πώς αρχίζουν να αναβοσβήνουν. Αυτό κάνει το σκοτεινό ημισφαίριο της χρωματικής σφαίρας να μην μπορεί να λειτουργήσει σωστά.

Στη συνέχεια μου ήρθε η ιδέα να εκχωρήσω συμπληρωματικά χρώματα στον τρέχοντα επιλεγμένο τόνο.

Έτσι, ένα ημισφαίριο επιλέγει μια μονοχρωματική τιμή χρώματος ενός τροχού από 50% φωτισμό 90 ~ 100% κορεσμό. Εν τω μεταξύ, η άλλη πλευρά, επιλέγει μια κλίση χρώματος από την ίδια θέση χρώματος, αλλά προσθέτει, στην άλλη πλευρά της κλίσης, το συμπληρωματικό της χρώμα.

Η ανάγνωση των δεδομένων από τον αισθητήρα είναι ακατέργαστη. Ένα φίλτρο μπορεί να εφαρμοστεί για να εξομαλύνει τον θόρυβο και τους κραδασμούς της ίδιας της λάμπας. Προς το παρόν, το βρίσκω ενδιαφέρον γιατί φαίνεται πιο αναλογικό, αντιδρά σε κάθε άγγιγμα και χρειάζεται ένα δευτερόλεπτο για να σταθεροποιηθεί πλήρως.

Εξακολουθώ να δουλεύω τον κώδικα και να προσθέτω νέες δυνατότητες και να βελτιστοποιώ τις κινούμενες εικόνες.

Μπορείτε να ελέγξετε τις πιο πρόσφατες εκδόσεις του κώδικα στον λογαριασμό μου στο github.

Βήμα 5: Αναδίπλωση

Η τελική συναρμολόγηση είναι αρκετά απλή. Κολλήστε το κάλυμμα σιλικόνης των λωρίδων LED με δύο συστατικά εποξειδικής κόλλας στις ράβδους και συνδέστε τα 6 μέρη σε σειρά το ένα πίσω από το άλλο.

Διορθώστε ένα σημείο στο οποίο θέλετε να αγκυρώσετε τα εξαρτήματα και βιδώστε το επιταχυνσιόμετρο και το επαγγελματικό μπιμπελό στο ξύλο. Χρησιμοποίησα ένα πλαστικό αποστάτη για να προστατέψω το κάτω μέρος των πείρων. Ο προσαρμογέας τροφοδοσίας είναι σωστά στερεωμένος μεταξύ του χώρου των ράβδων με περισσότερο εποξειδικό εποξικό συγκολλητικό. Σχεδιάστηκε για να ταιριάζει και εμποδίζει την κίνηση όταν η λάμπα περιστρέφεται.

Παρατηρήσεις και βελτιώσεις

Σε όλη την ανάπτυξη του έργου έχουν προκύψει νέες ιδέες για τρόπους επίλυσης προβλημάτων. Συνειδητοποίησα επίσης κάποια ελαττώματα σχεδιασμού ή μέρη που μπορούν να βελτιωθούν.

Το επόμενο βήμα που θα ήθελα να κάνω, είναι η βελτίωση της ποιότητας του προϊόντος και του φινιρίσματος. κυρίως στη δομή. Έχω εξαιρετικές ιδέες για καλύτερες δομές ακόμα πιο απλές, ενσωματώνοντας τενσόρες ως μέρος του σχεδιασμού και κρύβοντας τα εξαρτήματα. Αυτή η δομή θα απαιτήσει πιο ισχυρά εργαλεία όπως εκτυπωτές 3D και κόπτες λέιζερ.

Έχω ακόμα εκκρεμή τρόπο για να κρύψω την καλωδίωση κατά μήκος της δομής. Και εργαστείτε σε μια πιο αποδοτική κατανάλωση ενέργειας. για τη μείωση των δαπανών όταν η λάμπα λειτουργεί για πολύ και δεν αλλάζει τον φωτισμό.

Ευχαριστώ που διαβάσατε το άρθρο και το ενδιαφέρον σας για τη δουλειά μου. Ελπίζω να μάθατε από αυτό το έργο όσο κι εγώ.