Διαδραστικός γεωδαιτικός θόλος LED: 15 βήματα (με εικόνες)

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

Κατασκεύασα έναν γεωδαιτικό θόλο αποτελούμενο από 120 τρίγωνα με LED και αισθητήρα σε κάθε τρίγωνο. Κάθε LED μπορεί να αντιμετωπιστεί ξεχωριστά και κάθε αισθητήρας ρυθμίζεται ειδικά για ένα μόνο τρίγωνο. Ο θόλος είναι προγραμματισμένος με ένα Arduino να ανάβει και να παράγει ένα σήμα MIDI ανάλογα με το τρίγωνο που τοποθετείτε το χέρι σας.

Σχεδίασα τον θόλο να είναι μια διασκεδαστική οθόνη που ενδιαφέρει τους ανθρώπους για το φως, τα ηλεκτρονικά και τον ήχο. Επειδή ο θόλος χωρίζεται όμορφα σε πέντε μέρη, σχεδίασα τον θόλο να έχει πέντε ξεχωριστές εξόδους MIDI που ο καθένας μπορεί να έχει διαφορετικό ήχο. Αυτό καθιστά το θόλο ένα γιγαντιαίο μουσικό όργανο, ιδανικό για να παίζει μουσική με πολλούς ανθρώπους ταυτόχρονα. Εκτός από το να παίζω μουσική, προγραμματίζω επίσης τον θόλο για ελαφρές εκπομπές και παίζοντας μια διασκευή των Simon και Pong. Η τελική δομή είναι λίγο περισσότερο από ένα μέτρο σε διάμετρο και 70 εκατοστά ύψος, και είναι κυρίως κατασκευασμένη από ξύλο, ακρυλικό και τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη.

Υπάρχουν πολλά υπέροχα Instructables σε τραπέζια και κύβους LED που με ενέπνευσαν να ξεκινήσω αυτό το έργο. Ωστόσο, ήθελα να δοκιμάσω να τακτοποιήσω τα LED σε διαφορετική γεωμετρία. Δεν μπορούσα να σκεφτώ μια καλύτερη δομή για το έργο από έναν γεωδαιτικό θόλο, ο οποίος είναι επίσης καλά τεκμηριωμένος στο Instructables. Αυτό το έργο λοιπόν είναι ένα remix/μίγμα πινάκων LED και γεωδαιτικών θόλων. Παρακάτω υπάρχουν σύνδεσμοι προς τον πίνακα LED και τις οδηγίες γεωδαισιακού θόλου που έλεγξα στην αρχή του έργου.

Τραπέζια και κύβοι LED:

www.instructables.com/id/RGB-LED-Pixel-Touc…

www.instructables.com/id/Touch-LED-Table-Re…

www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/

www.instructables.com/id/500-LED-Pixel-RGB-…

Γεωδαιτικός θόλος:

www.instructables.com/id/Folding-Geodesic-D…

www.instructables.com/id/Geodesic-dome-kit/

Βήμα 1: Λίστα προμηθειών

Υλικά:

1. Ξύλο για δοκούς θόλου και βάση θόλου (η ποσότητα εξαρτάται από τον τύπο και το μέγεθος του θόλου)

2. Απευθυνόμενη λωρίδα LED (16.4ft/5m Addressable Color LED Pixel Strip 160leds Ws2801 Dc5v)

3. Arduino Uno (Atmega328 - συναρμολογημένο)

4. Πρωτότυπη πλακέτα (Penta Angel Double-Side Prototype PCB Universal (7x9cm))

5. Ακρυλικό για διάχυση LED (Cast Acrylic Sheet, Clear, 12 "x 12" x 0.118 "Size)

6. Τροφοδοσία (Aiposen 110/220V σε DC12V 30A 360W Switch Power Supply Driver)

7. Μετατροπέας Buck για Arduino (RioRand LM2596 DC-DC Buck Converter 1.23V-30V)

8. Μετατροπέας Buck για LED και αισθητήρες (DROK Mini Electric Buck Voltage Converter 15A)

9. 120 αισθητήρες IR (μονάδα αισθητήρα υπερύθρων αποφυγής εμποδίων)

10. Πέντε πολυπλέκτες 16 καναλιών (Analog/Digital MUX Breakout - CD74HC4067)

11. Έξι πολυπλέκτες 8 καναλιών (Multiplexer Breakout - 8 Channel (74HC4051))

12. Πέντε πολυπλέκτες 2 καναλιών (MAX4544CPA+)

13. Σύρμα περιτυλίγματος καλωδίου (PCB Solder 0.25mm Tin Plated Pired Copord Cord Dia Wire-wrapping Wire 305M 30AWG Red)

14. Σύρμα σύνδεσης (Solid Core, 22 AWG)

15. Κεφαλίδες καρφιτσών (Gikfun 1 x 40 Pin 2.54mm Single Row Breakaway Male Pin Header)

16. Πέντε βύσματα MIDI (υποδοχή MIDI φιλική προς το Breadboard (DIN 5 ακίδων))

17. Δέκα αντιστάσεις 220ohm για υποδοχές MIDI

18. Αποστάτες αναμονής για τοποθέτηση ηλεκτρονικών στο θόλο (Stand-off Spacer Hex M3 Male x M3 Female)

19. Προσαρμογείς νήματος για σύνδεση σφιγκτήρων με ξύλο (E-Z Lok Threaded Insert, Brass, Knife Thread)

20. Epoxy ή Gorilla Superglue

21. Ηλεκτρική ταινία

22. Συγκολλητής

Εργαλεία:

1. Σταθμός συγκόλλησης

2. Τρυπάνι ισχύος

3. Κυκλικό πριόνι

4. Τροχιακό τριβείο

5. Jig πριόνι

6. Miter saw

7. Μονόμορφο

8. 3D εκτυπωτής

9. Κόφτες σύρματος

10. Εργαλείο περιτύλιξης σύρματος

11. Κόφτης λέιζερ για κοπή πλακών LED (προαιρετικά)

12. CNB shopbot για βάση θόλου (προαιρετικό)

Βήμα 2: Σχεδιασμός του Γεωδαιτικού Θόλου

Όπως ανέφερα στην εισαγωγή, υπάρχουν αρκετές διαδικτυακές πηγές για την κατασκευή του δικού σας γεωδαιτικού θόλου. Αυτοί οι ιστότοποι παρέχουν αριθμομηχανές θόλου που καθορίζουν το μήκος κάθε πλευράς (δηλ. Το στήριγμα) και τον αριθμό των συνδετήρων που απαιτούνται για οποιονδήποτε τύπο θόλου θέλετε να χτίσετε. Η πολυπλοκότητα ενός γεωδαιτικού θόλου (δηλαδή η πυκνότητα των τριγώνων) καθορίζεται από την κατηγορία του (1V, 2V, 3V και ούτω καθεξής), με την υψηλότερη πολυπλοκότητα να γίνεται καλύτερη προσέγγιση μιας τέλειας σφαιρικής επιφάνειας. Για να κατασκευάσετε τον δικό σας θόλο, πρέπει πρώτα να επιλέξετε διάμετρο και κλάση θόλου.

Χρησιμοποίησα μια τοποθεσία που ονομάζεται Domerama για να με βοηθήσει να σχεδιάσω έναν θόλο 4V που ήταν περικομμένος στα 5/12 μιας σφαίρας με ακτίνα 40cm. Για αυτόν τον τύπο θόλου, υπάρχουν έξι αντηρίδες διαφορετικού μήκους:

30 Χ "Α" - 8,9εκ

30 Χ "Β" - 10,4εκ

50 Χ “Γ” - 12,4εκ

40 Χ “Δ” - 12,5εκ

20 Χ “Ε” - 13,0εκ

20 Χ "F" - 13,2 εκ

Πρόκειται για συνολικά 190 γόνατα που προσθέτουν έως και 2223 εκατοστά (73 πόδια) υλικού. Χρησιμοποίησα ξύλο πεύκου 1x3 (3/4 "× 2-1/2") για τις αντηρίδες σε αυτόν τον θόλο. Για να συνδέσω τα στηρίγματα, σχεδίασα και εκτύπωσα υποδοχές 3D χρησιμοποιώντας το Autocad. Τα αρχεία STL είναι διαθέσιμα για λήψη στο τέλος αυτού του βήματος. Ο αριθμός των συνδετήρων για θόλο 4V 5/12 είναι:

20 X 4-συνδετήρας

6 X 5-συνδετήρας

45 X 6-συνδετήρας

Στο επόμενο βήμα, περιγράφω πώς κατασκευάζεται αυτός ο θόλος με τα ξύλινα στηρίγματα και τα τρισδιάστατα τυπωμένα βύσματα που σχεδίασα.

Βήμα 3: Κατασκευή θόλου με δοκούς και συνδετήρες

Χρησιμοποιώντας τους υπολογισμούς από το Domerama για θόλο 4V 5/12, έκοψα τα στηρίγματα χρησιμοποιώντας ένα κυκλικό πριόνι. Τα 190 γόνατα επισημάνθηκαν και τοποθετήθηκαν σε ένα κουτί μετά την κοπή. Οι 71 συνδετήρες (20 τέσσερις σύνδεσμοι, 6 πέντε σύνδεσμοι και 45 έξι σύνδεσμοι) εκτυπώθηκαν 3D χρησιμοποιώντας ένα Makerbot. Τα ξύλινα δοκάρια εισήχθησαν στους συνδετήρες σύμφωνα με το διάγραμμα που δημιούργησε η Domerama. Ξεκίνησα την κατασκευή από την κορυφή και κινήθηκα ακτινικά προς τα έξω.

Αφού συνδέθηκαν όλα τα στηρίγματα, αφαιρούσα ένα γόνατο κάθε φορά και πρόσθετα εποξικά στο ξύλο και το βύσμα. Οι σύνδεσμοι σχεδιάστηκαν για να έχουν ευελιξία στον τρόπο σύνδεσης των δομών, οπότε ήταν σημαντικό να ελέγξετε τη συμμετρία του θόλου πριν προσθέσετε οποιοδήποτε εποξικό.

Βήμα 4: Πλάκες κοπής και τοποθέτησης με λέιζερ

Τώρα που κατασκευάστηκε ο σκελετός του θόλου, ήρθε η ώρα να κόψουμε τις τριγωνικές βάσεις. Αυτές οι πλάκες βάσης είναι προσαρτημένες στο κάτω μέρος των αντηρίδων και χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση των LED στο θόλο. Αρχικά έκοψα τις πλάκες από κόντρα πλακέ πάχους 5mm (3/16 ) μετρώντας τα πέντε διαφορετικά τρίγωνα που βρίσκονται στον τρούλο: AAB (30 τρίγωνα), BCC (25 τρίγωνα), DDE (20 τρίγωνα), CDF (40 τρίγωνα)), και ΗΗΕ (5 τρίγωνα). Οι διαστάσεις κάθε πλευράς και το σχήμα των τριγώνων προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή θόλου (Domerama) και κάποια γεωμετρία. Αφού έκοψα τις πλάκες δοκιμής με παζλ, σχεδίασα το σχέδιο του τριγώνου χρησιμοποιώντας το Coral Draw και έκοψα τις υπόλοιπες πλάκες βάσης με κόπτη λέιζερ (πολύ πιο γρήγορα!). Εάν δεν έχετε πρόσβαση σε κόφτη λέιζερ, μπορείτε να σχεδιάσετε τις πλάκες βάσης σε κόντρα πλακέ χρησιμοποιώντας ένα χάρακα και ένα μοιρογνωμόνιο και να τα κόψετε όλα με ένα παζλ. Μόλις κοπούν οι πλάκες βάσης, ο θόλος αναποδογυρίζεται και οι πλάκες κολλούνται στον θόλο χρησιμοποιώντας κόλλα ξύλου.

Βήμα 5: Επισκόπηση ηλεκτρονικών

Στο παραπάνω σχήμα φαίνεται ένα σχηματικό σχήμα των ηλεκτρονικών για τον θόλο. Ένα Arduino Uno χρησιμοποιείται για τη γραφή και την ανάγνωση σημάτων για τον θόλο. Για να φωτίσει τον θόλο, μια λωρίδα LED RGB περνάει πάνω από τον θόλο έτσι ώστε μια λυχνία LED να τοποθετείται σε καθένα από τα 120 τρίγωνα. Για πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας μιας λωρίδας LED, ανατρέξτε σε αυτό το οδηγό. Κάθε λυχνία LED μπορεί να αντιμετωπιστεί ξεχωριστά χρησιμοποιώντας το Arduino, το οποίο παράγει σειριακά δεδομένα και σήμα ρολογιού για τη λωρίδα (δείτε τον ακροδέκτη Α0 και Α1 στο σχηματικό σχήμα). Με τη λωρίδα και αυτά τα δύο σήματα και μόνο, μπορείτε να έχετε έναν φοβερό θόλο φωτισμού. Υπάρχουν άλλοι τρόποι για να γράψετε σήματα για πολλά LED από ένα Arduino, όπως Charlieplexing και shift registers.

Για να αλληλεπιδράσω με τον θόλο, έστησα έναν αισθητήρα IR πάνω από κάθε LED. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση όταν το χέρι κάποιου είναι κοντά σε ένα τρίγωνο στον τρούλο. Επειδή κάθε τρίγωνο στον θόλο έχει τον δικό του αισθητήρα IR και υπάρχουν 120 τρίγωνα, θα πρέπει να κάνετε κάποιο είδος πολυπλεξίας πριν από το Arduino. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω πέντε πολυπλέκτες 24 καναλιών (MUX) για τους 120 αισθητήρες στον θόλο. Εδώ είναι ένα οδηγό για την πολυπλεξία, εάν δεν είστε εξοικειωμένοι. Ένα MUX 24 καναλιών απαιτεί πέντε σήματα ελέγχου. Επέλεξα τις καρφίτσες 8-12 στο Arduino, ώστε να μπορώ να κάνω χειρισμό θυρών (βλ. Βήμα 10 για περισσότερες πληροφορίες). Η έξοδος των πλακέτων MUX διαβάζεται χρησιμοποιώντας τις ακίδες 3-7.

Συμπεριέλαβα επίσης πέντε εξόδους MIDI στον θόλο έτσι ώστε να μπορεί να παράγει ήχο (Βήμα 11). Με άλλα λόγια, πέντε άτομα μπορούν να παίξουν τον θόλο ταυτόχρονα με κάθε έξοδο να παίζει διαφορετικό ήχο. Υπάρχει μόνο ένας ακροδέκτης TX στο Arduino, οπότε πέντε σήματα MIDI απαιτούν αποπλεξία. Επειδή η έξοδος MIDI παράγεται σε διαφορετικό χρόνο από την ένδειξη του αισθητήρα IR, χρησιμοποίησα τα ίδια σήματα ελέγχου.

Αφού διαβαστούν όλες οι είσοδοι του αισθητήρα IR στο Arduino, ο θόλος μπορεί να ανάψει και να αναπαράγει ήχους, όπως κι αν προγραμματίσετε το Arduino. Έχω μερικά παραδείγματα στο βήμα 14 αυτού του οδηγού.

Βήμα 6: Τοποθέτηση LED σε Dome

Επειδή ο θόλος είναι τόσο μεγάλος, η λωρίδα LED πρέπει να κοπεί για να τοποθετηθεί ένα LED σε κάθε τρίγωνο. Κάθε LED είναι κολλημένο στο τρίγωνο χρησιμοποιώντας σούπερ κόλλα. Και στις δύο πλευρές του LED, ανοίγει μια τρύπα μέσω της πλάκας βάσης για να περάσουν καλώδια μέσω του θόλου. Στη συνέχεια συγκολλούσα σύρμα σύνδεσης σε κάθε επαφή στο LED (5V, γείωση, ρολόι, σήμα) και τροφοδοτώ τα καλώδια μέσω της πλάκας βάσης. Αυτά τα καλώδια κόβονται έτσι ώστε να είναι αρκετά μακριά ώστε να φτάσουν στο επόμενο LED στο θόλο. Τα σύρματα μεταφέρονται στην επόμενη λυχνία LED και η διαδικασία συνεχίζεται. Συνδέσα τα LED σε μια διαμόρφωση που θα ελαχιστοποιούσε την απαιτούμενη ποσότητα καλωδίου ενώ θα είχε νόημα να απευθυνθώ στα LED χρησιμοποιώντας το Arduino αργότερα. Ένας μικρότερος θόλος θα εξαλείψει την ανάγκη κοπής της λωρίδας και θα εξοικονομήσει πολύ χρόνο συγκόλλησης. Μια άλλη επιλογή είναι η χρήση ξεχωριστών RGB LEDS με καταχωρητές βάρδιας.

Η σειριακή επικοινωνία με τη λωρίδα επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας δύο ακίδες (μια καρφίτσα δεδομένων και ρολογιού) από το Arduino. Με άλλα λόγια, τα δεδομένα για τον φωτισμό του θόλου περνούν από το ένα LED στο άλλο καθώς αφήνει την καρφίτσα δεδομένων. Ακολουθεί παράδειγμα κώδικα που τροποποιήθηκε από αυτό το φόρουμ Arduino:

// Κάντε ολόκληρο τον θόλο να αυξάνει και να μειώνει την ένταση του ενιαίου χρώματος

#define numLeds 120 // Αριθμός LEDs // ΕΞΟΔΟΣ PINS // int clockPin = A1; // καθορισμός ρολογιού pin int dataPin = A0; // καθορισμός καρφίτσα δεδομένων // VARIABLES // int κόκκινο [numLeds]; // Αρχικοποίηση πίνακα για λωρίδα LED int green [numLeds]; // Αρχικοποίηση πίνακα για λωρίδα LED int blue [numLeds]; // Αρχικοποίηση πίνακα για λωρίδα LED // CONSTANT διπλή κλίμακαA = {0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1}; // κλάσμα έντασης των LED void setup () {pinMode (clockPin, OUTPUT); pinMode (dataPin, OUTPUT); memset (κόκκινο, 0, numLeds); memset (πράσινο, 0, numLeds); memset (μπλε, 0, numLeds); } void Updatestring (int redA [numLeds], int greenA [numLeds], int blueA [numLeds]) {for (int i = 0; i <numLeds; i ++) {shiftOut (dataPin, clockPin, MSBFIRST, redA ) ? shiftOut (dataPin, clockPin, MSBFIRST, greenA ); shiftOut (dataPin, clockPin, MSBFIRST, blueA ); }} void loop () {for (int p = 0; p <20; p ++) // βρόχος για αύξηση της έντασης φωτός του θόλου {double scale = scaleA [p]; καθυστέρηση (20)? για (int i = 0; i <numLeds; i ++) // κύκλο σε όλα τα LEDS {κόκκινο = 255 * κλίμακα, πράσινο = 80 * κλίμακα. μπλε = 0; } Updatestring (κόκκινο, πράσινο, μπλε); // ενημέρωση led strip}}

Βήμα 7: Σχεδιασμός και εφαρμογή βάσης αισθητήρα

Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω αισθητήρες IR για τον θόλο. Αυτοί οι αισθητήρες διαθέτουν LED IR και δέκτη. Όταν ένα αντικείμενο μπαίνει μπροστά από τον αισθητήρα, κάποια ακτινοβολία IR από το LED IR αντανακλάται προς τον δέκτη. Ξεκίνησα αυτό το έργο φτιάχνοντας τους δικούς μου αισθητήρες IR, οι οποίοι βασίζονταν στον οδηγό της Richardouvina. Όλη η συγκόλληση πήρε πολύ χρόνο, οπότε αγόρασα 120 αισθητήρες IR από το eBay που ο καθένας παράγει μια ψηφιακή έξοδο. Το κατώφλι του αισθητήρα ρυθμίζεται με ένα ποτενσιόμετρο στον πίνακα έτσι ώστε η έξοδος να είναι υψηλή μόνο όταν ένα χέρι βρίσκεται κοντά σε αυτό το τρίγωνο.

Κάθε τρίγωνο αποτελείται από μια πλάκα LED από κόντρα πλακέ, ένα φύλλο διάχυσης ακρυλικού τοποθετημένο περίπου 2,5 εκατοστά πάνω από την πλάκα LED και έναν αισθητήρα IR. Ο αισθητήρας για κάθε τρίγωνο ήταν τοποθετημένος σε ένα φύλλο λεπτού κόντρα πλακέ σε σχήμα πενταγώνου ή εξάγωνου ανάλογα με τη θέση στον τρούλο (δείτε το παραπάνω σχήμα). Διάτρησα τρύπες στη βάση του αισθητήρα IR για να τοποθετήσω τους αισθητήρες IR και έπειτα συνέδεσα τη γείωση και τους πείρους 5V με σύρμα περιτύλιξης σύρματος και εργαλείο περιτύλιξης σύρματος (κόκκινα και μαύρα σύρματα). Μετά τη σύνδεση της γείωσης και των 5V, τύλιξα μακρύ σύρμα με περιτύλιγμα σε κάθε έξοδο (κίτρινο), γείωση και 5V για να περάσω από τον θόλο.

Στη συνέχεια, οι βάσεις αισθητήρων IR έξι ή πενταγώνου έπεσαν στον θόλο, ακριβώς πάνω από τους συνδετήρες με τρισδιάστατη εκτύπωση, έτσι ώστε το σύρμα να μπορεί να περάσει μέσα από τον θόλο. Έχοντας τους αισθητήρες πάνω από τους συνδετήρες, ήμουν επίσης σε θέση να έχω πρόσβαση και να προσαρμόσω τα ποτενσιόμετρα στους αισθητήρες IR που ελέγχουν την ευαισθησία των αισθητήρων. Στο επόμενο βήμα, θα περιγράψω πώς συνδέονται οι έξοδοι των αισθητήρων IR σε πολυπλέκτες και διαβάζονται στο Arduino.

Βήμα 8: Έξοδος αισθητήρα πολυπλεξίας

Επειδή το Arduino Uno διαθέτει μόνο 14 ψηφιακούς ακροδέκτες εισόδου/εξόδου και 6 ακίδες αναλογικής εισόδου και υπάρχουν 120 σήματα αισθητήρων που πρέπει να διαβαστούν, ο θόλος απαιτεί από τους πολυπλέκτες να διαβάζουν όλα τα σήματα. Επέλεξα να κατασκευάσω πέντε πολυπλέκτες 24 καναλιών, καθένας από τους οποίους διαβάζει 24 από τους αισθητήρες IR (δείτε το σχήμα επισκόπησης των ηλεκτρονικών). Το MUX 24 καναλιών αποτελείται από έναν πίνακα 8 καναλιών MUX breakout, 16 καναλιών MUX breakout board και 2 καναλιών MUX. Οι κεφαλίδες καρφιτσών συγκολλήθηκαν σε κάθε πίνακα διαχωρισμού, έτσι ώστε να μπορούν να συνδεθούν με το πρωτότυπο του πίνακα. Χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο περιτύλιξης σύρματος, ένωσα στη συνέχεια τη γείωση, τα 5V και τις ακίδες σήματος ελέγχου των πλακών διάσπασης MUX.

Ένα MUX 24 καναλιών απαιτεί πέντε σήματα ελέγχου, τα οποία επέλεξα να συνδέσω στο pin 8-12 στο Arduino. Και τα πέντε MUX 24 καναλιών λαμβάνουν τα ίδια σήματα ελέγχου από το Arduino, έτσι συνέδεσα το καλώδιο από τις καρφίτσες Arduino στο 24 καναλιών MUX. Οι ψηφιακές έξοδοι των αισθητήρων IR συνδέονται με τις ακίδες εισόδου του 24-καναλιού MUX, ώστε να μπορούν να διαβαστούν σειριακά στο Arduino. Επειδή υπάρχουν πέντε ξεχωριστές ακίδες για ανάγνωση και στις 120 εξόδους αισθητήρα, είναι χρήσιμο να φανταστούμε τον θόλο να χωρίζεται σε πέντε ξεχωριστά τμήματα που αποτελούνται από 24 τρίγωνα (ελέγξτε τα χρώματα του θόλου στο σχήμα).

Χρησιμοποιώντας χειρισμό θύρας Arduino, μπορείτε να αυξήσετε γρήγορα τα σήματα ελέγχου που αποστέλλονται από τις ακίδες 8-12 στους πολυπλέκτες. Έχω επισυνάψει έναν παράδειγμα κώδικα για τη λειτουργία των πολυπλέκτων εδώ:

int numChannel = 24;

// ΕΞΟΔΟΙ // int s0 = 8; // MUX control 0 - PORTbD int s1 = 9; // MUX control 1 - PORTb int s2 = 10; // MUX control 2 - PORTb int s3 = 11; // MUX control 3 - PORTb int s4 = 12; // MUX control 4 - PORTb // INPUTS // int m0 = 3; // MUX είσοδος 0 int m1 = 4; // MUX είσοδος 1 int m2 = 5; // MUX είσοδος 2 int m3 = 6; // MUX είσοδος 3 int m4 = 7; // MUX input 4 // VARIABLES // int arr0r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX0 int arr1r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX1 int arr2r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX2 int arr3r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX3 int arr4r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX4 void setup () {// βάλτε τον κωδικό εγκατάστασης εδώ, για να εκτελεστεί μία φορά: DDRB = B11111111; // ορίζει τις ακίδες Arduino 8 έως 13 ως είσοδο pinMode (s0, OUTPUT). pinMode (s1, OUTPUT); pinMode (s2, OUTPUT); pinMode (s3, OUTPUT); pinMode (s4, OUTPUT); pinMode (m0, INPUT); pinMode (m1, INPUT); pinMode (m2, INPUT); pinMode (m3, INPUT); pinMode (m4, INPUT); } void loop () {// βάλτε τον κύριο κωδικό σας εδώ, για να εκτελείται επανειλημμένα: PORTB = B00000000; // SET καρφίτσες ελέγχου για mux low για (int i = 0; i <numChannel; i ++) {// outputηφιακή έξοδος ανάγνωσης MUX0 - MUX4 για αισθητήρα IR i // Εάν ο αισθητήρας IR είναι LO, το τρίγωνο αγγίζεται από τη συσκευή αναπαραγωγής Το arr0r = digitalRead (m0); // ανάγνωση από Mux 0, αισθητήρας IR i arr1r = digitalRead (m1); // ανάγνωση από Mux 1, IR sensor i arr2r = digitalRead (m2); // ανάγνωση από Mux 2, αισθητήρας IR i arr3r = digitalRead (m3); // ανάγνωση από Mux 3, IR sensor i arr4r = digitalRead (m4); // ανάγνωση από το Mux 4, IR sensor i // ΚΑΝΤΕ ΚΑΤΙ ΜΕ ΜΕΓΑΛΕΣ ΕΙΣΟΔΟΥΣ OR ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΤΕ ΣΕ ΠΙΝΑΚΑ ΕΔΩ // PORTB ++; // αυξητικά σήματα ελέγχου για MUX}}

Βήμα 9: Διάχυση φωτός με ακρυλικό

Για να διαδώσω το φως από τα LED, έτριψα διαφανές ακρυλικό με ένα κυκλικό τροχιακό τριβείο. Το τριβείο μετακινήθηκε και στις δύο πλευρές του ακρυλικού σε μια κίνηση σχήματος-8. Διαπίστωσα ότι αυτή η μέθοδος είναι πολύ καλύτερη από τη βαφή ψεκασμού "παγωμένου γυαλιού".

Μετά το τρίψιμο και τον καθαρισμό του ακρυλικού, χρησιμοποίησα κόφτη λέιζερ για να κόψω τρίγωνα για να ταιριάζουν πάνω στα LED. Μπορείτε να κόψετε το ακρυλικό χρησιμοποιώντας ένα ακρυλικό εργαλείο κοπής ή ακόμα και ένα παζλ εάν το ακρυλικό δεν σπάσει. Το ακρυλικό κρατήθηκε πάνω από τις λυχνίες LED από ορθογώνια κόντρα πλακέ πάχους 5 χιλιοστών επίσης κομμένα με κόφτη λέιζερ. Αυτές οι μικρές σανίδες ήταν κολλημένες στις αντηρίδες στον τρούλο και τα ακρυλικά τρίγωνα ήταν εποξειδωμένα πάνω στις σανίδες.

Βήμα 10: Δημιουργία μουσικής με τον θόλο χρησιμοποιώντας MIDI

Iθελα ο θόλος να είναι ικανός να παράγει ήχο, έτσι δημιούργησα πέντε κανάλια MIDI, ένα για κάθε υποσύνολο του θόλου. Πρέπει πρώτα να αγοράσετε πέντε υποδοχές MIDI και να τις συνδέσετε όπως φαίνεται στο σχήμα (δείτε αυτό το σεμινάριο από την υποστήριξη Arduino για περισσότερες πληροφορίες).

Επειδή υπάρχει μόνο ένας σειριακός ακροδέκτης εκπομπής στο Arduino Uno (ο ακροδέκτης 2 που φέρει την ετικέτα ως ο ακροδέκτης TX), πρέπει να απο-πολυπλέξετε τα σήματα που αποστέλλονται στις πέντε υποδοχές MIDI. Χρησιμοποίησα τα ίδια σήματα ελέγχου (pin 8-12), επειδή τα σήματα MIDI αποστέλλονται σε διαφορετικό χρόνο από ό, τι όταν οι αισθητήρες IR διαβάζονται στο Arduino. Αυτά τα σήματα ελέγχου αποστέλλονται σε έναν αποπολυπλέκτη 8 καναλιών, έτσι ώστε να ελέγχετε ποια υποδοχή MIDI λαμβάνει το σήμα MIDI που δημιουργήθηκε από το Arduino. Τα σήματα MIDI δημιουργήθηκαν από το Arduino με τη φοβερή βιβλιοθήκη σημάτων MIDI που δημιουργήθηκε από τον Francois Best. Ακολουθεί ένα παράδειγμα κώδικα για την παραγωγή πολλαπλών εξόδων MIDI σε διαφορετικές υποδοχές MIDI με ένα Arduino Uno:

#include // περιλαμβάνει βιβλιοθήκη MIDI

#define numChannel 24 // Αριθμός υπέρυθρων ανά Τρίγωνο #καθορισμός αριθμώνΕνότητα 5 // αριθμός τμημάτων στο θόλο, αριθμός 24 καναλιών MUX, αριθμός υποδοχών MIDI // ΕΞΟΔΟΙ // int s0 = 8; // MUX control 0 - PORTbD int s1 = 9; // MUX control 1 - PORTb int s2 = 10; // MUX control 2 - PORTb int s3 = 11; // MUX control 3 - PORTb int s4 = 12; // MUX control 4 - PORTb // INPUTS // int m0 = 3; // MUX είσοδος 0 int m1 = 4; // MUX είσοδος 1 int m2 = 5; // MUX είσοδος 2 int m3 = 6; // MUX είσοδος 3 int m4 = 7; // MUX input 4 // VARIABLES // int arr0r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX0 int arr1r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX1 int arr2r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX2 int arr3r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX3 int arr4r; // ψηφιακή ανάγνωση από MUX4 int midArr [numSections]; // Αποθηκεύστε αν έχει πατηθεί ή όχι μια σημείωση από έναν από τους παίκτες int note2play [numSections]. // Αποθηκεύστε τη σημείωση για αναπαραγωγή εάν αγγίξετε τον αισθητήρα int σημειώσεις [numChannel] = {60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83}; int pauseMidi = 4000; // παύση χρόνου μεταξύ των ενδιάμεσων σημάτων MIDI_CREATE_DEFAULT_INSTANCE (); void setup () {// βάλτε τον κωδικό εγκατάστασης εδώ, για να εκτελεστεί μία φορά: DDRB = B11111111; // ορίζει τις ακίδες Arduino 8 έως 13 ως εισόδους MIDI.begin (MIDI_CHANNEL_OFF). pinMode (s0, OUTPUT); pinMode (s1, OUTPUT); pinMode (s2, OUTPUT); pinMode (s3, OUTPUT); pinMode (s4, OUTPUT); pinMode (m0, INPUT); pinMode (m1, INPUT); pinMode (m2, INPUT); pinMode (m3, INPUT); pinMode (m4, INPUT); } void loop () {// βάλτε τον κύριο κωδικό σας εδώ, για να εκτελείται επανειλημμένα: PORTB = B00000000; // SET καρφίτσες ελέγχου για mux low για (int i = 0; i <numChannel; i ++) {// outputηφιακή έξοδος ανάγνωσης MUX0 - MUX4 για αισθητήρα IR i // Εάν ο αισθητήρας IR είναι LO, το τρίγωνο αγγίζεται από τη συσκευή αναπαραγωγής Το arr0r = digitalRead (m0); // ανάγνωση από Mux 0, αισθητήρας IR i arr1r = digitalRead (m1); // ανάγνωση από Mux 1, IR sensor i arr2r = digitalRead (m2); // ανάγνωση από Mux 2, αισθητήρας IR i arr3r = digitalRead (m3); // ανάγνωση από Mux 3, IR sensor i arr4r = digitalRead (m4); // ανάγνωση από Mux 4, IR sensor i if (arr0r == 0) // Ο αισθητήρας στην ενότητα 0 αποκλείστηκε {midArr [0] = 1; // Ο παίκτης 0 έχει χτυπήσει μια σημείωση, ρυθμίστε το HI έτσι ώστε να υπάρχει έξοδο MIDI για τον παίκτη 0 note2play [0] = σημειώσεις ; // Σημείωση για αναπαραγωγή για το Player 0} εάν (arr1r == 0) // Ο αισθητήρας στην ενότητα 1 αποκλείστηκε {midArr [1] = 1; // Ο παίκτης 0 έχει χτυπήσει μια σημείωση, ρυθμίστε το HI έτσι ώστε να υπάρχει έξοδο MIDI για τον παίκτη 0 note2play [1] = σημειώσεις ; // Σημείωση για αναπαραγωγή για το Player 0} εάν (arr2r == 0) // Ο αισθητήρας στην ενότητα 2 αποκλείστηκε {midArr [2] = 1; // Ο παίκτης 0 έχει χτυπήσει μια σημείωση, ρυθμίστε το HI έτσι ώστε να υπάρχει έξοδο MIDI για τον παίκτη 0 note2play [2] = σημειώσεις ; // Σημείωση για αναπαραγωγή για το Player 0} εάν (arr3r == 0) // Ο αισθητήρας στην ενότητα 3 αποκλείστηκε {midArr [3] = 1; // Ο παίκτης 0 έχει χτυπήσει μια σημείωση, ρυθμίστε το HI έτσι ώστε να υπάρχει έξοδο MIDI για τον παίκτη 0 note2play [3] = σημειώσεις ; // Σημείωση για αναπαραγωγή για το Player 0} εάν (arr4r == 0) // Ο αισθητήρας στην ενότητα 4 αποκλείστηκε {midArr [4] = 1; // Ο παίκτης 0 έχει χτυπήσει μια σημείωση, ρυθμίστε το HI έτσι ώστε να υπάρχει έξοδο MIDI για τον παίκτη 0 note2play [4] = σημειώσεις ; // Σημείωση για αναπαραγωγή για Player 0} PORTB ++. // αυξητικά σήματα ελέγχου για MUX} updateMIDI (); } void updateMIDI () {PORTB = B00000000; // SET καρφίτσες ελέγχου για πολύ χαμηλά if (midArr [0] == 1) // Player 0 MIDI output {MIDI.sendNoteOn (note2play [0], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). MIDI.sendNoteOff (note2play [0], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). } PORTB ++; // αύξηση MUX if (midArr [1] == 1) // Player 1 MIDI έξοδος {MIDI.sendNoteOn (note2play [1], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). MIDI.sendNoteOff (note2play [1], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). } PORTB ++; // αύξηση MUX if (midArr [2] == 1) // Player 2 MIDI έξοδος {MIDI.sendNoteOn (note2play [2], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). MIDI.sendNoteOff (note2play [2], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). } PORTB ++; // αύξηση MUX εάν (midArr [3] == 1) // Player 3 MIDI έξοδος {MIDI.sendNoteOn (note2play [3], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). MIDI.sendNoteOff (note2play [3], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). } PORTB ++; // αύξηση MUX if (midArr [4] == 1) // Player 4 MIDI έξοδος {MIDI.sendNoteOn (note2play [4], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). MIDI.sendNoteOff (note2play [4], 127, 1); καθυστέρηση Μικροδευτερόλεπτα (παύση Μίντι). } midArr [0] = 0; midArr [1] = 0; midArr [2] = 0; midArr [3] = 0; midArr [4] = 0; }

Βήμα 11: Τροφοδοσία του θόλου

Υπάρχουν πολλά εξαρτήματα που πρέπει να τροφοδοτηθούν στον θόλο. Επομένως, θα πρέπει να υπολογίσετε τους ενισχυτές που αντλούνται από κάθε εξάρτημα για να προσδιορίσετε την παροχή ρεύματος που πρέπει να αγοράσετε.

Η λωρίδα LED: Χρησιμοποίησα περίπου 3,75 μέτρα της λωρίδας LED Ws2801, η οποία καταναλώνει 6,4W/μέτρο. Αυτό αντιστοιχεί σε 24W (3,75*6,4). Για να το μετατρέψετε σε ενισχυτές, χρησιμοποιήστε Ισχύς = ρεύμα*βολτ (P = iV), όπου V είναι η τάση της λωρίδας LED, στην περίπτωση αυτή 5V. Επομένως, το ρεύμα που αντλείται από τα LED είναι 4,8Α (24W/5V = 4,8Α).

Οι αισθητήρες IR: Κάθε αισθητήρας IR αντλεί περίπου 25mA, συνολικά 3A για 120 αισθητήρες.

Το Arduino: 100mA, 9V

Οι πολυπλέκτες: Υπάρχουν πέντε πολυπλέκτες 24 καναλιών που ο καθένας αποτελείται από έναν πολυπλέκτη 16 καναλιών και έναν πολυπλέκτη 8 καναλιών. Το MUX των 8 καναλιών και των 16 καναλιών καταναλώνει το καθένα περίπου 100mA. Επομένως, η συνολική κατανάλωση ισχύος όλων των MUX είναι 1Α.

Προσθέτοντας αυτά τα εξαρτήματα, η συνολική κατανάλωση ενέργειας αναμένεται να είναι περίπου 9Α. Η λωρίδα LED, οι αισθητήρες IR και οι πολυπλέκτες έχουν τάση εισόδου στα 5V και το Arduino έχει τάση εισόδου 9V. Ως εκ τούτου, επέλεξα ένα τροφοδοτικό 12V 15A, έναν μετατροπέα 15A buck για τη μετατροπή του 12V σε 5V και έναν μετατροπέα buck 3A για τη μετατροπή 12V σε 9V για το Arduino.

Βήμα 12: Βάση κυκλικής θόλου

Ο θόλος στηρίζεται σε ένα κυκλικό κομμάτι ξύλου με ένα πεντάγωνο κομμένο στη μέση για εύκολη πρόσβαση στα ηλεκτρονικά. Για να δημιουργηθεί αυτή η κυκλική βάση, κόπηκε ένα φύλλο κόντρα πλακέ 4x6’χρησιμοποιώντας ξύλινο δρομολογητή CNC. Ένα παζλ θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για αυτό το βήμα. Αφού κόπηκε η βάση, ο θόλος προσαρτήθηκε σε αυτό χρησιμοποιώντας μικρά ξύλινα τετράγωνα 2x3”.

Στην κορυφή της βάσης, επισυνάπτω την τροφοδοσία με εποξική και τους μετατροπείς MUX's και Buck με αποστάτες αναμονής PCB. Οι αποστάτες ήταν προσαρτημένοι στο κόντρα πλακέ χρησιμοποιώντας προσαρμογείς νήματος E-Z Lok.

Βήμα 13: Βάση θόλου Πενταγώνου

Εκτός από την κυκλική βάση, κατασκεύασα επίσης μια βάση πενταγώνου για τον τρούλο με ένα τζάμι στο κάτω μέρος. Αυτή η βάση και το παράθυρο φαίνονται επίσης από κόντρα πλακέ κομμένα με ξύλινο δρομολογητή CNC. Οι πλευρές του πενταγώνου είναι κατασκευασμένες από ξύλινες σανίδες με τη μία πλευρά να έχει μια τρύπα για να περάσουν οι σύνδεσμοι. Χρησιμοποιώντας μεταλλικές αγκύλες και αρθρώσεις μπλοκ 2x3, οι ξύλινες σανίδες είναι προσαρτημένες στη βάση του πενταγώνου. Ένας διακόπτης τροφοδοσίας, υποδοχές MIDI και υποδοχή USB είναι προσαρτημένοι σε έναν μπροστινό πίνακα που δημιούργησα χρησιμοποιώντας έναν κόφτη λέιζερ. Ολόκληρη η βάση πενταγώνου βιδώνεται στην κυκλική βάση που περιγράφεται στο βήμα 12.

Εγκατέστησα ένα παράθυρο στο κάτω μέρος του θόλου, έτσι ώστε ο καθένας να μπορεί να κοιτάξει ψηλά στον θόλο για να δει τα ηλεκτρονικά. Το γυαλί είναι κατασκευασμένο από ακρυλικό κομμένο με κόφτη λέιζερ και είναι εποξειδωμένο σε ένα κυκλικό κομμάτι κόντρα πλακέ.

Βήμα 14: Προγραμματισμός του θόλου

Υπάρχουν άπειρες δυνατότητες προγραμματισμού του θόλου. Κάθε κύκλος του κώδικα λαμβάνει τα σήματα από τους αισθητήρες IR, τα οποία υποδεικνύουν τα τρίγωνα που έχουν αγγίξει κάποιος. Με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να χρωματίσετε τον θόλο με οποιοδήποτε χρώμα RGB και/ή να παράγετε ένα σήμα MIDI. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα προγραμμάτων που έγραψα για το θόλο:

Χρώμα του θόλου: Κάθε τρίγωνο περνάει από τέσσερα χρώματα καθώς αγγίζεται. Καθώς αλλάζουν τα χρώματα, παίζεται ένα αρπέτζιο. Με αυτό το πρόγραμμα, μπορείτε να χρωματίσετε τον θόλο με χιλιάδες διαφορετικούς τρόπους.

Μουσική θόλου: Ο θόλος είναι χρωματισμένος με πέντε χρώματα, κάθε τμήμα αντιστοιχεί σε διαφορετική έξοδο MIDI. Στο πρόγραμμα, μπορείτε να επιλέξετε ποιες νότες παίζει κάθε τρίγωνο. Επέλεξα να ξεκινήσω στη μέση C στην κορυφή του θόλου και να αυξήσω το βήμα καθώς τα τρίγωνα πλησίαζαν προς τη βάση. Επειδή υπάρχουν πέντε έξοδοι, αυτό το πρόγραμμα είναι ιδανικό για πολλούς ανθρώπους να παίζουν τον θόλο ταυτόχρονα. Χρησιμοποιώντας ένα όργανο MIDI ή ένα λογισμικό MIDI, αυτά τα σήματα MIDI μπορούν να ακουστούν όπως κάθε όργανο.

Simon: Έγραψα μια διασκευή του Simon, το κλασικό παιχνίδι φωτισμού μνήμης. Μια τυχαία ακολουθία φώτων φωτίζεται μία κάθε φορά σε ολόκληρο τον θόλο. Σε κάθε στροφή, ο παίκτης πρέπει να αντιγράψει την ακολουθία. Εάν η συσκευή αναπαραγωγής ταιριάζει σωστά με την ακολουθία, προστίθεται ένα επιπλέον φως στην ακολουθία. Η υψηλή βαθμολογία αποθηκεύεται σε ένα από τα τμήματα του θόλου. Αυτό το παιχνίδι είναι επίσης πολύ διασκεδαστικό να παίζετε με πολλούς ανθρώπους.

Πονγκ: Γιατί να μην παίξετε πόνγκ σε έναν θόλο; Μια μπάλα διαδίδεται στον θόλο μέχρι να χτυπήσει το κουπί. Όταν συμβεί, παράγεται ένα σήμα MIDI, το οποίο δείχνει ότι το κουπί χτύπησε τη μπάλα. Ο άλλος παίκτης πρέπει στη συνέχεια να κατευθύνει το κουπί κατά μήκος του κάτω μέρους του θόλου έτσι ώστε να χτυπήσει την μπάλα πίσω.

Βήμα 15: Φωτογραφίες Ολοκληρωμένου Θόλου

Μεγάλο Βραβείο στο Διαγωνισμό Arduino 2016

Δεύτερο Βραβείο στο Διαγωνισμό Remix 2016

Δεύτερο Βραβείο στον Διαγωνισμό Make it Glow 2016