Интерактивна LED лампа - Структура на тенсегрити + Arduino: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Това парче е лампа, реагираща на движение. Проектирана като скулптура с минимална тенсегрити, лампата променя конфигурацията си от цветове в отговор на ориентацията и движенията на цялата структура. С други думи, в зависимост от ориентацията си, лампата се превръща в определен цвят, яркост и светлинен режим.

Когато икосаедърът се върти (над собствената си ос), той избира стойност от виртуален сферичен избор на цвят. Този инструмент за избор на цвят не се вижда, но корекциите на цветовете се извършват в реално време. По този начин можете да разберете къде всеки цвят е позициониран в пространството, докато играете с фигурата.

Икосаедричната форма осигурява 20 лицеви равнини, а структурата на тенсегритността му дава 6 допълнителни позиции. Това осигурява общо 26 възможни цвята, когато лампата лежи върху равна повърхност. Този брой се увеличава, когато завъртите лампата във въздуха.

Системата се управлява от Pro Trinket, свързан с триосен акселерометър. Светлината се осигурява от RGBW LED ленти, които могат да контролират цвета и стойността на яркостта на бялото поотделно. Цялата верига, включително микропроцесор, сензори и осветителна система, работи при 5v. За захранване на системата е необходим източник до 10А.

Списък на основните елементи, използвани в лампата, са следните:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Триосен акселерометър Adafruit LIS3DH

- Adafruit NeoPixel Digital RGBW LED лента - Бяла печатна платка 60 LED/m

- 5V 10A импулсно захранване

Тази реагираща на движение лампа е първата версия или прототип на по-дълъг личен проект. Този прототип е направен от рециклирани материали. По време на проектирането и строителните процеси се поучих от успехите и грешките. Имайки това предвид, сега работя върху следващата версия, която ще има по -интелигентна структура и здрав софтуер.

Искам да благодаря на общността LACUNA LAB за помощта, идеите и предложенията по време на разработването на проекта.

можете да следите работата ми на адрес: action-io / tumblraction-script / github

Стъпка 1: Идеята

Този проект беше резултат от няколко идеи, с които си играех в главата известно време.

Откакто започнах, концепцията се промени, първоначалният проект се разви и придоби действителна форма.

Първоначалният подход беше интерес към геометричните форми като средство за взаимодействие. Поради дизайна си, многобройните полигонални страни на тази лампа служат като метод за въвеждане.

Първата идея беше да се използва динамична система, която да принуди икосаедъра да се движи. Това би могло да бъде контролирано от интерактивно приложение или потребители на социални медии.

Друга възможност би била да има вътрешен мрамор или топка, които да натискат различни бутони или сензори и по този начин да генерират произволни входове, докато парчето се движи.

Структурата на тенсегрити се случи по -късно.

Този метод на изграждане ме очарова: начинът, по който частите на конструкцията се поддържат балансирани. Визуално е много приятно. Цялата структура е самобалансирана; парчетата не се допират директно. Това е сумата от всички напрежения, които създават парчето; фантастично е!

С промяната на първоначалния дизайн; проектът продължава напред.

Стъпка 2: Структурата

Както споменах по -рано, този първи модел беше направен от рециклирани материали, които трябваше да бъдат изхвърлени.

Дървените дъски, които взех от решетъчно легло, намерих на улицата. Златните тапицерии бяха част от рамото на стара лампа, а тапите за ластиците са офис клипове.

Както и да е, конструкцията на структурата е доста проста и стъпките са същите като във всеки тенсегри.

Това, което направих с дъските, е да ги събера, в групи по две. Направете „сандвич“със златните дистанционери, оставяйки празнина, през която светлините ще проникват.

Размерите на проекта са напълно променливи и ще зависят от размера на структурата, която искате да направите. Дървените пръти от снимките на този проект са дълги 38 см и широки 38 мм. Разстоянието между дъските е 13 мм.

Дървените плоскости бяха нарязани еднакво, шлифовани (за отстраняване на стария слой боя) и след това перфорирани в двата края.

След това оцветих дъските с селски тъмен лак. За да съединя парчетата използвах 5 мм резбован прът, нарязан на секции от 5 см и 5 мм с възел от всяка страна.

Обтегачите са червени гумени ленти. За да прикрепя гумата към решетките, направих малка дупка, през която прекарах лентата и след това я улових със запушалка. Това предотвратява свободното движение на дъските и преместването на конструкцията за разглобяване.

Стъпка 3: Електроника и светлини

Конфигурацията на електронните компоненти е проектирана да поддържа същото напрежение, както логическо, така и захранващо в цялата система, използвайки 5v.

Системата се управлява от Pro Trinket, свързан с триосен акселерометър. Светлината се осигурява от RGBW LED ленти, които могат да контролират цветовете и стойностите на яркостта на бялото поотделно. Цялата верига, включително микропроцесор, сензори и осветителна система, работи при 5v. За захранване на системата е необходим източник до 10А.

Pro Trinket 5V използва чип Atmega328P, който е същият чип на ядрото в Arduino UNO. Освен това има почти същите щифтове. Така че е наистина полезно, когато искате да внесете вашия проект UNO в миниатюрни пространства.

LIS3DH е универсален сензор, той може да бъде конфигуриран да чете в +-2g/4g/8g/16g и също така носи докосване, двойно докосване, ориентация и откриване на свободно падане.

LED лентата NeoPixel RGBW може да управлява цвета на нюанса и интензивността на бялото отделно. Със специален бял светодиод не е нужно „да насищате всички цветове, за да имате бяла светлина, той също така ви прави бялото по -чисто и ярко и освен това спестява енергия.

За окабеляване и свързване на компонентите реших да прекарам кабел и да създам гнезда с мъжки и женски щифтове, използвайки кримпване и корпуси на съединители.

Свързах дрънкулката към акселерометъра, хвърлих SPI с конфигурацията по подразбиране. Това означава, че свържете Vin към захранването от 5V. Свържете GND към общо захранване/заземяване на данни. Свържете SCL (SCK) щифта към Digital #13. Свържете SDO щифта към Digital #12. Свържете щифта SDA (SDI) към Digital #11. Свържете CS пина Digital #10.

Светодиодната лента се управлява само от един щифт, който отива към #6 и земята и 5v отиват директно към захранващия адаптер.

Цялата документация, от която може да се нуждаете, ще намерите, по -подробна и по -добре обяснена на страницата adafruit.

Захранването е свързано към женски DC адаптер, който едновременно захранва микроконтролера и LED лентата. Също така има кондензатор за защита на веригата от нестабилен ток в момента на "включване".

Лампата има 6 светлинни ленти, но LED лентите идват в една дълга лента. LED лентата беше нарязана на секции от 30 см (18 светодиода) и след това заварена с мъжки и женски 3 щифта, за да се свърже модулно с останалата част от веригата.

За този проект използвам захранване 5v - 10A. Но в зависимост от броя на светодиодите, от които се нуждаете, ще трябва да изчислите тока, необходим за захранване на системата.

В цялата документация на парчето можете да видите, че светодиодът има 80mA изтеглени на светодиод. Използвам общо 108 светодиода.

Стъпка 4: Кодът

Схемата работи доста просто. Акселерометърът предоставя информация за движението по оста x, y, z. Въз основа на ориентацията, RGB стойностите на светодиодите се актуализират.

Работата е разделена на следните етапи.

• Направете отчитане от сензора. Просто използвайте api.
• Чрез тригонометрия решавайте стойностите на "roll and pitch". Можете да намерите много повече информация в този документ от Марк Педли.
• Получете съответния цвят, свързан със стойностите на въртене. За това се обръщаме към 0-360 RGB стойност, използвайки функция за преобразуване HSL - RGB. Стойността на височината се използва в различни мащаби за регулиране на интензивността на бялата светлина и наситеността на цветовете. Противоположните полукълба на сферата за избор на цвят са напълно бели.
• Актуализирайте буфера на светлините, който съхранява информация за отделни LED цветове. В зависимост от тази информация, буферният контролер ще създаде анимация или ще отговори с допълващи се цветове.
• Накрая покажете цветовете и освежете светодиодите.

Първоначално идеята беше да се създаде цветна сфера, където можете да изберете всеки цвят. Поставяне на цветното колело на меридиана и полюс на тъмните и светли тонове.

Но идеята бързо беше отхвърлена. Тъй като светодиодите създават различни тонове, изключват и бързо осветяват всеки rgb светодиод, когато им се дават ниски стойности за представяне на тъмни цветове, светодиодите дават много лоша производителност и можете да видите как те започват да мигат. Това кара тъмното полукълбо на цветната сфера да не функционира правилно.

Тогава ми идва идеята да присвоя допълващи се цветове на избрания в момента тон.

И така, едно полукълбо избира монохроматична цветова стойност на колело от 50% осветеност 90 ~ 100% насищане. Междувременно другата страна избира цветен градиент от същата цветова позиция, но добавя, от другата страна на градиента, своя допълващ се цвят.

Четенето на данни от сензора е необработено. Може да се приложи филтър за изглаждане на шума и вибрациите на самата лампа. За момента ми е интересно, защото изглежда по -аналогично, реагира на всяко докосване и отнема секунда, за да се стабилизира напълно.

Все още работя върху кода и добавям нови функции и оптимизирам анимациите.

Можете да проверите най -новите версии на кода в моя акаунт в github.

Стъпка 5: Приключване

Крайният монтаж е сравнително прост. Залепете силиконовия капак на LED лентите с две компонентни епоксидни лепила в решетките и свържете последователно 6 -те части една след друга.

Фиксирайте точка, в която искате да закотвите компонентите, и завийте акселерометъра и професионалната дрънкулка към дървото. Използвах пластмасови дистанционни елементи, за да защитя дъното на щифтовете. Захранващият адаптер е правилно фиксиран между пространството на прътите с повече епоксидно лепило. Проектиран е така, че да предотвратява движението му при въртене на лампата.

Наблюдения и подобрения

По време на развитието на проекта се появяват нови идеи за начини за решаване на проблеми. Също така осъзнах някои недостатъци в дизайна или части, които могат да бъдат подобрени.

Следващата стъпка, която бих искал да предприема, е подобряване на качеството на продукта и финала; най -вече в структурата. Идвам със страхотни идеи за по -прости структури, още по -прости, включващи тензори като част от дизайна и скриващи компонентите. Тази структура ще изисква по -мощни инструменти като 3D принтери и лазерни фрези.

Все още ми предстои начин да скрия окабеляването по протежение на конструкцията. И да работим за по -ефективно потребление на енергия; за намаляване на разходите, когато лампата работи дълго и не променя осветлението.

Благодаря, че прочетохте статията и проявихте интерес към моята работа. Надявам се, че сте научили от този проект толкова, колкото и аз.