Hudebně reaktivní instalace stropu s optickými vlákny: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Chcete mít doma kousek galaxie? Níže se dozvíte, jak se vyrábí!

Léta to byl můj vysněný projekt a nakonec Je to hotové. Dokončení trvalo docela dlouho, ale konečný výsledek byl tak uspokojivý, že jsem si jistý, že to stálo za to.

Něco málo o projektu. Šel jsem s tím naplno, což mi umožnilo mít plnou tvůrčí svobodu. Výsledek - souhvězdí severní oblohy v měřítku, individuální ovládání hvězdokup pomocí IR dálkového ovládání (jas a barva), reaktivita na hudbu, plně ovladatelné osvětlení zátok a hlavně - možnost v tomto projektu upgradovat prakticky cokoli. Abych toho všeho dosáhl, zvolil jsem Arduino jako platformu pro projekt, protože mám nějaké znalosti programování. Pokud jde o reaktivitu hudby, čip MSQ7EQ to zvládl, existuje pro něj mnoho online zdrojů. Pro komunikaci je NRF24L01 hodně využíván a měl jsem pár náhradních, tak jsem je použil. Pro ovládání velkého počtu LED diod servo ovladač PCA9685 funguje skvěle. Pokud dáváte přednost levnější a jednodušší verzi tohoto projektu, můžete se poohlédnout po sadách hvězdných stropů na Amazonu, ale pokud se rozhodnete pro tento projekt, jako já, s plným kutilstvím, pak jsou nutné tyto dovednosti: · Některé znalosti programování Arduino; · Schopnost návrhu obvodu a pájení; · Jak pracovat s AC.

Mnoho z vás požádalo o cenu projektu. Je pro mě těžké uvést číslo, protože jsem na to měl spoustu materiálů a hodně záleží na tom, jak moc se rozhodnete to udělat sami, velikost projektu, atd., ale hádám, že v závislosti na těchto faktorech by to mohlo být tak nízké jako pár stovek nebo až 1000 $. Při práci každý druhý víkend mi trvalo rok, než jsem dokončil tento projekt.

Krok 1: Plánování

Nejprve by mělo být rozhodnuto, zda chce někdo vyrobit elektronickou součást sám nebo koupit sadu. K výrobě obvodů jsou zapotřebí určité znalosti v Arduinu a základní elektronice, také je zde větší šance, že se něco pokazí. Spoustu možností sady můžete najít v amazonu hledáním „Fiber Optic Star Ceiling Kit“nebo kdekoli jinde, existuje spousta možností. Pokud ale někdo chce plnou tvůrčí svobodu a kontrolu nad projektem, pak je plné DIY způsob, jak jít.

Nyní, když je rozhodnuto o elektronice, měli byste přemýšlet o stropní konstrukci, velikosti hvězdné mapy a počtu hvězd. Šel jsem s typickým závěsným sádrovým stropem z důvodů uvedených výše. Protože v mém případě bylo obtížné instalovat vláknovou optiku (nízký strop), rozhodl jsem se jít s relativně nízkým počtem hvězd ~ 1200, ale konečný výsledek je stále úžasný, zde není čeho litovat.

Nyní o výběru hvězdného vzoru. Žiji na severní polokouli, takže jsem si vybral část oblohy, která je zde skutečně vidět. Existuje spousta aplikací, které vám pomohou získat představu o souhvězdích. Použil jsem Celestii jako ve slavné instrukci „Star-Map“. Vzorec samozřejmě nemusí být realistický a v měřítku, klidně zde máte úplnou tvůrčí svobodu, na vzory najdete online spoustu úžasných nápadů.

Hvězdy označené různými barevnými kruhy slouží k odlišení hvězdokup s poněkud podobnou jasností. Nevložil jsem do této části velké úsilí, takže není příliš přesný..

Krok 2: Materiály

Nyní, když je vše naplánováno, lze objednat materiál.

V této části nebudu uvádět materiály potřebné pro samotný strop, protože to závisí na použitém systému a dalších faktorech. Použil jsem stropní systém Knauf. Totéž platí pro nástroje, protože většina nástrojů, které budete potřebovat k instalaci stropu. Pro instalaci hvězd a elektroniky není tolik potřeba, viz seznam níže. Mnoho dílů jsem koupil v místních obchodech s elektronikou a odpočívám v AliExpressu, protože je tam mnohem levněji a kvalita je ve většině případů v pořádku.

Díly pro hvězdy a elektroniku:

· Napájení LED pásků závisí na délce, na internetu existuje několik opravdu dobrých zdrojů, konkrétně pro výběr napájecího zdroje LED pásků. V mém případě jsem měl spínací zdroj 12V / 30A / 350W na asi 15 metrů pásu. Pásky měly 14,4W/m, takže jsem měl hodně na rezervu. · Napájení pro 3W LED diody. Opět záleží na tom, kolik LED se používá, ale v mém případě bylo napájení 5V / 7A / 35W pro 15 LED a samotné Arduino. Pokud se rozhodnete pro 5mm standardní RGB LED diody, pak tento napájecí zdroj může být výrazně méně výkonný a obvod bude mnohem jednodušší, ale hvězdy méně jasné. · Běžné anodové 3W RGB LED s chladičem (nebo vaše typické 5mm LED, pokud je přijatelný menší jas). Jedna LED dioda slouží k ovládání jednoho shluku hvězd, takže počet závisí na tom, kolik hvězd chcete ovládat samostatně. · 12V RGB LED pásky. · Vláknová optika. Vlasec nefunguje. Kolik potřebujete, závisí na počtu hvězd / velikosti stropu / kde je obvod. Pro větší efekt jsem použil několik vláken různé tloušťky. · Desky PCA9685. Na jedné desce lze ovládat 5 RGB LED diod. · 2x Arduino Uno/Mega. · 2x NRF24L01. · USB kabel pro napájení Arduina. · IRL540N logické mosfety, množství závisí na počtu použitých LED pásků. 1 ks je pro jednobarevné jednotlivé LED pásky. Mějte na paměti, že limit délky pásu je ~ 5 metrů, pokud potřebujete více, budete potřebovat samostatné pásy. Existují také řešení pro připojení dlouhých proužků, v případě potřeby se ptejte nebo googlete. · 2N2222 tranzistory (nebo jiné NPN). Pro každou 3W barvu LED je zapotřebí samostatný tranzistor. V mém případě 15x3. · Rezistory: 2W 10R/2W 6R8/2W 6R8 pro R G B každé 3W LED. 5-10k pro stahování dolů, může být 0,25W. · 10 uF kondenzátory pro odpojení NRF24L01. · Nějaký druh hliníkové desky pro 3W LED upevnění a chlazení. · PCB pro obvody. · Breadboard pro testování. · Některé náhodné šrouby, překližka, lepicí páska a další věci, které byste našli ve své typické dílně. · Mnoho drátů v různých tloušťkách. Pro signál PWM lze použít jednoduché nepájivé vodiče, kterými tyto dráty neprocházejí, ale u LED pásků by měla být tloušťka vypočítána v závislosti na vzdálenosti od LED pásky k obvodu, stejně jako u 3W LED.

Díly pro box dálkového ovládání a analyzátor spektra:

· 1x MSGEQ7; · Rezistory: 1x 470 Ω / 1x 180k Ω / 1x 33k Ω. · Kondenzátory: 1x 33 pF / 1x 0,01 µF / 1x 0,1 µF. · Tepelná pasta pro CPU. · IR dálkové ovládání a přijímací dioda. · A hodně drátů na desce nebo jakýchkoli tenkých drátů, které máte. · Malý PCB. Použil jsem PROTO SHIELD. · Malé pouzdro pro Arduino UNO a obvod. Použil jsem malou krabičku řezanou laserem. · Existují další části, které jsou sdíleny s hlavním obvodem. Množství je zahrnuto v seznamu hlavních okruhů.

Nástroje pro instalaci hvězd a vytváření obvodů:

· Čiré lepidlo, které nerozpouští optická vlákna. Použil jsem základní papírové lepidlo. · Pájecí zařízení. · Multimetr je pro tento projekt užitečný. · Šroubovák. · Kleště. · Šítek nebo něco podobného (použil jsem ocelový drát) pro vysekávání otvorů ve stropě. Mělo by mít stejnou tloušťku jako optické vlákno.

Krok 3: Instalace stropu

V tomto kroku nebudu zacházet do podrobností, je tu spousta materiálu, jak nainstalovat závěsný strop, a nejsem na toto téma odborník. Přístup, který jsem zvolil, je komplikovanější než přístup panelu s hvězdami, který volí mnoho lidí. Ale tímto způsobem máme kvalitní závěsný strop, který za denního světla vypadá naprosto normálně, žádné panely, nic.

Pro elektroniku jsem se rozhodl přidat údržbový poklop do ne tak viditelné části sádrokartonového stropu.

V tomto kroku se provádí nanášení plniva a penetrace, ale malování se provádí při instalaci vláken.

Krok 4: Instalace optických vláken

Tato část zabrala víc, než se očekávalo … Po spoustě improvizací jsme usoudili, že v našem případě je nejlepším způsobem drátové optiky rybářský prut a smyčka rybářského vlasce, vysvětlení viz mé skici mistrovských děl. Když se teď dívám na tento nápad, vypadá to směšně, ale kdo nemá rád nějaké výzvy.

Pár poznámek:

· Doporučuji lepit vlákna do jejich otvorů, aby pro jistotu zůstaly na svém místě. Lepidlo by mělo být čiré a nemělo by reagovat s vláknitým materiálem. Použil jsem základní papírové lepidlo.

· Vrtání není nutné. Otvory v sádře do stropu lze jednoduše strčit šídlem nebo čímkoli podobným, jen se ujistěte, že odpovídá průměru optického vlákna.

· K nalezení přesných poloh konkrétních hvězd na stropě jsem použil starou školní měřicí pásku.. že. Nebylo to 100% přesné, ale docela blízko. Strop byl příliš velký na to, aby vytiskl hvězdnou mapu v měřítku.

Krok 5: Dokončení stropu: Malování

Natřeli jsme optická vlákna, takže nejsou viditelná, když se nepoužívají. Takto to vypadá jako typický závěsný strop. Malovali jsme ve dvou vrstvách a jas vláken je téměř stejný.

Krok 6: Vytvoření testovacího obvodu

Samotný obvod není tak složitý a fungoval pro mě hned od netopýra, ale je vždy dobré jej před instalací vyzkoušet a v tomto je spousta pájení, takže tam je riziko. Je také chytré otestovat verzi obvodu pro budoucí aktualizace, protože jsem si jistý, že nikdo nechce zkratovat něco, co trvalo několik dní, než se nainstalovalo do stropu.

Pro testovací verzi mám na mysli jednu nebo dvě desky PCA9685, NRF24L01 a napájecí zdroje připojené k Arduinu. To vše může být na prkénku. Totéž platí pro IR dálkový obvod, stačí přidat věci na prkénko a zjistit, zda funguje. Také bych navrhl pájení několika 3W LED pro testování.

Krok 7: Arduino kód

Knihovny a další užitečné odkazy naleznete v části „Užitečné informace“. Vysvětlení kódu najdete v komentářích v kódu.

K vytvoření tohoto kódu jsem použil spoustu zdrojů, některé z nich jsou uvedeny v části „Užitečné informace“, ale protože jsem tento projekt dokončil před více než rokem, v době, kdy jsem se rozhodl napsat instruktáž, jsem nemohl najít všechny zdroje a některé odkazy, které jsem uložil, už bohužel nefungovaly. Pokud tedy někdo potřebuje pomoc s kódem, dejte mi vědět v komentářích, udělám maximum.

V kódu najdete poměrně komplikovanou funkci pro blikání LED. Aby to vypadalo příjemněji, použil jsem tutoriál na led s dýcháním: https://sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino/ Lidské oči nevnímají světlo lineárně, takže pokud použijete lineární zvýšení jasu LED, nevypadá to příliš přirozeně.

Krok 8: Zapojení a LED pásky

Nyní je čas na konečné zapojení! Pokud je vše testováno a funguje, nemělo by to být příliš těžké, jen hodně pájení identických dílů. K upevnění obvodu jsem použil překližku o velikosti poklopu pro údržbu, takže v případě potřeby mohu celý obvod snadno odstranit ze stropu. Vložil jsem vlákna do malých plastových instalatérských trubek, zhruba o velikosti 3W LED, poté jsem do překližky vyvrtal otvory stejné velikosti a vložil tyto trubky do překližky. Tímto způsobem mohu v případě potřeby snadno odstranit vlákna z LED, viz připojené obrázky.

Pokud jde o LED pásky, doporučuji je nalepit na hliníkové profily pro chlazení, protože tyto pásy se dost zahřívají.

Krok 9: Řešení potíží a jemné doladění

Otestovali jste obvod, ale nyní, když je nainstalován, nefunguje.. nebo něco nefunguje tak, jak by mělo. Je to pravděpodobně vaše pájení, protože pokud to fungovalo v testovacím obvodu, není důvod, aby to teď nefungovalo s několika výjimkami. Doufám, že to není váš případ, ale jako příklad uvedu jeden konkrétní problém, který jsem měl.

Když jsem ztlumil LED pásky na nejnižší hodnotu, pásy přestaly fungovat nebo začaly blikat. Po dlouhém výzkumu a řešení problémů jsem zjistil, že problémem bylo pomalé přepínání IRL540 a řešení byla jednoduchá, snížit frekvenci PWM desek PCA na 50 Hz. Většinou to vyřešilo problém, nyní pouze na spodních hodnotách vidím blikání nebo problémy, ale na tom nezáleží, protože nepoužívám tak nízké hodnoty. Tento problém se mi vrátil, když jsem se rozhodl natočit strop, protože s tak nízkou frekvencí můžete vidět blikání ve kamerách, je to stejné jako při natáčení televize. Abych tento problém vyřešil, udělal jsem místo IRL540 malý prkénko s tranzistory 2N2222, jen aby se střílelo. S těmito tranzistory byl problém vyřešen a protože jsem natáčel v relativně nízkých hodnotách PWM, 2N2222s zvládly výkon. Pokud má někdo stejný problém, klidně přizpůsobte okruh Totem - Pole, měl by s tímto problémem pomoci.

Nyní, když je snad vše na svém místě a funguje, můžeme doladit jas hvězd, reaktivitu na hudbu, režimy blednutí hvězd a cokoli jiného.

Krok 10: Užitečné informace a odkazy

K napsání kódu a vytvoření okruhu jsem použil spoustu zdrojů, většina z nich je uvedena zde, ale protože jsem před časem dokončil tento projekt, v době, kdy jsem se rozhodl jej sdílet, jsem nemohl najít všechny zdroje a některé odkazy, které jsem uložil, už bohužel nefungovaly. Pokud tedy někdo potřebuje pomoc s kódem nebo samotným projektem obecně, dejte mi vědět v komentářích, udělám maximum.

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…

IR dálkové ovládání

github.com/z3t0/Arduino-IRremote

Krok 11: Aktualizace

Bylo by skvělé vytvořit aplikaci pro ovládání stropu, možná pomocí OpenHAB na Raspberry PI, protože PCA9685 lze snadno ovládat pomocí RPi.

Pokud je použit OpenHab nebo alternativa, je možné strop připojit k inteligentnímu domácímu systému.

První cena v soutěži Arduino Contest 2020