Interaktivní LED lampa - Struktura Tensegrity + Arduino: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento kousek je lampa reagující na pohyb. Lampa, navržená jako socha s minimální tensegrity, mění svou konfiguraci barev v závislosti na orientaci a pohybech celé struktury. Jinými slovy, v závislosti na své orientaci se lampa přepne do určité barvy, jasu a světelného režimu.

Když se icosahedron otáčí (nad svou vlastní osou), vybere hodnotu z virtuálního výběru sférických barev. Tento výběr barev není viditelný, ale úpravy barev probíhají v reálném čase. Při hře s figurkou tedy můžete zjistit, kde je každá barva umístěna v prostoru.

Ikosaedrický tvar poskytuje 20 rovin obličeje a tensegrity struktura mu dává 6 dalších stanovisek. Když lampa stojí na rovném povrchu, poskytuje celkem 26 možných barev. Toto číslo se zvyšuje, když zapnete lampu ve vzduchu.

Systém je řízen Pro Trinket připojeným k tříosému akcelerometru. Světlo zajišťují RGBW LED pásy, které mohou individuálně ovládat hodnotu jasu barev a bílé. Celý obvod včetně mikroprocesoru, senzorů a osvětlovacího systému pracuje na 5V. K napájení systému je zapotřebí zdroj až 10 A.

Seznam hlavních prvků použitých v lampě je následující:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Tříosý akcelerometr Adafruit LIS3DH

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

- 5V 10A spínaný napájecí zdroj

Tato lampa reagující na pohyb je první verzí nebo prototypem delšího osobního projektu. Tento prototyp byl vyroben z recyklovaných materiálů. Během celého procesu navrhování a stavby jsem se učil z úspěchů a chyb. S ohledem na to nyní pracuji na další verzi, která bude mít inteligentnější strukturu a robustnější software.

Chci poděkovat komunitě LACUNA LAB za pomoc, nápady a návrhy při vývoji projektu.

mou práci můžete sledovat na adrese: action-io / tumblraction-script / github

Krok 1: Idea

Tento projekt byl výsledkem několika myšlenek, se kterými jsem si nějakou dobu hrál v hlavě.

Od té doby, co jsem začal, se koncept změnil, původní projekt se vyvinul a nabral skutečnou podobu.

Počáteční přístup byl zájem o geometrické tvary jako prostředky interakce. Kvůli své konstrukci slouží více polygonálních ploch této lampy jako vstupní metoda.

První myšlenkou bylo použít dynamický systém, který by přinutil ikosahedron k pohybu. Mohlo to být řízeno interaktivní aplikací nebo uživateli sociálních médií.

Další možností by bylo nechat vnitřní mramor nebo kouli stisknout různá tlačítka nebo senzory a generovat tak náhodné vstupy při pohybu figurky.

Struktura tensegrity nastala později.

Tato metoda stavby mě fascinovala: způsob, jakým se části konstrukce navzájem udržují v rovnováze. Je to velmi vizuálně příjemné. Celá struktura je sama vyvážená; kusy se navzájem nedotýkají. Je to součet všech napětí, které tvoří díl; je to fantastické!

Jak se původní design změnil; projekt jde kupředu.

Krok 2: Struktura

Jak jsem již zmínil, tento první model byl vyroben z recyklovaných materiálů, které měly být zlikvidovány.

Dřevěné desky, které jsem vzal z roštové postele, jsem našel na ulici. Zlaté lišty byly součástí ramene staré lampy a zátky gumiček jsou kancelářské sponky.

Každopádně konstrukce konstrukce je celkem jednoduchá a kroky jsou stejné jako v jakémkoli tensegriry.

To, co jsem udělal s deskami, bylo spojit je ve skupinách po dvou. Vytvoření „sendviče“se zlatými rozpěrkami a ponechání mezery, kde by prosvítala světla.

Rozměry projektu jsou zcela variabilní a budou záviset na velikosti struktury, kterou chcete vytvořit. Dřevěné tyče z obrázků tohoto projektu jsou 38 cm dlouhé a 38 mm široké. Vzdálenost mezi deskami je 13 mm.

Dřevěné desky byly nařezány shodně, vybroušeny (aby se odstranila stará vrstva barvy) a poté byly na obou koncích perforovány.

Dále jsem desky obarvil rustikálním tmavým lakem. Pro spojení dílků jsem použil 5mm závitovou tyč, rozřezanou na části 5 cm a 5 mm uzlem na každé straně.

Napínáky jsou červené gumičky. Abych gumu připevnil na tyče, udělal jsem malou díru, kterou jsem prošel páskem, a poté ji zachytil zátkou. Tím se zabrání volnému pohybu desek a přesunutí konstrukce k demontáži.

Krok 3: Elektronika a světla

Konfigurace elektronických součástek byla navržena tak, aby udržovala stejné napětí, logické i napájecí v celém systému pomocí 5v.

Systém je řízen Pro Trinket připojeným k tříosému akcelerometru. Světlo zajišťují RGBW LED pásky, které mohou jednotlivě ovládat hodnoty barev a jasu bílé. Celý obvod včetně mikroprocesoru, senzorů a osvětlovacího systému pracuje na 5V. K napájení systému je zapotřebí zdroj až 10 A.

Pro Trinket 5V používá čip Atmega328P, což je stejný základní čip v Arduino UNO. Má také téměř stejné kolíky. Je to tedy opravdu užitečné, když chcete svůj projekt UNO přenést do miniaturizovaných prostor.

LIS3DH je univerzální senzor, který lze překonfigurovat tak, aby byl čten na +-2g/4g/8g/16g, a také přináší Tap, Double-tap, orientaci a detekci volného pádu.

NeoPixel RGBW LED Strip dokáže samostatně spravovat barvu odstínu a intenzitu bílé. S vyhrazenou bílou LED diodou nepotřebujete „nasytit všechny barvy, abyste získali bílé světlo, ale díky tomu budete bílá čistší a jasnější a navíc to šetří energii.

Pro zapojení a propojení komponent jsem se rozhodl projít kabelem a vytvořit zásuvky s kolíky a zásuvkami pomocí krimpovacích a konektorových pouzder.

Připojil jsem cetku k akcelerometru hodit SPI s výchozí konfigurací. To znamená připojit Vin k napájení 5V. Připojte GND ke společnému napájecímu/datovému uzemnění. Připojte pin SCL (SCK) k digitálnímu č. 13. Připojte pin SDO k digitálnímu č. 12. Připojte pin SDA (SDI) k digitálnímu č. 11. Připojte CS pin Digital #10.

LED pásek je řízen pouze jedním kolíkem, který směřuje k č. 6 a uzemnění a 5 V jde přímo do napájecího adaptéru.

Veškerou potřebnou dokumentaci najdete, podrobnější a lépe vysvětlenou na stránce adafruit.

Zdroj je připojen k zásuvce DC, která současně napájí mikrokontrolér a LED pásek. Má také kondenzátor, který chrání obvod před nestabilním proudem v okamžiku „zapnutí“.

Lampa má 6 světelných pruhů, ale LED pásky se dodávají v jednom dlouhém pásmu. Pás LED byl rozřezán na úseky 30 cm (18 LED) a poté svařen pomocí 3 pinů samec a samice, aby se modulárně připojily ke zbytku obvodu.

Pro tento projekt používám napájecí zdroj 5v - 10A. Ale v závislosti na počtu potřebných LED budete muset vypočítat proud potřebný k napájení systému.

V celé dokumentaci k dílu je vidět, že LED dioda má odběr 80 mA na každou LED. Používám celkem 108 LED diod.

Krok 4: Kód

Fungování schématu je celkem jednoduché. Akcelerometr poskytuje informace o pohybu na ose x, y, z. Na základě orientace se aktualizují hodnoty RGB diod LED.

Práce je rozdělena do následujících fází.

• Odečtěte snímač. Jednoduše použijte rozhraní API.
• Pomocí trigonometrie vyřešte hodnoty „roll and pitch“. Mnohem více informací najdete v tomto dokumentu od Marka Pedleyho.
• Získejte odpovídající barvu, vztaženou k hodnotám otáčení. K tomu se obrátíme na hodnotu 0-360 RGB pomocí funkce převodu HSL - RGB. Hodnota výšky tónu se používá v různých měřítcích k regulaci intenzity bílého světla a sytosti barev. Opačné polokoule koule pro výběr barev jsou zcela bílé.
• Aktualizujte vyrovnávací paměť světel, která ukládá informace o jednotlivých barvách LED. V závislosti na těchto informacích vytvoří ovladač vyrovnávací paměti animaci nebo bude reagovat doplňkovými barvami.
• Nakonec zobrazte barvy a obnovte diody LED.

Původně šlo o vytvoření barevné koule, kde byste si mohli vybrat jakoukoli barvu. Umístění barevného kolečka na poledník a vytyčení tmavých a světlých tónů.

Myšlenka však byla rychle zavržena. Protože LED diody vytvářejí různé tóny, zhasínají a rychle rozsvítí každou RGB LED, když jsou dány nízké hodnoty reprezentující tmavé barvy, LED diody podávají velmi špatný výkon a můžete vidět, jak začnou blikat. To způsobí, že tmavá polokoule barevné koule nemůže správně fungovat.

Pak mě napadne přiřadit aktuálně zvolenému tónu doplňkové barvy.

Jedna hemisféra tedy vybírá hodnotu monochromatické barvy kola z 50% osvětlení 90 ~ 100% nasycení. Mezitím druhá strana vybere barevný přechod ze stejné barevné polohy, ale přidá na druhou stranu přechodu jeho doplňkovou barvu.

Čtení dat ze senzoru je nezpracované. Pro vyhlazení hluku a vibrací samotné lampy lze použít filtr. V tuto chvíli mi to připadá zajímavé, protože to vypadá více analogicky, reaguje na jakýkoli dotek a chvíli trvá, než se úplně stabilizuje.

Stále pracuji na kódu a přidávám nové funkce a optimalizuji animace.

Nejnovější verze kódu můžete zkontrolovat na mém účtu github.

Krok 5: Zabalení

Konečná montáž je poměrně jednoduchá. Silikonový kryt LED pásků přilepte dvěma komponentními epoxidovými lepidly do tyčí a spojte 6 dílů v sérii za sebou.

Opravte bod, ve kterém chcete ukotvit součásti, a přišroubujte akcelerometr a ozdobu ke dřevu. Na ochranu dna čepů jsem použil plastové rozpěrky. Napájecí adaptér je řádně upevněn mezi prostorem tyčí více epoxidovým epoxidovým lepidlem. Byl navržen tak, aby seděl a zabránil jeho pohybu, když se lampa otáčí.

Pozorování a vylepšení

V průběhu vývoje projektu se objevily nové nápady o způsobech řešení problémů. Také jsem si uvědomil některé konstrukční nedostatky nebo části, které lze vylepšit.

Dalším krokem, který bych rád učinil, je zlepšení kvality produktu a povrchové úpravy; většinou ve struktuře. Přicházím se skvělými nápady o lepších strukturách ještě jednodušších, zahrnujících tenzory jako součást návrhu a skrývání komponent. Tato struktura bude vyžadovat výkonnější nástroje, jako jsou 3D tiskárny a laserové řezačky.

Stále čekám na cestu, jak skrýt vedení podél konstrukce. A pracovat na efektivnější spotřebě energie; snížit výdaje, když lampa pracuje dlouho a nemění osvětlení.

Děkuji za přečtení článku a váš zájem o moji práci. Doufám, že jste se z tohoto projektu poučili stejně jako já.