Interaktív LED -lámpa - Tensegrity Structure + Arduino: 5 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Ez a darab egy mozgásra érzékeny lámpa. A minimális feszültségű szoborként tervezett lámpa megváltoztatja a színek konfigurációját az egész szerkezet tájolásának és mozgásának megfelelően. Más szóval, a tájolástól függően a lámpa egy bizonyos szín-, fényerő- és fénymódra vált.

Amikor az ikozaéder forog (saját tengelye felett), akkor egy virtuális gömb alakú színválasztóból választ ki értéket. Ez a színválasztó nem látható, de a színbeállítások valós időben történnek. Így kitalálhatod, hogy az egyes színek hol helyezkednek el a térben, miközben játszol a darabbal.

Az ikozaéder alakzat 20 arcsíkot biztosít, a feszítő szerkezet pedig további 6 álláspontot biztosít. Ez összesen 26 lehetséges színt biztosít, ha a lámpa sík felületen nyugszik. Ez a szám növekszik, amikor a lámpát a levegőben forgatja.

A rendszert egy háromtengelyes gyorsulásmérőhöz csatlakoztatott Pro Trinket vezérli. A fényt RGBW LED szalagok biztosítják, amelyek egyedileg szabályozhatják a szín és a fehér fényerő értékét. A teljes áramkör, beleértve a mikroprocesszort, az érzékelőket és a világítási rendszert, 5 voltos feszültséggel működik. A rendszer bekapcsolásához 10A -es forrás szükséges.

A lámpában használt fő elemek listája a következő:

- Adafruit Pro csecsebecsék - 5V

- Adafruit LIS3DH hármas tengelyű gyorsulásmérő

- Adafruit NeoPixel digitális RGBW LED szalag - fehér NYÁK 60 LED/m

- 5V 10A kapcsoló tápegység

Ez a mozgásra érzékeny lámpa egy hosszabb személyes projekt első változata vagy prototípusa. Ez a prototípus újrahasznosított anyagokból készült. A tervezési és kivitelezési folyamatok során tanultam a sikerekből és a hibákból. Ezeket szem előtt tartva, most a következő verzión dolgozom, amely intelligensebb szerkezetet és robusztus szoftvert tartalmaz.

Szeretném megköszönni a LACUNA LAB közösség segítségét, ötleteit és javaslatait a projekt kidolgozása során.

munkáimat itt követheti: action-io / tumblraction-script / github

1. lépés: Az ötlet

Ez a projekt több olyan ötlet eredménye volt, amelyekkel már egy ideje játszottam a fejemben.

Amióta elkezdtem, a koncepció megváltozott, a kezdeti projekt fejlődött és tényleges formát öltött.

A kezdeti megközelítés a geometriai formák iránti érdeklődés volt, mint az interakció eszköze. Kialakítása miatt a lámpa több sokszögű oldala beviteli módként szolgál.

Az első ötlet az volt, hogy dinamikus rendszerrel kényszerítsük az ikozaédert mozgásra. Ezt egy interaktív alkalmazás vagy a közösségi média felhasználói irányíthatták.

Egy másik lehetőség az lett volna, hogy a belső márvány vagy golyó különböző gombokat vagy érzékelőket nyom meg, és így véletlenszerű bemeneteket generál a darab mozgatásakor.

A feszültségszerkezet később következett be.

Ez az építési módszer lenyűgözött: az, hogy a szerkezet részei hogyan tartják egymást egyensúlyban. Vizuálisan nagyon kellemes. Az egész szerkezet önmagában kiegyensúlyozott; a darabok nem érintkeznek közvetlenül egymással. Minden feszültség összege alkotja a darabot; ez fantasztikus!

Ahogy a kezdeti kialakítás megváltozott; a projekt halad előre.

2. lépés: A szerkezet

Amint már említettem, ez az első modell újrahasznosított anyagokból készült, amelyeket el kell dobni.

A fadeszkákat, amelyeket az utcán találtam egy rácsos ágyból. Az arany kárpitok egy régi lámpa karjának részét képezték, a gumiszalagok dugói pedig irodai klipek.

Mindenesetre a szerkezet felépítése meglehetősen egyszerű, és a lépések ugyanazok, mint minden tensegriry -ben.

A táblákkal az volt, hogy összehoztam őket, kétfős csoportokban. "Szendvics" készítése az arany távtartókkal, rést hagyva, ahol a fények átvilágítanak.

A projekt mérete teljesen változó, és a létrehozni kívánt szerkezet méretétől függ. A projekt képein látható fa rudak 38 cm hosszúak és 38 mm szélesek. A táblák közötti távolság 13 mm.

A falapokat azonos módon vágták, csiszolták (a régi festékréteg eltávolítása érdekében), majd mindkét végén perforálták.

Ezután a táblákat rusztikus sötét lakkal festettem meg. A darabok összekapcsolásához 5 mm -es menetes rudat használtam, 5 cm -es és 5 mm -es szakaszokra vágva, mindkét oldalon csomóval.

A feszítők piros gumiszalagok. Ahhoz, hogy a gumit a rudakhoz rögzítsem, készítettem egy kis lyukat, amelyen átengedtem a szalagot, majd egy dugóval befogtam. Ez megakadályozza, hogy a táblák szabadon mozogjanak, és hogy a szerkezet szétszerelhető legyen.

3. lépés: Elektronika és fények

Az elektronikus alkatrészek konfigurációját úgy tervezték, hogy ugyanazt a feszültséget fenntartsák, mind logikailag, mind tápellátásban az egész rendszerben 5 V -ot használva.

A rendszert egy háromtengelyes gyorsulásmérőhöz csatlakoztatott Pro Trinket vezérli. A fényt RGBW LED szalagok biztosítják, amelyek egyedileg szabályozhatják a színeket és a fehér fényerő értékeket. A teljes áramkör, beleértve a mikroprocesszort, az érzékelőket és a világítási rendszert, 5 voltos feszültséggel működik. A rendszer bekapcsolásához 10A -es forrás szükséges.

A Pro Trinket 5V az Atmega328P chipet használja, amely ugyanaz a mag chip az Arduino UNO -ban. Szinte ugyanazokkal a csapokkal rendelkezik. Tehát nagyon hasznos, ha az UNO projektet miniatürizált terekbe szeretné vinni.

A LIS3DH sokoldalú érzékelő, átkonfigurálható +-2g/4g/8g/16g-ra, és koppintást, dupla koppintást, orientációt és szabadon esést is érzékel.

A NeoPixel RGBW LED szalag külön kezelheti a színárnyalatot és a fehér intenzitást. A dedikált fehér LED -del nem kell minden színt telítenie ahhoz, hogy fehér fény legyen, hanem tisztábbá és fényesebbé teszi a fehéret, ráadásul energiát takarít meg.

A kábelezéshez és az alkatrészek összekapcsolásához úgy döntöttem, hogy átvezetem a kábelt, és csatlakozóaljzatokat hozok létre hüvely- és hüvelycsapokkal, krimpek és csatlakozóházak használatával.

Csatlakoztattam a csecsebecsét a gyorsulásmérőhöz, az alapértelmezett konfigurációjú SPI -vel. Ez azt jelenti, hogy csatlakoztassa a Vin -t az 5 V -os tápegységhez. Csatlakoztassa a GND -t a közös tápellátáshoz/adatföldhöz. Csatlakoztassa az SCL (SCK) csapot a Digital #13 -hoz. Csatlakoztassa az SDO -tűt a #12. Csatlakoztassa az SDA (SDI) tűt a Digital #11 -hez. Csatlakoztassa a CS #10 digitális tűt.

A led szalagot csak egy érintkező vezérli, amely a #6 -os lesz, és a föld és az 5V közvetlenül a tápegységhez kerül.

Minden szükséges dokumentációt megtalál, részletesebben és jobban megmagyarázva az adafruit oldalon.

A tápegység egy női egyenáramú adapterhez van csatlakoztatva, amely egyidejűleg táplálja a mikrokontrollert és a LED szalagot. Ezenkívül kondenzátorral rendelkezik, amely megvédi az áramkört az instabil áramtól a "bekapcsolás" pillanatában.

A lámpának 6 fénysávja van, de a LED csíkok egyetlen hosszú sávban vannak. A LED -sávot 30 cm -es szakaszokra vágták (18 LED), majd 3 hüvelyes és anya csapokkal hegesztették, hogy modulárisan csatlakozzanak az áramkör többi részéhez.

Ehhez a projekthez 5–10 A tápegységet használok. De a szükséges LED -ek számától függően ki kell számítania a rendszer táplálásához szükséges áramot.

A darab dokumentációjában látható, hogy a LED LED -enként 80 mA -t húz. Összesen 108 LED -et használok.

4. lépés: A kód

A séma működése meglehetősen egyszerű. A gyorsulásmérő információt nyújt az x, y, z tengely mozgásáról. A tájolás alapján a LED -ek RGB értékei frissülnek.

A munka a következő szakaszokra oszlik.

• Olvassa le az érzékelőt. Egyszerűen használja az API -t.
• A trigonometria segítségével oldja meg a "roll and pitch" értékeket. Ebben a dokumentumban Mark Pedley sokkal több információt talál.
• Szerezze be a megfelelő színt a forgási értékekkel kapcsolatban. Ehhez 0-360 RGB értékre térünk át egy HSL - RGB konverziós funkció segítségével. A hangmagasság értékét különböző skálákon használják a fehér fény intenzitásának és a színtelítettség szabályozására. A színválasztó gömb ellentétes félgömbje teljesen fehér.
• Frissítse a fények pufferét, amely tárolja az egyes LED -színek adatait. Ezen információktól függően a puffervezérlő animációt hoz létre, vagy kiegészítő színekkel válaszol.
• Végül mutassa meg a színeket, és frissítse a LED -eket.

Kezdetben az volt az ötlet, hogy hozzon létre egy színgömböt, ahol bármilyen szín közül választhat. A színkerék elhelyezése a meridiánon, és a sötét és világos tónusok oszlopos irányba állítása.

De az ötletet gyorsan elvetették. Mivel a LED -ek különböző hangokat hoznak létre, kikapcsolják és gyorsan meggyújtják az egyes rgb LED -eket, ha alacsony értékeket adnak a sötét színeknek, a LED -ek nagyon gyenge teljesítményt nyújtanak, és láthatja, hogyan kezdenek villogni. Ezáltal a színes gömb sötét félgömbje nem tud megfelelően működni.

Aztán eszembe jut, hogy kiegészítő színeket rendeljek az éppen kiválasztott hangszínhez.

Tehát az egyik félgömb a kerék monokróm színértékét választja ki 50% -os megvilágításból 90–100% -os telítettségből. Eközben a másik oldal kiválaszt egy színátmenetet ugyanabból a színhelyzetből, de a színátmenet másik oldalán hozzáadja annak kiegészítő színét.

Az érzékelőből származó adatok kiolvasása nyers. Szűrő alkalmazható a lámpa zajának és rezgésének kiegyenlítésére. Egyelőre érdekesnek találom, mert analógabbnak tűnik, reagál minden érintésre, és egy másodpercbe telik, amíg teljesen stabilizálódik.

Továbbra is dolgozom a kódon, új funkciók hozzáadásával és az animációk optimalizálásával.

A kód legújabb verzióit a github -fiókomban ellenőrizheti.

5. lépés: Csomagolás

A végső összeszerelés meglehetősen egyszerű. Ragassza a LED szalagok szilikon borítását két komponensű epoxi ragasztóval a rudakba, és kösse össze a 6 alkatrészt egymás után.

Rögzítsen egy pontot, ahol rögzíteni szeretné az alkatrészeket, és csavarja a gyorsulásmérőt és a csecsebecsét a fára. A csapok aljának védelmére műanyag távtartókat használtam. A tápegység adapter megfelelően rögzítve van a rudak között, több epoxi epoxi ragasztóval. Úgy tervezték, hogy illeszkedjen és megakadályozza a mozgást a lámpa forgása közben.

Megfigyelések és fejlesztések

A projekt fejlesztése során új ötletek merültek fel a problémák megoldásának módjairól. Rájöttem néhány tervezési hibára vagy javítható részre is.

A következő lépés, amelyet szeretnék megtenni, a termékminőség és a befejezés javítása; leginkább a szerkezetben. Nagyszerű ötletekkel érkezem a még egyszerűbb, jobb szerkezetekről, amelyek a tervezés részeként beépítik a tenzorokat és elrejtik az alkatrészeket. Ehhez a szerkezethez erősebb eszközökre lesz szükség, mint például 3D nyomtatók és lézervágók.

Még mindig várom az utat, hogy elrejtsem a vezetékeket a szerkezet mentén. És dolgozzon a hatékonyabb energiafogyasztáson; hogy csökkentse a kiadásokat, ha a lámpa hosszú ideig működik, és nem változtatja meg a világítást.

Köszönöm, hogy elolvasta a cikket, és érdeklődik a munkám iránt. Remélem, Ön is sokat tanult ebből a projektből, mint én.