ضوء متحرك وضوء ليلي: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

بعد أن كان سحرًا يحد من الهوس بالضوء ، قررت إنشاء مجموعة مختارة من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعيارية الصغيرة التي يمكن استخدامها لإنشاء شاشات إضاءة RGB من أي حجم. بعد أن صنعت لوحة PCB المعيارية ، عثرت على فكرة ترتيبها في شكل سداسي لإنشاء شاشة ثلاثية الأبعاد يمكن استخدامها لإنشاء أي شيء من إضاءة ليلية بسيطة لغرفة النوم إلى إضاءة مزاجية لن تكون بعيدة عن المكان جالسًا على طاولة في مطعم راقي.

بالطبع يمكن أيضًا إنشاء أشكال أخرى باستخدام نفس المبادئ.

فيما يلي بعض الرسوم المتحركة التي تعمل حاليًا على الضوء.

• إطلاق النار
• مطر
• ثعبان (رجعي)
• لعبة الحياة
• تذبذبات الموجي
• منارة
• أنماط الغزل (محل الحلاقة)

يتم إنشاء المصباح حاليًا بحجمين - صغير (96 مصباحًا) وكبير (384 مصباحًا) ولكن يمكن زيادة هذا الحجم حسب الحاجة.

اللوازم

WS2812B المصابيح - AliExpress

ثنائي الفينيل متعدد الكلور - ALLPCB

3mm الليزر الأسود قطع البلاستيك - مورد ورقة بلاستيكية

خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد البيضاء - أمازون

المكونات الإلكترونية - فارنيل / نيوارك

البراغي والفواصل الملولبة M3 - أمازون

لحام حديد

فرن محمصة - مجموعة مكونات مثبتة على السطح

الخطوة 1: لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور

في بداية الرحلة ، أردت مجموعة من PCBs الصغيرة التي يمكنها استضافة عدد من وحدات البكسل LED وربطها معًا بطريقة بسيطة للغاية دون الحاجة إلى أسلاك أو موصلات إضافية. لقد توصلت إلى تصميم بسيط للغاية سمح لمصابيح WS2812B LED بالتسلسل معًا ثم تمرير السلسلة إلى PCB التالي.

لقد قمت بإنشاء ثلاثة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بأبعاد البكسل التالية.

• 1 × 8-9 مم × 72 مم
• 4 × 4 - 36 مم × 36 مم
• 8 × 8 - 72 ملم × 72 ملم

بالنسبة لهذا المشروع ، يتم استخدام الألواح 4 × 4 و 8 × 8 فقط لإنشاء الأضواء.

يتم ترتيب مصابيح LED في شبكة من 9 مم بأبعاد X و Y وهي متماسكة إلى حد ما ولكنها توفر مساحة كافية للعمل عند أخذ موصلات حافة PCB في الاعتبار. يتم إنشاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور بحيث يتم الحفاظ على شبكة LED مقاس 9 مم عند توصيلها معًا. يتم توصيل ثنائي الفينيل متعدد الكلور ببساطة معًا عن طريق تدفق اللحام من لوحة إلى أخرى.

يحتوي كل LED على مكثف 100nF الخاص به للفصل الكهربائي وللمساعدة في توفير التيار لمصباح LED عند الطلب.

الموضح هو التخطيطي للوحة 4x4 بكسل كاملة مع الطبقات النحاسية العلوية والنحاسية السفلية لتوضيح كل من تخطيط LED وتخطيط موصل الحافة. تمت إضافة علامات إلى الشاشة الحريرية لتوضيح اتجاه نقل البيانات بين الموصلات.

تتميز الألواح أيضًا بفتحات تركيب M3 على مسافة 18 مم × 18 مم لتبسيط التثبيت وتقوية التوصيلات الداخلية.

توفر إضافة لوح أكريليك أبيض حليبي مقطوع بالليزر 3 مم كما هو موضح تأثيرًا منتشرًا لطيفًا لمصابيح LED.

تم تصنيع الألواح عن طريق تطبيق معجون اللحام على وسادات تثبيت السطح النحاسي السفلية باستخدام الاستنسل. ثم وضعت المكونات على اللوحة للتحقق من الاتجاه الصحيح قبل الخبز في فرن التحميص لتدفق اللحام. لقد غطيت هذا النوع من تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور منخفض التكلفة DIY في العديد من بنايات Instructables الأخرى.

تحذير - لا تستخدم أي فرن يستخدم للطعام لطهي مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لأن ذلك قد يؤدي إلى تلوث الطعام. حصلت على فرن محمصة PCB مقابل 10 جنيهات إسترلينية (15 دولارًا) على موقع eBay.

الخطوة 2: التحكم في ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بعد الانتهاء من مصابيح LED ، أردت بعد ذلك القدرة على التحكم في مصابيح LED من متحكم دقيق. لقد بدأت باستخدام Arduino nano وقد نجح هذا بشكل رائع لكنني أردت إضافة بعض الوظائف الإضافية إلى الضوء وأصبح هذا الأمر أكثر صعوبة لاختراق لوحة Arduino. لذلك قررت إنشاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور مخصص آخر لقيادة الضوء.

فيما يلي بعض الميزات التي أضفتها إلى لوحة التحكم الخاصة بي.

• متحكم دقيق عالي السرعة مع مزيد من ذاكرة القراءة فقط وذاكرة الوصول العشوائي.
• المستوى المنطقي FET للسماح لي بتشغيل وإيقاف تشغيل مصابيح LED عالميًا - مفيد عند التشغيل وللتشغيل منخفض الطاقة.
• مخزن مؤقت عالي السرعة لتحويل إشارة 3V3 من متحكم دقيق إلى 5V لتشغيل مصابيح LED.
• قم بالتبديل للسماح للمستخدم بالتحكم في الضوء.
• ترانزستور الصور - لقياس سطوع مصابيح LED لتناسب مستويات الإضاءة المحيطة.
• مراقبة مصدر الطاقة - للتأكد من أننا لم نحاول سحب المزيد من التيار ، يمكن لمزود الطاقة توفيره.
• موصل بلوتوث - HC05 / HC06.
• موصل WIFI - ESP8266.
• موصل I2C.
• موصل التوسع المستقبلي.

يظهر الرسم التخطيطي للوحة بالإضافة إلى الطبقات النحاسية العلوية والسفلية. تسرد وثيقة BillOfMaterials المرفقة المكونات التي قمت بتركيبها على لوحة التحكم PCB.

يعد مستشعر الضوء مهمًا إلى حد ما للتصميم حيث يمكن لسطوع WS2812B LEDs الحصول بسرعة كبيرة جدًا على النظر إليه وحتى مؤلمًا عند السطوع الكامل. يسمح وجود مستشعر الضوء لسطوع LED بالتدرج التلقائي مما يعني أن الشاشة ممتعة دائمًا عند النظر إليها. زاهية في غرفة مضاءة بنور الشمس ولا تزال مريحة للمشاهدة كضوء ليلي في غرفة مظلمة.

مرة أخرى لبناء اللوحة ، تم وضع معجون اللحام باستخدام استنسل ، ووضع المكونات يدويًا بالملاقط ثم خبزها في فرن التحميص الموثوق به.

يتم تشغيل ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبر مصدر تيار مستمر بجهد 5 فولت ، ويمكن أن يأتي هذا إما مباشرة من مصدر طاقة من النوع الرئيسي أو عبر مقبس شاحن USB 2A.

يظهر أيضًا محاولتي السابقة لاستخدام Arduino.

الخطوة 3: هيكل عظمي مطبوع ثلاثي الأبعاد

لقد لعبت في الأصل باستخدام صفائح بلاستيكية مقطوعة بالليزر كناشرات ، لكن هذا ترك فجوة قبيحة إلى حد ما بين كل لوحة. انتهى بي الأمر بطباعة ثلاثية الأبعاد للناشر المحيط لأن هذا سمح لي بإنشاء غلاف سلس لطيف لستة مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور LED. كما سمح لي بتقليل سمك الناشر بشكل كبير مما يوفر عرضًا عامًا أكثر وضوحًا.

داخليًا ، يتم تثبيت مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور LED الستة معًا باستخدام هيكل عظمي مطبوع ثلاثي الأبعاد. يدخل هذا الهيكل العظمي في فتحات M3 المختلفة على شاشة عرض ثنائي الفينيل متعدد الكلور ويمسكها بنمط سداسي جميل.

يتميز الهيكل العظمي المطبوع ثلاثي الأبعاد أيضًا بفتحات للسماح بتركيب لوحة التحكم PCB بالقرب من لوحة القطع بالليزر العلوية مما يسمح بالوصول إلى المفتاح ولتحسين مستشعر الضوء للحصول على قراءة جيدة لمستوى الإضاءة المحيطة.

مع وجود الألواح في موضعها بين الهيكل العظمي والناشر ، يمكنني بعد ذلك بسهولة لحام الألواح معًا عن طريق تدفق اللحام بين وسادات توصيل PCB. أبدأ بإضافة اللحام إلى الوسادة الأبعد ثم قم بتدوير الضوء على حافته للسماح للجاذبية بالمساعدة في فعل تدفق اللحام إلى الوسادة المجاورة. كرر للوصلات الثلاثة ثم انتقل إلى اللوحة التالية لتوصيل اللوحة. في الوصلة السادسة بين ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، أقوم فقط بتوصيل قضبان الطاقة والأرض مع ترك اتصال البيانات غير متصل. يوفر هذا مسارين دائريين للتيار لكل لوحة لتجميع قوتهم بشكل مشابه لكيفية عمل الحلقة الرئيسية للأسلاك الداخلية لمنزلك.

أيضًا باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد ، توجد بعض الفواصل للسماح بإمساك الألواح العلوية والسفلية بالليزر في مكانها بشكل جيد.

تم تصميم ملفات الطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام Sketchup وتم إرفاق المصدر.

الخطوة 4: قص الليزر من أعلى وأسفل

الأجزاء المقطوعة بالليزر عبارة عن أشكال سداسية بسيطة للغاية بها ثقوب في المكان المناسب لمسامير التثبيت.

تتميز اللوحة العلوية بفتحة صغيرة لمستشعر الضوء وفتحة أخرى أكبر لمفتاح الدفع. بينما تحتوي اللوحة السفلية على فتحة لكابل طاقة USB بالإضافة إلى فتحتين صغيرتين للسماح باستخدام شريط ربط لتوفير تخفيف الضغط عن الكابل.

يتم تضمين الرسومات الخاصة بهذه الأجزاء في ملف Sketchup في الخطوة السابقة.

الخطوة 5: البرامج الثابتة

لقد اخترت جهاز PIC24FJ256GA702 كمتحكم رئيسي خاص بي لأنه يعمل بسرعة كبيرة تصل إلى 32 ميجاهرتز باستخدام مذبذب داخلي ولديه أطنان من ذاكرة البرنامج المتاحة وذاكرة الوصول العشوائي لإنشاء رسوم متحركة رائعة.

لتطوير البرنامج الثابت ، استخدمت Flowcode لأنه سمح لي بمحاكاة الكود وتصحيحه كما ذهبت مما ساعدني على إنتاج كود فعال لطيف يعمل بسرعة عالية. يتوفر Flowcode مجانًا بدون قفل تمامًا لمدة 30 يومًا وبعد ذلك يمكنك اختيار الشراء أو ببساطة الاشتراك في الإصدار التجريبي مرة أخرى. كما أن لديها مجتمعًا لطيفًا عبر الإنترنت يرغب في المشاركة والمساعدة في حالة اصطدام أي جدران على طول الطريق. بقول أن كل هذا البرنامج يمكن صنعه باستخدام Arduino IDE أو ما شابه ، فإنك ستفقد القدرة على المحاكاة.

لقد استخدمت PICkit 3 لبرمجة PIC على لوحة التحكم الخاصة بي PCB. يمكن دمج هذا في Flowcode بحيث يتم تجميع البرامج عبر PICkit بنقرة واحدة بالماوس ، على غرار زر التنزيل في Arduino.

لم يكن المتحكم الدقيق الذي اخترته يحتوي على EEPROM على متن الطائرة والذي كان يمثل مشكلة في البداية لأنني أردت حفظ وضع الرسوم المتحركة المحدد حاليًا. ومع ذلك ، فقد احتوت على ذاكرة فلاش قابلة للبرمجة من قبل المستخدم ولذا تمكنت من تحقيق هذه الوظيفة بطريقة ملتوية.

تم إرفاق برنامج Flowcode الذي قمت بإنشائه. تتيح لك نافذة الخصائص تحديد حجم لوحة العرض المستخدمة. أي 4x4 أو 8x8 وهذا يُنشئ حمولة من المعلمات مثل عدد مصابيح LED وما إلى ذلك التي تقود الرسوم المتحركة المختلفة بحيث يمكن استخدام برنامج واحد على كلا أحجام العرض.

واجهة المستخدم للضوء بسيطة إلى حد ما. اضغط على المفتاح لمدة أقل من ثلاث ثوانٍ وينتقل الضوء إلى الوضع التالي. قبل أن يبدأ كل وضع ، يظهر مؤشر الوضع على كل لوحة LED. اضغط على المفتاح لأكثر من ثلاث ثوان وينطفئ الضوء. سيؤدي الضغط مرة أخرى على المفتاح إلى إعادة تشغيل الضوء والعودة إلى الوضع المحدد السابق. سيؤدي فقدان الطاقة إلى الضوء إلى استئناف تشغيله الحالي عند استعادة الطاقة ، بما في ذلك حالة التشغيل / الإيقاف.

فيما يلي أوضاع الرسوم المتحركة المختلفة التي يمكن للضوء القيام بها حاليًا مع البرامج الثابتة الحالية.

1. تشويه اللون - الألوان الممزوجة في الحلقات
2. لعبة الحياة - محاكاة تعتمد على شكل الحياة
3. أنماط الغزل - أنماط متحركة ذات لونين أو 3 أو 4 ألوان
4. مولد الموجة - موجات جيبية ملونة
5. لون ثابت - ست لوحات فردية من اللون المتناوب
6. الظل - ألوان اللوحات المتحركة الكل / الفردي
7. المنارة - لوحة واحدة دوارة
8. الحلقات - حلقات أفقية متحركة
9. النار - تأثير النار المتحركة
10. المطر - تأثير المطر الملون المتحرك
11. الألعاب النارية - تأثير الألعاب النارية الملونة المتحركة
12. التحول - تأثير التمرير المتحرك
13. ثعبان - الرسوم المتحركة ثعبان المعارك الرجعية
14. الثعابين - ثعابين متحركة متحركة
15. عشوائي - الأوضاع من 1 إلى 14 مع انتقال بطيء (حوالي 60 ثانية)
16. عشوائي - الأوضاع من 1 إلى 14 مع انتقال سريع (حوالي 30 ثانية)

يحتوي كل وضع على عنصر عشوائي واحد أو أكثر بما في ذلك سرعة الرسوم المتحركة والمعلمات الأخرى. تتميز بعض الأوضاع أيضًا بعناصر عشوائية يمكن أن تنحرف أو تختلف بمرور الوقت مما يسمح بمزيد من الرسوم المتحركة الديناميكية. على سبيل المثال ، تحتوي النار على كمية عشوائية من الوقود تضاف في كل دورة ، وقد حددت هذه الكمية حدودًا عليا وسفلية. بمرور الوقت ، يمكن أن تزيد هذه الحدود أو تنقص مما يسمح لشدة النار بملء الشاشة أو الغرق في وحدات البكسل القليلة السفلية.

الخطوة 6: الاتصال

يتم توصيل لوحة التحكم بمصدر الطاقة باستخدام كبل USB A أو كابل مقبس DC ، وكلاهما يمكن شراؤه بأسعار منخفضة للغاية في مواقع مثل eBay.

يتم توصيل لوحة التحكم بمقبس IN غير المتصل بلوحة العرض باستخدام موصل حافة يمكن الوصول إليه وكابل قياسي مؤازر ثلاثي الاتجاهات.

يتم بعد ذلك تثبيت ألواح القطع بالليزر العلوية والسفلية في موضعها باستخدام مسامير رأس عموم M3 والفواصل الملولبة M3.

ترقيات المستقبل

يسمح وجود خيار إضافة Bluetooth و WIFI إلى لوحة التحكم الخاصة بي بإجراء ترقيات مستقبلية مثل تحديثات الرسوم المتحركة والتكامل الذكي مع أشياء مثل Amazon Alexa عبر الخدمات عبر الإنترنت مثل ITTT. هذا شيء أقوم بالتحقيق فيه حاليًا.

سيكون من الجيد أن تكون قادرًا على ضبط لون المصباح أو وضع الرسوم المتحركة أو حتى عرض رسالة نصية بمجرد التحدث إلى مساعدك الذكي.

شكرًا لإلقاء نظرة على بنائي وآمل أن أكون قد ألهمتك لاتباع خطى أو إنشاء شيء مشابه.

المركز الثاني في مسابقة Make it Glow