مصباح LED تفاعلي - هيكل الشد والاردوينو: 5 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هذه القطعة عبارة عن مصباح مستجيب للحركة. تم تصميم المصباح على أنه منحوتات الحد الأدنى من الشد ، حيث يغير المصباح تكوين ألوانه استجابة لاتجاه وحركات الهيكل بأكمله ، بمعنى آخر ، اعتمادًا على اتجاهه ، يتحول المصباح إلى لون معين ، وضع السطوع والضوء.

عندما يدور المجسم العشريني (على محوره) ، فإنه يختار قيمة من منتقي ألوان كروي افتراضي. لا يكون منتقي الألوان مرئيًا ، لكن عمليات ضبط الألوان تحدث في الوقت الفعلي. وبالتالي ، يمكنك معرفة مكان وضع كل لون في الفراغ ، أثناء اللعب بالقطعة.

يوفر الشكل الإيكوساهدرا 20 مستوى للوجه ويعطيها هيكل الشد 6 وجهات نظر إضافية. يوفر هذا إجمالي 26 لونًا ممكنًا عندما يوضع المصباح على سطح مستو. يزداد هذا الرقم عندما تدير المصباح في الهواء.

يتم التحكم في النظام بواسطة Pro Trinket متصل بمقياس تسارع ثلاثي المحاور. يتم توفير الضوء بواسطة شرائط RGBW LED ، والتي يمكنها التحكم في قيمة سطوع اللون والأبيض بشكل فردي. تعمل الدائرة بأكملها ، بما في ذلك المعالجات الدقيقة وأجهزة الاستشعار ونظام الإضاءة ، بجهد 5 فولت. لتشغيل النظام ، يلزم وجود مصدر يصل إلى 10 أمبير.

قائمة العناصر الرئيسية المستخدمة في المصباح هي كما يلي:

- Adafruit Pro Trinket - 5 فولت

- Adafruit LIS3DH مقياس تسارع ثلاثي المحاور

- Adafruit NeoPixel Digital RGBW LED Strip - أبيض PCB 60 LED / م

- 5V 10A تبديل امدادات الطاقة

هذا المصباح المستجيب للحركة هو الإصدار الأول أو النموذج الأولي لمشروع شخصي أطول ، وقد تم تصنيع هذا النموذج الأولي من مواد معاد تدويرها. خلال عمليات التصميم والبناء ، تعلمت من النجاحات والأخطاء. مع وضع هذه الأمور في الاعتبار ، أعمل الآن على الإصدار التالي الذي سيكون له هيكل أكثر ذكاءً وبرنامجًا قويًا.

أود أن أشكر مجتمع LACUNA LAB على مساعدتهم وأفكارهم واقتراحاتهم طوال فترة تطوير المشروع.

يمكنك متابعة عملي على: action-io / tumblraction-script / github

الخطوة 1: الفكرة

كان هذا المشروع نتيجة العديد من الأفكار التي لعبت بها في رأسي لبعض الوقت.

منذ أن بدأت ، تغير المفهوم ، تطور المشروع الأولي واتخذ شكلًا حقيقيًا.

كان النهج الأولي هو الاهتمام بالأشكال الهندسية كوسيلة للتفاعل. نظرًا لتصميمه ، تعمل الوجوه المتعددة الأضلاع لهذا المصباح كطريقة إدخال.

كانت الفكرة الأولى هي استخدام نظام ديناميكي لإجبار عشري الوجوه على التحرك. كان من الممكن التحكم في ذلك من خلال تطبيق تفاعلي أو مستخدمو وسائل التواصل الاجتماعي.

كان الاحتمال الآخر هو أن يكون هناك رخام داخلي أو كرة تضغط على أزرار أو مستشعرات مختلفة وبالتالي تولد مدخلات عشوائية أثناء تحريك القطعة.

حدث هيكل الشد في وقت لاحق.

أذهلتني طريقة البناء هذه: الطريقة التي تحافظ بها أجزاء الهيكل على توازن بعضها البعض. إنه ممتع للغاية بصريًا. الهيكل بأكمله متوازن ذاتيًا ؛ القطع لا تلمس بعضها البعض مباشرة. إنه مجموع كل التوترات التي تخلق القطعة ؛ انه امر رائع!

كما تغير التصميم الأولي ؛ المشروع يمضي قدما.

الخطوة 2: الهيكل

كما ذكرت سابقًا ، تم تصنيع هذا النموذج الأول من مواد معاد تدويرها كان من المفترض التخلص منها.

الألواح الخشبية التي أخذتها من سرير مضلع وجدته في الشارع. كانت الزخارف الذهبية جزءًا من ذراع مصباح قديم ، وكانت سدادات الأربطة المطاطية عبارة عن مشابك مكتبية.

على أي حال ، فإن بناء الهيكل بسيط للغاية والخطوات هي نفسها كما في أي توتر.

ما فعلته باللوحات هو تجميعهم معًا في مجموعات من شخصين. صنع "شطيرة" مع الفواصل الذهبية ، مع ترك فجوة حيث يمكن أن تضيء الأضواء من خلالها.

أبعاد المشروع متغيرة تمامًا وستعتمد على حجم الهيكل الذي تريد صنعه. يبلغ طول القضبان الخشبية من صور هذا المشروع 38 سم وعرضها 38 ملم. المسافة الفاصلة بين الألواح 13 مم.

تم تقطيع الألواح الخشبية بشكل متماثل ، وصنفرتها (لإزالة طبقة الطلاء القديمة) وبعد ذلك يتم ثقبها على كلا الطرفين.

بعد ذلك ، قمت بتلوين الألواح بورنيش ريفي داكن. للانضمام إلى القطع ، استخدمت قضيبًا ملولبًا مقاس 5 مم ، مقطوعًا إلى أقسام من 5 سم و 5 مم مع عقدة على كل جانب.

المشدات هي أشرطة مطاطية حمراء. لربط المطاط بالقضبان ، قمت بعمل ثقب صغير مررت خلاله بالفرقة ثم حاصرته بسدادة. هذا يمنع الألواح من التحرك بحرية ويتحرك الهيكل لتفكيك.

الخطوة الثالثة: الإلكترونيات والأضواء

تم تصميم تكوين المكونات الإلكترونية للحفاظ على نفس الجهد ، المنطق والتغذية في جميع أنحاء النظام باستخدام 5 فولت.

يتم التحكم في النظام بواسطة Pro Trinket متصل بمقياس تسارع ثلاثي المحاور. يتم توفير الضوء بواسطة شرائط RGBW LED ، والتي يمكنها التحكم في الألوان وقيم سطوع الأبيض بشكل فردي. تعمل الدائرة بأكملها ، بما في ذلك المعالجات الدقيقة وأجهزة الاستشعار ونظام الإضاءة ، بجهد 5 فولت. لتشغيل النظام ، يلزم وجود مصدر يصل إلى 10 أمبير.

يستخدم Pro Trinket 5V شريحة Atmega328P ، وهي نفس الشريحة الأساسية في Arduino UNO. كما أن لديها نفس الدبابيس تقريبًا. لذلك فهو مفيد حقًا عندما تريد نقل مشروع UNO الخاص بك إلى مساحات مصغرة.

LIS3DH هو مستشعر متعدد الاستخدامات ، ويمكن إعادة تكوينه ليقرأ في + -2g / 4g / 8g / 16g كما أنه يجلب النقر والنقر المزدوج والتوجيه واكتشاف السقوط الحر.

يمكن لشريط NeoPixel RGBW LED إدارة لون تدرج اللون وكثافة اللون الأبيض بشكل منفصل. مع مصباح LED أبيض مخصص ، لا تحتاج إلى تشبع كل الألوان للحصول على ضوء أبيض ، كما أنه يجعلك أبيض أكثر نقاءً وإشراقًا وفوق ذلك يوفر الطاقة.

بالنسبة للأسلاك وتوصيل المكونات معًا ، قررت تمرير الكبل وإنشاء مآخذ مع دبابيس ذكر وأنثى باستخدام تجعيد وعلب الموصل.

لقد قمت بتوصيل trinket بمقياس التسارع ورمي SPI بالتكوين الافتراضي. هذا يعني توصيل Vin بمصدر الطاقة 5V. قم بتوصيل GND بأرضية بيانات / طاقة مشتركة. قم بتوصيل دبوس SCL (SCK) بـ Digital # 13. قم بتوصيل دبوس SDO بـ Digital # 12. قم بتوصيل دبوس SDA (SDI) بـ Digital # 11. قم بتوصيل CS pin Digital # 10.

يتم التحكم في شريط LED بواسطة دبوس واحد فقط ، والذي يذهب إلى رقم 6 والأرضية و 5 فولت تذهب مباشرة إلى محول مزود الطاقة.

ستجد جميع الوثائق التي قد تحتاجها ، وأكثر تفصيلاً وشرحًا بشكل أفضل على صفحة adafruit.

يتم توصيل مصدر الطاقة بمحول تيار مستمر أنثى يغذي المتحكم الدقيق وشريط LED في نفس الوقت. كما أن لديها مكثفًا لحماية الدائرة من التيار غير المستقر في لحظة "التبديل".

يحتوي المصباح على 6 أشرطة ضوئية ، لكن شرائط LED تأتي في نطاق طويل واحد. تم قطع شريط LED إلى أقسام 30 سم (18 LEDS) ثم تم لحامها بمسامير ذكر وأنثى 3 لتوصيلها ببقية الدائرة بشكل معياري.

بالنسبة لهذا المشروع ، أستخدم مصدر طاقة 5 فولت - 10 أمبير. ولكن اعتمادًا على عدد المصابيح التي تحتاجها ، ستحتاج إلى حساب التيار المطلوب لتغذية النظام.

من خلال توثيق القطعة ، يمكنك أن ترى أن LED به 80mA مرسوم لكل LED. أنا أستخدم 108 مصابيح LED في المجموع.

الخطوة 4: الكود

يعمل المخطط بسيط للغاية. يوفر مقياس التسارع معلومات عن الحركة على المحور x و y و z. بناءً على الاتجاه ، يتم تحديث قيم RGB لمصابيح LED.

يتم تقسيم العمل إلى المراحل التالية.

• قم بالقراءة من المستشعر ، ما عليك سوى استخدام واجهة برمجة التطبيقات.
• عن طريق حساب المثلثات ، حل قيم "التدحرج والنبرة". يمكنك العثور على مزيد من المعلومات في هذا المستند بواسطة Mark Pedley.
• احصل على اللون المقابل المرتبط بقيم التدوير ، حتى ننتقل إلى قيمة 0-360 RGB باستخدام وظيفة تحويل HSL - RGB. يتم استخدام قيمة الملعب بمقاييس مختلفة لتنظيم شدة الضوء الأبيض وتشبع اللون. نصفي الكرة المعاكسة من كرة منتقي الألوان بيضاء تمامًا.
• قم بتحديث المخزن المؤقت للأضواء الذي يخزن المعلومات الخاصة بألوان LED الفردية. بناءً على هذه المعلومات ، ستنشئ وحدة التحكم في المخزن المؤقت رسومًا متحركة أو ستستجيب بألوان تكميلية.
• أخيرًا أظهر الألوان وقم بتحديث المصابيح.

في البداية ، كانت الفكرة هي إنشاء مجال لوني حيث يمكنك اختيار أي لون. وضع عجلة الألوان على خط الزوال وقطب الألوان الداكنة والفاتحة.

ولكن سرعان ما تم تجاهل الفكرة ، نظرًا لأن المصابيح تخلق نغمات مختلفة ، تنطفئ وتضيء بسرعة كل مصباح RGB LED ، عند إعطاء قيم منخفضة لتمثيل الألوان الداكنة ، تعطي مصابيح LED أداءً ضعيفًا للغاية ويمكنك أن ترى كيف تبدأ في الوميض. هذا يجعل نصف الكرة الداكن من المجال اللوني لا يمكن أن يعمل بشكل صحيح.

ثم توصلت إلى فكرة تعيين ألوان تكميلية للنغمة المحددة حاليًا.

لذلك ، يختار نصف الكرة الأرضية قيمة لون أحادية اللون لعجلة من 50٪ إضاءة 90 ~ 100٪ تشبع. وفي الوقت نفسه ، يختار الجانب الآخر تدرجًا لونيًا من نفس موضع اللون ولكنه يضيف ، في الجانب الآخر من التدرج ، لونه التكميلي.

قراءة البيانات من جهاز الاستشعار خام. يمكن تطبيق مرشح لتخفيف الضوضاء والاهتزازات من المصباح نفسه. في الوقت الحالي ، أجده مثيرًا للاهتمام لأنه يبدو أكثر تشابهًا ، ويتفاعل مع أي لمسة ويستغرق ثانية حتى يستقر تمامًا.

ما زلت أعمل على الكود وأضيف ميزات جديدة وتحسين الرسوم المتحركة.

يمكنك التحقق من أحدث إصدارات الكود على حساب github الخاص بي.

الخطوة الخامسة: الختم

التجميع النهائي بسيط إلى حد ما ، قم بإلصاق غطاء السيليكون لشرائط LED مع لاصق إيبوكسي مكون من مكونات في القضبان وقم بتوصيل الأجزاء الستة في سلسلة واحدة خلف الأخرى.

قم بإصلاح النقطة التي تريد فيها تثبيت المكونات وربط مقياس التسارع والحلية الاحترافية بالخشب. لقد استخدمت فواصل بلاستيكية لحماية الجزء السفلي من المسامير. تم تثبيت مهايئ مصدر الطاقة بشكل صحيح بين مساحة القضبان باستخدام لاصق إيبوكسي إيبوكسي أكثر. تم تصميمه ليلائم ويمنعه من الحركة عند تدوير المصباح.

ملاحظات وتحسينات

خلال تطوير المشروع ، ظهرت أفكار جديدة حول طرق حل المشكلات. أدركت أيضًا بعض عيوب التصميم أو الأجزاء التي يمكن تحسينها.

الخطوة التالية التي أود القيام بها هي تحسين جودة المنتج والتشطيب ؛ في الغالب في الهيكل. أتيت بأفكار رائعة حول هيكليات أفضل حتى أبسط ، ودمج الموترات كجزء من التصميم وإخفاء المكونات. سيتطلب هذا الهيكل أدوات أكثر قوة مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد وأجهزة القطع بالليزر.

لا يزال لدي انتظار الطريق لإخفاء الأسلاك على طول الهيكل. والعمل على زيادة كفاءة استهلاك الطاقة ؛ لتقليل الإنفاق عندما يعمل المصباح لفترة طويلة ولا يغير الإضاءة.

شكرا لقراءة المقال واهتمامك بعملي أتمنى أن تكون قد تعلمت من هذا المشروع بقدر ما تعلمت.