شجرة الألياف البصرية RGB LED (المعروف أيضًا باسم Project Sparkle): 6 خطوات

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

تجد غرفتك مملة بعض الشيء؟ تريد إضافة القليل من التألق إليها؟ اقرأ هنا كيفية الحصول على RGB LED ، وإضافة بعض أسلاك الألياف الضوئية ، وجعلها تتألق!

الهدف الأساسي من Project Sparkle هو أخذ مصباح LED فائق السطوع بالإضافة إلى بعض كبلات الألياف الضوئية ذات النهاية المتوهجة وربطها بأردوينو لإنشاء تأثير إضاءة جميل. هذا تقليد لأسقف / أسقف نجمية من الألياف الضوئية ولكن يتم تثبيتها عموديًا بسبب عدم القدرة على الحفر في سقفي ولا تستخدم إضاءة مسبقة الصنع لإضاءة أسلاك الألياف البصرية. لذا فهي حقًا طريقة للحصول على تأثيرات ألياف بصرية رائعة دون الاستثمار في أجهزة إضاءة باهظة الثمن. كما أن توصيله عبر LED بأردوينو يضيف أيضًا لأي نوع من التخصيص وصقل الألوان! أفضل ما في العالمين المواد: 10W LED - 5 دولارات - eBay. ** تحذير ، هذا مشرق للغاية. لا تنظر إلى هذا مباشرة عند تشغيله. قم بلصقه تحت صندوق للاختبار أو غطاء آخر مناسب ** سلك توهج طرف الألياف الضوئية - ~ 25-30 دولارًا - اشتريته عبر الإنترنت من TriNorthLighting. يُباع كبل الألياف الضوئية عمومًا بالقدم بأرقام خيوط مختلفة داخل الكبل. كلما قل عدد الخيوط في الكبل بشكل عام ، يكون كل سلك على حدة أكثر سمكًا ، مما يعني نقطة نهاية أكثر إشراقًا بشكل عام. تحقق من هذه الصفحة للحصول على مخطط مفيد حول رقم الكابل مقابل العرض. مزود طاقة بجهد 12 فولت ، 2 أمبير - ~ 10 دولارات - كان لدي واحد ملقى. المواد السرية: معظم هذه الأجزاء عبارة عن أشياء سيحصل عليها الأشخاص ويمكن إعادة استخدامها في مشاريع أخرى اردوينو - 25-30 دولارًا - استخدمت لوحة توصيل Arduino Uno R3 - ~ مكواة لحام بقيمة 5 دولارات - في أي مكان من 10 دولارات إلى طلب أكبر من مكونات الدائرة - تكلف كل منها بضعة سنتات فقط ، وربما تكون المشكلة الأكثر تعقيدًا هي مكان الحصول عليها في الوقت الحاضر الأسلاك ، وقواطع الأسلاك ، والقواطع ، إلخ. تول - 5 دولارات - تم شراؤها من مركبة متجر. إنها المادة التي استخدمتها لنسج خيوط الألياف الضوئية على الحائط

الخطوة 1: نظرة عامة على مكونات الدوائر

بخلاف السلك الأساسي (والصمام الثنائي الباعث للضوء) ، تتكون دائرتنا من مكونين رئيسيين: الترانزستورات والمقاومات. الهدف هو توصيل مؤشر LED بلوحة التجارب وإرفاق اردوينو بنفس لوحة التجارب بحيث يمكن لـ arduino إخراج قيمة وسيتم تشغيل مؤشر LED عند سطوع معين (يتوافق مع القيمة التي يخرجها اردوينو). تكمن المشكلة في أن اردوينو يمكنه توفير 5 فولت فقط ، لكن مصباح LED الخاص بنا يحتاج إلى 12 فولت (ملاحظة: قد يتغير هذا وفقًا لمصباح الطاقة الذي تستخدمه). هذا هو المكان الذي يأتي فيه مصدر الطاقة. "كيف سنقوم بتوصيل اردوينو و LED ومزود الطاقة معًا؟!" ربما تسال. الجواب هو السحر. سحر الترانزستورات! ببساطة ، الترانزستور هو مكبر للصوت أو مفتاح. في هذه الحالة نستخدمه كمفتاح. سيتم توصيله عند أحد الأطراف بـ arduino ، ودبوس آخر بمصدر الطاقة ، وثالث بمصباح LED. عندما يرسل اردوينو تيارًا فوق عتبة معينة ، فإن الترانزستور `` يعمل '' ويسمح لجهد مصدر الطاقة بالمرور من خلاله ، مما يؤدي إلى إضاءة LED. عندما لا يكون هناك تيار كافٍ من اردوينو ، فإن الترانزستور لن يسمح لمصدر الطاقة بالمرور من خلاله وسيتم إيقاف تشغيل مؤشر LED. يُعرف نوع تبديل الترانزستور بترانزستور التحويل أو التوصيل. هناك العديد من الأنواع المختلفة المتاحة التي لها خصائص مختلفة مثل الفولتية المطلوبة عبر دبابيسها ، والكسب ، وما إلى ذلك. وأشجع أي شخص مهتم بقراءة المزيد عن الترانزستورات للحصول على فهم أفضل لها. يحتوي مصباح 10W LED على أربعة دبابيس ، على جانب واحد من الأرض وعلى الجانب الآخر دبوس لكل لون. إذا أردنا أن نكون قادرين على التحكم في كل لون على حدة (حتى نتمكن من عرض أي مجموعة ألوان من RGB) ، يجب أن يكون لكل لون ترانزستور خاص به ، لذلك نحتاج إلى ثلاثة ترانزستورات في المجموع. المزيد من التفاصيل حول الترانزستورات المستخدمة ستكون في الخطوة التالية: المقاومات الآن بعد أن اكتشفنا كيفية تشغيل LED ، هناك مشكلة أخرى. كل هذه القوة ليست بالضرورة شيئًا جيدًا! لا نريد اختصار LED ، لذلك يجب إضافة المقاومات إليه. من بين المسامير الأربعة الموجودة على مؤشر LED ، لا يحتاج الدبوس الأرضي إلى مقاوم لأنه سيتجه إلى الأرض. لكن دبابيس الألوان الثلاثة ستحتاج إلى مقاوم واحد على الأقل ، وبما أن الألوان المختلفة ترسم جهدًا مختلفًا ، فإنها ليست بالضرورة نفس المقاومات. "كيف سنكتشف هذه القيم ؟!" ربما تسال. حسنًا ، الجواب هو السحر. سحر الرياضيات! (اقرأ عن الأمر يستحق ذلك وأعدك …)

الخطوة 2: حساب مكونات الدائرة

نوع الترانزستورات كما ذكرنا في الخطوة السابقة ، فإن الترانزستورات المستخدمة هنا هي من نوع التحويل. يعتمد نوع الترانزستور المطلوب في الدائرة على ما تتطلبه الدائرة ، ولكن في هذه الدائرة يكون الترانزستور 2N2219 مناسبًا. لاحظ أنه يمكنك استخدام ترانزستور غير 2N2219 ، طالما أنه يحتوي على المواصفات الصحيحة للدائرة التي تعمل عليها. (يجب أن يكون الترانزستور 2N2222 الأكثر شيوعًا مناسبًا أيضًا) اعتمادًا على نوع الترانزستور ، ستكون المسامير الثلاثة على الترانزستور إما "باعثًا أو قاعدة أو جامعًا" أو "بوابة ، مصدر ، استنزاف." النوع 2N2219 هو الأول. هناك العديد من أنواع أجسام الترانزستور ، لذا من أجل تحديد الدبوس الذي يتوافق مع الباعث والقاعدة والمجمع ، فقد حان الوقت لاستشارة ورقة المواصفات الخاصة بك! يحتاج الترانزستور أيضًا إلى مقاومين. يربط المرء قاعدة الترانزستور بأردوينو - يمكن أن يكون هذا أي قيمة ، بشكل عام حوالي 1kΩ. يتم استخدام هذا بحيث لا يتسبب أي تيار زائف من اردوينو في تشغيل الترانزستور وتشغيل الضوء عن طريق الخطأ. يقوم المقاوم الثاني المطلوب بتوصيل القاعدة بالأرض وهو عمومًا ذو قيمة كبيرة مثل أنواع المقاومات 10kΩ لتوصيل مصدر الطاقة بمصباح LED ، يتعين علينا استخدام بعض المقاومات. يحتوي كل لون على LED على مدخلات جهد مختلفة مطلوبة. تعتمد القيم المحددة على مؤشر LED المستخدم ، ولكن بالنسبة لمصباح LED قياسي 10 وات ، من المحتمل أن تكون هذه في النطاق الصحيح: أحمر - 6-8 فولت أخضر - 9-12 فولت أزرق - 9-11 فولت الحالي المطلوب بواسطة مؤشر LED: 3 مللي أمبير (مللي أمبير) جهد إمداد الطاقة: 12 فولت إذن الوضع هو: نحن نستخدم مصدر طاقة بجهد 12 فولت لتشغيل مؤشر LED ويجب أن يتلقى كل لون جهدًا أقل من ذلك. نحتاج إلى استخدام مقاومات لتقليل الجهد الذي يراه كل لون على LED بالفعل. لتحديد قيمة المقاومة اللازمة ، حان الوقت لاستشارة قانون أوم. على سبيل المثال بالنسبة للون الأحمر: الجهد = التيار * المقاومة…. إعادة الكتابة إلى المقاومة = الجهد (انخفاض) / المقاومة الحالية = 4 فولت / 0.3 أمبير = 13.3Ω (قيمة 4 فولت من 12 فولت (مصدر الطاقة) - الحد الأقصى للنطاق الأحمر (8 فولت)) لم ننتهي بعد. اعتمادًا على نوع المقاوم الخاص بك (أي حجمه) ، يمكن فقط تبديد قدر معين من الطاقة بواسطته. إذا استخدمنا مقاومات لا يمكنها تبديد الطاقة الكافية فسنحرقها. تأتي صيغة حساب القدرة عبر المقاوم من قانون أوم: إنها القوة = الجهد * التيار. الطاقة = 4V * 0.3 A = 1.2 W وهذا يعني أننا بحاجة إلى مقاوم 13.3Ω ، 1.2 W (على الأقل) للتأكد من أن LED الخاص بنا آمن. المشكلة هي أن المقاومات الأكثر شيوعًا تأتي في 1/4 واط أو أقل. ما يجب القيام به؟! باستخدام سحر إنشاء المقاومات بالتوازي يمكننا إصلاح المشكلة. من خلال الجمع بين أربعة مقاومات (1/4 واط) بالتوازي ، فإن إجمالي تبديد الطاقة يصل إلى 1 وات (من الناحية المثالية ، نضيف خمس مقاومات على التوازي ، ولكن نظرًا لأن 1.2 واط لن يتم رؤيتها إلا عندما تكون مضاءة إلى الحد الأقصى ، والعام نحن نستخدم القليل). تؤدي إضافة المقاومات بالتوازي إلى انخفاض مقاومتها بشكل متناسب (بمعنى إذا قمنا بدمج أربعة مقاومات 13.3 Ω بالتوازي ، فستكون المقاومة الإجمالية 3 فقط) للحصول على المقاومة الصحيحة وتبديد الطاقة ، يمكننا الجمع بين أربعة مقاومات 68 Ω 1/4W في موازى. نحصل على هذا الرقم بضرب 13.3Ω في أربعة ، وهو ~ 53Ω ثم أخذ القيمة القياسية التالية للمقاوم. بشكل عام: لتشغيل اللون الأحمر ، نحتاج إلى استخدام إما مقاوم 13.3Ω 1W ، أو أربعة مقاومات 68Ω 1 / 4W بالتوازي. لحساب المقاومة المطلوبة للألوان الأخرى ، استخدم نفس العملية. ملخص مكونات الدائرة المطلوبة: 3 × 2N2219 ترانزستورات 3 × 1kΩ مقاومات 3 × 10 كيلو أوم مقاومات حمراء: 4 × 68Ω 1/4 مقاومات واط أزرق: 4 × 27Ω 1 / مقاومات 4 وات أخضر: مقاومات 4 × 27 1/4 وات

الخطوة 3: رسم تخطيطي للدائرة / إنشاء الدائرة

بعد إجراء الرياضيات وجمع كل القطع المطلوبة ، حان الوقت لتجميعها معًا!

أولاً ، خذ مصدر الطاقة الخاص بك وقم بقطع أي اتصال له في النهاية وعزل أسلاك الكهرباء والأرض. أضف السلك الأرضي إلى أحد قضبان اللوح. قم بتوصيل سلك الطاقة باللحام بالمقاومات الضرورية على مؤشر LED. ثم قم ببناء الدائرة كما هو موضح في مخطط الدائرة. لاحظ أنه يجب توصيل جميع الأسس الموجودة في الدائرة (أرض اردوينو ، أسباب الترانزستور ، أسباب إمداد الطاقة) ببعضها البعض بطريقة ما.

الخطوة 4: كود اردوينو

نحن على وشك الانتهاء! حان الوقت لتوصيل دائرتنا بأردوينو.

يقوم الكود هنا فقط بتشغيل RGB LED من خلال دورة ألوان (أي فحص قوس قزح بالكامل). إذا كنت معتادًا على اردوينو ، فهذا ليس معقدًا للغاية. لم أكتب هذا الرمز في الأصل من قبلي ، لكنني بصراحة لا أستطيع أن أتذكر من أين قمت بتنزيله ؛ كان مفتوح المصدر. إذا كنت أتذكر أو إذا كان أي شخص يعرف المصدر ، فسأذكره بكل سرور. تم لصق الرسم أدناه. فقط تأكد من أن قيم الدبوس في الرسم تتوافق مع المسامير الموجودة على اردوينو المستخدمة للاتصال بمصباح LED. كل ما يفعله الكود هو إرسال قيمة فردية (من 0 إلى 255) إلى كل من دبابيس لون LED. إذا كنت تريد ظهور لون معين ، تحقق من مخطط ألوان RGB // تشغيل RGB LED من خلال دورة عجلة الألوان int السطوع = 0 ؛ // ما مدى سطوع مؤشر LED. القيمة القصوى هي 255 int rad = 0 ؛ #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup () {// أعلن أن الدبابيس هي ناتج: pinMode (RED ، OUTPUT) ؛ pinMode (الأخضر ، الإخراج) ؛ pinMode (الأزرق ، الإخراج) ؛ } // من 0 إلى 127 عرض باطلاللون (uint16_t WheelPos) {byte r، g، b؛ التبديل (WheelPos / 128) {الحالة 0: r = 127 - WheelPos٪ 128 ؛ // أحمر أسفل g = WheelPos٪ 128 ؛ // Green up b = 0 ؛ // الأزرق قبالة كسر ؛ الحالة 1: g = 127 - WheelPos٪ 128 ؛ // أخضر لأسفل ب = WheelPos٪ 128 ؛ // أزرق حتى r = 0 ؛ // كسر أحمر ؛ الحالة 2: ب = 127 - WheelPos٪ 128 ؛ // أزرق لأسفل r = WheelPos٪ 128 ؛ // أحمر يصل g = 0 ؛ // استراحة خضراء ؛ } analogWrite (RED، r * 2) ؛ analogWrite (أخضر ، ز * 2) ؛ analogWrite (أزرق ، ب * 2) ؛ } حلقة فارغة () {displayColor (rad)؛ تأخير (40) ؛ راد = (راد + 1)٪ 384 ؛ }

الخطوة الخامسة: إضافة أسلاك الألياف البصرية

حتى إذا لم تكمل هذه الخطوة ، فالشيء الجميل هو أنه لدينا الآن RGB LED رائع ومشرق وقابل للتخصيص بالكامل. اخترت دمجها مع الألياف البصرية ، ولكن حقًا يمكنك فعل أي شيء تريده! جعل الضوء لطيف؟ أشعل كرة ديسكو؟ الكثير من الاحتمالات!

لقد اشتريت في الأصل خمسة أقدام من 50 ألياف حبلا ، و 10 أقدام من 12 ألياف حبلا ، و 5 أقدام من 25 ألياف حبلا. انتهى بي الأمر بقص الطول إلى النصف بحيث يكون لدي المزيد من النقاط على الرغم من أن الأسلاك نفسها كانت أقصر. اخترت أن أصنع شجرة لأنني لم أتمكن من تركيبها عبر الحائط. تم لصق التول على الحائط باستخدام الأسمنت المطاطي (التول خفيف الوزن إلى حد ما ، لذلك قد يكون الشريط كافيًا). يتم خيط الألياف من خلال التول في شكل شجرة مثل النمط. باستخدام صودا فارغة / جافة ، يمكن وضع LED في الأسفل ، وتضاف الألياف إلى الجزء العلوي منه. أكبر مشكلة في هذه المرحلة هي محاولة التأكد من مرور الضوء عبر الألياف بدلاً من الخروج من الجزء العلوي من علبة الصودا. يمكن أن يساعد لف الألياف بإحكام في رقائق معدنية ، لكنني أقترح تجربة أي إعداد تعتقد أنه قد ينجح. ضع كل هذه القطع معًا ولدينا شجرتنا!

الخطوة 6: وقت الحفلة

لم يتبق شيء للقيام به سوى خفت الإضاءة وتشغيل اردوينو والاستمتاع بتوهج إعداد الألياف البصرية الجديد لدينا!

لقد أرفقت مقطع فيديو للإعداد أيضًا. يبدو أفضل على المستوى الشخصي ، ولكن يمكنك رؤيته يتحرك ببطء عبر عجلة الألوان.