تنورة قنديل البحر من الألياف البصرية: 16 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

نظرًا لأن تأثير الألياف الضوئية رائع للغاية ، كنت أفكر في صنع مجموعة من الألياف الضوئية ومصابيح RGB LED. استغرق الأمر مني بعض الوقت حتى توصلت إلى تصميم واكتشفت كيفية إرفاق الألياف بشريط LED. في النهاية ، صنعت تنورة جيلي فيش هذه: يتم لصق خيوط الألياف الضوئية في أنابيب الفينيل التي يتم تسجيلها على شريط وحزام LED. يوجد في الخلف حقيبة صغيرة للبطارية ووحدة التحكم الدقيقة التي تزود مؤشر LED بالطاقة والبيانات. نظرًا لأن مصابيح LED الموجودة على الشريط قابلة للتوجيه ، يمكن أن يضيء الحزام بألوان وأنماط مختلفة مبرمجة مسبقًا.

يعد هذا المشروع طريقة رائعة لبدء استخدام RGB LEDs والتعرف على البرمجة باستخدام Arduino IDE. ولا تقلق من أنك لا تحتاج إلى مهارات لحام أو برمجة ممتازة لعمل هذا التنورة.

الخطوة 1: المستلزمات

المواد

· ألياف ضوئية بطول 200 × 2 متر - قطر 0.05 سم [eBay]

· 5V RGB LEDs قابلة للعنونة (60 / م) مع علبة سيليكون [Adafruit ، eBay]

· متحكم Arduino الدقيق [Sparkfun ، Adafruit ، Watterott]

· بطارية بوليمر ليثيوم (أيون) أو بنك طاقة USB [Sparkfun ، Adafruit ، eBay]

· أنبوب فينيل شفاف - قطره 0.6 سم [متجر لاجهزة الكمبيوتر]

· نقي 5 دقائق من مادة الإيبوكسي أو المادة اللاصقة E6000 للبلاستيك [متجر لاجهزة الكمبيوتر]

· مسح شريط البط القوي (ويفضل أن يكون ثنائي الفتيل) [متجر لاجهزة الكمبيوتر]

· انكماش حراري - قطر 1 سم [متجر لاجهزة الكمبيوتر]

· 1.5 متر من الأسلاك النحاسية المجدولة 22 AWG [متجر لاجهزة الكمبيوتر]

· حزام رقيق

· شريط فيلكرو قوي مثبت الظهر 10 سم [متجر أقمشة]

· نسيج لحقيبة البطارية

أدوات

· مسدس الغراء الساخن

· لحام حديد

جندى

· سكين

· مقص

· ولاعة

· مسدس حرارة

· خيط الابرة

· شريط قياس

الخطوة 2: شريط RGB LED

يمكن أن تضيء مصابيح RGB LED بألوان وأنماط مختلفة لأنها قابلة للتوجيه. يحتوي كل RGB LED على مؤشر LED باللون الأحمر والأخضر والأزرق بالإضافة إلى شريحة تشغيل صغيرة. بسبب الشريحة ، فإن RGB LED أكثر ذكاءً من LED العادي. تعرف كل شريحة LED موقعها الخاص على الشريط ويمكنها أيضًا التحكم في سطوع الأحمر والأخضر والأزرق بشكل فردي. لذلك ، يمكن برمجة كل نمط ولون يمكن تخيله تقريبًا.

بين كل مصباح LED فردي ، يمكنك العثور على ثلاثة خطوط: + 5V و DO / DI و GND. يوفر خط 5V (الذي يرمز إلى "5 Volts") طاقة LED ؛ تخبر DI / DO (التي تعني "إدخال البيانات" و "إخراج البيانات") LED كيف ومتى تضيء ؛ GND تعني الأرض. على رأس هذه الخطوط الثلاثة يوجد رمز مقص صغير - هذا هو المكان الوحيد الذي يجب أن تقطع فيه شريط LED.

يجب أن تجد أيضًا أسهمًا على الشريط. توضح الأسهم الاتجاه الذي تسير فيه البيانات. من المهم الإشارة إلى بداية الشريط ونهايته: البداية هي الحافة المقطوعة مع توجيه السهم بعيدًا عنك. يجب توصيل هذا الجانب بمصدر طاقة ومتحكم دقيق. قبل استخدام شريط LED في المشروع ، تأكد من اختبار عمل جميع مصابيح LED. في الخطوة 14 ، سنتناول كيفية تحميل برنامج واختبار شريط LED الخاص بك.

تأتي شرائط LED بكثافات مختلفة من مصابيح LED (30 LED / م ، 60 LED / م أو 90 LED / م). بالنسبة لهذا المشروع ، أوصي باستخدام 60 مصباح LED / متر أو حتى المزيد من مصابيح LED / متر لتنورة أكثر اكتمالاً.

الخطوة 3: متحكم دقيق

هناك العديد من المتحكمات الدقيقة المختلفة للاختيار من بينها. في الصورة ، يمكنك رؤية 4 وحدات تحكم دقيقة مختلفة أستخدمها عادةً للأجهزة القابلة للارتداء: Wattuino Nanite85 الأحمر من Watterott هو أصغر لوحة مع معالج Atmel ATtiny85. إنه رائع لمعظم المشاريع القابلة للارتداء. على الرغم من عدم وجود فتحات كبيرة للخياطة ، إلا أنه من السهل تثبيتها على ملابسك لأنها صغيرة جدًا. يوجد على السبورة محمل USB-Bootloader لتوصيله بجهاز الكمبيوتر الخاص بك وإرفاق مصدر طاقة مثل بنك الطاقة. تحتوي اللوحة على 6 دبابيس: 4 دبابيس بيانات و 1 GND و 1 طاقة.

اللوحة السوداء الصغيرة هي Gemma من Adafruit والتي تحتوي أيضًا على معالج Atmel ATtiny85. الثقوب أكبر قليلاً ويمكنك استخدام خيط موصل للخياطة. يحتوي Gemma على منفذ USB ووصلة JST لبطاريات ليثيوم بوليمر. تعتبر اللوحة رائعة للمشاريع الصغيرة لأنها تحتوي على 6 دبابيس: 3 دبابيس بيانات و 1 GND و 2 طاقة (3 V و Vout).

أكبر متحكم أسود اللون هو فلورافروم Adafruit. يحتوي Flora على معالج دقيق أكثر قوة (Atmel Mega 32u4) ويمكن استخدامه للمشاريع المعقدة (توصيل أجهزة استشعار متعددة وميكروفونات وما إلى ذلك). تحتوي اللوحة على منفذ USB وموصل JST لبطاريات ليثيوم بوليمر. إلى جانب 14 دبوسًا (8 بيانات و 3 GND و 3 طاقة) ، يوجد أيضًا مفتاح تشغيل / إيقاف على اللوحة.

المتحكم الأرجواني هو LilypadArduino Simple من Sparkfun مع معالج Atmel Mega328. تحتوي اللوحة على موصل JST ومفتاح تشغيل / إيقاف بالإضافة إلى مفتاح زر قابل للبرمجة. نظرًا لأن منفذ USB ليس موجودًا على السبورة (اختراق FTDI) ، يكون الأمر أكثر تعقيدًا باستخدام بنك الطاقة لمصدر الطاقة. يحتوي على 11 دبابيس: 9 دبابيس بيانات ، 1 GND و 1 طاقة. Lilypad قابل للغسل وهو جيد لمشاريع الخياطة بسبب ثقوبه الكبيرة.

بالنسبة لهذا المشروع ، استخدمت Flora. كان بإمكاني استخدام متحكم أصغر ولكنه كان الوحيد الذي أملكه في ذلك الوقت.

الخطوة 4: مزود الطاقة

بطاريات الليثيوم بوليمر قوية وسهلة الشحن. اعتمادًا على السعة (مللي أمبير) ، تأتي البطاريات بأحجام مختلفة. تأتي بطاريات الليثيوم بوليمر عادة مع موصل JST ثنائي السنون ، والذي يمكن توصيله بالمتحكم الدقيق. بطارية 3.7 فولت لديها حوالي 4.2 فولت عند الشحن الكامل وتموت عند 3.0 فولت.

يجب أن يعمل شريط LED على مصدر طاقة 5 فولت ولكنه يعمل أيضًا مع بطارية 3.7 فولت. لا تذهب إلى أعلى من 5 فولت على الرغم من ذلك.

ما هي السعة المناسبة لمشروعك؟ يستهلك أحد مصابيح LED حوالي 60 مللي أمبير (مللي أمبير) من التيار. تخيل أن لديك 20 مصباحًا LED على الشريط الخاص بك ، فمن المرجح أن يرسموا 1 ، 200 مللي أمبير في المجموع. يمكن لبطارية 1200 مللي أمبير (مللي أمبير ساعة) توفير 1200 مللي أمبير لمدة ساعة ، لذلك إذا كانت البطارية بسعة 2 ، 500 مللي أمبير ، فستستمر لمدة ساعتين أو أكثر:

2 ، 500 مللي أمبير / 1 ، 200 مللي أمبير = 2.08 ساعة

نظرًا لأن مصابيح LED لن تعمل بسطوع كامل طوال الوقت ، فمن المرجح أن تدوم البطارية لفترة أطول. يمكنك العثور على دليل رائع حول تقدير وقت تشغيل بطاريتك على Adafruit. عند عدم استخدامها بشكل صحيح ، يمكن أن تكون بطاريات الليثيوم بوليمر خطيرة حقًا. إذا لم تكن معتادًا على الإلكترونيات ، فإنني أوصي باستخدام بنك طاقة USB. يأتي مزودًا بكابل USB لتشغيل / شحن الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل هاتفك الذكي أو في هذه الحالة متحكم دقيق. من الآمن ارتداء بنك طاقة USB على جسمك لأن بطارية ليثيوم بوليمر محمية في علبة من الألومنيوم ويقل احتمال تعرضها للتلف مما قد يتسبب في تسريبها أو انفجارها. لا تريد أن يحدث هذا في هذا البرنامج التعليمي ، استخدمت بطارية ليثيوم بوليمر مباشرة (وليس في علبة من الألومنيوم). لقد تحولت منذ ذلك الحين إلى استخدام بنوك الطاقة.

الخطوة 5: قطع شريط وحزام LED

للبدء ، تحتاج إلى معرفة طول الحزام وعدد مصابيح LED وخيوط الألياف البصرية التي ستحتاجها. قم بقياس حجم خصرك (ساعد في أخذ القياسات) وقم بقص شريط LED بطول قياسك. اقطع الشريط على أقرب خط قطع مميز بمقص صغير (انظر الصورة). في أفضل الأحوال ، يكون شريط LED أقصر قليلاً من طول قياس الورك. الآن عد مصابيح LED على الشريط - هذا هو عدد خيوط الألياف البصرية الفردية التي ستقوم بإعدادها. هذا هو أيضًا عدد مصابيح LED التي يجب أن تعلن عنها في كود NeoPixel قبل تحميل البرنامج على وحدة التحكم الدقيقة الخاصة بك.

يحتوي الشريط الخاص بي على 60 مصباحًا لكل متر. بعد قطع قطعة بطول 70 سم ، يتبقى 42 مصباحًا على الشريط.

لاحقًا ، سأقوم بتثبيت شريط LED على حزام رفيع لمزيد من الدعم. يجب أن يكون الحزام عريضًا مثل شريط LED وأن يكون أطول بحوالي 10 سم. نظرًا لأنك ستستخدم الفيلكرو لإغلاق الحزام ، فتأكد من قطع إبزيم الحزام.

الخطوة 6: أسلاك اللحام على شريط LED

في الخطوة التالية ، ستحتاج إلى لحام الأسلاك الثلاثة على شريط LED وإغلاقها بالغراء الساخن وتقليص الحرارة. ادفع أولاً قطعة صغيرة من الحرارة تتقلص (بطول 1.5 سم تقريبًا) على علبة السيليكون. ثم قم بقص ثلاثة أسلاك ولحام سلك لكل من المسامير الموصلة + 5V و DIN و GND في بداية الشريط (كيفية لحام شرائط LED التعليمية). إذا كنت تستخدم نفس السلك الملون لجميع الخطوط الثلاثة ، فضع بعض الشريط اللاصق حول كل سلك وقم بتمييزها حتى لا تخلط بينها. تأكد من أن الأسلاك طويلة بما يكفي - حوالي 30 سم - لتلحيمها بالميكروكونترولر لاحقًا. اجعلها أطول مما تعتقد أنه يجب عليك إذا لم تكن متأكدًا.

الآن ادفع كمية صغيرة من الغراء الساخن في علبة السيليكون ، ولكن ليس بقدر تغطية أول LED بالغراء. بينما لا يزال الصمغ ناعمًا ، اسحب الحرارة يتقلص في منتصف الطريق فوق علبة السيليكون ونصف المسافة فوق الأسلاك. اضغط على بعض الغراء خارج الشريط في أنبوب الانكماش الحراري واستخدم مسدسًا حراريًا أو ولاعة أو مكواة لحام لتسخين الحرارة تتقلص حتى تصبح مشدودة حول الشريط والأسلاك. الآن قم بإغلاق الطرف الآخر من شريط LED ببعض الغراء الساخن.

الخطوة السابعة: تجهيز حزم الألياف البصرية

لقد اشتريت حبلا بطول 2 متر من 200 ألياف بصرية بقطر 0.05 سم. توجد ألياف بصرية أرق في السوق ، ولكن كلما كانت الألياف أكثر سمكًا ، كلما كانت الأطراف أكثر إشراقًا ، وكلما قل احتمال تعرضها للكسر.

لأنني أردت أن يبلغ طول التنورة حوالي 50 سم ، قمت بقص شريط الألياف البصرية ثلاث مرات وحصلت على 800 ألياف بطول 50 سم.

الآن يجب لصق حزمة صغيرة من الألياف الضوئية على كل LED. لقد استخدمت أنبوب فينيل شفاف بقطر 0.6 سم ، قمت بتقطيعه إلى 42 قطعة (عدد مصابيح LED الخاصة بي) طول كل منها 3 سم. وضعت حوالي 17 أليافًا في كل قطعة من الفينيل ودفعتهم عبر الأنبوب وبعد النهاية بقليل ، حوالي 3 إلى 4 سم. اعتمادًا على سمك الألياف أو أنبوب الفينيل ، قد يكون لديك كمية مختلفة من الألياف في كل أنبوب. استخدم أكبر عدد ممكن من الأشخاص.

في النهاية التي دفعتها ، انشر بعض الغراء الصافي (استخدمت E6000) بين الألياف. تأكد من دخول الغراء بين الألياف واسحب الجزء العلوي من الشريط مرة أخرى إلى الأنبوب. اخترت أصليًا إيبوكسي لمدة 5 دقائق لكنه لم يكن الخيار الأفضل. أصبح الصمغ صعبًا جدًا وتنكسر الألياف أحيانًا. يعمل اللاصق الشفاف E6000 أيضًا وهو أكثر مرونة.

الخطوة 8: اجعل الألياف البصرية تلمع أكثر

عندما يجف الغراء ، اقطع حوالي 0.5 سم من طرف الأنبوب بسكين حاد. تأكد من أن جميع الألياف تتدفق الآن مع الطرف المقطوع ولا تنحسر من الداخل. كلما كان القطع أنظف ، كان الضوء سينتقل إلى الألياف بشكل أفضل.

لجعل النهايات أكثر إشراقًا ، يمكنك أيضًا إذابة الطرف المقطوع. أمسك طرف أنبوب الفينيل بالقرب من لهب نظيف (فرن غاز أو ولاعة ولكن ليس شمعة) حتى تذوب الألياف قليلاً. كن حذرًا ولا تجعله قريبًا جدًا من اللهب - فأنت لا تريد حرق الأنبوب. الآن يجب أن تلمع أطراف الألياف ضعف سطوعها.

الخطوة 9: افصل الألياف

الآن تم الانتهاء من الخيوط الفردية تقريبًا. للحصول على تنورة أكثر كثافة ، نحتاج إلى فصل الألياف. في نهاية الأنبوب حيث تخرج الألياف ، قم بتوزيعها بالتساوي ووضع بعض الغراء الساخن بعناية في الأعلى. لا تستخدم الكثير من الغراء أو تضع مسدس الغراء قريبًا جدًا لأن الألياف سوف تذوب وتنثني. ثبته في مكانه حتى يجف الغراء.

الخطوة 10: بناء حامل أنبوب الفينيل

يحتوي شريط LED على علبة سيليكون قابلة للإزالة ومقاومة للماء. لقد جربت العديد من المواد اللاصقة المختلفة ولكن لا شيء عالق في السيليكون بشكل دائم. ومع ذلك ، أردت الاحتفاظ بعلبة السيليكون للحماية.

لإرفاق حزمة الألياف أعلى كل LED ، من الضروري بناء حامل صغير مصنوع من الغراء الساخن. ضع حبلا من الألياف الضوئية أعلى مصباح LED وضع بعض الغراء الساخن حوله وعلى الجانب الأيمن والأيسر من الأنبوب - انتظر حتى يجف. كرر مع جميع خيوط الألياف الأخرى ، بشكل فردي. ثم قم بإذابة الغراء على الجانب بعناية وألصق 4 إلى 5 أنابيب معًا - انتبه جيدًا للمسافة بين أنابيب الفينيل. في النهاية ، يجب أن تكون كل حزمة ألياف بصرية أعلى مصباح LED مباشرةً.

الخطوة 11: شريط أنابيب على الشريط والحزام

في الخطوة التالية ، قم بقص شريط البط في شرائط رفيعة بطول 5 سم وشريط حاملات الأنابيب حول شريط وحزام LED. ابدأ بنهاية الشريط الذي يحتوي على 3 أسلاك واترك 10 سم من الحزام مكشوفًا. تأكد من وضع كل خصلة فوق مصباح LED بالضبط. بعد إرفاق قسم من حوامل الأنبوب ، قم بإرفاق القسم التالي بنفس العملية مثل الخطوة الأخيرة حيث صنعنا الحاملات بأنفسنا. ثم أرفق القسم التالي. لا تلصق الأنابيب الثلاثة الأخيرة للحامل الأخير على الشريط والحزام حتى الآن.

في النهاية باستخدام الأسلاك الثلاثة ، قم بقطع ثقب صغير في الحزام واسحب الأسلاك الثلاثة من خلال الفتحة. قم بثني الأسلاك باتجاه منتصف الشريط وثبتها ببعضها ببضع حلقات من الشريط اللاصق. سنقود الأسلاك في النهاية إلى مكان وجود جيب البطارية.

الخطوة 12: اصنع بطارية الجيب

بالنسبة للبطارية والميكروكونترولر ، قمت بخياطة جيب صغير. إذا لم تتمكن من الخياطة ، فقط قص قطعتين مربعتين من القماش وألصقهما معًا. لتثبيته بالحزام ، قمت بقطع مربع بمقبض من نسيج شبكي بلاستيكي (انظر الصورة) - يجب أن يعمل النسيج العادي أيضًا. يجب أن يكون المربع بنفس حجم جيب البطارية تقريبًا.

اختر الآن مكانًا تريد أن تحمل فيه جيب البطارية. منجم في الخلف قليلاً إلى اليمين. الآن قم بإزالة حلقة الشريط الواحدة الموجودة بين أنبوبين من الفينيل حيث ترغب في وضع الجيب ودفع المقبض بين شريط LED والحزام. اسحب المقبض لأسفل وخياطته أو الصقه على المربع. ضع بعض الفيلكرو على جيب البطارية وحاملها. لا تنس أيضًا إعادة لصق شريط LED على الحزام مرة أخرى.

اخترت الفيلكرو لأنني أردت أن أكون قادرًا على استبدال حقيبة البطارية اعتمادًا على الزي الذي أرتديه. هناك العديد من الطرق الأخرى لصنع حقيبة بطارية دائمة تكون أكثر أمانًا وأمانًا.

الخطوة 13: بناء قفل الحزام

اقطع قطعة فيلكرو بطول 10 سم وألصق القطعة الخشنة أعلى الحزام حيث تركنا 10 سم مكشوفة. ضع القطعة الغامضة جانبًا لاستخدامها لاحقًا.

لأن الحزام ثقيل قليلاً كنت أخشى أن يفتح الفيلكرو أثناء ارتدائه. لمزيد من الدعم ، قطعت ثلاثة شرائط صغيرة من الفيلكرو. في نهاية الحزام حيث تركت 3 أنابيب غير مقيدة ، قم بربط شرائط الفيلكرو الصغيرة بين الحزام وشريط LED ، بمحاذاة أسفل الأنابيب. يجب أن تلتصق القطعة الغامضة بشريط LED ، بينما يجب أن يلتصق الجانب الخشن بالحزام. يجب أن تبرز القطعة الغامضة من جانب ، والقطعة الخشنة يجب أن تخرج من الجانب الآخر. لذلك ، ستكون كل قطعة قادرة فقط على أن تكون في منتصف المسافة بين الحزام وشريط LED ، قبل لمس القطعة الأخرى. يمكن تغطية الجوانب اللاصقة التي تبرز بعد شرط LED والحزام بالقماش بحيث لا تكون لزجة بعد الآن.

باستخدام بعض شرائط الشريط ، قم بتثبيت آخر حاملات أنابيب الفينيل على الحزام.

احصل الآن على القطعة الغامضة التي يبلغ طولها 10 سم والتي تركتها جانباً. قم بلصقه أسفل الحزام على نفس الجانب حيث قمت فقط بوضع شرائط الفيلكرو الصغيرة.

الآن يمكنك تجربة التنورة وإغلاق الحزام.

الخطوة 14: قم بتحميل برنامج LED

أنت الآن بحاجة إلى تحميل برنامج LED على وحدة التحكم الدقيقة الخاصة بك.

نظرًا لوجود العديد من البرامج التعليمية المكتوبة جيدًا والمفصلة ، سأشارك الروابط معك: إذا كنت بحاجة إلى مزيد من المساعدة للبدء في استخدام Arduino ، والتعرف على بيئة Arduino ، وتوصيل وحدة التحكم الدقيقة بجهاز كمبيوتر وتحميل البرامج على Arduino يمكنك العثور على معلومات مفيدة على موقع Arduino الإلكتروني أو دروس Adafruit Flora.

برنامج LED رائع للبدء به هو Strandtest من Adafruit. ما عليك سوى اتباع البرنامج التعليمي وتنزيل ملف NeoPixel zip وإضافته إلى مكتبة Arduino الخاصة بك. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن RGB LEDs وكتابة التعليمات البرمجية الخاصة بك ، تحقق من مكتبة FastLED. إنها مكتبة Arduino أخرى لبرمجة شرائط LED ووحدات البكسل القابلة للعنونة. تحقق من مجتمع Fast LED لمشاهدة بعض الأمثلة الرائعة.

الخطوة 15: قم بتوصيل الشريط بالمتحكم الدقيق

قم بتلحيم سلك +5 V من الحزام إلى دبوس VBAT الموجود في وحدة التحكم الدقيقة ، ومن GND إلى GND وسلك البيانات إلى الدبوس الذي حددته في رمز LED الذي قمت بتحميله إلى وحدة التحكم الدقيقة. اخترت الدبوس 6. للتأكد من عدم تمزق الأسلاك ، قمت بلصق Flora على قطعة من البلاستيك وقمت بحماية المسامير ببعض الغراء الساخن. يمكنك أيضًا رؤية مفتاح زر صغير في الزاوية اليسرى - لقد أضفته للتغيير بين أنماط LED المختلفة. الآن قم بتوصيل مصدر الطاقة الخاص بك بالمتحكم الدقيق ويجب أن يضيء حزام LED.

الخطوة 16: … انتهى تقريبا

يكاد ينتهي! يمكنك الآن قص الألياف إلى أطوال مختلفة. إذا كنت تريد تأثيرات مختلفة ، يمكنك استخدام ورق الصنفرة بطول الألياف أو ثني الألياف قليلاً. لقد قمت بغسل الأطراف بورق الصنفرة قليلاً للحصول على توهج أكثر انتشارًا نحو الأطراف.

شكرًا على قراءة التعليمات الخاصة بي واستمتع بالبناء وارتداء التنورة. إذا كان لديك أي أسئلة أو كان هناك شيء غير واضح ، فلا تتردد في طرحها.