Dinamisks LED apgaismojuma kontrolieris mākslai: 16 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Ievads:

Apgaismojums ir svarīgs vizuālās mākslas aspekts. Un, ja apgaismojums laika gaitā var mainīties, tas var kļūt par nozīmīgu mākslas dimensiju. Šis projekts sākās ar gaismas šova apmeklēšanu un pieredzi, kā apgaismojums var pilnībā mainīt objekta krāsu. Mēs sākām to izpētīt gaismas auduma mākslā. Līdz šim esam izveidojuši dinamisku apgaismojumu 8 gabaliem, ieskaitot gleznu un fotogrāfiju. Gaismas efektos ir iekļauti: rītausmas un saulrieta simulācija, zemūdens gaisma caur viļņainu virsmu, zibens mākoņos un dramatiski mainot mākslas darba uztvertās krāsas un noskaņu. Video par šiem efektiem ir iekļauti tālāk norādītajās programmēšanas darbībās.

Šī pamācība veido kontrolieri, kas laika gaitā nosaka individuāli adresējamu gaismas diodes virknes spilgtumu un krāsu. Tas ietver arī papildu ievades ķēdi apgaismojuma segmenta manuālai regulēšanai (spilgtuma un krāsas iestatīšanai). Jūs uzzināsit arī par daudzām problēmām un uzlabojumiem, ko esam atklājuši.

Mēs arī uzrakstījām saistītu pamācību par ēnu kastes un rāmja izveidi. Pārbaudiet to:

Pagaidām pievērsīsimies elektronikai un programmēšanai.

1. solis: materiāli:

• WS2812 LED virkne
• Arduino Pro Mini 328 - 5V/16 MHz
• FTDI drauga USB saskarne
• USB A līdz MiniB kabelis FTDI
• 4700 μf kondensators
• Barošanas avots ar 5,5 x 2,1 savienotāju
• Strāvas ligzda 5,5 x 2,1
• Termināļa bloks
• Shēmas plates prototips
• Poga
• Potenciometrs
• Indikatora gaismas diode
• Rezistori
• Lentes kabelis
• Galvenes tēviņš
• Galvenes sieviete

2. darbība. Resursi:

• Arduino; Interaktīvā attīstības vide (IDE)
• Adafruit NeoPixel bibliotēka
• NeoPixel apmācība
• Strandtest piemēru programma
• FastLED bibliotēka
• FastLED saites un dokumentācija
• FastLED forums
• Mūsu apgaismojuma skices

3. darbība. Kontroliera pārskats:

Shēma izskatās diezgan vienkārša, un tā ir. Mēs izveidojām savus kontrolierus, lai tie būtu iestrādāti attēlu rāmī. Attēlā redzamās ķēdes izmēri ir 2,25”x 1,3” x 0,5”. Papildu skaņotājs tika uzbūvēts uz atsevišķas shēmas plates ar lentes kabeļa savienotāju. Šie attēli parāda mūsu pabeigto projektu.

Mēs vēlamies ievietot mūsu kontrolieri attēla rāmī, tāpēc mēs izvēlējāmies Arduino pro mini 5v, ņemot vērā tā mazo izmēru, izmaksas un 5 v izvadi. Nepieciešamā 5 V barošanas avota izmērs būs atkarīgs no tā, cik gaismas diodes un to maksimālais spilgtums ir jūsu projektā. Visi mūsu projekti darbojās mazāk par 3 ampēriem, bet daži - mazāk par 1 ampēriem. Ir vairāku veidu adresējamas krāsu gaismas diodes. Mēs sākām ar WS2812, ko Adafruit pārdeva kā vienu no saviem “NeoPixel” produktiem. Tas mums darbojās, un mēs neesam izpētījuši citas gaismas diodes. Lielākajā daļā mūsu projektu tika izmantota 60 LED uz metru sloksne. Līdz šim mūsu projektu diapazons ir līdz 145 gaismas diodēm.

Papildu uztvērējs:

Mēs izveidojām nelielu ievades ķēdes “uztvērēju”, lai mēs varētu viegli pielāgot apgaismojuma segmentus, nemainot un augšupielādējot programmu katrai pielāgošanai. Tam ir: izejas gaismas diode, kas mirgo ievades režīmā; poga, kas maina ievades režīmu; un pogu, kuru var regulēt. Pēc tam Arduino var izvadīt vērtības pievienotajā datorā.

4. solis: ēku kontrolieris:

Materiālu sarakstā nav stieples, termiskās sarukuma caurules un citu nepieciešamo materiālu. 5V un zemējuma ķēdei gaismas diodēm iesaku izmantot 26 gabarītu vai smagāku vadu. Mēs izmantojām 26 mērierīci. Arī silikona izolācija uz stieples ir labāka, jo tā nekūst tuvumā, kur lodējat, un ir elastīgāka. Es atklāju, ka atstājot nedaudz vairāk vietas starp komponentiem, ir daudz vieglāk izgatavot. Piemēram, 6. solī attēlotais kontrolieris atstarpe starp kontaktligzdas korpusu (melna) un spaiļu bloku (zila) ir aptuveni 1 collas. Mūsu montāžas pārsegs ir divi koka finiera slāņi.

Šajā solī redzamajā attēlā ir redzams sešu kontaktu sieviešu galvenes vads papildu skaņotājam. Neizmantotais kontakts starp sarkano un zaļo vadu ir aizbāzts ar zobu bakstāmo gabalu, lai novērstu reverso savienojumu.

5. darbība

Tagad saliksim to kopā, lai tas ietilptu ēnu kastes rāmī. Rāmis ir 3/4 collas biezs, tāpēc mums ir kontroliera augstuma ierobežojums 1/2 . Mēs izgatavojām montāžas plāksnes, pielīmējot divus finiera gabalus ar graudiem perpendikulāri viens otram, lai ierobežotu deformāciju. Sastāvdaļas ir sakārtotas tā, lai strāvas ligzda būtu rāmja centrā. Strāvas ligzdas caurums tika izgriezts ar juveliera zāģi un izlikts, lai tas atbilstu. Pēc tam komponenti pirms montāžas tiek savienoti kopā. Ligzda ir pielīmēta vietā ar epoksīdu. Zem skrūves spailes un arduino tiek izmantoti divpusēji pastāvīgie putu montāžas laukumi. Karsta kausējuma līmi izmanto arī, lai noturētu arduino, kā arī kondensatoru.

6. darbība. Izvēles uztvērēja izveide:

Mēs izveidojām nelielu ievades ķēdes “uztvērēju”, lai mēs varētu viegli pielāgot apgaismojuma segmentus, nemainot un augšupielādējot programmu katrai pielāgošanai. Tam ir: izejas gaismas diode, kas mirgo ievades režīmā; poga, kas maina ievades režīmu; un pogu, kuru var regulēt. Pēc tam Arduino var izvadīt vērtības pievienotajā datorā.

Šie attēli parāda skaņotāja izgatavošanu. Aizklāju muguru ar “Gorilla” lenti. Kas notur stabilu lentes kabeli un arī padarīja jauku rokturi.

7. darbība: kontroliera programmēšanas pārskats:

Šī patiešām ir projekta grūtākā daļa. Cerams, ka varēsit izmantot kādu no mūsu kodiem un metodēm, lai sāktu darbu.

Adafruit un FastLED ir publicējuši divas lieliskas bibliotēkas, lai Arduinos varētu kontrolēt daudzu veidu adresējamas gaismas diodes. Abas šīs bibliotēkas izmantojam dažādos projektos. Mēs iesakām arī izlasīt kādu no šo bibliotēku resursu materiāliem un izpētīt dažas to programmu programmas.

Mūsu programmu Github krātuve ir norādīta iepriekš esošajā sadaļā “Resursi”. Ņemiet vērā, ka mēs esam tālu no prasmēm Arduino programmēšanā, tāpēc ir daudz iespēju uzlabot. Jūtieties brīvi norādīt uz problēmām un veicināt uzlabojumus.

8. darbība: kontroliera programmēšanas piemērs:

Žanija Holta “Ripple” bija mūsu pirmais panākums. Šis gabals ir auduma mākslas zivs ēnu kastes rāmī. Apgaismojums ir vienmērīgi zems zils no apakšas. Un no augšas līdz trim spilgtākas baltas gaismas vārpstām, kas pārvietojas no labās uz kreiso pusi, it kā to lauztu kustīgi viļņi uz ūdens virsmas. Tas ir diezgan vienkāršs jēdziens, un programma neizmanto “uztvērēja” ievadi. Tas sākas, iekļaujot Adafruit bibliotēku un nosakot izejas vadības tapu un gaismas diožu skaitu. Tālāk mēs veicam vienreizēju seriālās komunikācijas un LED sloksnes iestatīšanu. Pēc tam mēs definējam vairākus iekšējos mainīgos, piemēram, aizkavi starp atsvaidzināšanu, gaismas vārpstas īpašības (tās spilgtumu laika gaitā un kustību), pēc tam norādām mainīgos lielumus katrai gaismas vārpstai.

Funkcija "changeBright ()" palielinās gaismas vārpstas spilgtumu "uzbrukuma" laikā, tur to nemainīgu "uzturēšanas" laikā, pēc tam izbalēs "sabrukšanas" laikā.

Funkcija “pulsācija ()” tiek izsaukta katrai no trim gaismas vārpstām katra laika pieauguma laikā. Pagaidu spilgtums tiek aprēķināts, pamatojoties uz izbalēšanu no maksimālā spilgtuma ar pastāvīgu samazināšanos laika gaitā. Tad katrai gaismas diodei pa kreisi no sākuma stāvokļa tiek aprēķināts spilgtums. Mēs varam iedomāties gaismas viļņošanos, kas pārvietojas pa kreisi. Katra gaismas diode pa kreisi atrodas agrākajā pulsācijas spilgtuma laika līknes punktā. Ja šim viļņojumam visiem gaismas diodēm ir nulle spilgtuma, karodziņš Gatavs tiek iestatīts uz 1. Ja gaismas diode jau ir gaišāka (to nosaka viens no citiem viļņiem), mēs atstājam vērtību nemainīgu.

Galvenā cilpa sākas, izslēdzot gaismas diodes. Tad katram no trim viļņiem tas izsauc pulsācijas funkciju un palielina laika skaitītāju. Ja karodziņš Gatavs ir iestatīts, tas sāk pulsāciju no jauna. Visbeidzot, galvenā cilpa apakšā rada gaiši zilu gaismu.

9. solis: kontroliera programmēšanas piemērs no rīta līdz krēslai:

Nākamais projekts Žanija Holta “Rītausma līdz krēslai” ir vēl viens auduma mākslas darbs šoreiz koks ar rudens krāsas lapotni. Apgaismojums ir dienas simulācija, kad rītausma sāk spīdēt kreisajā pusē, pārejot uz gaišu dienas vidusdaļu, kam seko sarkanīgas saulrieta krāsas un pāreja uz nakti. Izaicinājums ir vienkāršot aprakstu par krāsu un spilgtuma maiņu laika gaitā, izmantojot 66 gaismas diodes. Otrs izaicinājums ir vienmērīga gaismas maiņa. Mēs patiešām cīnījāmies ar pamanāmu gaismas maiņu vājā apgaismojumā. Es mēģināju panākt vienmērīgākas apgaismojuma pārejas, izmantojot FastLED bibliotēku, bet tas neizdevās. Šis programmas apraksts būs mazāk detalizēts. Atkal mēs izmantojām Adafruit NeoPixel bibliotēku.

Mēs devāmies uz konvenciju par LED sloksņu palaišanu augšējā kreisajā stūrī. Tas padara LED atrašanās vietas numerāciju nedaudz neērtu šajā gabalā. Ap rāmi ir 86 gaismas diodes. Dawn iedegas kreisajā pusē, kas iet no 62 līdz 85. Tad augšējā kreisā puse uz leju pa labi ir no 0 līdz 43.

Šī programma neietver iespēju izmantot ievades ķēdi “Tuner”.

Šī programma izmanto mirgošanas laiku, lai samazinātu mirgošanu. Mēs atjauninām katru piekto gaismas diodi, pēc tam maināmies pa vienu un atjauninām katru piekto gaismas diodi un atkārtojam, līdz tie visi tiek atjaunināti. Šī iemesla dēļ mēs definējam LED virknes garumu mazliet ilgāk, nekā tas patiesībā ir.

Lūk, kā mēs vienkāršojām apgaismojuma modeļa aprakstu. Mēs identificējām 12 atsauces gaismas diodes pozīcijas ap rāmi no apakšējās kreisās uz labo apakšējo. Pēc tam mēs definējām sarkano, zaļo un zilo (RGB) gaismas diodes intensitāti šīm atsauces gaismas diodēm līdz 12 pārtraukuma punktiem no rītausmas līdz krēslai. Katram pārtraukuma punktam ir 4 baiti, laika skaitīšanas laiks kopš pēdējā pārtraukuma punkta un viena baita vērtība katrai RGB krāsai. Šis masīvs aizņem 576 baitus vērtīgas atmiņas.

Tagad mēs izmantojam lineāro interpolāciju, lai atrastu vērtības starp pārtraukuma punktiem, un atkal lineāro interpolāciju, lai atrastu vērtības gaismas diodēm, kas atrodas starp atsauces gaismas diodēm. Lai interpolācija darbotos labi, mums jāizmanto dažas peldošā komata starpvērtības. Ausmas līdz krēslas periods ir sadalīts 120 pussekundes laika periodos.

10. solis: kontroliera programmēšanas piemērs lietus mežs:

Nākamais projekts, ko es aprakstīšu, ir Juli-Ann Gasper “Lietus mežs”. Šis ir lielāks auduma mākslas darbs ar lielu dziļumu. Šeit mēs izmantojām aptuveni 4,4 collu dziļu ēnu kasti. Apgaismojuma koncepcija ir fona apgaismojuma līmeņi, kas apakšā ir vājāki, un gaisma ik pa laikam mirgo virs lapām. Koncepcija šeit ir līdzīga Ripple, bet gaismas vārpstas nepārvietojas. Un atšķirībā no pulsācijas, kur spilgtums mainās vienmērīgi, šeit mirgošanas spilgtumam ir jāmainās. Mēs izveidojām 40 baitu masīvu ar nosaukumu mirgošana_b2. Mēs atklājām, ka vizuālais efekts bija labs, ja visām mirgošanas vietām izmantojām vienu un to pašu modeli. Mēs izveidojām 5 mirgošanas vietas. Pārskatot vizuālo efektu, mēs atklājām, ka vienam no mirgojumiem jābūt daudz platākam par citiem. Mēs izmantojām funkciju fill_gradient_RGB (), lai izstarotu mirgošanu aptuveni 20 gaismas diodēs. Katra mirgošana ir neatkarīga un sākas nejauši. Katra mirgošanas varbūtību var iestatīt.

Fona krāsa ir jāiestata un jāatjauno, ja mirgošana nav spilgtāka par fonu.

Šim skaņdarbam mēs izmantojām FastLED bibliotēku. Šajā programmā #define TUNING tiek izmantots, lai norādītu, vai skaņošanas dēlis ir pievienots strāvas padevei, ja skaņotāja plate nav pievienota, tai jābūt 0. Pretējā gadījumā kontrolieris ir jutīgs pret statisko elektrību un poltergeistiem. Kompilators ietver tikai tos programmu segmentus, kas izmanto “Tuner”, ja šis mainīgais ir 1.

11. solis: kontroliera programmēšanas piemērs Vētra:

Vēl viens projekts bija Mike Beck fotogrāfijas ar nosaukumu “Storm” izgaismošana. Attēls ir vētras mākonis. Mēs izmantojam FastLED bibliotēku un neietveram regulēšanas iespējas. Apgaismojuma koncepcija šeit ir fona gaisma ar zibens uzliesmojumiem, kas nejauši parādās trīs punktos ap mākoņu. Zibspuldzi katrā vietā izraisa trīs gaismas diodes. Atstarpe starp šīm gaismas diodēm katrā vietā ir atšķirīga. Šo trīs gaismas diodes spilgtumu nosaka trīs 30 baitu masīvi. Spilgtuma secība trijos blokos nodrošina variācijas un šķietamu kustību pa trim gaismas diodēm. Katrai vietai tiek izvēlēts uztvertās kustības virziens un kopējais spilgtums. Zibspuldzes ilgumu katrā vietā pielāgo laika aizture starp spilgtuma vērtību atjaunināšanu. Starp zibens spērieniem ir nejauša laika aizture no 0,2 līdz 10,4 sekundēm. Kuras no trim trieciena vietām ir arī nejaušas - 19% iespēja mākoņa augšdaļā, 45% iespēja labajā apakšējā daļā un 36% iespēja kreisajā pusē.

12. solis: kontroliera programmēšanas piemēri Macaw un Nordic Tree:

Danas Ņūmenas skaņdarbi “Macaw” un Jeanie Holt “Nordic Tree” izmanto gaismas krāsu, lai mainītu skaņdarba uztverto krāsu. Un Dana gleznojot lielu ara, putna noskaņojums mainās no priecīga uz draudīgu atkarībā no gaismas krāsas, kas ieskauj putnu. Šīs divas programmas ir gandrīz identiskas. Mēs izmantojam Adafruit NeoPixel bibliotēku, un šajās programmās ir skaņošanas paneļa iespējas. Šīs programmas ir pielāgotas no TheaterChaseRainbow () funkcijas Adafruit_NeoPixel/example/Strandtest.ino (lejupielādēts 29.07.2015.)

Apgaismojums tiek turēts samērā nemainīgā spilgtumā, kamēr gaismas krāsa mainās, virzoties cauri krāsu ritenim. Progress ap krāsu riteni tiek veidots, sākot ar 100% sarkanu un pakāpeniski samazinot sarkano krāsu, vienlaikus palielinot zaļo krāsu. Kad zaļā krāsa ir 100%, tā tiek samazināta, vienlaikus palielinot zilo krāsu. Un, visbeidzot, zilai krāsai samazinoties un sarkanai palielinoties, jūs iegūstat pilnu apli.

Tas nodrošina apgaismojumu, izmantojot divas galvenās krāsas, un atstāj vienu ārā. Kad mēs kādā brīdī izbraucam cauri šim apgaismojuma krāsu ritenim, piegādātajā gaismā pazudīs jebkura mākslas darba krāsa. Izmaiņas uztvertajā krāsā var būt diezgan dramatiskas un kļūst par mākslas izpausmes sastāvdaļu. Tātad, ja gaismā nav sarkanas krāsas, gleznā sarkanā krāsa izskatīsies tumša. Kad gaisma ir tīri sarkana, sarkanā krāsa patiešām spīd un pārējās krāsas tiek izslēgtas.

13. darbība: kontroliera programmēšanas piemēri Copperhead:

Žani Holta “Varagalva” izmanto apgaismojuma variācijas, lai uzlabotu brīvdabas sajūtu un mainītu čūskas pamanāmību. Programmēšana novieto gaismas viļņus virs fona apgaismojuma.

Šai programmai mēs izstrādei izmantojām FastLED bibliotēku kopā ar mūsu Tuner shēmu.

Fona krāsa ir iestatīta 10 punktos ap rāmi, un funkcija fill_gradient () tiek izmantota, lai vienmērīgi pārietu starp krāsām.

Skatīšanās cikla sākumā fons tiek aptumšots un krāsa mainās uz zilu, izmantojot laika gaitā kosinusa līkni un funkciju setBrightness ().

Pēc kavēšanās trīs gaismas viļņi pārvietojas no augšējās labās uz apakšējo kreiso pusi. Pirmais vilnis ir spilgtākais, un nākamie viļņi kļūst arvien blāvāki. Arī pirmais vilnis kustas lēnāk.

14. darbība. Kontroliera programmēšanas piemēri Melnais logotips:

Jeanie Holt “Black Doodle” pēta melnā vinila atspulgus.

Šī programma izmanto arī FastLED bibliotēku un var iegūt informāciju no regulēšanas shēmas.

Apgaismojums sastāv no līdz 5 vienlaicīgiem gaismas displejiem, kas tiek atskaņoti no nejaušiem punktiem ap kadru. Katrs displejs laika gaitā progresē ar tām pašām 60 spilgtuma vērtībām. Katrā displejā ir 7 blakus esošas gaismas diodes, kuru spilgtums samazinās pret malām. Pirms katra displeja sākuma ir nejauša aizkave. Displeja atrašanās vieta ir nejauša, bet atrašanās vietas aktīva displeja tuvumā ir aizliegtas.

Fons ir krāsu varavīksne, kas izkliedēta ap rāmi. Šī fona varavīksne lēnām pagriežas un nejauši maina virzienu.

Šie apraksti ir pārskats un palīdzība programmu lasīšanai. Mēs ceram, ka daži no šiem apgaismojuma efektiem jums šķiet pietiekami interesanti, lai tos iekļautu kādā no saviem projektiem. Saite uz vietni github.com, kurā tiek saglabātas programmas, ir 2. darbības resursi.

15. solis: regulēšanas funkciju programmēšana:

Programmā RainForest mēs varam ieslēgt regulēšanas funkciju, nospiežot “#define TUNING 1”, un piestiprināt skaņošanas ievades paneli, izmantojot tās lentes kabeli. Mums ir arī jāiestata parametri, kuriem noregulēšana ietekmēs LED. Piemēram, noregulēsim gaismas diodes no 61. līdz 73. pozīcijai. Mēs izmantojam #define START_TUNE 61 un #define END_TUNE 73. Mēs iestatīšanas () laikā iestatām citus virknes segmentus uz fona krāsām, izmantojot izsaukumus fill_gradient_RGB (). Pārējā skice nedrīkst iestatīt gaismas diodes noregulēšanas diapazonā, pretējā gadījumā jūs nevarēsit redzēt savus pielāgojumus. Tagad palaidiet skici un parādiet sērijas monitoru. Programmas noskaņošanas daļai ir 4 stāvokļi [nokrāsa, piesātinājums, vērtība un spilgtums]. Hue ir krāsu ritenis ar 0 = sarkanu un 255 no zila līdz gandrīz sarkanam. Pašreizējais stāvoklis jāizdrukā uz seriālā monitora, un indikatora gaismas diode uz skaņošanas paneļa mirgos, norādot stāvokli (viens mirgojums ir nokrāsa; divi mirgojumi ir piesātinājums un tā tālāk). Vērtība ir gaismas intensitāte, bet spilgtums ir samazināšanas koeficients, kas tiek piemērots visām gaismas diodes intensitātes vērtībām. Tātad pilnam spilgtumam iestatiet vērtību = 255 un spilgtumu = 255. Nospiediet pogu, lai mainītu stāvokli. Kad esat stāvoklī, kuru vēlaties pielāgot, pagrieziet pogu. Programma ignorē pogu, līdz tā ir pagriezta vairāk par INHIBIT_LEVEL. Tas ļauj izvairīties no vērtību maiņas citos stāvokļos, kad tās pārvietojaties. Piemērs, varat sākt ar nokrāsu un iegūt vēlamo krāsu, pēc tam pāriet uz vērtību un pielāgot, lai atrastu vēlamo spilgtumu.

Skavas Macaw un Nordic_Tree ietver skaņošanu, taču funkcijas nedaudz atšķiras. Šajās skicēs ir tikai divi režīmi. Viens spilgtumam un otrs krāsu riteņa stāvoklim. Izmantojot šos piemērus, jūs varat redzēt, kā pielāgot skaņošanas funkcijas, lai tās darbotos ar gandrīz jebkuru apgaismojuma vadības parametru.

Repozitorijā ir iekļauta skice “Tuning”, kas noregulē funkcijas no RainForest. Šī skice ir tikai regulēšanas funkcijas, lai jūs varētu izpētīt un vieglāk sekot skices darbībai. Mēs izmantojam šo skici, lai kontrolētu testa apgaismojuma rāmi, ko mēs varam ātri novietot virs mākslas darba un izpētīt apgaismojuma efektus. Vēlāk mēs izmantosim regulēšanas informāciju, lai izveidotu pielāgotu apgaismojuma kontrolieri.

Ceru, ka šī pamācība jums noderēs, lai jūsu projekts darbotos.

16. darbība. Pārējais stāsts:

Šī ir viena no divām instrukcijām šajā projektā. Ja vēl neesat to izdarījis, iepazīstieties ar pavadošo pamācību vietnē: