Interaktīvā LED lampa - Tensegrity struktūra + Arduino: 5 soļi (ar attēliem)

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

Šis gabals ir uz kustībām reaģējoša lampa. Lampa, kas veidota kā minimāla spriedzes skulptūra, maina savu krāsu konfigurāciju, reaģējot uz visas struktūras orientāciju un kustībām. Citiem vārdiem sakot, atkarībā no tā orientācijas lampa pāriet uz noteiktu krāsu, spilgtumu un gaismas režīmu.

Kad ikosaedrs griežas (pāri savai asij), tas izvēlas vērtību no virtuālā sfēriskā krāsu atlasītāja. Šis krāsu atlasītājs nav redzams, bet krāsu pielāgošana notiek reālā laikā. Tādējādi, spēlējoties ar gabalu, jūs varat izdomāt, kur katra krāsa ir novietota telpā.

Izaosaedriskā forma nodrošina 20 sejas plaknes, un saspringuma struktūra piešķir tai 6 papildu viedokļus. Tas nodrošina kopumā 26 iespējamās krāsas, kad lampa atrodas uz līdzenas virsmas. Šis skaitlis palielinās, pagriežot lampu gaisā.

Sistēmu kontrolē Pro Trinket, kas savienota ar trīs asu akselerometru. Gaismu nodrošina RGBW LED sloksnes, kas var individuāli kontrolēt krāsu un baltā spilgtuma vērtību. Visa ķēde, ieskaitot mikroprocesoru, sensorus un apgaismojuma sistēmu, darbojas ar 5 V spriegumu. Lai ieslēgtu sistēmu, nepieciešams avots līdz 10A.

Lampā izmantoto galveno elementu saraksts ir šāds:

- Adafruit Pro piekariņš - 5V

- Adafruit LIS3DH trīs asu akselerometrs

- Adafruit NeoPixel digitālā RGBW LED sloksne - balta PCB 60 LED/m

- 5V 10A komutācijas barošanas avots

Šī kustību reaģējošā lampa ir garāka personīgā projekta pirmā versija vai prototips. Šis prototips tika izgatavots no pārstrādātiem materiāliem. Projektēšanas un būvniecības procesā es mācījos no panākumiem un kļūdām. Paturot to prātā, tagad es strādāju pie nākamās versijas, kurai būs saprātīgāka struktūra un stabila programmatūra.

Es vēlos pateikties LACUNA LAB kopienai par palīdzību, idejām un ieteikumiem visa projekta izstrādes laikā.

manam darbam varat sekot šeit: action-io / tumblraction-script / github

1. solis: ideja

Šis projekts bija vairāku ideju rezultāts, ar kurām es kādu laiku biju spēlējis savā galvā.

Kopš es sāku, koncepcija ir mainījusies, sākotnējais projekts attīstījās un ieguva faktisko formu.

Sākotnējā pieeja bija interese par ģeometriskām formām kā mijiedarbības līdzekli. Tā dizaina dēļ šīs lampas vairākas daudzstūra virsmas kalpo kā ievades metode.

Pirmā ideja bija izmantot dinamisku sistēmu, lai piespiestu ikosaedru kustēties. To varēja kontrolēt ar interaktīvu lietojumprogrammu vai sociālo mediju lietotājiem.

Vēl viena iespēja būtu bijusi, ja iekšējais marmors vai bumba nospiestu dažādas pogas vai sensorus un tādējādi ģenerētu nejaušas ievades, kad gabals kustās.

Sasprindzinājuma struktūra notika vēlāk.

Šī būvniecības metode mani aizrāva: veids, kādā konstrukcijas daļas saglabā viena otru līdzsvarā. Tas ir ļoti vizuāli patīkami. Visa struktūra ir līdzsvarota; gabali nepieskaras viens otram tieši. Tā ir visu spriedžu summa, kas rada gabalu; tas ir fantastiski!

Mainoties sākotnējam dizainam; projekts virzās uz priekšu.

2. solis: struktūra

Kā jau minēju iepriekš, šis pirmais modelis tika izgatavots no pārstrādātiem materiāliem, kas bija paredzēti izmešanai.

Koka dēļi, ko paņēmu no līstes gultas, ko atradu uz ielas. Zelta apdares bija daļa no vecās lampas rokas, un gumijas joslu aizbāžņi ir biroja klipi.

Jebkurā gadījumā konstrukcijas uzbūve ir pavisam vienkārša, un soļi ir tādi paši kā jebkurā sasprindzinājumā.

Tas, ko es darīju ar dēļiem, ir apvienot tos divās grupās. Izgatavojiet "sviestmaizi" ar zelta starplikām, atstājot atstarpi, kur spīdētu gaismas.

Projekta izmēri ir pilnīgi mainīgi un būs atkarīgi no izveidotās struktūras lieluma. Koka stieņi no šī projekta attēliem ir 38 cm gari un 38 mm plati. Attālums starp plāksnēm ir 13 mm.

Koka dēļi tika sagriezti identiski, slīpēti (lai noņemtu veco krāsas slāni) un pēc tam abos galos perforēti.

Tālāk es iekrāsoju dēļus ar zemniecisku tumšu laku. Lai savienotu gabalus, es izmantoju 5 mm vītņotu stieni, sagrieztu 5 cm un 5 mm gabalos ar mezglu katrā pusē.

Spriegotāji ir sarkanas gumijas lentes. Lai gumiju piestiprinātu pie stieņiem, es izveidoju nelielu caurumu, caur kuru es izgāju cauri joslai, un pēc tam iesprostoju to ar aizbāzni. Tas novērš dēļu brīvu pārvietošanos un konstrukcijas demontāžu.

3. darbība: elektronika un gaismas

Elektronisko komponentu konfigurācija ir izstrādāta, lai uzturētu vienādu spriegumu gan loģikā, gan barošanā visā sistēmā, izmantojot 5v.

Sistēmu kontrolē Pro Trinket, kas savienota ar trīs asu akselerometru. Gaismu nodrošina RGBW LED sloksnes, kas var individuāli kontrolēt krāsas un baltā spilgtuma vērtības. Visa ķēde, ieskaitot mikroprocesoru, sensorus un apgaismojuma sistēmu, darbojas ar 5 V spriegumu. Lai ieslēgtu sistēmu, nepieciešams avots līdz 10A.

Pro Trinket 5V izmanto mikroshēmu Atmega328P, kas ir tā pati kodola mikroshēma Arduino UNO. Tam ir arī gandrīz tādas pašas tapas. Tāpēc tas ir patiešām noderīgi, ja vēlaties savu UNO projektu nogādāt miniaturizētās telpās.

LIS3DH ir universāls sensors, to var pārkonfigurēt tā, lai tas tiktu nolasīts +-2g/4g/8g/16g, kā arī nodrošina pieskārienu, dubultskārienu, orientāciju un brīvā kritiena noteikšanu.

NeoPixel RGBW LED sloksne var atsevišķi pārvaldīt nokrāsas krāsu un baltās krāsas intensitāti. Izmantojot baltu gaismas diodi, jums nav jāpiesātina visas krāsas, lai iegūtu baltu gaismu, tas arī padara jūs baltu tīrāku un gaišāku, turklāt ietaupa enerģiju.

Elektroinstalācijai un komponentu savienošanai es nolēmu izvadīt kabeli un izveidot kontaktligzdas ar vīriešu un sieviešu tapām, izmantojot gofrētus un savienotāju korpusus.

Es savienoju piekariņu ar akselerometru un iemetu SPI ar noklusējuma konfigurāciju. Tas nozīmē savienot Vin ar 5V barošanas avotu. Pievienojiet GND kopējai strāvas/datu zemei. Pievienojiet SCL (SCK) tapu digitālajam #13. Savienojiet SDO tapu ar ciparu #12. Savienojiet SDA (SDI) tapu ar ciparu #11. Pievienojiet CS tapu Digital #10.

LED sloksni kontrolē tikai viena tapa, kas iet uz 6. numuru, un zeme un 5 V iet tieši uz barošanas adapteri.

Visa dokumentācija, kas jums varētu būt nepieciešama, ir atrodama, detalizētāka un labāk izskaidrota adafruit lapā.

Barošanas avots ir savienots ar līdzstrāvas adapteri, kas vienlaikus baro mikrokontrolleru un LED sloksni. Tam ir arī kondensators, lai aizsargātu ķēdi no nestabilas strāvas "ieslēgšanas" brīdī.

Lampai ir 6 gaismas joslas, bet LED sloksnes ir vienā garā joslā. Gaismas diodes josla tika sagriezta 30 cm (18 LED) sekcijās un pēc tam sametināta ar 3 tapām un vīriešiem, lai modulāri izveidotu savienojumu ar pārējo ķēdi.

Šim projektam es izmantoju 5v - 10A barošanas avotu. Bet atkarībā no vajadzīgā gaismas diožu skaita jums būs jāaprēķina strāva, kas nepieciešama sistēmas barošanai.

Visā gabala dokumentācijā jūs varat redzēt, ka gaismas diodei ir 80 mA uz LED. Kopumā es izmantoju 108 gaismas diodes.

4. solis: kods

Shēma darbojas diezgan vienkārši. Akselerometrs sniedz informāciju par kustību pa x, y, z asi. Pamatojoties uz orientāciju, tiek atjauninātas gaismas diodes RGB vērtības.

Darbs ir sadalīts šādos posmos.

• Nolasiet no sensora. Vienkārši izmantojiet api.
• Ar trigonometriju atrisiniet "rites un piķa" vērtības. Šajā Marka Pedlija dokumentā varat atrast daudz vairāk informācijas.
• Iegūstiet atbilstošo krāsu, kas saistīta ar rotācijas vērtībām. Šim nolūkam mēs izmantojam 0-360 RGB vērtību, izmantojot HSL - RGB konvertēšanas funkciju. Pikss vērtība tiek izmantota dažādās skalās, lai regulētu baltās gaismas intensitāti un krāsu piesātinājumu. Krāsu atlasītāja sfēras pretējās puslodes ir pilnīgi baltas.
• Atjauniniet gaismas buferi, kurā tiek glabāta informācija par atsevišķām LED krāsām. Atkarībā no šīs informācijas bufera kontrolieris izveidos animāciju vai reaģēs ar papildu krāsām.
• Visbeidzot parādiet krāsas un atsvaidziniet gaismas diodes.

Sākotnēji ideja bija izveidot krāsu sfēru, kurā varētu izvēlēties jebkuru krāsu. Krāsu riteņa novietošana uz meridiānu un tumšie un gaišie toņi uz priekšu.

Bet ideja tika ātri atmesta. Tā kā gaismas diodes rada dažādus toņus, izslēdzas un ātri iedegas katra rgb gaismas diode, ja tām ir zemas vērtības, lai attēlotu tumšas krāsas, gaismas diodes sniedz ļoti sliktu veiktspēju, un jūs varat redzēt, kā tās sāk mirgot. Tādējādi krāsu sfēras tumšā puslode nevar darboties pareizi.

Tad man nāk prātā ideja piešķirt papildu krāsas pašlaik izvēlētajam tonim.

Tātad viena puslode izvēlas riteņa monohromatisko krāsu vērtību no 50% apgaismojuma 90 līdz 100% piesātinājuma. Tikmēr otra puse izvēlas krāsu gradientu no tās pašas krāsas pozīcijas, bet gradienta otrā pusē pievieno tās papildinošo krāsu.

Datu nolasīšana no sensora ir neapstrādāta. Lai izlīdzinātu pašas lampas troksni un vibrācijas, var pielietot filtru. Šobrīd man tas šķiet interesanti, jo tas izskatās vairāk analoģiski, reaģē uz jebkuru pieskārienu un prasa sekundi, lai pilnībā nostabilizētos.

Es joprojām strādāju pie koda, pievienoju jaunas funkcijas un optimizēju animācijas.

Jūs varat pārbaudīt jaunākās koda versijas manā github kontā.

5. solis: iesaiņošana

Galīgā montāža ir diezgan vienkārša. Līmējiet LED sloksņu silikona pārsegu ar divām epoksīda sastāvdaļām un pievienojiet 6 sērijas daļas viena aiz otras.

Nosakiet vietu, kur vēlaties noenkurot komponentus, un pieskrūvējiet akselerometru un pro piekariņu pie koka. Es izmantoju plastmasas starplikas, lai aizsargātu tapu dibenu. Strāvas padeves adapteris ir pareizi nostiprināts starp stieņu atstarpi ar vairāk epoksīda epoksīda līmes. Izstrādāts tā, lai ietilptu un neļautu tam kustēties, kad lampa rotē.

Novērojumi un uzlabojumi

Projekta izstrādes laikā ir radušās jaunas idejas par problēmu risināšanas veidiem. Es arī sapratu dažus dizaina trūkumus vai detaļas, kuras var uzlabot.

Nākamais solis, ko es vēlētos spert, ir produktu kvalitātes un apdares uzlabošana; galvenokārt struktūrā. Man nāk lieliskas idejas par vēl vienkāršākām struktūrām, iekļaujot tenzorus kā daļu no dizaina un slēpjot komponentus. Šai struktūrai būs nepieciešami jaudīgāki rīki, piemēram, 3D printeri un lāzera griezēji.

Man vēl ir jāgaida veids, kā paslēpt elektroinstalāciju gar konstrukciju. Un strādāt pie efektīvāka enerģijas patēriņa; samazināt izdevumus, ja lampa darbojas ilgi un nemaina apgaismojumu.

Paldies, ka izlasījāt rakstu un jūs interesējaties par manu darbu. Es ceru, ka jūs no šī projekta mācījāties tikpat daudz kā es.