Interaktiivne LED -lamp - Tensegrity Structure + Arduino: 5 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

See tükk on liikumisele reageeriv lamp. Minimaalse pingega skulptuurina kujundatud lamp muudab värvide konfiguratsiooni, reageerides kogu konstruktsiooni orientatsioonile ja liikumisele. Teisisõnu, sõltuvalt orientatsioonist muutub lamp teatud värvi-, heledus- ja valgusrežiimiks.

Kui ikosaeeder pöörleb (üle oma telje), valib see väärtuse virtuaalse sfäärilise värvivalija hulgast. See värvivalija pole nähtav, kuid värvide reguleerimine toimub reaalajas. Nii saate tükiga mängides välja mõelda, kus iga värv ruumis asetseb.

Ikoosaedriline kuju annab 20 näo tasandit ja pingeline struktuur annab sellele 6 täiendavat seisukohta. See annab kokku 26 võimalikku värvi, kui lamp toetub tasasele pinnale. See arv suureneb, kui keerate lambi õhku.

Süsteemi juhib Pro Trinket, mis on ühendatud kolmeteljelise kiirendusmõõturiga. Valgust pakuvad RGBW LED -ribad, mis võivad värvi ja valge heleduse väärtust individuaalselt juhtida. Kogu vooluring, sealhulgas mikroprotsessor, andurid ja valgustussüsteem, töötab 5 V pingel. Süsteemi sisselülitamiseks on vaja kuni 10A allikat.

Lambis kasutatavate peamiste elementide loend on järgmine:

- Adafruit Pro nipsasjake - 5V

- Adafruit LIS3DH kolmeteljeline kiirendusmõõtur

- Adafruit NeoPixel digitaalne RGBW LED -riba - valge PCB 60 LED/m

- 5V 10A lülitustoide

See liikumistundlik lamp on pikema isikliku projekti esimene versioon või prototüüp. See prototüüp on valmistatud ringlussevõetud materjalidest. Kogu projekteerimis- ja ehitusprotsessi jooksul õppisin õnnestumistest ja vigadest. Neid silmas pidades töötan nüüd järgmise versiooni kallal, millel on intelligentsem struktuur ja tugev tarkvara.

Tahan tänada LACUNA LAB kogukonda abi, ideede ja ettepanekute eest kogu projekti arendamise ajal.

saate minu tööd jälgida aadressil action-io / tumblraction-script / github

Samm: idee

See projekt oli mitme idee tulemus, millega olin juba mõnda aega oma peas mänginud.

Pärast alustamist on kontseptsioon muutunud, esialgne projekt arenes ja sai tegeliku kuju.

Esialgne lähenemisviis oli huvi geomeetriliste kujundite kui suhtlusvahendite vastu. Disaini tõttu on selle lambi mitmed hulknurksed küljed sisendmeetodiks.

Esimene idee oli kasutada dünaamilist süsteemi, et sundida ikosaeedrit liikuma. Seda oleks saanud kontrollida interaktiivne rakendus või sotsiaalmeedia kasutajad.

Teine võimalus oleks olnud lasta sisemisel marmoril või kuulil vajutada erinevaid nuppe või andureid ja genereerida niiviisi juhuslikke sisendeid.

Pingeline struktuur juhtus hiljem.

See ehitusmeetod lummas mind: viis, kuidas konstruktsiooni osad hoiavad üksteist tasakaalus. See on visuaalselt väga meeldiv. Kogu struktuur on isetasakaalustatud; tükid ei puutu üksteisega otse kokku. Tüki loob kõigi pingete summa; see on suurepärane!

Kuna esialgne disain on muutunud; projekt liigub edasi.

2. samm: struktuur

Nagu ma varem mainisin, oli see esimene mudel valmistatud ringlussevõetud materjalidest, mis olid mõeldud ära viskamiseks.

Puitlauad, mille võtsin liistvoodilt, mille leidsin tänavalt. Kuldsed kaunistused olid vana lambi varre osa ja kummipaelte korgid on kontoriklambrid.

Igatahes on konstruktsiooni ülesehitus üsna lihtne ja sammud samad, mis igas tensegriis.

Mida ma tegin laudadega, on need kokku viia, kahekesi. Kuldsete vahekaugustega "võileiva" valmistamine, jättes tühiku, kust tuled läbi paistaksid.

Projekti mõõtmed on täiesti varieeruvad ja sõltuvad soovitud struktuuri suurusest. Selle projekti piltidel olevad puitvardad on 38 cm pikad ja 38 mm laiad. Laudade vahe on 13 mm.

Puitplaadid lõigati identselt, lihviti (vana värvikihi eemaldamiseks) ja seejärel perforeeriti mõlemast otsast.

Järgmisena värvisin lauad maalähedase tumeda lakiga. Tükkide ühendamiseks kasutasin 5 mm keermestatud varda, lõigatud 5 cm ja 5 mm osadeks, mille mõlemal küljel oli sõlm.

Pingutid on punased kummiribad. Kummi kangide külge kinnitamiseks tegin väikese augu, millest läbisin lindi ja seejärel lõin selle korgiga kinni. See takistab laudade vaba liikumist ja konstruktsiooni lahtivõtmist.

Samm: elektroonika ja tuled

Elektrooniliste komponentide konfiguratsioon on loodud säilitama sama pinget, nii loogikat kui ka toiteallikat kogu süsteemis, kasutades 5v.

Süsteemi juhib Pro Trinket, mis on ühendatud kolmeteljelise kiirendusmõõturiga. Valgust pakuvad RGBW LED -ribad, mis võivad värve ja valge heledust eraldi reguleerida. Kogu vooluring, sealhulgas mikroprotsessor, andurid ja valgustussüsteem, töötab 5 V pingel. Süsteemi sisselülitamiseks on vaja kuni 10A allikat.

Pro Trinket 5V kasutab Atmega328P kiipi, mis on sama tuumkiip Arduino UNO -s. Sellel on ka peaaegu samad tihvtid. Seega on see tõesti kasulik, kui soovite oma UNO projekti viia miniatuursetesse ruumidesse.

LIS3DH on mitmekülgne andur, selle saab uuesti konfigureerida lugemiseks +-2g/4g/8g/16g ning see toob kaasa ka puudutuse, topeltpuudutuse, orientatsiooni ja vabalangemise tuvastamise.

NeoPixel RGBW LED -riba saab tooni värvi ja valge intensiivsust eraldi hallata. Spetsiaalse valge LED -i abil ei pea te valge värvi saamiseks kõiki värve küllastama, see muudab ka valge valgemaks ja säravamaks ning lisaks säästab see energiat.

Juhtmete tegemiseks ja komponentide ühendamiseks otsustasin juhtmest läbi lasta ning luua klambrite ja pistikute korpuste abil isase ja naistetihvtiga pistikupesad.

Ühendasin nipsasja kiirendusmõõturiga, visates SPI vaikekonfiguratsiooniga. See tähendab, et ühendage Vin 5 V toiteallikaga. Ühendage GND ühise toite-/andmesidega. Ühendage SCL (SCK) tihvt digitaalsega #13. Ühendage SDO tihvt Digital #12 -ga. Ühendage SDA (SDI) tihvt digitaalsega #11. Ühendage CS pin Digital #10.

LED -riba juhib ainult üks tihvt, mis läheb kohale nr 6 ja maandus ja 5v lähevad otse toiteadapterile.

Kõik dokumendid, mida vajate, leiate üksikasjalikumalt ja paremini selgitatud lehelt adafruit.

Toide on ühendatud naissoost alalisvooluadapteriga, mis toidab samaaegselt mikrokontrollerit ja LED -riba. Samuti on sellel kondensaator, mis kaitseb vooluringi sisselülitamise hetkel ebastabiilse voolu eest.

Lambil on 6 valgusriba, kuid LED -ribad on saadaval ühe pika ribana. LED -riba lõigati 30 cm pikkusteks osadeks (18 LED -i) ja keevitati seejärel isase ja naissoost 3 tihvtiga, et mooduliga ülejäänud vooluahelaga ühendada.

Selle projekti jaoks kasutan toiteallikat 5–10 A. Kuid sõltuvalt vajalike LED -ide arvust peate arvutama süsteemi toitmiseks vajaliku voolu.

Kogu tüki dokumentatsioonis näete, et LED -iga on LED -i kohta tõmmatud 80 mA. Kasutan kokku 108 LED -i.

4. samm: kood

Skeem töötab üsna lihtsalt. Kiirendusmõõtur annab teavet liikumise kohta teljel x, y, z. Suuna põhjal värskendatakse LED -ide RGB väärtusi.

Töö on jagatud järgmisteks etappideks.

• Lugege andurilt. Kasutage lihtsalt API -d.
• Lahendage trigonomeetria abil väärtused "rull ja samm". Sellest Mark Pedley dokumendist leiate palju rohkem teavet.
• Hankige vastav värv, mis on seotud pöörlemisväärtustega. Selleks pöördume HSL -RGB teisendusfunktsiooni abil 0-360 RGB väärtuse poole. Kõrguse väärtust kasutatakse erinevatel skaaladel, et reguleerida valge valguse intensiivsust ja värviküllastust. Värvivaliku sfääri vastaspoolkerad on täiesti valged.
• Värskendage tulede puhvrit, mis salvestab teavet üksikute LED -värvide kohta. Sõltuvalt sellest teabest loob puhverkontroller animatsiooni või vastab täiendavate värvidega.
• Lõpuks näidake värve ja värskendage LED -e.

Esialgu oli idee luua värvisfäär, kus saaks valida mis tahes värvi. Värviratta paigutamine meridiaanile ja tumedad ja heledad toonid poolusele.

Kuid ideest loobuti kiiresti. Kuna valgusdioodid loovad erinevaid toone, lülitatakse iga rgb -LED välja ja süttib kiiresti, kui tumedat värvi esindavad väikesed väärtused, annavad LED -id väga halva jõudluse ja näete, kuidas need hakkavad vilkuma. Seetõttu ei saa värvisfääri tume poolkera korralikult toimida.

Siis tuleb mul idee määrata hetkel valitud toonile täiendavad värvid.

Niisiis, üks poolkera valib ratta monokromaatilise värviväärtuse 50% valgustuse 90–100% küllastuse korral. Vahepeal valib teine pool värvigradiendi samast värvipositsioonist, kuid lisab gradiendi teisele küljele selle täiendava värvi.

Andurite lugemine andurilt on toores. Müra ja lambi enda vibratsiooni silumiseks võib kasutada filtrit. Hetkel leian, et see on huvitav, kuna see näeb välja analoogsem, reageerib igale puudutusele ja stabiliseerumiseks kulub sekund.

Töötan endiselt koodiga, lisan uusi funktsioone ja optimeerin animatsioone.

Koodi uusimaid versioone saate vaadata minu githubi kontolt.

5. samm: pakkimine

Lõplik kokkupanek on üsna lihtne. Liimige LED -ribade silikoonkate koos kahekomponentse epoksüliimiga vardadesse ja ühendage 6 osa järjestikku üksteise taga.

Kinnitage punkt, kuhu soovite komponendid kinnitada, ja keerake kiirendusmõõtur ja nipsasja puidu külge. Nööpnõelte põhja kaitsmiseks kasutasin plastist vahekaugusi. Toiteadapter on korralikult kinnitatud latide ruumi vahele rohkem epoksü -epoksüliimiga. Kavandati nii, et see sobiks ja takistab lambi pöörlemisel liikumist.

Tähelepanekud ja täiustused

Projekti väljatöötamise käigus on tekkinud uusi ideid probleemide lahendamise viiside kohta. Mõistsin ka mõningaid disainivigu või osi, mida saab parandada.

Järgmise sammuna sooviksin parandada toote kvaliteeti ja viimistlust; enamasti struktuuris. Mul on suurepäraseid ideid paremate struktuuride kohta, mis on veelgi lihtsamad, lisades disaini osaks tenorid ja varjates komponente. See struktuur nõuab võimsamaid tööriistu, nagu 3D -printerid ja laserlõikurid.

Mul on veel ootel võimalus juhtmestiku varjamiseks mööda konstruktsiooni. Ja töötama tõhusama energiatarbimise nimel; kulude vähendamiseks, kui lamp töötab kaua ja ei muuda valgustust.

Täname, et lugesite artiklit ja tunnete huvi minu töö vastu. Loodan, et õppisite sellest projektist sama palju kui mina.