Interaktívna LED lampa - Tensegrity Structure + Arduino: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento kúsok je lampa reagujúca na pohyb. Lampa, navrhnutá ako socha s minimálnym napätím, mení svoju konfiguráciu farieb v závislosti od orientácie a pohybov celej štruktúry. Inými slovami, v závislosti od svojej orientácie sa lampa zmení na určitý režim farby, jasu a svetla.

Keď sa icosahedron otáča (nad svojou vlastnou osou), vyberie hodnotu z virtuálneho sférického výberu farieb. Tento nástroj na výber farieb nie je viditeľný, ale k úpravám farieb dochádza v reálnom čase. Pri hre s figúrkou teda môžete zistiť, kde je každá farba umiestnená v priestore.

Ikosaedrický tvar poskytuje 20 rovín tváre a tensegritová štruktúra mu dáva 6 ďalších hľadísk. Keď lampa stojí na rovnom povrchu, poskytuje celkom 26 možných farieb. Toto číslo sa zvýši, keď lampu zapnete vo vzduchu.

Systém je ovládaný Pro Trinket pripojeným k trojosovému akcelerometru. Svetlo je zaistené RGBW LED pásikmi, ktoré môžu individuálne ovládať hodnotu farby a jasu bielej. Celý obvod vrátane mikroprocesora, senzorov a osvetľovacieho systému pracuje na 5 V. Na napájanie systému je potrebný zdroj až 10A.

Zoznam hlavných prvkov použitých v žiarovke je nasledujúci:

- Trinket Adafruit Pro - 5V

- Trojosový akcelerometer Adafruit LIS3DH

- Adafruit NeoPixel Digital RGBW LED Strip - biely PCB 60 LED/m

- 5V 10A spínaný zdroj

Táto lampa reagujúca na pohyb je prvou verziou alebo prototypom dlhšieho osobného projektu. Tento prototyp bol vyrobený z recyklovaných materiálov. Počas celého procesu navrhovania a stavby som sa učil z úspechov a chýb. S ohľadom na tieto skutočnosti teraz pracujem na ďalšej verzii, ktorá bude mať inteligentnejšiu štruktúru a robustnejší softvér.

Chcem sa poďakovať komunite LACUNA LAB za pomoc, nápady a návrhy počas celého vývoja projektu.

moju prácu môžete sledovať na adrese: action-io / tumblraction-script / github

Krok 1: Myšlienka

Tento projekt bol výsledkom niekoľkých myšlienok, s ktorými som sa nejaký čas pohrával v hlave.

Odkedy som začal, koncepcia sa zmenila, pôvodný projekt sa vyvinul a nadobudol aktuálnu podobu.

Počiatočný prístup bol záujem o geometrické tvary ako prostriedky interakcie. Vďaka svojej konštrukcii slúžia viacnásobné polygonálne tváre tejto žiarovky ako vstupná metóda.

Prvá myšlienka bola použiť dynamický systém na prinútenie ikosahedra k pohybu. Mohlo to ovládať interaktívna aplikácia alebo používatelia sociálnych médií.

Ďalšou možnosťou by bolo nechať vnútorný mramor alebo guličku stlačiť rôzne tlačidlá alebo senzory a vytvárať tak náhodné vstupy pri pohybe figúrky.

Štruktúra tensegrity nastala neskôr.

Táto metóda stavby ma fascinovala: spôsob, akým sa časti konštrukcie navzájom vyvážia. Je to veľmi vizuálne príjemné. Celá štruktúra je samovyrovnaná; kusy sa navzájom nedotýkajú. Je to súčet všetkých napätí, ktoré tvoria kus; to je fantastické!

Ako sa zmenil pôvodný dizajn; projekt ide dopredu.

Krok 2: Štruktúra

Ako som už spomenul, tento prvý model bol vyrobený z recyklovaných materiálov, ktoré mali byť zlikvidované.

Drevené dosky, ktoré som vzal z lamelovej postele, som našiel na ulici. Zlaté lišty boli súčasťou ramena starej lampy a zarážky gumičiek sú kancelárske spony.

V každom prípade je konštrukcia štruktúry dosť jednoduchá a kroky sú rovnaké ako v každom inom odvetví.

Čo som urobil s doskami, bolo ich spojiť dohromady v dvoch skupinách. Vytvorenie „sendviča“so zlatými rozperami, pričom zostane medzera, kde budú presvitať svetlá.

Rozmery projektu sú úplne variabilné a budú závisieť od veľkosti štruktúry, ktorú chcete vytvoriť. Drevené tyče z fotografií tohto projektu sú 38 cm dlhé a 38 mm široké. Vzdialenosť medzi doskami je 13 mm.

Drevené dosky boli rovnako rezané, brúsené (aby sa odstránila stará vrstva farby) a potom sa perforovali na oboch koncoch.

Ďalej som dosky zafarbil rustikálnym tmavým lakom. Na spojenie kúskov som použil 5 mm závitovú tyč, narezanú na časti 5 cm a 5 mm uzlom na každej strane.

Napínače sú červené gumičky. Aby som gumu pripevnil k tyčiam, urobil som malý otvor, cez ktorý som pásom prešiel a potom som ju zachytil zátkou. Tým sa zabráni voľnému pohybu dosiek a presunutiu konštrukcie na demontáž.

Krok 3: Elektronika a svetlá

Konfigurácia elektronických súčiastok bola navrhnutá tak, aby udržiavala rovnaké napätie, logické aj napájacie, v celom systéme pomocou 5 V.

Systém je ovládaný Pro Trinket pripojeným k trojosovému akcelerometru. Svetlo zabezpečujú RGBW LED pásy, ktoré môžu jednotlivo ovládať hodnoty farieb a jasu bielej. Celý obvod vrátane mikroprocesora, senzorov a osvetľovacieho systému pracuje na 5 V. Na napájanie systému je potrebný zdroj až 10A.

Pro Trinket 5V používa čip Atmega328P, ktorý je rovnakým jadrovým čipom v Arduino UNO. Má tiež takmer rovnaké piny. Je to skutočne užitočné, keď chcete svoj projekt UNO preniesť do miniaturizovaných priestorov.

LIS3DH je všestranný senzor, ktorý je možné prekonfigurovať tak, aby čítal na +-2g/4g/8g/16g, a tiež prináša funkciu Tap, Double-tap, orientáciu a detekciu voľného pádu.

NeoPixel RGBW LED Strip dokáže samostatne spravovať farbu odtieňa a intenzitu bielej. S vyhradenou bielou LED diódou nepotrebujete „nasýtiť všetky farby, aby ste mali biele svetlo, ale tiež vás robí bielou čistšou a jasnejšou a navyše šetrí energiou.

Pre zapojenie a prepojenie komponentov dohromady som sa rozhodol previesť kábel a vytvoriť zásuvky s kolíkmi a zásuvkami pomocou krimpov a krytov konektorov.

Pripojil som drobnosť k akcelerometrickému hodeniu SPI s predvolenou konfiguráciou. To znamená, že pripojte Vin k napájaniu 5V. Pripojte GND k spoločnému napájaciemu/dátovému uzemneniu. Pripojte kolík SCL (SCK) k digitálnemu konektoru č. 13. Pripojte pin SDO k Digital #12. Pripojte kolík SDA (SDI) k portu Digital #11. Pripojte CS pin Digital #10.

LED pásik je ovládaný iba jedným kolíkom, ktorý smeruje k #6 a uzemnenie a 5V ide priamo do napájacieho adaptéra.

Všetku potrebnú dokumentáciu nájdete, podrobnejšiu a lepšie vysvetlenú na stránke adafruit.

Napájací zdroj je pripojený k zásuvkovému adaptéru DC, ktorý súčasne napája mikrokontrolér a LED pás. Má tiež kondenzátor na ochranu obvodu pred nestabilným prúdom v okamihu „zapnutia“.

Lampa má 6 svetelných pruhov, ale pásy LED sa dodávajú v jednom dlhom pásme. Pás LED bol rozrezaný na úseky 30 cm (18 LED diód) a potom zváraný 3 kolíkmi samec a samica, aby sa modulárne spojili so zvyškom obvodu.

Na tento projekt používam napájací zdroj 5v - 10A. Ale v závislosti od počtu LED, ktoré potrebujete, budete musieť vypočítať prúd potrebný na napájanie systému.

V celej dokumentácii k dielu môžete vidieť, že LED dióda má 80mA natiahnuté na jednu LED. Používam celkom 108 LED diód.

Krok 4: Kód

Fungovanie schémy je veľmi jednoduché. Akcelerometer poskytuje informácie o pohybe na osi x, y, z. Na základe orientácie sa aktualizujú hodnoty RGB LED diód.

Práca je rozdelená do nasledujúcich fáz.

• Vykonajte čítanie zo senzora. Jednoducho použite rozhranie API.
• Pomocou trigonometrie vyriešte hodnoty „roll and pitch“. Oveľa viac informácií nájdete v tomto dokumente od Marka Pedleyho.
• Získajte zodpovedajúcu farbu súvisiacu s hodnotami otáčania. Na to sa obrátime na hodnotu 0-360 RGB pomocou funkcie prevodu HSL - RGB. Hodnota výšky tónu sa používa v rôznych mierkach na reguláciu intenzity bieleho svetla a sýtosti farieb. Opačné hemisféry gule na výber farieb sú úplne biele.
• Aktualizujte vyrovnávaciu pamäť svetiel, ktorá ukladá informácie o jednotlivých farbách LED. V závislosti od týchto informácií ovládač vyrovnávacej pamäte vytvorí animáciu alebo bude reagovať doplnkovými farbami.
• Nakoniec ukážte farby a obnovte LED diódy.

Pôvodne išlo o vytvorenie farebnej gule, kde by ste si mohli vybrať akúkoľvek farbu. Umiestnenie farebného kolieska na poludník a stĺpce tmavých a svetlých tónov.

Ale táto myšlienka bola rýchlo zahodená. Pretože LED diódy vytvárajú rôzne tóny, zhasínajú a rýchlo rozsvietia každú LED diódu RGB, keď sú dané nízke hodnoty reprezentujúce tmavé farby, LED diódy poskytujú veľmi slabý výkon a môžete vidieť, ako začnú blikať. To spôsobuje, že tmavá hemisféra farebnej gule nemôže správne fungovať.

Potom ma napadne priradiť aktuálne zvolenému tónu doplnkové farby.

Jedna hemisféra teda vyberá hodnotu monochromatickej farby kolesa od 50% osvetlenia 90 ~ 100% nasýtenia. Medzitým druhá strana vyberie farebný prechod z tej istej farebnej polohy, ale pridá na svoju druhú stranu prechodu jeho doplnkovú farbu.

Čítanie údajov zo snímača je nespracované. Na vyrovnanie hluku a vibrácií samotnej žiarovky je možné použiť filter. Momentálne mi to pripadá zaujímavé, pretože to vyzerá analogickejšie, reaguje na každý dotyk a chvíľu trvá, kým sa úplne stabilizuje.

Stále pracujem na kóde a pridávam nové funkcie a optimalizujem animácie.

Najnovšie verzie kódu si môžete skontrolovať v mojom účte github.

Krok 5: Zbaliť sa

Konečná montáž je pomerne jednoduchá. Silikónový kryt pásikov LED prilepte dvoma tyčovými epoxidovými lepidlami do tyčí a spojte 6 dielov v sérii za sebou.

Opravte bod, v ktorom chcete ukotviť súčiastky, a priskrutkujte akcelerometer a ozdobu k drevu. Na ochranu spodnej časti čapov som použil plastové rozpery. Napájací adaptér je správne pripevnený medzi priestorom tyčí viac epoxidovým epoxidovým lepidlom. Bol navrhnutý tak, aby sedel a bránil jeho pohybu, keď sa lampa otáča.

Pozorovania a vylepšenia

V priebehu vývoja projektu sa objavili nové nápady o spôsoboch riešenia problémov. Tiež som si uvedomil niektoré konštrukčné chyby alebo diely, ktoré je možné vylepšiť.

Ďalším krokom, ktorý by som chcel urobiť, je zlepšenie kvality produktu a konečnej úpravy; väčšinou v štruktúre. Prichádzajú mi skvelé nápady o lepších štruktúrach, ktoré sú ešte jednoduchšie, vrátane tenzorov ako súčasti návrhu a skrývania komponentov. Táto štruktúra bude vyžadovať výkonnejšie nástroje, ako sú 3D tlačiarne a laserové rezačky.

Stále mám nevyriešený spôsob, ako skryť káble pozdĺž konštrukcie. A zapracovať na efektívnejšej spotrebe energie; na zníženie výdavkov, keď lampa pracuje dlho a nemení osvetlenie.

Ďakujem za prečítanie článku a váš záujem o moju prácu. Dúfam, že ste sa z tohto projektu poučili rovnako ako ja.