מנורת לד אינטראקטיבית - מבנה Tensegrity + Arduino: 5 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

יצירה זו היא מנורה המגיבה לתנועה. המנורה מעוצבת כפסל מתח מינימלי, ומשנה את תצורת הצבעים שלה בתגובה לכיוון ולתנועות המבנה כולו. במילים אחרות, בהתאם לכיוון שלה, המנורה הופכת לצבע מסוים, בהירות ואור.

כאשר האיקוסאהדרון מסתובב (מעל הציר שלו), הוא בוחר ערך מתוך בוחר צבעים וירטואלי. בורר הצבעים אינו גלוי, אך התאמות הצבעים מתרחשות בזמן אמת. כך תוכלו להבין היכן כל צבע ממוקם בחלל, תוך כדי משחק עם היצירה.

צורת האיקוסאהדראל מספקת 20 מישורי פנים ומבנה המתח נותן לו 6 נקודות מבט נוספות. זה מספק בסך הכל 26 צבעים אפשריים כאשר המנורה מונחת על משטח שטוח. מספר זה עולה כאשר אתה מסובב את המנורה באוויר.

המערכת נשלטת על ידי Pro Trinket המחובר למד תאוצה בעל שלושה צירים. האור מסופק על ידי רצועות LED RGBW, שיכולות לשלוט על הצבע ועל ערך הבהירות הלבן בנפרד. המעגל כולו, כולל מיקרו -מעבד, חיישנים ומערכת תאורה פועל במהירות 5V. כדי להפעיל את המערכת, יש צורך במקור עד 10A.

רשימה של האלמנטים העיקריים המשמשים את המנורה הם הבאים:

- תכשיט Adafruit Pro - 5V

- Adafruit LIS3DH תאוצה דו-ציר

- רצועת LED דיגיטלית RGBW של Adafruit NeoPixel - לוח PCB לבן 60 LED/מ '

- ספק כוח מיתוג 5V 10A

מנורה זו המגיבה לתנועה היא הגרסה או אב הטיפוס הראשון של פרויקט אישי ארוך יותר.אב טיפוס זה עשוי מחומרים ממוחזרים. לאורך כל תהליכי התכנון והבנייה, למדתי מהצלחות וטעויות. עם זאת בחשבון, כעת אני עובד על הגרסה הבאה אשר תהיה בעלת מבנה אינטליגנטי יותר ותוכנה חזקה יותר.

אני רוצה להודות לקהילת LACUNA LAB על העזרה, הרעיונות וההצעות לאורך כל פיתוח הפרויקט.

אתה יכול לעקוב אחר העבודה שלי בכתובת: action-io / tumblraction-script / github

שלב 1: הרעיון

הפרויקט הזה היה תוצאה של כמה רעיונות ששיחקתי איתם בראש במשך זמן מה.

מאז שהתחלתי, הרעיון השתנה, הפרויקט הראשוני התפתח ולבש צורה ממשית.

הגישה הראשונית הייתה עניין בצורות גיאומטריות כאמצעי לאינטראקציה. בגלל העיצוב שלה, הפנים המרובות של המנורה משמשות כשיטת קלט.

הרעיון הראשון היה להשתמש במערכת דינאמית כדי לאלץ את האיקוזדרון לזוז. זה יכול היה להיות נשלט על ידי יישום אינטראקטיבי, או משתמשי מדיה חברתית.

אפשרות נוספת הייתה להניח שיש או כדור פנימי ללחוץ על כפתורים או חיישנים שונים וכך לייצר תשומות אקראיות ככל שהיצירה נעה.

מבנה המתח התרחש מאוחר יותר.

שיטת הבנייה הזו ריתקה אותי: האופן שבו חלקי המבנה שומרים על איזון זה מזה. זה מאוד נעים מבחינה ויזואלית. המבנה כולו מאוזן בעצמו; החלקים אינם נוגעים זה בזה ישירות. זהו סך כל המתחים שיוצרים את היצירה; זה נהדר!

ככל שהעיצוב הראשוני השתנה; הפרויקט מתקדם.

שלב 2: המבנה

כפי שציינתי קודם לכן, הדגם הראשון הזה עשוי מחומרים ממוחזרים שנועדו להיזרק.

לוחות העץ שלקחתי ממיטה מחורצת מצאתי ברחוב. החיתוכים המוזהבים היו חלק מזרועה של מנורה ישנה והפקקים לגומיות הם קליפים למשרד.

בכל אופן, בניית המבנה היא פשוטה למדי והשלבים זהים כמו בכל מתח.

מה שעשיתי עם הלוחות הוא לאחד אותם, בקבוצות של שניים. הכנת "כריך" עם מרווחי הזהב, והשארת פער שבו האורות היו זורחים.

ממדי הפרויקט משתנים לחלוטין ותלויים בגודל המבנה שברצונך ליצור. סורגי העץ מהתמונות של פרויקט זה הם באורך 38 ס"מ ורוחב 38 מ"מ. ההפרדה בין הלוחות היא 13 מ"מ.

לוחות העץ נחתכו באופן זהה, שויפו (להסרת שכבת הצבע הישנה) ולאחר מכן נקבו משני קצותיהם.

לאחר מכן, צבעתי את הלוחות בלכה כהה כפרית. כדי להצטרף לחתיכות השתמשתי במוט מושחל בגודל 5 מ"מ, חתוך למקטעים של 5 ס"מ ו -5 מ"מ עם קשר מכל צד.

המתחים הינם גומיות אדומות. כדי לחבר את הגומי לסורגים, עשיתי חור קטן שדרכו עברתי את הלהקה ואז לכדתי אותה עם פקק. זה מונע מהלוחות לנוע בחופשיות והמבנה לפרק זז.

שלב 3: אלקטרוניקה ואורות

תצורת הרכיבים האלקטרוניים תוכננה לשמור על אותו מתח, הן ההיגיון והן ההזנה בכל המערכת באמצעות 5v.

המערכת נשלטת על ידי Pro Trinket המחובר למד תאוצה בעל שלושה צירים. האור מסופק על ידי רצועות LED RGBW, שיכולות לשלוט בנפרד על הצבעים וערכי הבהירות הלבנות. המעגל כולו, כולל מיקרו -מעבד, חיישנים ומערכת תאורה פועל במהירות 5V. כדי להפעיל את המערכת, יש צורך במקור עד 10A.

ה- Pro Trinket 5V משתמש בשבב Atmega328P, שהוא אותו שבב ליבה ב- UNO Arduino. יש לו גם כמעט את אותם סיכות. אז זה באמת שימושי כאשר אתה רוצה להביא את פרויקט UNO שלך לחללים ממוזערים.

LIS3DH הוא חיישן רב תכליתי, ניתן להגדירו מחדש לקריאה ל- +-2g/4g/8g/16g ומביא גם הקשה, הקשה כפולה, כיוון וזיהוי נפילות חופשיות.

רצועת ה- LED של NeoPixel RGBW יכולה לנהל בנפרד את צבע הגוון ואת עוצמת הלבן. עם LED לבן ייעודי, אינך צריך לרוות את כל הצבעים כדי לקבל אור לבן, הוא גם הופך אותך ללבן טהור ובהיר יותר ובנוסף לכך הוא חוסך אנרגיה.

לחיווט ולחיבור הרכיבים ביחד החלטתי להעביר כבל וליצור שקעים עם סיכות זכר ונקבה באמצעות כיווצים ומעטרי מחברים.

חיברתי את התכשיר למד התאוצה זרוק את ה- SPI עם תצורת ברירת המחדל. המשמעות היא לחבר את וין לאספקת החשמל של 5V. חבר את GND לחשמל/נתונים משותפים. חבר את סיכת SCL (SCK) ל- Digital #13. חבר את סיכת ה- SDO ל- Digital #12. חבר את סיכת ה- SDA (SDI) ל- Digital #11. חבר את פין ה- CS Digital #10.

רצועת ה- LED נשלטת רק על פין אחד, שהוא עובר למספר 6 והקרקע וה- 5v עוברים ישירות למתאם ספק הכוח.

כל התיעוד שתזדקק לו תמצא, מפורט יותר ומוסבר טוב יותר בדף adafruit.

ספק הכוח מחובר למתאם DC נקבה שמזין במקביל את הבקר ואת רצועת ה- LED. כמו כן יש לו קבל להגנה על המעגל מפני זרם לא יציב ברגע ה"הדלקה ".

למנורה 6 מוטות אור, אך רצועות הלד מגיעות בפס ארוך אחד. רצועת ה- LED נחתכה במקטעים של 30 ס מ (18 נוריות LED) ולאחר מכן ריתקה עם 3 סיכות לזכר ונקבה כדי להתחבר לשאר המעגל באופן מודולרי.

לפרויקט זה אני משתמש באספקת חשמל של 5V - 10A. אך בהתאם למספר הנורות הדרושות לך יהיה עליך לחשב את הזרם הדרוש להזנת המערכת.

לאורך כל התיעוד של היצירה, אתה יכול לראות של LED יש 80mA משורטט לכל LED. אני משתמש בסך הכל 108 נוריות.

שלב 4: הקוד

התוכנית עובדת די פשוטה. מד תאוצה מספק מידע על תנועה בציר x, y, z. בהתבסס על הכיוון, ערכי ה- RGB של הלדים מתעדכנים.

העבודה מחולקת לשלבים הבאים.

• בצע קריאה מחיישן. פשוט השתמש ב- API.
• על ידי טריגונומטריה, פתר את הערכים של "גלגול והצגה". תוכל למצוא מידע רב יותר במסמך זה מאת מארק פדלי.
• השג את הצבע המתאים, הקשור לערכי הסיבוב. לשם כך אנו פונים לערך 0-360 RGB באמצעות פונקציית המרת HSL - RGB. ערך המגרש משמש בקני מידה שונים כדי לווסת את עוצמת האור הלבן ורוויית הצבעים. ההמיספרות הנגדיות של תחום בחירת הצבעים לבנות לחלוטין.
• עדכן את מאגר הנורות המאחסן מידע על צבעי LED בודדים. בהתאם למידע זה, בקר המאגר ייצור אנימציה או יגיב בצבעים משלימים.
• לבסוף הראו את הצבעים ורעננו את הנורות.

בתחילה, הרעיון היה ליצור כדור צבע שבו אתה יכול לבחור כל צבע. הנחת גלגל הצבעים על המרידיאן והקוטב בגוונים הכהים והבהירים.

אבל מהר מאוד הרעיון נזרק. מכיוון שהנוריות יוצרות גוונים שונים, כבו והדליקו במהירות כל נורית rgb, כאשר נותנים להם ערכים נמוכים לייצוג צבעים כהים, הנורות נותנות ביצועים ירודים מאוד ותוכלו לראות כיצד הם מתחילים להבהב. זה גורם לחצי הכדור הכהה של כדור הצבעים לא יכול לתפקד כראוי.

ואז עולה לי הרעיון להקצות צבעים משלימים לטון שנבחר כרגע.

אם כן, חצי כדור אחד בוחר ערך צבע מונוכרומטי של גלגל מתוך 50% תאורה 90 ~ 100% רוויה. בינתיים הצד השני בוחר שיפוע צבע מאותה מיקום צבע אך מוסיף, בצד השני של השיפוע, את צבעו המשלים.

קריאת הנתונים מהחיישן היא גולמית. ניתן ליישם פילטר להחלקת הרעש והרטט של המנורה עצמה. כרגע אני מוצא את זה מעניין כי זה נראה יותר אנלוגי, מגיב לכל מגע ולוקח שנייה להתייצב לגמרי.

אני עדיין עובד על הקוד ומוסיף תכונות חדשות ומייעל את האנימציות.

אתה יכול לבדוק את הגרסאות האחרונות של הקוד בחשבון github שלי.

שלב 5: עטיפה

ההרכבה הסופית פשוטה למדי. הדבק את כיסוי הסיליקון של רצועות הלד עם שני דבקים אפוקסי למרכיבים וחבר את 6 החלקים בסדרה אחד אחרי השני.

תקן נקודה שבה אתה רוצה לעגן את הרכיבים ולהבריג את מד התאוצה ואת התכשיר המקצועי לעץ. השתמשתי ברווחי פלסטיק כדי להגן על החלק התחתון של הסיכות. מתאם ספק הכוח קבוע כראוי בין שטח הסורגים עם יותר דבק אפוקסי באפוקסי. תוכנן כך שיתאים ומונע את תנועתו כאשר המנורה מסתובבת.

תצפיות ושיפורים

במהלך פיתוח הפרויקט צצו רעיונות חדשים לגבי דרכים לפתרון בעיות. הבנתי גם כמה פגמים בעיצוב או חלקים שניתן לשפר.

השלב הבא שהייתי רוצה לעשות הוא שיפור באיכות המוצר והגימור; בעיקר במבנה. יש לי רעיונות נהדרים לגבי מבנים טובים יותר אפילו יותר, תוך שילוב טנסורים כחלק מהעיצוב והסתרת הרכיבים. מבנה זה ידרוש כלים חזקים יותר כמו מדפסות תלת מימד וחותכי לייזר.

עדיין יש לי את הדרך להסתיר את החיווט לאורך המבנה. ולעבוד לצריכת אנרגיה יעילה יותר; לצמצם את ההוצאות כאשר המנורה עובדת זמן רב ואינה משנה את התאורה.

תודה שקראת את המאמר והתעניינותך בעבודה שלי. אני מקווה שלמדת מהפרויקט הזה לא פחות ממני.