Interaktiivinen LED -lamppu - Tensegrity -rakenne + Arduino: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä pala on liikeherkkä lamppu. Minimaalisesti jännittyneenä veistoksena suunniteltu lamppu muuttaa värikokoonpanoaan koko rakenteen suunnan ja liikkeiden perusteella, toisin sanoen lampun suunta vaihtelee tietyn värin, kirkkauden ja valotilan mukaan.

Kun ikosaedri pyörii (oman akselinsa yli), se valitsee arvon virtuaalisesta pallomaisesta värinvalitsimesta. Tämä värinvalitsin ei ole näkyvissä, mutta värin säätö tapahtuu reaaliajassa. Siten voit selvittää, missä kukin väri on sijoitettu avaruuteen, kun pelaat kappaletta.

Ikosaedrinen muoto tarjoaa 20 kasvotasoa ja jännitysrakenne antaa sille 6 lisäpistettä. Tämä tarjoaa yhteensä 26 eri väriä, kun lamppu lepää tasaisella pinnalla. Tämä luku kasvaa, kun käännät lampun ilmaan.

Järjestelmää ohjaa Pro Trinket, joka on kytketty kolmiakseliseen kiihtyvyysanturiin. Valon tuottavat RGBW -LED -nauhat, jotka voivat säätää värin ja valkoisen kirkkauden erikseen. Koko piiri, mukaan lukien mikroprosessori, anturit ja valaistusjärjestelmä, toimii 5 voltin jännitteellä. Järjestelmän virran kytkemiseksi tarvitaan 10 A: n lähde.

Luettelo lampun tärkeimmistä elementeistä on seuraava:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Adafruit LIS3DH-kolmiakselinen kiihtyvyysanturi

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

- 5V 10A kytkentävirtalähde

Tämä liikeherkkä lamppu on ensimmäinen versio tai prototyyppi pidemmästä henkilökohtaisesta projektista. Tämä prototyyppi on valmistettu kierrätysmateriaaleista. Suunnittelun ja rakentamisen aikana olen oppinut onnistumisista ja virheistä. Nämä mielessä, nyt työskentelen seuraavan version parissa, jossa on älykkäämpi rakenne ja vankka ohjelmisto.

Haluan kiittää LACUNA LAB -yhteisöä avusta, ideoista ja ehdotuksista projektin kehittämisen aikana.

voit seurata työtäni osoitteessa action-io / tumblraction-script / github

Vaihe 1: Idea

Tämä projekti oli tulosta useista ideoista, joita olin pelannut päässäni jonkin aikaa.

Aloittamiseni jälkeen konsepti on muuttunut, alkuperäinen projekti kehittynyt ja saanut todellisen muodon.

Alkuperäinen lähestymistapa oli kiinnostus geometrisiin muotoihin vuorovaikutuksen välineenä. Suunnittelunsa vuoksi tämän lampun useat monikulmaiset pinnat toimivat syöttömenetelmänä.

Ensimmäinen ajatus oli käyttää dynaamista järjestelmää pakottaakseen ikosaedrin liikkumaan. Tätä olisi voinut hallita interaktiivisella sovelluksella tai sosiaalisen median käyttäjillä.

Toinen mahdollisuus olisi ollut saada sisäinen marmori tai pallo painamalla erilaisia painikkeita tai antureita ja siten luoda satunnaisia tuloja kappaleen liikkuessa.

Jännitysrakenne tapahtui myöhemmin.

Tämä rakentamismenetelmä kiehtoi minua: tapa, jolla rakenteen osat pitävät toisiaan tasapainossa. Se on visuaalisesti erittäin miellyttävä. Koko rakenne on tasapainoinen; palaset eivät kosketa toisiaan suoraan. Se on kaikkien jännitteiden summa, joka luo kappaleen; se on fantastista!

Koska alkuperäinen rakenne on muuttunut; projekti etenee.

Vaihe 2: Rakenne

Kuten aiemmin mainitsin, tämä ensimmäinen malli tehtiin kierrätysmateriaaleista, jotka oli tarkoitus hävittää.

Puulaudat, jotka otin kadulta löytämästäni sälepohjasta. Kultaiset verhoukset olivat osa vanhan lampun varsia ja kuminauhojen tulpat ovat toimistokiinnikkeitä.

Joka tapauksessa rakenteen rakentaminen on melko yksinkertaista ja vaiheet ovat samat kuin missä tahansa jännitteessä.

Mitä tein lautojen kanssa, olen koonnut ne yhteen kahden hengen ryhmissä. Tehdään "voileipä" kultaisilla välikappaleilla, jättäen aukon, jossa valot loistavat läpi.

Projektin mitat ovat täysin vaihtelevia ja riippuvat rakennettavan rakenteen koosta. Tämän projektin kuvien puupalkit ovat 38 cm pitkiä ja 38 mm leveitä. Lautojen välinen etäisyys on 13 mm.

Puulevyt leikattiin samalla tavalla, hiottiin (vanhan maalikerroksen poistamiseksi) ja rei'itettiin sen jälkeen molemmista päistä.

Seuraavaksi värjäsin levyt maalaismaisella tummalla lakalla. Osien yhdistämiseen käytin 5 mm: n kierretankoa, leikattu 5 cm: n ja 5 mm: n palasiksi solmulla kummallakin puolella.

Kiristimet ovat punaisia kuminauhoja. Kumin kiinnittämiseksi tankoihin tein pienen reiän, jonka läpi ohitin nauhan, ja tartuin sen kiinni tulpalla. Tämä estää levyjen liikkumisen vapaasti ja rakenteen purkamisen.

Vaihe 3: Elektroniikka ja valot

Elektronisten komponenttien kokoonpano on suunniteltu ylläpitämään sama jännite, sekä logiikka että syöttö koko järjestelmässä 5 V: n avulla.

Järjestelmää ohjaa Pro Trinket, joka on kytketty kolmiakseliseen kiihtyvyysanturiin. Valoa tarjoavat RGBW -LED -nauhat, jotka voivat hallita värejä ja valkoisen kirkkauden arvoja erikseen. Koko piiri, mukaan lukien mikroprosessori, anturit ja valaistusjärjestelmä, toimii 5 voltin jännitteellä. Järjestelmän virran kytkemiseksi tarvitaan 10 A: n lähde.

Pro Trinket 5V käyttää Atmega328P -sirua, joka on sama ydin Arduino UNO: ssa. Siinä on myös lähes samat nastat. Joten se on todella hyödyllistä, kun haluat tuoda UNO -projektisi pieniin tiloihin.

LIS3DH on monipuolinen anturi, joka voidaan konfiguroida lukemaan +-2g/4g/8g/16g ja tuo myös napautuksen, kaksoisnapautuksen, suunnan ja vapaapudotuksen.

NeoPixel RGBW LED -nauha voi hallita sävyn väriä ja valkoista voimakkuutta erikseen. Valkoisen LED -valon ansiosta sinun ei tarvitse kyllästää kaikkia värejä saadaksesi valkoista valoa, vaan se tekee sinusta valkoisemman puhtaammaksi ja kirkkaammaksi ja lisäksi säästää energiaa.

Johdotusta ja komponenttien liittämistä varten päätin viedä kaapelin ja luoda uros- ja naarasliittimillä varustetut pistorasiat puristimien ja liittimien koteloiden avulla.

Yhdistin rihkan kiihtyvyysmittariin ja heitin SPI: n oletusasetuksilla. Tämä tarkoittaa, että Vin on kytkettävä 5 V: n virtalähteeseen. Liitä GND yhteiseen virta-/datamaadoitukseen. Liitä SCL (SCK) -tappi digitaaliseen numeroon 13. Liitä SDO -nasta digitaaliseen numeroon 12. Liitä SDA (SDI) -tappi digitaaliseen numeroon 11. Liitä CS -nasta Digital #10.

LED -nauhaa ohjaa vain yksi nasta, joka menee numeroon 6 ja maa ja 5v menee suoraan virtalähteeseen.

Kaikki tarvitsemasi asiakirjat löydät yksityiskohtaisemmin ja paremmin selitettyinä adafruit -sivulla.

Virtalähde on kytketty naaras DC -sovittimeen, joka syöttää samanaikaisesti mikro -ohjainta ja LED -nauhaa. Lisäksi siinä on kondensaattori, joka suojaa piiriä epävakaalta virralta "päälle" -hetkellä.

Valaisimessa on 6 valopalkkia, mutta LED -nauhat ovat yhdellä pitkällä nauhalla. LED -nauha leikattiin 30 cm: n osiin (18 LED -valoa) ja hitsattiin sitten uros- ja naaraspuolisilla 3 -nastaisilla liittimillä muulle piirille modulaarisesti.

Tässä projektissa käytän 5v - 10A virtalähdettä. Mutta tarvitsemiesi ledien lukumäärästä riippuen sinun on laskettava järjestelmän syöttämiseen tarvittava virta.

Koko kappaleen dokumentaatiossa voit nähdä, että LED -valossa on 80 mA vedetty per LED. Käytän yhteensä 108 LEDiä.

Vaihe 4: Koodi

Kaava toimii melko yksinkertaisesti. Kiihtyvyysmittari antaa tietoa liikkumisesta x, y, z -akselilla. Suuntauksen perusteella LEDien RGB -arvot päivitetään.

Työ on jaettu seuraaviin vaiheisiin.

• Käytä anturia ja käytä vain apia.
• Ratkaise trigonometrisesti "roll and pitch" -arvot. Löydät paljon enemmän tästä Mark Pedleyn asiakirjasta.
• Hanki vastaava väri, joka liittyy kiertoarvoihin. Siirtyäksemme 0-360 RGB -arvoon käyttämällä HSL - RGB -muuntotoimintoa. Sävelkorkeuden arvoa käytetään eri asteikoilla säätämään valkoisen valon voimakkuutta ja värikylläisyyttä. Värinvalintapallon vastakkaiset pallonpuoliskot ovat täysin valkoisia.
• Päivitä valojen puskuri, joka tallentaa tietoja yksittäisistä LED -väreistä. Puskurinohjain luo näistä tiedoista riippuen animaation tai vastaa täydentävillä väreillä.
• Näytä lopuksi värit ja päivitä LEDit.

Alun perin ajatuksena oli luoda väripallo, jossa voit valita minkä tahansa värin. Aseta väripyörä meridiaanille ja napauta tummat ja vaaleat sävyt.

Idea kuitenkin hylättiin nopeasti. Tämä tekee värialueen tummasta pallonpuoliskosta toimimattoman.

Sitten keksin idean määrittää täydentäviä värejä valitulle äänelle.

Yksi pallonpuolisko siis valitsee pyörän yksivärisen väriarvon 50% valaistuksesta 90-100% kylläisyydestä. Samaan aikaan toinen puoli valitsee värigradientin samasta väriasennosta, mutta lisää gradientin toiselle puolelle sen täydentävän värin.

Anturin tietojen lukeminen on raaka. Suodattimen avulla voidaan tasata itse lampun melua ja tärinää. Tällä hetkellä se on mielestäni mielenkiintoista, koska se näyttää analogisemmalta, reagoi kaikkiin kosketuksiin ja kestää hetken täysin vakautumiseen.

Työskentelen edelleen koodin parissa, lisään uusia ominaisuuksia ja optimoin animaatioita.

Voit tarkistaa koodin uusimmat versiot github -tililtäni.

Vaihe 5: Kääriminen ylös

Lopullinen kokoonpano on melko yksinkertainen: Liimaa LED -nauhojen silikonisuojus kahdella komponentti -epoksiliimalla tankoihin ja liitä 6 osaa sarjaan peräkkäin.

Kiinnitä piste, johon haluat kiinnittää komponentit, ja ruuvaa kiihtyvyysmittari ja riipus puuhun. Käytin muovisia välikappaleita suojaamaan nastojen pohjaa. Virtalähteen sovitin on kiinnitetty kunnolla tankojen väliin enemmän epoksiliimaliimalla. Suunniteltu sopimaan ja estämään sen liikkuminen lampun pyöriessä.

Havaintoja ja parannuksia

Hankkeen kehittämisen aikana on syntynyt uusia ideoita ongelmien ratkaisutavoista. Huomasin myös joitain suunnitteluvirheitä tai osia, joita voidaan parantaa.

Seuraava askel, jonka haluaisin ottaa, on tuotteiden laadun ja viimeistelyn parantaminen; lähinnä rakenteessa. Minulla on hienoja ideoita paremmista rakenteista, jotka ovat vieläkin yksinkertaisempia, sisällyttämällä tenorit osana suunnittelua ja piilottamalla komponentit. Tämä rakenne vaatii tehokkaampia työkaluja, kuten 3D -tulostimia ja laserleikkureita.

Minulla on vielä odottamassa tapa piilottaa johdotus rakennetta pitkin. Ja pyrkiä tehokkaampaan energiankulutukseen; vähentää kuluja, kun lamppu toimii pitkään eikä muuta valaistusta.

Kiitos artikkelin lukemisesta ja kiinnostuksestasi työtäni kohtaan. Toivon, että opit tästä projektista yhtä paljon kuin minäkin.