Instal·lació de sostre de fibra òptica reactiva de música: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Voleu un tros de la galàxia a casa vostra? Esbrineu com es fa a continuació.

Durant anys va ser el meu projecte de somni i finalment està acabat. Va trigar força temps a completar-se, però el resultat final va ser tan satisfactori que estic segur que va valer la pena.

Una mica sobre el projecte. Vaig fer bricolatge complet amb això, cosa que em va permetre tenir plena llibertat creativa. El resultat: constel·lacions del cel del nord a escala, control individual de cúmuls estel·lars amb control remot IR (brillantor i color), reactivitat a la música, il·luminació totalment controlable de la cala i, sobretot, possibilitat d’actualitzar pràcticament qualsevol cosa d’aquest projecte. Per aconseguir-ho tot, vaig triar Arduino com a plataforma per al projecte, ja que tinc alguns coneixements de programació. Per a la reactivitat musical el xip MSQ7EQ va fer el truc, hi ha molts recursos en línia per fer-ho. Per a la comunicació, s’utilitza molt NRF24L01 i tenia alguns recanvis, així que els he utilitzat. Per controlar un gran nombre de LED, el servocontrolador PCA9685 funciona molt bé. Si preferiu una versió més barata i senzilla d’aquest projecte, podeu buscar kits de sostre d’estrelles a Amazon, però si decidiu fer un bricolatge complet amb aquest projecte, igual que jo, es requereixen aquestes habilitats: · Alguns coneixements en programació Arduino; · Disseny de circuits i habilitats de soldadura; · Com treballar amb AC.

Molts de vosaltres heu demanat el preu del projecte, em costa donar-ne un número, ja que tenia molts materials i depèn de la quantitat que decidiu fer-ho vosaltres, la mida del projecte, etc, però suposo que en funció d'aquests factors podria arribar a ser tan baix com un parell de centenars o fins a 1.000 $. Mentre treballava cada dos caps de setmana, em va costar aproximadament un any acabar aquest projecte.

Pas 1: planificació

En primer lloc, s’ha de decidir si es vol fer la peça electrònica ell mateix o comprar un kit. Es necessiten alguns coneixements en Arduino i electrònica bàsica per crear els circuits, també hi ha més possibilitats que alguna cosa vagi malament. Podeu trobar moltes opcions de kit a Amazon si cerqueu "Kit de sostre estrella de fibra òptica" o en qualsevol altre lloc, hi ha moltes opcions. Però si algú vol la llibertat creativa i el control del projecte, el bricolatge complet és un camí a seguir.

Ara que es pren la decisió sobre l’electrònica, hauríeu de pensar en l’estructura del sostre, la mida del mapa d’estrelles i el nombre d’estrelles. Vaig anar amb un típic sostre de guix penjat per raons esmentades anteriorment. Com que en el meu cas era difícil instal·lar fibra òptica (sostre baix) vaig decidir anar amb un nombre d’estrelles relativament baix ~ 1200, però el resultat final continua sent increïble, no em sap greu aquí.

Ara sobre l’elecció del patró d’estrelles. Visc a l’hemisferi nord, de manera que vaig escollir una part del cel que aquí fos realment visible. Hi ha un munt d'aplicacions per obtenir la imatge de les constel·lacions, he utilitzat Celestia com en el famós "Star-Map" instructible. Per descomptat, el patró no ha de ser realista i a escala, no dubteu a tenir tota la llibertat creativa aquí; podeu trobar moltes idees increïbles en línia per a patrons.

Les estrelles marcades amb cercles de colors diferents serveixen per diferenciar grups d’estrelles amb una brillantor una mica similar. No he fet gaire esforç en aquesta part, de manera que no és molt precís …

Pas 2: materials

Ara que tot està previst, es poden demanar materials.

En aquesta part no enumeraré els materials necessaris per al mateix sostre, ja que depèn del sistema utilitzat i d'altres factors. He utilitzat el sistema de sostre de Knauf. El mateix passa amb les eines, perquè la majoria d’eines que necessiteu per instal·lar el sostre. Per a la instal·lació d’estrelles i electrònica, no cal molt, consulteu la llista següent. Moltes de les peces que he comprat a les botigues locals d’electrònica i que descanso a AliExpress, ja que hi són molt més barates i la qualitat és bona en la majoria dels casos.

Peces per a estrelles i electrònica:

· La font d'alimentació de les tires LED depèn de la longitud, hi ha uns recursos molt bons en línia específics per triar la font d'alimentació de les tires LED. En el meu cas, tenia una font d'alimentació de commutació de 12V / 30A / 350W per a 15 metres de banda. Les tires eren de 14,4 W / m, de manera que en tenia molt per reservar. · Font d'alimentació per a díodes LED de 3 W. Una vegada més, depèn de quants LED s’utilitzen, però en el meu cas la font d’alimentació era de 5V / 7A / 35W per a 15 LED i el mateix Arduino. Si decidiu anar amb LED RGB estàndard de 5 mm, aquesta font d'alimentació pot ser significativament menys potent i el circuit serà molt més senzill, però les estrelles seran menys brillants.). Un LED únic serveix per controlar un grup d’estrelles, de manera que la quantitat depèn de la quantitat d’estrelles que vulgueu controlar per separat. · Tires LED de 12V RGB. · Fibra òptica. La línia de pesca no funciona. La quantitat que necessiteu depèn del nombre d’estrelles / de la mida del sostre / d’on es troba el circuit. He utilitzat poques fibres de diferents gruixos per obtenir un major efecte. · Taules PCA9685. Amb una sola placa es poden controlar 5 díodes LED RGB. · 2x Arduino Uno / Mega. · 2x NRF24L01. · Cable USB per alimentar Arduino. · Mosfets lògics IRL540N, la quantitat depèn del nombre de tires LED que s’utilitzin. 1 PC és per a un sol color de tira LED. Tingueu en compte que el límit de longitud de les tires és de ~ 5 metres, si necessiteu més, necessitareu tires separades. També hi ha solucions alternatives per connectar tires llargues, no dubteu a fer preguntes o a google si cal. · Transistors 2N2222 (o altres NPN). Es necessita un transistor separat per a cada color LED de 3W. En el meu cas 15x3. · Resistències: 2W 10R / 2W 6R8 / 2W 6R8 per R G B de cada LED de 3W respectivament. 5-10k per desplegable, pot ser de 0,25W. · Condensadors de 10 uF per al desacoblament NRF24L01. · Alguns tipus de placa d'alumini per a la fixació i refrigeració de LEDs de 3W. · PCBs per als circuits. · Tauler de pa per provar., cinta adhesiva i altres coses que trobareu al vostre taller típic. · Molts cables de diferents gruixos. Per al senyal PWM es poden utilitzar cables de taulers simples, no hi circulen gaire amplificadors a través d’aquests cables, però per a les tires de LED s’ha de calcular el gruix en funció de la distància de la tira de LED al circuit, igual per als LED de 3W.

Peces per a la caixa de control remot i l’analitzador d’espectre:

· 1x MSGEQ7; · Resistències: 1x 470 Ω / 1x 180k Ω / 1x 33k Ω. · Condensadors: 1x 33 pF / 1x 0,01 µF / 1x 0,1 µF. · Pasta tèrmica per CPU. · Control remot IR i díode receptor. · A molts cables de taulers de connexió o qualsevol cable fi que tingueu. · PCB petit. He utilitzat PROTO SHIELD. · Funda petita per a Arduino UNO i el circuit. He utilitzat una petita caixa de tall per làser. · Hi ha altres parts que es comparteixen amb el circuit principal. La quantitat està inclosa a la llista de circuits principals.

Eines per instal·lar i crear circuits en estrella:

· Cola clara que no dissol les fibres òptiques. He utilitzat cola bàsica de paper. · Equip de soldadura. · El multímetre és útil per a aquest projecte. · Tornavisos. · Alicates. · Punxó. Ha de tenir el mateix gruix que la fibra òptica.

Pas 3: Instal·lació del sostre

No entraré en els detalls en aquest pas, hi ha un munt de material sobre com instal·lar el sostre penjat i no sóc expert en aquest tema. L’enfocament que he escollit és més complicat que un plantejament amb estrelles que tria molta gent. Però, fent-ho d’aquesta manera, tenim un sostre penjat de qualitat que a la llum del dia sembla totalment normal, sense panells, ni res.

Per a l'electrònica he decidit afegir un portell de manteniment a una part no tan visible del sostre de guix.

L’aplicació de farcit i imprimació es fa en aquest pas, però la pintura es fa quan s’instal·len fibres.

Pas 4: Instal·lació de fibra òptica

Aquesta part va trigar més del que s'esperava … Després de moltes improvisacions, hem decidit que, en el nostre cas, la millor manera de connectar la fibra òptica és amb una canya de pescar i un bucle de corda de pesca. Vegeu els esbossos de les meves obres mestres per obtenir una explicació. Ara que miro aquesta idea, sembla ridícul, però a qui no li agrada algun repte.

Poques notes:

· Recomano enganxar fibres als seus forats perquè es mantinguin al seu lloc amb seguretat. La cola ha de ser clara i no reaccionar amb el material de fibra. Vaig utilitzar cola bàsica de paper.

· No cal fer perforacions. Els forats del guix del sostre es poden ficar simplement amb un punxó o qualsevol cosa similar, només cal assegurar-se que coincideixi amb el diàmetre de la fibra òptica.

· Per trobar posicions exactes d’estrelles específiques en un sostre, he utilitzat cinta de mesurar de la vella escola. No era 100% precisa, però bastant propera. El sostre era massa gran per imprimir a escala el mapa d’estrelles.

Pas 5: acabat del sostre: pintura

Hem pintat sobre fibres òptiques, de manera que no són visibles quan no s’utilitzen. Fet d'aquesta manera, sembla el típic sostre penjat. Pintem en dues capes i la brillantor de les fibres és gairebé la mateixa.

Pas 6: Creació d'un circuit de prova

El circuit en si no és tan complicat i em va funcionar de seguida, però sempre és bo provar-lo abans d’instal·lar-lo i hi ha molta soldadura en aquest, de manera que hi ha un risc allà mateix. A més, és intel·ligent que proveu una versió del circuit per a futures actualitzacions, ja que estic segur que ningú vol fer un circuit curt que hagi trigat dies a instal·lar-se al sostre.

Per a la versió de prova em refereixo a una o dues plaques PCA9685, NRF24L01 i fonts d’alimentació connectades a Arduino. Tot pot estar en taulers de suport. El mateix s'aplica al circuit remot IR, només cal afegir coses a la taula de verificació, per veure si funciona. A més, suggeriria soldar uns quants LED de 3W per provar-los.

Pas 7: Codi Arduino

Per obtenir biblioteques i altres enllaços útils, consulteu la secció "Informació útil". Per obtenir una explicació del codi, mireu els comentaris del codi.

Per crear aquest codi he utilitzat molts recursos, alguns d’ells es mostren a la secció “Informació útil”, però com que vaig acabar aquest projecte fa més d’un any, en el moment en què vaig decidir escriure instructable, no vaig poder trobar tots els recursos i alguns dels enllaços que he desat, malauradament, ja no funcionen. Per tant, si algú necessita ajuda amb el codi, feu-m'ho saber als comentaris, faré tot el possible.

Al codi trobareu una funció bastant complicada per parpellejar amb LED. Per fer que sembli més agradable, he utilitzat un tutorial per a la respiració led: https://sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino/ Els ulls humans no perceben la llum de manera lineal, per tant, si utilitzeu un augment lineal de la brillantor del LED, no es veurà molt natural.

Pas 8: Cablatge i tires de LED

Ara és hora del cablejat final! Si tot està provat i funciona, no hauria de ser molt dur, només cal soldar moltes parts idèntiques. Per arreglar el circuit, he utilitzat fusta contraxapada de la mida de la portella de manteniment, de manera que, si és necessari, puc eliminar fàcilment tot el circuit del sostre. Vaig posar les fibres en petits tubs de fontaneria de plàstic, amb una mida aproximada de 3W LED, i després he forat els mateixos forats de fusta contraxapada i he introduït aquests tubs a la fusta contraxapada. Fent això, puc eliminar fàcilment les fibres dels LED quan sigui necessari; vegeu les imatges adjuntes.

Pel que fa a les tires LED, us proposo enganxar-les a perfils d’alumini per refredar-les, ja que aquestes tires s’escalfen força.

Pas 9: resolució de problemes i ajustament fi

Heu provat el circuit, però ara que està instal·lat, no funciona … o alguna cosa no funciona com hauria de ser. Probablement sigui la vostra soldadura, ja que si funcionava al circuit de prova, no hi ha cap raó perquè ara no funcioni, amb poques excepcions. Espero que no sigui el vostre cas, però compartiré un problema concret que he tingut com a exemple.

Quan estava tenyint les tires de LED al valor més baix, les tires deixaven de funcionar o començaven a parpellejar. Després de molta investigació i resolució de problemes, vaig descobrir que el problema era el canvi lent d'IRL540 i les solucions eren senzilles, reduir la freqüència PWM de les plaques PCA a 50 Hz. La majoria va resoldre el problema, ara només puc veure parpelleigs o problemes amb valors inferiors, però no importa ja que no estic fent servir valors tan baixos. Aquest problema em va tornar a pensar quan vaig decidir filmar el sostre, ja que amb una freqüència tan baixa es pot veure parpellejar a les càmeres, és com filmar la televisió. Per solucionar aquest problema, vaig fer un petit circuit de taulers amb transistors 2N2222 en lloc d’IRL540, només per fer el rodatge. Amb aquests transistors, el problema es va resoldre i, ja que filmava amb valors PWM relativament baixos, els 2N2222 podien controlar la potència. Si algú té el mateix problema, no dubteu a adaptar el circuit Totem-Pole, hauria d’ajudar-vos amb aquest problema.

Ara que esperem que tot estigui al seu lloc i funcioni, podem afinar la brillantor de les estrelles, la reactivitat a la música i els modes d’esvaïment de les estrelles.

Pas 10: informació i enllaços útils

Per escriure el codi i per crear el circuit he utilitzat molts recursos, la majoria d’ells s’enumeren aquí, però com que vaig acabar aquest projecte fa un temps, quan vaig decidir compartir-lo, no vaig poder trobar tots els recursos i alguns dels enllaços que he desat, malauradament ja no funcionen. Per tant, si algú necessita ajuda amb el codi o el projecte en si mateix en general, feu-m'ho saber als comentaris, faré tot el possible.

MSGEQ7

www.sparkfun.com/datasheets/Components/Gen…

www.baldengineer.com/msgeq7-simple-spectru…

rheingoldheavy.com/msgeq7-arduino-tutorial …

www.instructables.com/id/How-to-build-your…

Nrf24L01

arduinoinfo.mywikis.net/wiki/Nrf24L01-2.4GH…

PCA9685

learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-dr…

github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Dri…

Comandament IR

github.com/z3t0/Arduino-IRremote

Pas 11: actualitzacions

Seria fantàstic crear una aplicació per controlar el sostre, potser utilitzant OpenHAB a Raspberry PI, ja que PCA9685 es pot controlar fàcilment mitjançant RPi.

Si s’utilitza OpenHab o una alternativa, és possible connectar el sostre a un sistema de casa intel·ligent.

Primer premi del Concurs Arduino 2020