Incendi forestal: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Aquest projecte es va inspirar en la mística pólvora de Game of Thrones, un líquid verdós que, quan s’encenia, va explotar en flames verdes. El projecte es concentra a utilitzar tires LED RGB SMD5050 per a efectes de color personalitzats. Tres objectes de vidre estan equipats amb una tira de sis LED RGB cadascun. Un Arduino Uno crea un patró de parpelleig de foc per a les llums. Els LED RGB són necessaris per crear un patró de color degradat des del verd fosc fins al verd brillant fins al blanc més brillant. Un simple LED verd no és suficient, necessita els components vermell i blau per crear un blanc brillant. Com a bonificació, aquest maquinari pot produir qualsevol altre color. Els objectes de vidre són necessaris per refractar la llum i dissimular la font de llum real, és a dir, les petites tires LED RGB SMD5050 d’aspecte molt tècnic.

La idea es pot ampliar a tants objectes com vulgueu i a qualsevol color dinàmic que vulgueu. Aquesta instrucció descriu com he implementat una configuració amb tres objectes de vidre amb els esquemes de colors següents. El pla d’incendis es veu al vídeo d’introducció. La resta d’esquemes es poden veure en un vídeo a la pàgina del pas 6 d’aquest instructiu.

• Incendis forestals. Un joc de trons va inspirar el foc com a espectacle.
• Atractor Unicorn. Un espectacle que s’esvaeix a través dels colors de l’arc de Sant Martí.
• Parpellejar. Canvi de color aleatori a dues velocitats diferents.
• Fade. Canvi suau de colors aleatoris a dues velocitats diferents.
• Colors vius. Pinteu els vostres objectes amb una llum que oscil·li suaument al voltant d’un color particular.
• Espelmes. Feu que els vostres LEDs imitin una flama natural de les espelmes.

La configuració

A la configuració bàsica, avanceu a través dels sis esquemes de colors amb un sol clic. Un doble clic avançarà dins d'un esquema de colors d'un paràmetre a un altre, si escau. Es poden afegir configuracions de color editant el programa Arduino.

En una futura versió ampliada, el botó serà substituït per una placa ESP8266, que s’interfazarà amb una pàgina web, que controlarà els esquemes de colors. Al seu torn, la pàgina web es pot controlar amb un navegador de dispositius mòbils. Això dóna molta més varietat a l’hora d’ajustar les coses:

• definiu la velocitat i la direcció del canvi
• defineix el color de les espelmes parpellejants
• definiu la brillantor i la saturació dels colors

Aquesta instrucció se centra en la configuració bàsica, que només inclou un polsador com a interfície d'usuari.

Pas 1: el que necessiteu

• Una tira LED RGB barata que podeu tallar en tires més curtes
• Una unitat de potència, preferiblement el 12 V 1.5 Una cosa que venia amb la tira LED RGB
• Un Arduino UNO o similar
• Dues IC ULN2803AP: s
• Un simple botó de premsa
• Una pissarra Perma-Proto
• Filferro
• Una caixa per a l’electrònica
• Alguns objectes de vidre que s’il·luminaran amb les tires LED RGB
• Eines (separador de filferro, soldador, soldador …)

La tira led

Vaig comprar una tira LED barata, que consisteix en uns 90 LEDs SMD RGB. Una petita unitat acciona els leds canviant-ne el color. La unitat es controla a distància i la tira pot canviar de colors de diverses maneres. Però tota la tira té el mateix color. El més divertit és que podeu tallar la tira a tires petites que contenen només tres leds rgb a cada tira. Cada tira, independentment del temps que sigui, s’ha d’alimentar amb 12 V. Cada secció de tres leds rgb té el seu propi conjunt de resistències que s’encarreguen de la caiguda de tensió dels leds. Només heu de proporcionar 12 V i prou amperes, doncs, miliamperis. Per a aquest projecte, faig servir tres tires de la tira led, que inclouen 6 unitats cadascuna, i la unitat de potència de 12 V 1,0 A. La unitat de control i el comandament a distància no són necessaris.

ULN2803AP

Un sol led només necessita poc corrent. Normalment, podeu encendre un led directament des d'un pin de dades Arduino, sempre que tingueu una resistència que deixi el pin de dades 5 V a uns 3 V per al led. Però un únic LED RGB SMD5050 consta de tres leds, un vermell, un gren i un blau. I per a aquest projecte, estic fent servir tires de 6 LED SMD5050 RGB. Un pin de dades de l’Arduino Uno controla 6 LED. Només això brindaria amb el pin de dades, si el poder per il·luminar els leds provindria del pin de dades. Però hi haurà en total nou pines de dades d’aquest tipus i això segur que serà massa actual per a l’Arduino. És per això que arrenca l'ULN2803AP. L'ULN2803AP és un xip integrat amb 8 transistors Darlington. Necessito 9, de manera que només faig servir dos xips ULN2803AP. Això em deixa amb 7 transistors de recanvi, si vull ampliar el projecte per dir cinc objectes.

Un LED únic dins del LED RGB SMD5050 dibuixa 20 mA. Sis d’ells significarien 120 mA. Un pin (un transistor Darlington) a l'ULN2803 pot enfonsar-se a 500 mA. Però tot el xip pot suportar un màxim de 1,44 W de calor produïda pel corrent. 120 mA produeixen 0,144 W. Estic posant cinc línies en un dels xips ULN2803 i quatre línies en l'altra. Això serà de 0,72 W en un xip i 0,58 W en l’altre xip. Així que hauria d’estar bé. L’ús de les 8 línies d’un ULN2803 amb 120 mA a cadascuna escalfaria el xip amb 1,2 W. Faria calor, però encara el toleraria.

Simplement explicat, la tira LED RGB SMD obté 12 V de la font d'alimentació. Des de la tira de LED, el corrent de cadascun dels LEDs de tres colors va al seu propi pin a la ULN2803AP i més endavant a GND. El circuit està tancat i el LED s’encén. Però l'ULN2803AP està encès / apagat pels senyals de dades de 5 V de l'Arduino. Aquests senyals atrauran només uns miliamperis de l’Arduino.

Els objectes de vidre i les tires LED

Tenia aquests estranys objectes de vidre, destinats a llums de te. Vaig tallar plaques de troncs de bedoll perquè s’aguantessin i tinguessin alguna cosa per enganxar les tires LED. Vaig fer alguns plecs a les tires per convertir-les en anelles, on les unitats LED individuals estaven cap amunt. Vés amb compte amb els plecs, de manera que no tallis les línies.

Pas 2: instruccions de l'usuari

El dispositiu tindrà una interfície d'usuari senzilla. S'encén endollant la font d'alimentació a la presa de paret i comença amb el primer esquema de colors, que és el Wildfire. S’apaga desconnectant-lo. Un clic amb un botó avançarà al següent esquema de colors. Un doble clic avançarà pels sub esquemes de cada esquema de colors. Implementaré els següents esquemes de colors:

1. Incendis forestals. Un joc de trons va inspirar l'espectacle del foc, on les flames verdes viatgen d'un objecte de vidre a un altre. Aquest efecte serà més espectacular quan els objectes de vidre es col·loquen verticalment entre si. S’implementen tres subesquemes diferents amb un ritme variable de les flames.
2. Atractor Unicorn. Un espectacle que s’esvaeix a través dels colors de l’arc de Sant Martí. L'esvaiment es produeix de manera rotativa, de la mateixa manera que cada color es mou d'un objecte de vidre al següent. Els subesquemes tindran velocitats de difusió variables.
3. Parpellejar. Canvi de color aleatori a dues velocitats diferents. Els subesquemes tindran diferents paletes (només colors completament saturats, colors mig saturats, colors de només la meitat del cercle de colors)
4. Fade. Canvi suau de colors aleatoris a dues velocitats diferents. Subscemes similars al número 3.
5. Colors vius. Pinteu els vostres objectes amb una llum que oscil·li suaument al voltant d’un color particular. Els subesquemes definiran els colors a vermell, taronja, groc, verd, blau, añil o porpra. L'oscil·lació passa dins d'un sector de 10 graus al voltant del color escollit. Els tres objectes de vidre tenen el mateix color escollit, però cada objecte té la seva pròpia freqüència d'oscil·lació que canvia a l'atzar, per donar a tot el conjunt un color viu i viu.

6. Espelmes. Feu que els vostres LEDs imitin una flama natural de vela. Tres subesquemes:

   1. "el més tranquil possible"
   2. "una finestra oberta en algun lloc"
   3. "va ser una nit fosca i tempestuosa"

Pas 3: poques paraules sobre els colors RGB

En aquesta secció explico la meva visió sobre l'espai de color RGB. Podeu ometre aquesta secció. Acabo d’explicar per què tracto els colors dels LED RGB com faig jo.

Per tant, el LED RGB només té llum vermella, verda i blava. Si es barregen, es crearan tots els colors que l’ull humà pot reconèixer (gairebé). La quantitat de cada part (vermell, verd o blau) es troba al món digital generalment definida per un número del 0 al 255. Un color completament saturat necessita que un dels components del color sigui zero i un component del color sigui 255. sens que només tenim 1530 colors diferents completament saturats al nostre món digital.

Una forma de modelar l’espai RGB és un cub. Un vèrtex del cub és negre. Des d’aquest vèrtex podem viatjar per la vora vermella, blava o verda. Qualsevol punt del cub és un color definit per les seves coordenades vermelles, verdes i blaves. Viatjant cap al vèrtex més llunyà del vèrtex negre, arribem al vèrtex blanc. Centrant-nos en els sis vèrtexs excloent el negre i el blanc, podem formar un camí que recorre els sis vèrtexs seguint les vores. Cada vora té 256 punts o colors. Cada vèrtex està compartit per dues vores, de manera que el nombre total de punts és de 6 * 255 = 1530. Seguint aquest camí es recorren tots els 1530 colors completament saturats de l’espectre de colors. O l’arc de Sant Martí. Els vèrtexs representen els colors vermell, groc, verd, cian, blau i magenta.

Qualsevol altre punt del cub representa un color que no està completament saturat.

• O bé el punt es troba dins del cub, és a dir, les coordenades vermelles, verdes i blaves difereixen de zero. Penseu en la diagonal del vèrtex negre al vèrtex blanc com la línia de tots els tons grisos. I tots els "colors no saturats" a l'interior del cub s'esvaeixen de la saturació completa a la vora cap a aquesta diagonal de "saturació zero".
• O el punt es troba en una de les tres superfícies planes del cub que toquen el vèrtex negre. Aquest color es podria considerar totalment saturat, però enfosquit. Com més l’enfosqueix, més perd la seva percepció de saturació de color.

En lloc de tenir el recorregut de sis arestes al voltant del cub que descrigui tots els colors completament saturats, podem situar aquests 1530 colors en un cercle, on tenim 255 colors diferents en un sector de 60 graus, com quan s’esvaeixen del vermell al groc afegint-hi verd.. Córrer per tots els colors del cercle de colors és com lliscar tres controladors de color, un per torn, mentre que els altres dos es troben en la majoria de posicions oposades. Com que faré servir el cercle de colors, o l'espectre arc de Sant Martí, en alguns dels esquemes de colors, definiré un color (el to) com a punt del cercle, mitjançant la meva pròpia escala 1530:

Escala 1530 a escala 360 estàndard

========== ================== vermell 0 0 taronja 128 30 groc 256 60 60 verd 512 120 turquesa 768 180 blau 1024 240 índigo 1152 270 porpra 1280 300 rosa 1408 330

Aquesta escala 1530 simplifica la conversió dels colors de l'arc de Sant Martí en valors per als LED RGB.

Per què 255 colors a cada secció? Per què no 256? Bé, el color 256 d'un sector és el primer color del sector següent. No es pot comptar aquest color dues vegades.

Tot i això, algunes paraules sobre PWM

Un LED típic està dissenyat per brillar intensament a una tensió determinada. Si reduïu aquest voltatge, pot caure la brillantor, però el LED en si no està dissenyat per ser regulable només deixant caure el voltatge. A la meitat de la tensió potser ni tan sols s’encén. En canvi, l’atenuació s’aconsegueix canviant entre voltatge complet i zero. Com més ràpid és el canvi, menys parpellejar l'ull humà pot reconèixer. Si el LED està encès i la meitat del temps apagat, l'ull humà percep la llum com si brillés amb la meitat de l'efecte d'un LED completament brillant. Ajustar la relació entre el temps d’efecte complet i el temps d’efecte zero és el que consisteix a atenuar un LED. Es tracta de PWM, o modulació d'amplada de pols.

La tira de LED SMD RGB barata que he comprat per a aquest projecte inclou un dispositiu que s’encarrega del PWM. En aquest projecte creo el PWM amb Arduino UNO. L’espai de color RGB, tal com s’implementa normalment en una pantalla d’ordinador, és una estructura teòrica, on s’imagina que cada canal de color té un valor de 0 a 255 i la lluminositat del canal seguiria linealment el valor. La targeta gràfica de l'ordinador pot compensar qualsevol abreviatura d'aquesta expectativa lineal que puguin tenir els leds reals. Si els LED SMD utilitzats en aquest projecte segueixen linealment o no els valors PWM utilitzats, no està inclòs en aquest projecte. Un valor PWM de 255 crea la llum més brillant. Però un valor de 128 pot no ser una brillantor percebuda com la meitat de la brillantor de 255. I 192 pot no ser percebuda com una brillantor exactament a mitjan 255 i 128.

Pas 4: els esquemes

Aquí presento els esquemes de l'electrònica. La foto mostra l'aspecte de la meva connexió. He soldat els xips, els cables i el botó en una placa proto perma. Fins ara els components només estan connectats amb els cables, però us deixo dissenyar com encabir-los en una bonica caixa i com dibuixar els cables a les tires LED. Si trobeu un cable pla de 4 fils, utilitzeu-lo perquè una tira LED necessita 4 cables. Només tenia un cable pla de 3 fils, de manera que necessitava un cable addicional que el fes semblar una mica lleig.

Pas 5: el codi

El codi està escrit per a un Arduino Uno. L'Uno només té 6 pins compatibles amb PWM, però en necessito 9. Per tant, faig servir una biblioteca PWM especial escrita per Brett Hagman. Cal instal·lar-lo al vostre IDE Arduino.

wildfire.ino és el fitxer principal del projecte, inclou les funcions setup () i loop (), així com algunes altres funcions comunes per a tots els esquemes.

wildfire.h és el fitxer de capçalera comú.

Els diversos fitxers d'esquema es poden enganxar com a pestanyes separades del projecte.

Pas 6: en acció

Pas 7: Desenvolupament posterior

• Substituïu la interfície d'un sol botó per un ESP8266 per permetre el contacte sense fils amb un telèfon Android, on la interfície d'usuari és una pàgina web per controlar els esquemes.
• Encara queden uns 70 LED SMD RGB a la tira per utilitzar. Són 24 tires amb 3 de cadascuna. 24 canals més necessiten un nou enfocament. Necessitaria un Arduino Mega 2560 i alguns xips ULN2803AP més, alternativament dues servos de 16 canals, que sovint s’utilitzen per als LEDs.
• També no s’utilitzen el control remot de la tira LED original, així com el receptor. Encara no he obert el receptor, però potser es podria reutilitzar d'alguna manera. Es pot deixar que un Arduino segresti les seves lògiques i li faci lliurar dades numèriques a l’Arduino per controlar l’espectacle de llum.