Llum Led interactiva - Estructura Tensegrity + Arduino: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquesta peça és un llum que respon al moviment. Dissenyada com una escultura de tensegritat mínima, la làmpada canvia la seva configuració de colors en resposta a l’orientació i als moviments de tota l’estructura, és a dir, segons la seva orientació, la llum es converteix en un determinat color, brillantor i mode de llum.

Quan l’icosaedre gira (sobre el seu propi eix), selecciona un valor d’un selector de colors esfèric virtual. Aquest selector de colors no és visible, però els ajustos de color es realitzen en temps real. Així, podeu esbrinar on es col·loca cada color a l’espai, mentre jugueu amb la peça.

La forma icosaèdrica proporciona 20 plans de cara i l’estructura de tensegritat li proporciona 6 punts de vista addicionals. Això proporciona un total de 26 colors possibles quan la làmpada descansa sobre una superfície plana. Aquest nombre augmenta quan gireu el llum a l’aire.

El sistema està controlat per un Trinket Pro connectat a un acceleròmetre de tres eixos. La llum és proporcionada per tires LED RGBW, que poden controlar el color i el valor de la brillantor del blanc individualment. Tot el circuit, inclòs el microprocessador, els sensors i el sistema d’il·luminació, funciona a 5v. Per engegar el sistema, es necessita una font de fins a 10A.

Una llista dels principals elements utilitzats a la làmpada són els següents:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Acceleròmetre Adafruit LIS3DH de tres eixos

- Tira LED LED RGBW NeoPixel digital Adafruit - PCB blanc 60 LED / m

- Alimentació de commutació de 5V 10A

Aquesta làmpada sensible al moviment és la primera versió o prototip d’un projecte personal més llarg, fet amb materials reciclats. Al llarg dels processos de disseny i construcció, vaig aprendre dels èxits i dels errors. Amb això en ment, ara estic treballant en la propera versió que tindrà una estructura més intel·ligent i un programari robust.

Vull agrair a la comunitat LACUNA LAB la seva ajuda, idees i suggeriments durant el desenvolupament del projecte.

podeu seguir el meu treball a: action-io / tumblraction-script / github

Pas 1: la idea

Aquest projecte va ser el resultat de diverses idees amb les quals havia jugat al cap des de feia temps.

Des que vaig començar, el concepte ha canviat, el projecte inicial va evolucionar i es va concretar.

L’enfocament inicial era l’interès per les formes geomètriques com a mitjà d’interacció. A causa del seu disseny, les múltiples cares poligonals d'aquesta làmpada serveixen de mètode d'entrada.

La primera idea va ser utilitzar un sistema dinàmic per forçar l’icosaedre a moure’s. Això podria haver estat controlat per una aplicació interactiva o usuaris de xarxes socials.

Una altra possibilitat hauria estat tenir un marbre intern o una bola prement diferents botons o sensors i així generar entrades aleatòries a mesura que es movia la peça.

L’estructura de la tensegritat va passar més tard.

Aquest mètode de construcció em va fascinar: la forma en què les parts de l’estructura es mantenen equilibrades. És molt agradable visualment. Tota l’estructura és autoequilibrada; les peces no es toquen directament. És la suma de totes les tensions la que crea la peça; és fantàstic!

A mesura que el disseny inicial ha canviat; el projecte avança.

Pas 2: l'estructura

Com he esmentat anteriorment, aquest primer model es va fer amb materials reciclats que s’havien de descartar.

Les taules de fusta que vaig treure d’un llit de llistons les vaig trobar al carrer. Els adorns daurats formaven part del braç d’un antic llum i els taps de les gomes són clips d’oficina.

De totes maneres, la construcció de l’estructura és bastant senzilla i els passos són els mateixos que en qualsevol tensegriry.

El que vaig fer amb els taulers és reunir-los, en grups de dos. Fent un "sandvitx" amb els espaiadors daurats, deixant un buit on brillarien les llums.

Les dimensions del projecte són completament variables i dependran de la mida de l’estructura que vulgueu fer. Les barres de fusta de les imatges d’aquest projecte fan 38 cm de llarg i 38 mm d’amplada. La separació entre els taulers és de 13 mm.

Els taulers de fusta es van tallar de manera idèntica, es van esborrar (per eliminar l’antiga capa de pintura) i es van perforar després als dos extrems.

A continuació, vaig tacar les taules amb vernís fosc rústic. Per unir les peces he utilitzat vareta roscada de 5 mm, tallada en seccions de 5 cm i 5 mm amb un nus a cada costat.

Els tensors són gomes vermelles. Per fixar la goma a les barres, vaig fer un petit forat pel qual vaig passar la banda i després la vaig atrapar amb un tap. Això evita que les juntes es moguin lliurement i que l'estructura que es vulgui desmuntar es mogui.

Pas 3: electrònica i llums

La configuració dels components electrònics ha estat dissenyada per mantenir la mateixa tensió, tant lògica com alimentació a tot el sistema mitjançant 5v.

El sistema està controlat per un Trinket Pro connectat a un acceleròmetre de tres eixos. La llum és proporcionada per tires LED RGBW, que poden controlar els colors i els valors de brillantor del blanc individualment. Tot el circuit, inclòs el microprocessador, els sensors i el sistema d’il·luminació, funciona a 5v. Per engegar el sistema, es necessita una font de fins a 10A.

El Pro Trinket 5V utilitza el xip Atmega328P, que és el mateix xip bàsic de l’Arduino UNO. També té gairebé els mateixos passadors. Per tant, és realment útil quan voleu portar el vostre projecte UNO a espais miniaturitzats.

LIS3DH és un sensor versàtil, es pot reconfigurar per llegir a + -2g / 4g / 8g / 16g i també aporta detecció de tap, doble toc, orientació i caiguda lliure.

La tira LED NeoPixel RGBW pot gestionar el color de la tonalitat i la intensitat del blanc per separat. Amb un LED blanc dedicat, no necessiteu saturar tots els colors per tenir una llum blanca, també us fa més blanc i pur i brillant i, a més, estalvia energia.

Per al cablejat i per connectar els components junts, vaig decidir passar el cable i crear endolls amb pins masculins i femenins mitjançant encrespaments i carcasses de connectors.

Vaig connectar la bibelot a l’acceleròmetre de l’SPI amb la configuració predeterminada. Això significa connectar Vin a la font d'alimentació de 5V. Connecteu GND a una terra comuna de potència / dades. Connecteu el pin SCL (SCK) al digital # 13. Connecteu el pin SDO a Digital # 12. Connecteu el pin SDA (SDI) al digital # 11. Connecteu el pin CS digital # 10.

La tira de led només es controla mitjançant un pin, que va al # 6 i la terra i els 5v van directament a l'adaptador de la font d'alimentació.

Trobareu tota la documentació que necessiteu, més detallada i millor explicada a la pàgina d’adafruit.

La font d'alimentació està connectada a un adaptador de corrent continu femení que alimenta simultàniament el microcontrolador i la tira LED. A més, té un condensador per protegir el circuit de corrent inestable en el moment "d'encesa".

El llum té 6 barres de llum, però les tires LED es presenten en una sola banda llarga. La banda LED es va tallar en seccions de 30 cm (18 LED) i després es va soldar amb 3 pins mascle i femella per connectar-se a la resta del circuit de manera modular.

Per a aquest projecte estic utilitzant una font d'alimentació de 5v a 10A. Però en funció del nombre de leds que necessiteu, haureu de calcular el corrent necessari per alimentar el sistema.

Al llarg de la documentació de la peça, podeu veure que el LED té 80mA dibuixats per LED. Estic fent servir 108 LED en total.

Pas 4: el codi

L’esquema funciona és bastant senzill. Un acceleròmetre proporciona informació del moviment a l'eix x, y, z. Segons l'orientació, s'actualitzen els valors RGB dels LED.

El treball es divideix en les fases següents.

• Feu una lectura des del sensor. Simplement utilitzeu l’API.
• Per trigonometria, resol els valors de "roll and pitch". Podeu trobar molta més informació en aquest document de Mark Pedley.
• Obteniu el color corresponent, relacionat amb els valors de rotació. Per a això, passem al valor 0-360 RGB mitjançant una funció de conversió HSL - RGB. El valor del to s’utilitza a diverses escales per regular la intensitat de la llum blanca i la saturació del color. Els hemisferis oposats de l’esfera de selecció de colors són completament blancs.
• Actualitzeu la memòria intermèdia de llums que emmagatzema informació de colors LED individuals. Segons aquesta informació, el controlador de memòria intermèdia crearà una animació o respondrà amb colors complementaris.
• Finalment, mostreu els colors i actualitzeu els LED.

Inicialment, la idea era crear una esfera de colors on es pogués triar qualsevol color. Col·locació de la roda de colors al meridià i poleward els tons foscos i clars.

Però la idea es va descartar ràpidament: ja que els LEDs creen diferents tons, s’apagaven i s’encenien ràpidament cada LED rgb, quan es donen valors baixos per representar els colors foscos, els LED donen un rendiment molt baix i es pot veure com comencen a parpellejar. Això fa que l’hemisferi fosc de l’esfera de color no funcioni correctament.

Després se m’acut la idea d’assignar colors complementaris al to seleccionat actualment.

Per tant, un hemisferi selecciona un valor de color monocromàtic d’una roda des d’un 50% d’il·luminació entre un 90 i un 100% de saturació. Mentrestant, l'altre costat, tria un degradat de color des de la mateixa posició de color, però afegeix, a l'altre costat del degradat, el seu color complementari.

La lectura de les dades del sensor és crua. Es pot aplicar un filtre per suavitzar el soroll i les vibracions de la mateixa làmpada. De moment, em sembla interessant perquè sembla més analògic, reacciona a qualsevol toc i triga un segon a estabilitzar-se completament.

Encara estic treballant en el codi, afegint noves funcions i optimitzant les animacions.

Podeu consultar les últimes versions del codi al meu compte de github.

Pas 5: finalitzar

El muntatge final és bastant senzill: enganxeu la coberta de silicona de les tires LED amb dos adhesius epoxi de components a les barres i connecteu les 6 parts en sèrie una darrere l’altra.

Fixeu un punt on vulgueu ancorar els components i cargoleu l’acceleròmetre i la barqueta professional a la fusta. Vaig utilitzar un separador de plàstic per protegir la part inferior dels passadors. L'adaptador d'alimentació està fixat correctament entre l'espai de les barres amb més adhesiu epoxi epoxi. Va ser dissenyat per adaptar-se i evitar que es mogui quan la làmpada gira.

Observacions i millores

Al llarg del desenvolupament del projecte han aparegut noves idees sobre maneres de resoldre problemes. També em vaig adonar d'alguns defectes de disseny o peces que es poden millorar.

El següent pas que voldria fer és una millora en la qualitat del producte i l’acabat; majoritàriament a l’estructura. Vaig amb idees fantàstiques sobre millors estructures encara més senzilles, incorporant tensors com a part del disseny i amagant els components. Aquesta estructura requerirà eines més potents, com ara impressores 3D i talladors làser.

Encara tinc pendent el camí per amagar el cablejat al llarg de l'estructura. I treballar en un consum d’energia més eficient; per reduir la despesa quan la llum funciona durant molt de temps i no canvia la il·luminació.

Gràcies per llegir l'article i el vostre interès pel meu treball. Espero que hagueu après d'aquest projecte tant com jo.