Interaktive LED-Lampe - Tensegrity-Struktur + Arduino - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Dieses Stück ist eine auf Bewegung reagierende Lampe. Als minimalistische Tensegrity-Skulptur konzipiert, ändert die Leuchte ihre Farbkonfiguration als Reaktion auf die Ausrichtung und Bewegungen der gesamten Struktur. Mit anderen Worten, je nach Ausrichtung wechselt die Leuchte in eine bestimmte Farbe, Helligkeit und Lichtmodus.

Wenn sich das Ikosaeder (über seine eigene Achse) dreht, wählt es einen Wert aus einem virtuellen kugelförmigen Farbwähler aus. Dieser Farbwähler ist nicht sichtbar, aber Farbanpassungen erfolgen in Echtzeit. So können Sie herausfinden, wo jede Farbe im Raum positioniert ist, während Sie mit dem Stück spielen.

Die ikosaedrische Form bietet 20 Gesichtsebenen und die Tensegrity-Struktur gibt ihr 6 zusätzliche Standpunkte. Dadurch ergeben sich insgesamt 26 mögliche Farben, wenn die Lampe auf einer ebenen Fläche aufliegt. Diese Zahl erhöht sich, wenn Sie die Lampe in die Luft drehen.

Das System wird von einem Pro Trinket gesteuert, das mit einem dreiachsigen Beschleunigungsmesser verbunden ist. Für das Licht sorgen RGBW-LED-Streifen, die den Farb- und Weiß-Helligkeitswert individuell steuern können. Die gesamte Schaltung, einschließlich Mikroprozessor, Sensoren und Beleuchtungssystem, arbeitet mit 5 V. Zum Einschalten des Systems wird eine Quelle bis zu 10 A benötigt.

Eine Liste der Hauptelemente, die in der Lampe verwendet werden, sind die folgenden:

- Adafruit Pro Schmuckstück - 5V

- Adafruit LIS3DH Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser

- Adafruit NeoPixel Digital RGBW LED-Streifen - Weiße Platine 60 LED/m

- 5V 10A Schaltnetzteil

Diese auf Bewegungen reagierende Lampe ist die erste Version oder der Prototyp eines längeren persönlichen Projekts. Dieser Prototyp wurde aus recycelten Materialien hergestellt. Während des gesamten Planungs- und Bauprozesses habe ich aus Erfolgen und Fehlern gelernt. Vor diesem Hintergrund arbeite ich nun an der nächsten Version, die eine intelligentere Struktur und robustere Software haben wird.

Ich möchte der LACUNA LAB-Community für ihre Hilfe, Ideen und Vorschläge während der Entwicklung des Projekts danken.

Sie können meine Arbeit verfolgen unter:action-io / tumblraction-script / github

Schritt 1: Die Idee

Dieses Projekt war das Ergebnis mehrerer Ideen, mit denen ich einige Zeit in meinem Kopf gespielt hatte.

Seit ich angefangen habe, hat sich das Konzept geändert, das ursprüngliche Projekt hat sich weiterentwickelt und konkrete Formen angenommen.

Der ursprüngliche Ansatz war das Interesse an geometrischen Formen als Interaktionsmittel. Die vielen polygonalen Flächen dieser Leuchte dienen konstruktionsbedingt als Eingabemethode.

Die erste Idee war, ein dynamisches System zu verwenden, um das Ikosaeder zur Bewegung zu zwingen. Dies könnte von einer interaktiven Anwendung oder von Nutzern sozialer Medien gesteuert worden sein.

Eine andere Möglichkeit wäre gewesen, eine interne Murmel oder Kugel verschiedene Knöpfe oder Sensoren drücken zu lassen und so zufällige Eingaben zu erzeugen, während sich die Figur bewegt.

Die Tensegrity-Struktur geschah später.

Diese Bauweise hat mich fasziniert: die Art und Weise, wie sich die Teile des Bauwerks im Gleichgewicht halten. Es ist optisch sehr ansprechend. Die gesamte Struktur ist selbstbalanciert; die Stücke berühren sich nicht direkt. Es ist die Summe aller Spannungen, die das Stück ausmacht; es ist fantastisch!

Da sich das ursprüngliche Design geändert hat; das Projekt geht voran.

Schritt 2: Die Struktur

Wie ich bereits erwähnt habe, wurde dieses erste Modell aus recycelten Materialien hergestellt, die entsorgt werden sollten.

Die Holzbretter, die ich von einem Lattenrost nahm, fand ich auf der Straße. Die goldenen Zierleisten waren Teil des Arms einer alten Lampe und die Stopper für die Gummibänder sind Büroklammern.

Wie auch immer, der Aufbau der Struktur ist recht einfach und die Schritte sind die gleichen wie in jedem Tensegriry.

Was ich mit den Boards gemacht habe, ist, sie in Zweiergruppen zusammenzubringen. Machen Sie ein "Sandwich" mit den goldenen Abstandshaltern und lassen Sie eine Lücke, durch die die Lichter hindurchscheinen.

Die Abmessungen des Projekts sind völlig variabel und hängen von der Größe der Struktur ab, die Sie erstellen möchten. Die Holzstäbe aus den Bildern dieses Projekts sind 38 cm lang und 38 mm breit. Der Abstand zwischen den Brettern beträgt 13 mm.

Die Holzbretter wurden gleich geschnitten, geschliffen (um die alte Farbschicht zu entfernen) und anschließend an beiden Enden perforiert.

Als nächstes habe ich die Bretter mit rustikalem dunklem Lack gebeizt. Um die Teile zu verbinden, habe ich 5 mm Gewindestangen verwendet, die in Abschnitte von 5 cm und 5 mm mit einem Knoten auf jeder Seite geschnitten wurden.

Die Spanner sind rote Gummibänder. Um den Gummi an den Stangen zu befestigen, machte ich ein kleines Loch, durch das ich das Band führte und dann mit einem Stopper festhielt. Dadurch wird verhindert, dass sich die Bretter frei bewegen und die Struktur zu demontieren bewegt wird.

Schritt 3: Elektronik und Lichter

Die Konfiguration der elektronischen Komponenten wurde so konzipiert, dass die gleiche Spannung sowohl bei der Logik als auch bei der Speisung im gesamten System mit 5 V beibehalten wird.

Das System wird von einem Pro Trinket gesteuert, das mit einem dreiachsigen Beschleunigungsmesser verbunden ist. Für das Licht sorgen RGBW-LED-Streifen, die die Farben und Weiß-Helligkeitswerte individuell steuern können. Die gesamte Schaltung, einschließlich Mikroprozessor, Sensoren und Beleuchtungssystem, arbeitet mit 5 V. Zum Einschalten des Systems wird eine Quelle bis zu 10 A benötigt.

Das Pro Trinket 5V verwendet den Atmega328P-Chip, der derselbe Kernchip im Arduino UNO ist. Es hat auch fast die gleichen Pins. Es ist also wirklich nützlich, wenn Sie Ihr UNO-Projekt in miniaturisierte Räume bringen möchten.

LIS3DH ist ein vielseitiger Sensor, er kann umkonfiguriert werden, um in +-2g/4g/8g/16g einzulesen und bietet auch Tippen, Doppeltippen, Orientierung und Freifallerkennung.

Der NeoPixel RGBW LED-Streifen kann die Farbtonfarbe und die Weißintensität separat verwalten. Mit einer dedizierten weißen LED müssen Sie nicht alle Farben sättigen, um ein weißes Licht zu haben, sie macht Ihr Weiß auch reiner und heller und spart darüber hinaus Energie.

Zur Verdrahtung und zum Verbinden der Komponenten habe ich mich entschieden, Kabel zu verlegen und Buchsen mit Stift- und Buchsenstiften mit Crimps und Steckergehäusen herzustellen.

Ich habe das Schmuckstück mit dem Beschleunigungsmesser verbunden und den SPI mit der Standardkonfiguration geworfen. Dies bedeutet, dass Vin an die Stromversorgung von 5V angeschlossen wird. Verbinden Sie GND mit der gemeinsamen Strom-/Datenmasse. Verbinden Sie den SCL (SCK)-Pin mit Digital #13. Verbinden Sie den SDO-Pin mit Digital #12. Verbinden Sie den SDA (SDI)-Pin mit Digital #11. Schließen Sie den CS-Pin Digital #10 an.

Der LED-Streifen wird von nur einem Pin gesteuert, der auf # 6 geht und die Masse und 5 V gehen direkt zum Netzteil.

Alle Unterlagen, die Sie benötigen, finden Sie ausführlicher und besser erklärt auf der adafruit-Seite.

Das Netzteil wird an einen weiblichen DC-Adapter angeschlossen, der gleichzeitig den Mikrocontroller und den LED-Streifen speist. Außerdem verfügt es über einen Kondensator, um die Schaltung im Moment des "Einschaltens" vor instabilem Strom zu schützen.

Die Lampe hat 6 Lichtleisten, aber die LED-Streifen kommen in einem einzigen langen Band. Das LED-Band wurde in Abschnitte von 30 cm (18 LEDs) geschnitten und dann mit männlichen und weiblichen 3-Pins verschweißt, um den Rest der Schaltung modular zu verbinden.

Für dieses Projekt verwende ich ein 5V - 10A Netzteil. Abhängig von der Anzahl der benötigten LEDs müssen Sie jedoch den Strom berechnen, der zur Speisung des Systems benötigt wird.

In der gesamten Dokumentation des Stücks können Sie sehen, dass die LED 80 mA pro LED verbraucht. Ich verwende insgesamt 108 LEDs.

Schritt 4: Der Code

Das Schema funktioniert ist ganz einfach. Ein Beschleunigungsmesser liefert Informationen über die Bewegung auf der x-, y-, z-Achse. Basierend auf der Ausrichtung werden die RGB-Werte der LEDs aktualisiert.

Die Arbeit gliedert sich in die folgenden Phasen.

• Führen Sie eine Messung vom Sensor durch. Verwenden Sie einfach die API.
• Lösen Sie durch Trigonometrie die Werte von "Roll und Nick". Viele weitere Informationen finden Sie in diesem Dokument von Mark Pedley.
• Erhalten Sie die entsprechende Farbe, bezogen auf die Rotationswerte. Dazu wenden wir uns mit einer HSL - RGB-Konvertierungsfunktion auf den RGB-Wert 0-360. Der Wert der Tonhöhe wird in verschiedenen Skalen verwendet, um die Intensität des weißen Lichts und die Farbsättigung zu regulieren. Die gegenüberliegenden Halbkugeln der Farbwählerkugel sind komplett weiß.
• Aktualisieren Sie den Puffer der Lichter, der Informationen zu einzelnen LED-Farben speichert. Abhängig von diesen Informationen erstellt der Puffercontroller eine Animation oder reagiert mit Komplementärfarben.
• Schließlich zeigen Sie die Farben und aktualisieren Sie die LEDs.

Ursprünglich war die Idee, eine Farbkugel zu schaffen, in der Sie jede Farbe auswählen können. Legen Sie den Farbkreis auf den Meridian und polwärts die dunklen und hellen Töne.

Aber schnell wurde die Idee verworfen. Da die LEDs unterschiedliche Töne erzeugen, jede RGB-LED aus und schnell aufleuchtet, geben die LEDs bei niedrigen Werten zur Darstellung dunkler Farben eine sehr schlechte Leistung und Sie können sehen, wie sie anfangen zu blinken. Dadurch kann die dunkle Halbkugel der Farbkugel nicht richtig funktionieren.

Dann komme ich auf die Idee, dem aktuell ausgewählten Ton Komplementärfarben zuzuweisen.

Eine Halbkugel wählt also einen monochromatischen Farbwert eines Rades aus 50 % Beleuchtung 90 ~ 100 % Sättigung. Währenddessen wählt die andere Seite einen Farbverlauf von derselben Farbposition aus, fügt jedoch auf der anderen Seite des Verlaufs seine Komplementärfarbe hinzu.

Die vom Sensor gelesenen Daten sind roh. Ein Filter kann angewendet werden, um das Rauschen und die Vibrationen der Lampe selbst zu glätten. Im Moment finde ich es interessant, weil es analoger aussieht, auf jede Berührung reagiert und eine Sekunde braucht, um sich vollständig zu stabilisieren.

Ich arbeite noch am Code und füge neue Funktionen hinzu und optimiere die Animationen.

Sie können die neuesten Versionen des Codes in meinem Github-Konto überprüfen.

Schritt 5: Einpacken

Die Endmontage ist recht einfach. Kleben Sie die Silikonabdeckung der LED-Streifen mit zwei Komponenten Epoxidkleber in die Leisten und verbinden Sie die 6 Teile in Reihe hintereinander.

Befestigen Sie einen Punkt, an dem Sie die Komponenten verankern möchten, und schrauben Sie den Beschleunigungsmesser und das Pro-Schmuckstück an das Holz. Ich benutzte einen Plastikabstandshalter, um die Unterseite der Stifte zu schützen. Der Netzteiladapter wird mit mehr Epoxid-Epoxid-Kleber ordnungsgemäß zwischen den Zwischenräumen der Stangen befestigt. Wurde so konzipiert, dass sie passt und verhindert, dass sie sich bewegt, wenn sich die Lampe dreht.

Beobachtungen und Verbesserungen

Während der Entwicklung des Projekts sind neue Ideen zur Lösung von Problemen entstanden. Ich habe auch einige Konstruktionsfehler oder Teile erkannt, die verbessert werden können.

Der nächste Schritt, den ich machen möchte, ist eine Verbesserung der Produktqualität und des Finishs; meist in der Struktur. Ich komme mit tollen Ideen für noch einfachere bessere Structreas, Tensoren als Teil des Designs einzubeziehen und die Komponenten zu verstecken. Diese Struktur erfordert leistungsfähigere Werkzeuge wie 3D-Drucker und Laserschneider.

Ich habe noch den Weg ausstehend, die Verkabelung entlang der Struktur zu verstecken. Und arbeiten Sie an einem effizienteren Energieverbrauch; um die Ausgaben zu reduzieren, wenn die Lampe lange funktioniert und die Beleuchtung nicht ändert.

Vielen Dank für das Lesen des Artikels und Ihr Interesse an meiner Arbeit. Ich hoffe, Sie haben aus diesem Projekt genauso viel gelernt wie ich.