لامپ رهبری تعاملی - ساختار Tensegrity + آردوینو: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

این قطعه یک لامپ پاسخگو به حرکت است. چراغ که به عنوان مجسمه ای با حداقل تنش طراحی شده است ، رنگ بندی خود را در پاسخ به جهت و حرکات کل ساختار تغییر می دهد. به عبارت دیگر ، بسته به جهت آن ، لامپ به رنگ ، روشنایی و حالت خاصی تبدیل می شود.

هنگامی که ایکوساهدرون (بر محور خود) می چرخد ، مقداری را از یک انتخاب کننده رنگی کروی مجازی انتخاب می کند. این انتخاب کننده رنگ قابل مشاهده نیست ، اما تنظیمات رنگ در زمان واقعی اتفاق می افتد. بنابراین ، هنگام بازی با قطعه ، می توانید بفهمید که هر رنگ در کجا قرار گرفته است.

شکل ایکوساهدرال 20 صفحه و ساختار محکم آن 6 نقطه نظر دیگر را ارائه می دهد. هنگامی که لامپ روی سطح صاف قرار می گیرد ، در مجموع 26 رنگ ممکن ارائه می شود. وقتی لامپ را در هوا می چرخانید ، این عدد افزایش می یابد.

سیستم توسط Pro Trinket متصل به شتاب سنج سه محوره کنترل می شود. نور توسط نوارهای LED RGBW تأمین می شود که می تواند میزان روشنایی رنگ و سفید را به صورت جداگانه کنترل کند. کل مدار ، شامل ریزپردازنده ، سنسورها و سیستم روشنایی در 5 ولت کار می کند. برای تغذیه سیستم ، منبع حداکثر تا 10A مورد نیاز است.

لیستی از عناصر اصلی مورد استفاده در لامپ به شرح زیر است:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- شتاب سنج سه محوره Adafruit LIS3DH

- نوار LED Adafruit NeoPixel Digital RGBW - PCB سفید 60 LED/m

- منبع تغذیه سوئیچینگ 5V 10A

این لامپ پاسخگو به حرکت اولین نسخه یا نمونه اولیه یک پروژه شخصی طولانی تر است. این نمونه اولیه از مواد بازیافتی ساخته شده است. در طول مراحل طراحی و ساخت ، از موفقیت ها و اشتباهات درس گرفتم. با در نظر گرفتن این موارد ، من در حال کار بر روی نسخه بعدی هستم که دارای ساختار هوشمندتر و نرم افزار قوی خواهد بود.

من می خواهم از جامعه آزمایشگاه LACUNA برای کمک ، ایده ها و پیشنهادات خود در طول توسعه پروژه تشکر کنم.

می توانید کارهای من را در: action-io / tumblraction-script / github دنبال کنید

مرحله 1: ایده

این پروژه حاصل چندین ایده بود که مدتی با آنها در ذهن بازی کرده بودم.

از زمانی که من شروع کردم ، مفهوم تغییر کرد ، پروژه اولیه تکامل یافت و شکل واقعی خود را به دست آورد.

رویکرد اولیه علاقه به اشکال هندسی به عنوان ابزارهای تعامل بود. به دلیل طراحی آن ، چندین صفحه چند ضلعی این لامپ به عنوان روش ورودی عمل می کند.

اولین ایده استفاده از یک سیستم پویا برای مجبور کردن ایکوساهدرون به حرکت بود. این می تواند توسط یک برنامه تعاملی یا کاربران رسانه های اجتماعی کنترل شود.

احتمال دیگر این بود که یک سنگ مرمر داخلی یا توپ دکمه ها یا حسگرهای مختلف را فشار دهید و در نتیجه با حرکت قطعه ورودی های تصادفی ایجاد کنید.

ساختار تنش زایی بعداً اتفاق افتاد.

این روش ساخت و ساز مرا مجذوب کرد: روشی که در آن قسمت های سازه یکدیگر را متعادل نگه می دارند. از نظر بصری بسیار خوشایند است. کل ساختار متعادل است. قطعات به طور مستقیم به یکدیگر دست نمی زنند. مجموع همه تنش هاست که قطعه را ایجاد می کند. فوق العاده است!

با تغییر طرح اولیه ؛ پروژه جلو می رود

مرحله 2: ساختار

همانطور که قبلاً اشاره کردم ، این اولین مدل از مواد بازیافتی ساخته شده بود که باید دور انداخته شوند.

تخته های چوبی را که از روی تخت چوبی برداشته بودم در خیابان پیدا کردم. تزیینات طلایی قسمتی از بازوی یک لامپ قدیمی بود و درپوش های نوارهای لاستیکی گیره های اداری هستند.

به هر حال ، ساخت سازه بسیار ساده است و مراحل آن همانند سایر روش های تنش زایی است.

کاری که من با تخته ها انجام دادم جمع آوری آنها در گروه های دو نفره است. ساختن یک "ساندویچ" با فاصله دهنده های طلا ، ایجاد شکاف در جایی که نورها از آن عبور می کنند.

ابعاد پروژه کاملاً متغیر است و به اندازه ساختاری که می خواهید بسازید بستگی دارد. میله های چوبی از تصاویر این پروژه 38 سانتی متر طول و 38 میلی متر عرض دارند. فاصله بین تخته ها 13 میلی متر است.

تخته های چوبی به طور یکسان بریده می شوند ، سنباده زده می شوند (برای حذف لایه رنگ قدیمی) و سپس در دو انتهای آن سوراخ می شوند.

بعد ، تخته ها را با لاک تیره روستیک رنگ آمیزی کردم. برای اتصال قطعات از میله رزوه ای 5 میلی متری استفاده کردم ، به قطعات 5 سانتی متر و 5 میلی متر با یک گره در هر طرف برش دهید.

کشنده ها نوارهای لاستیکی قرمز هستند. برای اتصال لاستیک به میله ها ، من یک سوراخ کوچک ایجاد کردم که از طریق آن نوار را عبور دادم و سپس آن را با یک دریچه گیر کردم. این باعث می شود که تخته ها آزادانه حرکت نکنند و ساختار متلاشی شده جابجا شود.

مرحله 3: الکترونیک و چراغ

پیکربندی اجزای الکترونیکی برای حفظ ولتاژ یکسان ، منطقی و تغذیه در سراسر سیستم با استفاده از 5v طراحی شده است.

این سیستم توسط Pro Trinket متصل به شتاب سنج سه محوره کنترل می شود. نور توسط نوارهای LED RGBW تأمین می شود که می تواند رنگها و مقادیر روشنایی سفید را به صورت جداگانه کنترل کند. کل مدار ، شامل ریزپردازنده ، سنسورها و سیستم روشنایی در 5 ولت کار می کند. برای تغذیه سیستم ، منبع حداکثر تا 10A مورد نیاز است.

Pro Trinket 5V از تراشه Atmega328P استفاده می کند که همان تراشه اصلی در Arduino UNO است. همچنین تقریباً پین های مشابهی دارد. بنابراین وقتی می خواهید پروژه UNO خود را به فضاهای مینیاتوری ببرید واقعاً مفید است.

LIS3DH یک سنسور همه کاره است ، می توان آن را طوری تنظیم کرد که به صورت +-2g/4g/8g/16g خوانده شود و همچنین Tap ، Double-tap ، جهت و تشخیص سقوط رایگان را به ارمغان می آورد.

نوار LED NeoPixel RGBW می تواند رنگ و شدت سفید را به طور جداگانه مدیریت کند. با داشتن یک LED سفید اختصاصی ، نیازی به اشباع همه رنگها برای داشتن یک نور سفید ندارید ، همچنین شما را سفیدتر و خالص تر و روشن تر می کند و علاوه بر آن در مصرف انرژی نیز صرفه جویی می کند.

برای سیم کشی و اتصال قطعات به یکدیگر ، تصمیم گرفتم کابل را منتقل کرده و با استفاده از چین ها و محفظه های اتصال ، سوکت هایی با پین های زنانه و مردانه ایجاد کنم.

من چارچوب را به شتاب سنج پرتاب SPI با تنظیمات پیش فرض متصل کردم. این بدان معناست که Vin را به منبع تغذیه 5 ولت وصل کنید. GND را به منبع قدرت/داده مشترک متصل کنید. پین SCL (SCK) را به دیجیتال شماره 13 وصل کنید. پین SDO را به Digital #12 وصل کنید. پین SDA (SDI) را به Digital #11 وصل کنید. پین CS Digital 10 را وصل کنید.

نوار LED تنها با یک پین کنترل می شود که به شماره 6 می رسد و زمین و 5 ولت مستقیماً به آداپتور منبع تغذیه می رود.

تمام اسنادی که ممکن است به آن احتیاج داشته باشید ، در صفحه adafruit با جزئیات بیشتر و بهتر توضیح داده شده است.

منبع تغذیه به یک آداپتور DC زن متصل است که همزمان میکروکنترلر و نوار LED را تغذیه می کند. همچنین دارای یک خازن برای محافظت از مدار در برابر جریان ناپایدار در لحظه "روشن" است.

لامپ دارای 6 میله نور است ، اما نوارهای LED در یک باند بلند قرار می گیرند. نوار LED در بخشهای 30 سانتی متری (18 LEDS) بریده شد و سپس با 3 پین زن و مرد جوش داده شد تا به بقیه مدار به صورت مدولار متصل شود.

برای این پروژه از منبع تغذیه 5 ولت - 10 آمپر استفاده می کنم. اما بسته به تعداد LED های مورد نیاز شما باید جریان مورد نیاز برای تغذیه سیستم را محاسبه کنید.

در سراسر اسناد قطعه ، می توانید ببینید که LED 80mA در هر LED کشیده شده است. من در کل از 108 LED استفاده می کنم.

مرحله 4: کد

این طرح کاملاً ساده است شتاب سنج اطلاعات حرکت در محور x ، y ، z را ارائه می دهد. بر اساس جهت ، مقادیر RGB LED ها به روز می شوند.

کار به مراحل زیر تقسیم می شود.

• یک سنسور را بخوانید. به سادگی از api استفاده کنید.
• با استفاده از مثلثات ، مقادیر "roll and pitch" را حل کنید. اطلاعات بیشتر در این سند توسط مارک پدلی می توانید بیابید.
• رنگ مربوطه ، مربوط به مقادیر چرخش را بدست آورید. برای این منظور با استفاده از یک تابع تبدیل HSL - RGB به مقدار 0-360 RGB می پردازیم. مقدار گام در مقیاس های مختلف برای تنظیم شدت نور سفید و اشباع رنگ استفاده می شود. نیمکره های مقابل کره انتخاب کننده رنگ کاملاً سفید هستند.
• بافر نورها را که اطلاعات رنگهای LED جداگانه را ذخیره می کند ، به روز کنید. بسته به این اطلاعات ، کنترل کننده بافر یک انیمیشن ایجاد می کند یا با رنگ های مکمل پاسخ می دهد.
• در نهایت رنگ ها را نشان دهید و LED ها را تازه کنید.

در ابتدا ، ایده ایجاد یک حوزه رنگی بود که در آن می توانید هر رنگی را انتخاب کنید. چرخه رنگ را روی نصف النهار قرار دهید و رنگهای تیره و روشن را به سمت قطب قرار دهید.

اما به سرعت این ایده کنار گذاشته شد. از آنجا که LED ها رنگ های متفاوتی ایجاد می کنند ، هر LED rgb را خاموش کرده و به سرعت روشن می کنید ، هنگامی که مقادیر کمی برای نشان دادن رنگ های تیره به آنها داده می شود ، LED ها عملکرد بسیار ضعیفی دارند و می توانید نحوه شروع چشمک زدن آنها را مشاهده کنید. این باعث می شود نیمکره تیره کره رنگ به درستی کار نکند.

سپس به این ایده می رسم که رنگ های مکمل را به تن انتخاب شده فعلی اختصاص دهم.

بنابراین ، یک نیمکره در حال انتخاب مقدار رنگ تک رنگ یک چرخ از 50٪ روشنایی 90 ~ 100٪ اشباع است. در همین حال ، طرف دیگر ، یک شیب رنگ را از همان موقعیت رنگ انتخاب می کند ، اما در طرف دیگر شیب ، رنگ مکمل آن را اضافه می کند.

خواندن اطلاعات سنسور خام است. می توان از فیلتری برای رفع نویز و ارتعاشات خود لامپ استفاده کرد. در حال حاضر ، من آن را جالب می دانم زیرا بیشتر شبیه به نظر می رسد ، به هر لمس واکنش نشان می دهد و ثانیه ای طول می کشد تا کاملاً تثبیت شود.

من هنوز روی کد کار می کنم و ویژگی های جدید را اضافه می کنم و انیمیشن ها را بهینه می کنم.

می توانید آخرین نسخه های کد را در حساب github من بررسی کنید.

مرحله 5: جمع بندی

مونتاژ نهایی نسبتاً ساده است. پوشش سیلیکونی نوارهای LED را با دو چسب اپوکسی کامپوننت به میله ها بچسبانید و 6 قسمت را به صورت پشت سر هم به یکدیگر وصل کنید.

نقطه ای را که می خواهید اجزای آن را لنگر بزنید برطرف کنید و شتاب سنج و چاقوی حرفه ای را به چوب وصل کنید. من از محافظ پلاستیکی برای محافظت از پایین سنجاق ها استفاده کردم. آداپتور منبع تغذیه به درستی بین فضای میله ها با چسب اپوکسی اپوکسی بیشتر ثابت شده است. طوری طراحی شده است که مانع حرکت آن در هنگام چرخش لامپ می شود.

مشاهدات و بهبودها

در طول توسعه پروژه ایده های جدیدی در مورد راه حل مشکلات پدیدار شده است. من همچنین متوجه برخی نقص های طراحی یا قطعاتی شدم که می توان آنها را بهبود بخشید.

گام بعدی که می خواهم بردارم ، بهبود کیفیت محصول و پایان آن است. بیشتر در ساختار من ایده های خوبی در مورد ساختارهای بهتر و حتی ساده تر ، با استفاده از تنسورها به عنوان بخشی از طراحی و مخفی کردن اجزاء ارائه می دهم. این ساختار به ابزارهای قوی تری مانند چاپگرهای سه بعدی و برش های لیزری نیاز دارد.

من هنوز راهی برای مخفی کردن سیم کشی در طول سازه دارم. و با مصرف انرژی کارآمدتر کار کنید. برای کاهش هزینه زمانی که لامپ به مدت طولانی کار می کند و نور را تغییر نمی دهد.

با تشکر از شما برای خواندن مقاله و علاقه شما به کار من. امیدوارم شما نیز به اندازه من از این پروژه درس گرفته باشید.