ინტერაქტიული LED ნათურა - Tensegrity სტრუქტურა + Arduino: 5 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ეს ნაჭერი არის მოძრაობის საპასუხო ნათურა. შექმნილია როგორც მინიმალური დაძაბულობის ქანდაკება, ნათურა ცვლის ფერთა კონფიგურაციას მთელი სტრუქტურის ორიენტაციისა და მოძრაობების საპასუხოდ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მისი ორიენტაციის მიხედვით, ნათურა იქცევა გარკვეულ ფერში, სიკაშკაშესა და სინათლის რეჟიმში.

როდესაც icosahedron ბრუნავს (საკუთარ ღერძზე), ის ვირჩევს მნიშვნელობას ვირტუალური სფერული ფერის ამომრჩევიდან. ფერის ამომრჩევი არ ჩანს, მაგრამ ფერის კორექტირება ხდება რეალურ დროში. ამრიგად, თქვენ შეგიძლიათ გაარკვიოთ სად არის თითოეული ფერი განლაგებული სივრცეში, ხოლო თქვენ თამაშობთ ფიგურასთან ერთად.

Icosahedral ფორმა უზრუნველყოფს 20 სახის თვითმფრინავებს და დაძაბულობის სტრუქტურა აძლევს მას 6 დამატებით თვალსაზრისს. ეს უზრუნველყოფს სულ 26 შესაძლო ფერს, როდესაც ნათურა ეყრდნობა ბრტყელ ზედაპირს. ეს რიცხვი იზრდება, როდესაც ლამპარს ჰაერში აქცევთ.

სისტემა კონტროლდება Pro Trinket– ით, რომელიც დაკავშირებულია სამ ღერძიან ამაჩქარებელთან. განათება უზრუნველყოფილია RGBW LED ზოლებით, რომელსაც შეუძლია ინდივიდუალურად გააკონტროლოს ფერი და თეთრი სიკაშკაშე. მთელი წრე, მათ შორის მიკროპროცესორი, სენსორები და განათების სისტემა მუშაობს 5 ვ -ზე. სისტემის გასაძლიერებლად საჭიროა 10A- მდე წყარო.

ნათურაში გამოყენებული ძირითადი ელემენტების ჩამონათვალია შემდეგი:

- Adafruit Pro Trinket - 5V

- Adafruit LIS3DH სამმაგი ღერძის ამაჩქარებელი

- Adafruit NeoPixel ციფრული RGBW LED ზოლები - თეთრი PCB 60 LED/მ

- 5V 10A გადამრთველი კვების წყარო

ეს მოძრაობის საპასუხო ნათურა არის უფრო გრძელი პირადი პროექტის პირველი ვერსია ან პროტოტიპი. ეს პროტოტიპი დამზადებულია გადამუშავებული მასალებისგან. დიზაინისა და მშენებლობის პროცესში მე ვისწავლე წარმატებებიდან და შეცდომებიდან. ამის გათვალისწინებით, ახლა ვმუშაობ შემდეგ ვერსიაზე, რომელსაც ექნება უფრო ინტელექტუალური სტრუქტურა და ძლიერი პროგრამული უზრუნველყოფა.

მინდა მადლობა გადავუხადო LACUNA LAB საზოგადოებას დახმარებისათვის, იდეებისა და წინადადებებისათვის პროექტის შემუშავებისას.

თქვენ შეგიძლიათ მიყევით ჩემს მუშაობას: action-io / tumblraction-script / github

ნაბიჯი 1: იდეა

ეს პროექტი იყო რამდენიმე იდეის შედეგი, რომელთანაც მე ვთამაშობდი ჩემს თავში გარკვეული დროის განმავლობაში.

მას შემდეგ რაც დავიწყე, კონცეფცია შეიცვალა, საწყისი პროექტი განვითარდა და მიიღო რეალური ფორმა.

პირველადი მიდგომა იყო ინტერესი გეომეტრიული ფორმების მიმართ, როგორც ურთიერთქმედების საშუალება. მისი დიზაინის გამო, ამ ნათურის მრავალკუთხა სახეები შეყვანის მეთოდს ემსახურება.

პირველი იდეა იყო დინამიური სისტემის გამოყენება იკოსაჰედრონის გადაადგილების იძულების მიზნით. ეს შეიძლება კონტროლდებოდეს ინტერაქტიული პროგრამით, ან სოციალური მედიის მომხმარებლებით.

სხვა შესაძლებლობა იქნებოდა ყოფილიყო მარმარილოს ან ბურთის დაჭერა სხვადასხვა ღილაკზე ან სენსორზე და ამგვარად გენერირებულიყო შემთხვევითი შეყვანა ნაწილის გადაადგილებისას.

დაძაბულობის სტრუქტურა მოგვიანებით მოხდა.

მშენებლობის ამ მეთოდმა მომხიბლა: გზა, რომლითაც სტრუქტურის ნაწილები იცავენ ერთმანეთს დაბალანსებულს. ვიზუალურად ძალიან სასიამოვნოა. მთელი სტრუქტურა თვითბალანსებულია; ნაჭრები პირდაპირ არ ეხებიან ერთმანეთს. ეს არის ყველა დაძაბულობის ჯამი, რომელიც ქმნის ნაჭერს; შესანიშნავია!

როგორც შეიცვალა საწყისი დიზაინი; პროექტი წინ მიიწევს.

ნაბიჯი 2: სტრუქტურა

როგორც უკვე აღვნიშნე, ეს პირველი მოდელი დამზადებული იყო გადამუშავებული მასალებისგან, რომლებიც იგულისხმებოდა გადაგდებას.

ხის დაფები, რომლებიც ავიღე საწოლიდან, ქუჩაში ვიპოვე. ოქროსფერი მორთულობა ძველი ნათურის მკლავის ნაწილი იყო, რეზინის ზოლების საცობები კი საოფისე სამაგრებია.

ყოველ შემთხვევაში, სტრუქტურის კონსტრუქცია საკმაოდ მარტივია და ნაბიჯები იგივეა, რაც ნებისმიერ ტენზეგრიაში.

რაც მე გავაკეთე დაფებით არის მათი გაერთიანება ორ ჯგუფად. გააკეთეთ "სენდვიჩი" ოქროს შუალედებით, დატოვეთ უფსკრული, სადაც განათება გაანათებს.

პროექტის ზომები სრულიად ცვალებადია და დამოკიდებული იქნება იმ სტრუქტურის ზომაზე, რომლის შექმნაც გსურთ. ამ პროექტის სურათების ხის ბარები 38 სმ სიგრძისა და 38 მმ სიგანეა. დაფებს შორის მანძილი 13 მმ -ია.

ხის დაფები იჭრებოდა იდენტურად, ქვიშად (ძველი საღებავის ფენის მოსაშორებლად) და შემდგომ ორივე ბოლოში ხვრელით.

შემდეგი, მე დაფარული დაფები rustic მუქი ლაქი. ნაჭრების შესაერთებლად გამოვიყენე 5 მმ ხრახნიანი ჯოხი, დაჭრილი 5 სმ და 5 მმ ნაწილებად, თითოეულ მხარეს კვანძით.

დაძაბულობა არის წითელი რეზინის ზოლები. რეზინის ბარები რომ დავამაგრო, გავაკეთე პატარა ხვრელი, რომლის მეშვეობითაც ჩავაბარე ბენდი და შემდეგ ჩავკეტე საცობით. ეს ხელს უშლის დაფების თავისუფლად გადაადგილებას და სტრუქტურის დემონტაჟი გადავიდა.

ნაბიჯი 3: ელექტრონიკა და განათება

ელექტრონული კომპონენტების კონფიგურაცია შექმნილია იმისთვის, რომ შეინარჩუნოს იგივე ძაბვა, როგორც ლოგიკა, ასევე კვება მთელ სისტემაში 5 ვ -ის გამოყენებით.

სისტემა კონტროლდება Pro Trinket– ით, რომელიც დაკავშირებულია სამ ღერძიან ამაჩქარებელთან. განათება უზრუნველყოფილია RGBW LED ზოლებით, რომელსაც შეუძლია ინდივიდუალურად გააკონტროლოს ფერები და თეთრი სიკაშკაშე. მთელი წრე, მათ შორის მიკროპროცესორი, სენსორები და განათების სისტემა მუშაობს 5 ვ -ზე. სისტემის გასაძლიერებლად საჭიროა 10A- მდე წყარო.

Pro Trinket 5V იყენებს Atmega328P ჩიპს, რომელიც არის იგივე ძირითადი ჩიპი Arduino UNO– ში. მას ასევე აქვს თითქმის იგივე ქინძისთავები. ასე რომ, ეს მართლაც სასარგებლოა, როდესაც გსურთ თქვენი UNO პროექტი მიიყვანოთ მინიატურულ სივრცეებში.

LIS3DH არის მრავალმხრივი სენსორი, მისი რეკონსტრუქცია შესაძლებელია +-2 გ/4 გ/8 გ/16 გ-ში წაკითხვისას და ასევე მოაქვს შეხება, ორმაგი შეხება, ორიენტაცია და თავისუფალი დაცემის გამოვლენა.

NeoPixel RGBW LED Strip– ს შეუძლია მართოს შეფერილობის ფერი და თეთრი ინტენსივობა ცალკე. გამოყოფილი თეთრი LED– ით, თქვენ არ გჭირდებათ ´ ყველა ფერის გაჯერება, რომ მიიღოთ თეთრი შუქი, ის ასევე გახდის თქვენ თეთრს უფრო სუფთა და ნათელს და ამის გარდა დაზოგავს ენერგიას.

გაყვანილობისთვის და კომპონენტების ერთმანეთთან დასაკავშირებლად მე გადავწყვიტე კაბელის გავლა და სოკეტების შექმნა მამრობითი და მდედრობითი ქინძისთავებით, დამჭერების და შემაერთებელი კორპუსების გამოყენებით.

მე დავუკავშირე წვრილმანი აქსელერომეტრს SPI– ს ნაგულისხმევი კონფიგურაციით. ეს ნიშნავს, რომ დააკავშიროთ Vin 5V დენის წყაროსთან. შეაერთეთ GND საერთო დენის/მონაცემთა ადგილზე. შეაერთეთ SCL (SCK) პინი ციფრულ #13 -თან. შეაერთეთ SDO პინი ციფრულ #12 -თან. შეაერთეთ SDA (SDI) პინი ციფრულ #11 -თან. შეაერთეთ CS pin ციფრული #10.

Led ზოლი კონტროლდება მხოლოდ ერთი პინით, რომელიც მიდის #6 -ზე და მიწა და 5v პირდაპირ მიდის კვების ბლოკის ადაპტერზე.

ყველა დოკუმენტაცია, რომელიც შეიძლება დაგჭირდეთ, ნახავთ, უფრო დეტალურად და უკეთესად განმარტებულს ადაფრუტის გვერდზე.

კვების ბლოკი დაკავშირებულია მდედრობითი DC ადაპტერთან, რომელიც ერთდროულად კვებავს მიკროკონტროლერს და LED ზოლს. ასევე მას აქვს კონდენსატორი, რომ დაიცვას წრე არასტაბილური დენისგან "ჩართვის" მომენტში.

ნათურას აქვს 6 სინათლის ზოლი, მაგრამ LED ზოლები მოდის ერთ გრძელ ზოლში. LED ზოლები გაჭრილია 30 სმ (18 LEDS) ნაწილებად და შემდეგ შედუღებულია მამრობითი და მდედრობითი 3 ქინძისთავებით, რათა მოდულურად დაუკავშირდეს დანარჩენ წრეს.

ამ პროექტისთვის მე ვიყენებ 5v - 10A დენის წყაროს. მაგრამ რა რაოდენობის ლიდერი გჭირდებათ, თქვენ უნდა გამოთვალოთ მიმდინარე კვების სისტემა.

ნაკვეთის დოკუმენტაციის განმავლობაში, თქვენ ხედავთ, რომ LED- ს აქვს 80mA თითო LED- ზე. მე სულ 108 LED- ს ვიყენებ.

ნაბიჯი 4: კოდი

სქემა საკმაოდ მარტივია. ამაჩქარებელი აწვდის ინფორმაციას მოძრაობის შესახებ x, y, z ღერძზე. ორიენტაციის საფუძველზე განახლდება LED- ების RGB მნიშვნელობები.

ნამუშევარი იყოფა შემდეგ ფაზებად.

• გააკეთეთ კითხვა სენსორიდან. უბრალოდ გამოიყენეთ api.
• ტრიგონომეტრიით ამოხსენით მნიშვნელობები "როლი და სიმაღლე". თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ბევრად მეტი ინფორმაცია ამ დოკუმენტში მარკ პედლის მიერ.
• მიიღეთ შესაბამისი ფერი, რომელიც დაკავშირებულია ბრუნვის მნიშვნელობებთან. ამისათვის ჩვენ მივმართავთ 0-360 RGB მნიშვნელობას HSL - RGB გარდაქმნის ფუნქციის გამოყენებით. მოედნის ღირებულება გამოიყენება სხვადასხვა მასშტაბით, რათა დაარეგულიროს თეთრი სინათლის ინტენსივობა და ფერის გაჯერება. ფერის ამომრჩევი სფეროს საპირისპირო ნახევარსფეროები მთლიანად თეთრია.
• განაახლეთ განათების ბუფერი, რომელიც ინახავს ინდივიდუალური LED ფერების ინფორმაციას. ამ ინფორმაციის მიხედვით, ბუფერული კონტროლერი შექმნის ანიმაციას ან პასუხობს დამატებით ფერებს.
• ბოლოს აჩვენეთ ფერები და განაახლოთ ები.

თავდაპირველად, იდეა იყო ფერადი სფეროს შექმნა, სადაც ნებისმიერი ფერის არჩევა შეგეძლო. მოათავსეთ ფერადი ბორბალი მერიდიანზე და პოლურად მუქი და მსუბუქი ტონები.

მაგრამ სწრაფად იდეა გაუქმდა. იმის გამო, რომ LED- ები ქმნიან სხვადასხვა ტონს, გამორთეთ და სწრაფად აანთეთ თითოეული rgb LED, როდესაც დაბალი მნიშვნელობების მინიჭების მიზნით, მუქი ფერები წარმოადგენენ, LED- ებს აქვთ ძალიან ცუდი შესრულება და თქვენ ხედავთ, როგორ იწყებენ ციმციმებას. ეს ნიშნავს, რომ ფერის სფეროს ბნელი ნახევარსფერო ვერ ფუნქციონირებს სწორად.

შემდეგ მომივიდა იდეა, რომ მოცემულ შერჩეულ ტონს მივანიჭო დამატებითი ფერები.

ასე რომ, ერთი ნახევარსფერო ირჩევს ბორბლის მონოქრომატულ ფერს 50% განათებით 90 ~ 100% გაჯერებით. ამასობაში მეორე მხარე ირჩევს ფერის გრადიენტს იმავე ფერის პოზიციიდან, მაგრამ გრადიენტის მეორე მხარეს ამატებს მის დამატებით ფერს.

სენსორის მონაცემების წაკითხვა უხეშია. ფილტრი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ხმაურის შესამსუბუქებლად და თავად ნათურის ვიბრაცია. ამ მომენტისთვის, მე მას საინტერესოდ ვთვლი, რადგან ის უფრო ანალოგიურად გამოიყურება, რეაგირებს ნებისმიერ შეხებაზე და წამი სჭირდება სრულ სტაბილიზაციას.

მე ჯერ კიდევ ვმუშაობ კოდზე და ვამატებ ახალ ფუნქციებს და ანიმაციის ოპტიმიზაციას.

თქვენ შეგიძლიათ შეამოწმოთ კოდის უახლესი ვერსიები ჩემს github ანგარიშზე.

ნაბიჯი 5: შეფუთვა

საბოლოო ასამბლეა საკმაოდ მარტივია. წებოვანა LED ზოლების სილიკონის საფარი ორი კომპონენტით ეპოქსიდური წებოვანი ჯოხებით და დააკავშირეთ სერიის 6 ნაწილი ერთმანეთის უკან.

დააფიქსირეთ წერტილი, სადაც გსურთ კომპონენტების გამაგრება და ამაჩქარებელი და პროფესიონალური წვრილმანი ხეზე მიაბრუნეთ. მე ვიყენებ პლასტმასის გამყოფებს, რომ დავიცვათ ქინძისთავები. კვების ბლოკის ადაპტერი სათანადოდ არის დაფიქსირებული ბარის სივრცეს შორის უფრო ეპოქსიდური ეპოქსიდური წებოვანი საშუალებით. შეიქმნა შესაფერისად და ხელს უშლის მის მოძრაობას ნათურის ბრუნვისას.

დაკვირვებები და გაუმჯობესებები

პროექტის განვითარების მთელი პერიოდის განმავლობაში წარმოიშვა ახალი იდეები პრობლემების გადაჭრის გზების შესახებ. მე ასევე მივხვდი დიზაინის ხარვეზებს ან ნაწილებს, რომელთა გაუმჯობესებაც შესაძლებელია.

შემდეგი ნაბიჯი, რომლის გადადგმაც მსურს, არის პროდუქტის ხარისხის გაუმჯობესება და დასრულება; ძირითადად სტრუქტურაში. მე მაქვს შესანიშნავი იდეები უკეთესი სტრუქტურების შესახებ კიდევ უფრო მარტივი, ვიყენებ ტენზორებს, როგორც დიზაინის ნაწილს და ვმალავ კომპონენტებს. ეს სტრუქტურა მოითხოვს უფრო მძლავრ ინსტრუმენტებს, როგორიცაა 3D პრინტერები და ლაზერული საჭრელები.

მე ჯერ კიდევ მოლოდინის გზა მაქვს სტრუქტურის გასწვრივ გაყვანილობის დასამალად. და იმუშავეთ ენერგიის უფრო ეფექტურ მოხმარებაზე; შეამციროს ხარჯები, როდესაც ნათურა დიდხანს მუშაობს და არ ცვლის განათებას.

მადლობა სტატიის წაკითხვისთვის და ჩემი მუშაობისადმი დაინტერესებისათვის. ვიმედოვნებ, რომ თქვენ ისწავლეთ ამ პროექტიდან ისევე, როგორც მე.