Seni Menara LED

Tentang proyek ini

Inspirasi untuk proyek ini adalah banyak kurva yang dibuat oleh persimpangan silinder dan bidang! Saya ingin membuat pertunjukan lampu LED, tetapi saya telah membuat beberapa kubus LED baru-baru ini. Saya ingin melakukan sesuatu yang berbeda, baik dari sudut pandang perangkat keras maupun perangkat lunak. Dan saya pikir ini akan menjadi lingkungan yang menyenangkan untuk memprogram –sesuatu dengan potensi sebanyak kubus, tetapi sangat berbeda!

Saya telah memilih untuk menggunakan LED 8mm APA106 yang dapat diprogram untuk menara ini. Ada yang lebih mahal daripada LED RGB biasa, tetapi jauh lebih mudah untuk digunakan baik dari sudut pandang perangkat keras maupun perangkat lunak. Tidak ada register geser - semuanya dikendalikan oleh dua jalur data. Dan tidak ada ISR (rutin layanan interupsi) dan tidak ada multiplexing antara lapisan LED - LED ini menyala sepanjang waktu.

Saya memutuskan untuk membangun silinder/menara saya sebagai satu set 12 cincin yang ditumpuk di atas satu sama lain. Cincin berdiameter 8", dan setiap cincin berisi 24 LED dengan jarak 1 " (sebenarnya * 8 / 24 tetapi hampir satu inci). Cincin itu sendiri dipisahkan oleh 1 inci, jadi LED terpisah 1" di kedua arah. Batang akrilik digunakan untuk mengikat cincin bersama-sama untuk membentuk menara.

LED APA106 dapat menarik 60 ma pada kecerahan maksimum dan putih, jadi kasus terburuk, menara ini dapat menarik 17 amp! Tetapi LED ini sangat terang sehingga saya jarang menyetel kecerahan lebih dari 10% dalam perangkat lunak. Dan mengubah seluruh menara menjadi putih juga tidak benar-benar dilakukan di mana pun. Jadi dalam praktiknya, saya tidak pernah punya masalah menggunakan port USB untuk menyalakannya. Dan jika Anda ingin menggunakan catu daya terpisah, 2 amp tampaknya berfungsi dengan baik.

Konstruksi

Saya menemukan beberapa cincin logam berdiameter 8 " di Amazon yang saya pikir akan menjadi dasar yang baik untuk cincin LED saya. Sebenarnya itu adalah kejutan yang menyenangkan ketika saya menemukan bahwa saya dapat menyoldernya dengan mudah! Istilah "mudah" adalah relatif - cincin itu berat dan banyak panas yang diperlukan untuk membuatnya cukup panas, jadi besi solder 40 watt saya dihidupkan sepenuhnya, dan biasanya harus duduk di sana selama 5-10 detik sebelum solder meleleh. Saya membasahi cincin dengan solder terlebih dahulu sebelum mencoba menyolder LED ke sana, dan selalu gunakan heatsink klip di ujung LED.

Tapi saya sedikit lebih maju dari diri saya sendiri. Sebelum Anda dapat mulai menyolder LED ke ring, Anda harus membentuk 24 di antaranya sesuai diagram di bawah

Sebagai bagian dari operasi lead-form, saya membuat belokan kecil di ujung lead ground. Keduanya memudahkan untuk mengidentifikasi, dan juga membuatnya lebih mudah untuk dipasang ke cincin.

Langkah persiapan lain sebelum menyolder LED ke ring adalah menandai 24 ruang genap di ring tempat LED akan ditempatkan. Saya juga menemukan kebutuhan untuk menjepit cincin secara vertikal saat memasang LED. Saya akhirnya menggunakan alat di bawah ini untuk menahan cincin di tempatnya,

Setelah beberapa LED disolder ke ring, perlu untuk menghubungkan kabel masuk data ke kabel keluar data seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Perhatikan bahwa heat sink clip-on selalu digunakan untuk melindungi LED.

Setelah semua LED berada di ring, Anda harus memiliki satu kabel masuk data untuk ring secara keseluruhan, dengan kabel keluar data di seberangnya siap untuk pergi ke ring berikutnya di atasnya. Pada titik ini, kami siap untuk menghubungkan semua kabel +5 volt bersama-sama dengan sepotong kawat tembaga kaleng 22 gauge yang diluruskan. Luruskan seutas kawat sepanjang 26" dengan menjepit salah satu ujungnya di catok dan menarik ujung lainnya dengan tang. Kemudian pasang ke LED seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Ketika Anda memiliki cincin yang sudah jadi, Anda dapat mengujinya, menggunakan sketsa uji yang telah saya sertakan. Pengujian itu penting - jauh lebih mudah untuk memperbaiki LED yang buruk atau sambungan solder yang dingin sekarang daripada saat berada di tengah menara yang sudah selesai! Pengujian dilakukan dengan memasang pin open data-in ke pin6 UNO. Sketsa uji yang disertakan agak berbeda dari yang ada di video ini, tetapi akan menunjukkan kepada Anda apakah ring berfungsi dengan baik.

Sekarang Anda harus membuat 11 cincin lagi. Ini banyak pekerjaan, tetapi dengan sedikit latihan, Anda bisa mendapatkan tugas membuat satu dering menjadi beberapa jam.

Penting agar LED di setiap cincin sejajar dengan pasangannya di cincin lainnya. Jika LED ditempatkan dengan sempurna, ini bukan masalah, tetapi saya memiliki cukup variasi kecil dalam jarak sehingga saya merasa perlu untuk menggunakan satu cincin sebagai template untuk yang lain, selalu hati-hati menempatkan data terbuka memimpin (yang yang tidak terhubung ke kabel keluaran data) di tempat yang sama. (Jika Anda melihat lebih dekat ke menara saya, dua cincin pertama tidak sejajar satu sama lain dengan baik. Tapi setelah itu, saya menggunakan pendekatan template ini dengan hasil yang jauh lebih baik.)

Setelah Anda memiliki setidaknya empat cincin, Anda dapat memulai proses perakitan menara. Perakitan awal dari empat cincin bawah mungkin merupakan bagian konstruksi yang paling kritis. Kami tidak ingin membuat Menara Miring Pisa! Untuk menyatukan cincin, Anda memerlukan spacer setinggi 22mm untuk membuat jarak 1" di antara cincin. Saya menggunakan plastik hitam cetak 3D untuk spacer saya, tetapi dowelling 1/4" juga bisa digunakan. Untuk menahan spacer di tempatnya, saya menggunakan sedikit Blue Tack, perekat sementara.

Cincin-cincin tersebut disatukan untuk membentuk menara menggunakan enam batang akrilik sepanjang 12 inci. Penting untuk menempatkan semuanya tepat pada tempatnya sebelum menerapkan batang ini.. Setelah batang terpaku pada cincin, hampir tidak mungkin untuk membuat perubahan apa pun, jadi dapatkan semua yang Anda inginkan terlebih dahulu. Setelah Anda memiliki segalanya, Anda dapat memutar menara di sisinya dan merekatkan batang akrilik ke cincin. Foto di bawah ini menunjukkan empat cincin pertama dengan tiga batang pertama terpasang. Tiga lagi kemudian dilampirkan untuk total enam. Batang ditempatkan di antara LED dengan 4 LED di antara setiap batang.

Setelah semua batang terpasang ke cincin, spacer dapat dilepas dan digunakan kembali saat cincin tambahan ditambahkan. Ketika semua 12 ring sudah terpasang, kami siap menghubungkan ground, +5v, dan jalur data di antara ring. Ini dilakukan dengan menggunakan kawat tembaga kaleng 22 gauge. Rel daya dihubungkan dengan semua 12 cincin secara paralel.

Ada dua jalur data, masing-masing dengan 144 LED - satu untuk 6 ring teratas (yang akhirnya menuju ke pin 6) UNO dan satu untuk 6 ring bawah (yang akhirnya menuju ke pin 7 UNO). Setiap baris data dimulai dengan ring paling bawah dan berlanjut ke ring paling atas. Awalnya saya berencana hanya memiliki satu jalur data, tetapi pada dering 8, saya mulai melihat beberapa kilatan cahaya aneh yang tidak diinginkan. Awalnya saya pikir itu mungkin rel listrik, tetapi menambahkan beberapa kapasitor melintasi rel tidak membantu, jadi saya terpaksa membagi menara menjadi dua jalur data. Itu memecahkan masalah.

Jadi di atas adalah gambar menara yang sudah jadi. Arduino UNO dipasang di bagian bawah. Saya benar-benar menggunakan 4 batang akrilik saya yang tersisa untuk menangguhkan UNO, menggunakan lem panas untuk merekatkan semuanya. Pendekatan alternatif mungkin memasang menara di pangkalan dengan UNO di dalamnya. Ada 4 koneksi ke rel UNO, Ground dan +5v yang terhubung ke semua 12 ring, dan dua jalur data ke pin 6 dan 7.

Perangkat Lunak

LED yang dapat diprogram seperti APA106 mudah digunakan karena tersedia beberapa perpustakaan yang menangani pengaturan waktu pulsa data yang digunakan untuk mengontrolnya. Untuk proyek sebelumnya yang telah saya lakukan dengan LED APA106 (kubus RGB 5x5x5 ke-2 saya dan proyek seni segitiga), saya menggunakan perpustakaan perangkat lunak NeoPixel Adafruit yang populer. Namun untuk menara ini, saya memilih perpustakaan FastLED. Ini memiliki banyak fitur hebat ditambah beberapa fungsi matematika cepat yang saya pikir akan berguna. Itu juga memungkinkan saya untuk dengan mudah mengganti palet pelangi 43 langkah saya yang agak kasar dengan palet 256 langkah. Ini memiliki ratusan fungsi, palet yang telah ditentukan, dan hal-hal lain yang belum saya gunakan untuk proyek ini, tetapi menjadikannya pilihan yang bagus untuk proyek ini dan proyek yang akan datang. Dan fitur FastLED lainnya yang menurut saya sangat berguna adalah kemampuannya untuk memudarkan dengan mudah.

Saya selalu suka memiliki fungsi yang memungkinkan saya menentukan LED dan warnanya dengan mudah. Dengan menara ini, itu harus dalam bentuk setColor(baris, kolom, warna), di mana baris adalah cincin mana dan kolom adalah posisi cincin itu. Rutinitas yang satu ini berkaitan dengan semua konversi dari jalur data mana LED menyala dan apa posisinya dalam rantai data.

Salah satu alat canggih di perpustakaan FastLED adalah kelas objeknya dari semua warna bernama web. Anda cukup menentukan warnanya sebagai CRGB::HotPink, di mana CRGB adalah kelasnya dan HotPink adalah anggota dari kelas itu. Tetapi anggota kelas sulit untuk terus mengetik dan mengganggu untuk meneruskan ke fungsi sebagai parameter, jadi saya menggunakan pernyataan #define untuk menyiapkan palet kecil warna bernama yang dapat saya rujuk hanya dengan nama mereka tanpa CRGB::.

Saya memiliki fungsi lain yang menetapkan warna LED tertentu sebagai rona palet pelangi dari 0 hingga 255. Di antara dua fungsi ini, saya dapat dengan mudah menentukan 10 warna bernama atau menghasilkan palet rona pelangi yang mulus untuk setiap LED di menara.

Fungsi dasar lain yang saya buat adalah rotate(ring, direction), yang memutar konten cincin apa pun di sekitar cincin itu. Setiap panggilan adalah satu langkah, tetapi rutinitas ini dapat digunakan untuk memutar konten seluruh menara, atau memutar bagian menara ke arah yang berlawanan, dll., menciptakan banyak efek menarik.

Satu hal lain yang mungkin saya sebutkan tentang perpustakaan FastLED adalah bahwa perpustakaan ini secara langsung mendukung LED APA106 yang saya gunakan. Sementara perpustakaan NeoPixel Adafruit juga bekerja dengan APA106, saya harus bereksperimen dengan pengaturan untuk memperbaikinya. Dengan FastLED, pengaturannya otomatis hanya dengan menentukan APA106 sebagai LED yang Anda gunakan.

Seperti yang saya katakan di awal, salah satu efek menarik yang dapat Anda buat dengan menara ini adalah persimpangan antara silinder dan bidang. Pada awalnya saya berpikir untuk mencoba menyelesaikan ini dengan cepat dengan matematika. Tetapi ada masalah tentang apakah UNO cukup cepat dan ternyata melakukannya di tabel cukup mudah, jadi saya mengambil pendekatan yang terakhir. Pada dasarnya tabel ini menerangi perpotongan sebuah bidang dengan menara pada 18 sudut yang berbeda, dan ketinggian tempat perpotongan itu terjadi dapat divariasikan. Anda akan melihat hasilnya di beberapa tempat berbeda dalam pertunjukan.

Saya menggunakan pendekatan tabel yang sama untuk membuat berbagai persimpangan silinder dengan bola. Itu berhasil, meskipun tidak seefektif persimpangan dengan pesawat. Ada satu efek dalam pertunjukan yang menggunakannya. Kedua tabel ini disimpan dalam memori program, agar tidak memakan RAM.

Ada tiga sketsa untuk UNO yang disertakan dalam paket perangkat lunak:

1) tes cepat untuk satu dering.

2) pratinjau acara selama 45 detik

3) pertunjukan berdurasi 8 menit dengan 16 efek atau animasi berbeda

Ketiganya ditampilkan di sini dalam video dalam penulisan ini (meskipun tes dering agak berbeda dari yang ada di video).

Satu hal terakhir pada perangkat lunak. Di akhir loop utama, di mana animasi yang berbeda dipanggil, saya telah menambahkan reset perangkat lunak. Ini biasanya tidak diperlukan, tetapi saya memiliki bug di suatu tempat di perangkat lunak saya. Tanpa reset, setelah menjalankan banyak melewati semua animasi, program hang. Kemungkinan saya memiliki sesuatu yang tidak keluar dari tumpukan di RAM ketika seharusnya. Bahkan mungkin menjadi masalah di perpustakaan FastLED. Tapi saya tidak pernah menemukannya, dan reset perangkat lunak menjamin kelancaran operasi, meskipun bukan solusi yang paling elegan.

Kode

• Kode Arduino untuk Seni Menara LED
• Perangkat Lunak untuk Seni Menara

Kode Arduino untuk Seni Menara LEDArduino

Unduhan ini adalah file zip tunggal dengan 3 sketsa:
1) tes cincin untuk menguji satu cincin dari pin 6
2) pertunjukan cepat - pratinjau 45 detik
3) pertunjukan yang berlangsung 8 menit sebelum diulang

Tanpa pratinjau (hanya unduh).

Perangkat Lunak untuk Seni MenaraArduino

Unduhan ini adalah file zip tunggal dengan 3 sketsa:
1) tes cincin untuk menguji satu cincin dari pin 6
2) pertunjukan cepat - pratinjau 45 detik
3) pertunjukan yang berlangsung 8 menit sebelum diulang

Tanpa pratinjau (hanya unduh).

Skema

Konversi Akselerasi Ke Sudut Dari Sensor MPU6050 I2C Sistem Pembersih Udara Sederhana dan Cerdas