Lampu Lilin Buatan Terkendali Arduino

Tentang proyek ini

Beberapa waktu yang lalu saya mulai mengerjakan sebuah proyek untuk menerangi ruangan atrium kami yang menjadi agak terlalu suram selama musim gugur dan musim dingin. Saya menginginkan sesuatu yang terlihat lebih alami daripada lampu LED yang keras, lebih disukai tampilan langsung dari lilin yang berkelap-kelip.

Bagi yang sudah tidak sabar (tidak mau scroll down sampai cari video), begini hasilnya:

...dan versi Natal:

Sekarang, kembali ke cerita:

Tapi menciptakan api buatan yang realistis bukanlah tugas yang mudah, jadi ide saya adalah menempatkan lampu sedemikian rupa sehingga Anda tidak melihat "api" secara langsung, tetapi hanya cahaya yang dihasilkannya, menari-nari di dinding.

Karena ruangan itu sebagian besar terbuat dari dinding kaca, pilihan yang jelas adalah membiarkan cahaya diproyeksikan pada balok putih yang menahan jendela. Saya memutuskan untuk menempatkan lampu di bagian bawah balok horizontal, memproyeksikan cahaya ke bawah pada balok vertikal.

Persiapan dan perencanaan

Karena saya ingin dapat mengontrol setiap "lilin" satu per satu, pilihan lampu LED menjadi mudah; itu jelas merupakan satu set modul LED berbasis WS2812, jadi saya memesan 100 LED individu.

Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, setiap LED memiliki enam sambungan – dan arah ditandai dengan panah di bagian belakang.

Dua koneksi ditandai 5V , dua adalah GND lalu ada Makan Malam (Data Masuk) dan Dout (Data keluar). Dua 5V terhubung dan begitu juga keduanya GND S. Jadi dalam prakteknya ada empat koneksi; 5V , GND , Makan malam dan Dout .

Setelah beberapa percobaan dengan jumlah LED yang berbeda per "lilin", saya menemukan sejumlah empat . Jumlah ini memungkinkan saya untuk membuat manipulasi cahaya yang cukup menarik pada setiap balok untuk membuat tampilan lilin yang realistis tanpa menuntut terlalu banyak LED.

Namun, jika saya harus melakukannya lagi, saya akan memesan satu set modul 2-kali-2-LED, untuk menyederhanakan perakitan.

Kontroler tidak perlu terlalu canggih, dan asumsi saya adalah Arduino Nano sudah cukup.

Penempatan Arduino tidak jelas. Akhirnya saya memilih untuk meletakkannya di atas balok horizontal itu sendiri, di belakang pilar tebal yang terlihat pada foto pertama di atas (paling kiri). Pilar ditempatkan di sudut ruangan tempat dua dinding kaca bertemu (di mana dinding "kanan" ditunjukkan di foto). Dengan cara ini saya dapat memasang LED pada dua senar paralel – satu untuk setiap dinding – untuk meminimalkan panjang fisik setiap senar. Sekarang total panjang setiap senar akan menjadi sekitar 4 meter (13 kaki) daripada memiliki satu dua kali lipat.

Adafruit NeoPixel berguide adalah bacaan yang sangat bagus di sini; jika Anda berencana untuk bermain dengan modul LED WS2812 Anda pasti harus membacanya! Misalnya, ini memberi tahu saya mengapa ada baiknya membatasi panjang fisik kabel.

Menyembunyikan kabel...

...tidak terlalu sulit dalam kasus saya karena LED ditempatkan di sisi bawah balok horizontal. Saya mencari-cari saluran kabel murah dan menemukannya di IKEA (tidak tahu apakah itu ironis atau jelas, berasal dari Swedia).

Modul LED itu sendiri hanya ditempatkan dengan selotip dua sisi yang kuat.

Membuat modul LED

Karena saya tidak ingin menyolder semuanya bersama-sama pada satu tali panjang penuh (saya membayangkan kemacetan kabel yang akan saya temui saat mencoba memasang benda itu di sisi bawah balok) saya memutuskan untuk membuat modul LED dengan konektor untuk kabel.

Modul LED harus ditempatkan tepat di sebelah balok vertikal untuk mendapatkan cahaya sebanyak mungkin yang dipantulkan ke atasnya. Saya juga ingin kabelnya mendekati balok – dan saya harus menghormati arah LED. Hal ini menyebabkan (tidak ada permainan kata-kata yang dimaksudkan) saya untuk memiliki dua versi dari modul; satu pengaturan ditempatkan pada string menuju ke kanan dari Arduino dan satu ke kiri .

Kedua versi modul memerlukan dua tata letak penyolderan yang unik, di mana perbedaan utamanya adalah menjaga aliran data dari LED yang benar ke LED berikutnya.

Karena LED cukup kecil, berdiameter sekitar 9 milimeter (3/8"), tidak mudah untuk menyoldernya; dan karena kurangnya pengalaman menyolder, hasilnya tidak begitu bagus dan cantik. Tapi berhasil.

Solder

Sebelum menyolder, saya memotong modul LED 2-kali-2 dari bagian asli 2-kali-5. Kemudian saya mengecat salah satu ujungnya dengan warna merah dan ujung lainnya hitam untuk menandai sisi yang dekat dengan 5V dan GND (untuk mencegah kesalahan bodoh).

Langkah 1 Latihan penyolderan pertama adalah meletakkan 'tetesan' solder di pulau logam kecil di setiap LED.

Langkah selanjutnya adalah menghubungkan koneksi sederhana yang lurus dan dekat.

Kemudian kabel berikut diperlukan untuk menjaga insulasinya, karena mereka saling tumpang tindih.

Secara keseluruhan ada lima balok di setiap arah – ditambah balok sudut – memberikan total sebelas balok. Karena setiap modul LED memiliki empat LED, jumlah masing-masing LED adalah 44.

Setelah beberapa modul saya memahaminya, dan pada akhirnya saya dapat menyolder satu modul lengkap dalam waktu sekitar 30 menit.

"trik kabel pendek"

Banyak dari kabel kecil membutuhkan insulasi, tetapi sulit untuk memotong insulasi yang cukup pada setiap ujungnya untuk mengekspos inti bagian dalam ketika panjang total kabel kurang dari satu sentimeter.

Kemudian saya menemukan trik (jelas) ini:

1. Solder salah satu ujung kabel, lalu tekuk dan potong sesuai panjang yang diinginkan. (Dalam contoh ini ujung yang tidak disolder harus dihubungkan ke Dout dari LED kanan bawah pada gambar di bawah.)

2. Geser sedikit insulasi.

3. Potong panjang yang diinginkan dari isolasi yang dibebaskan.

4. Geser insulasi ke belakang, memperlihatkan inti di ujung bebas. Tadaa!

Dengan cara ini panjang yang tepat dari inti kabel yang terbuka dapat dibuat, dan hasilnya cukup bagus:

Menyelesaikan modul LED

Pada akhirnya, modul LED harus dipasang menghadap ke bawah pada balok, sehingga sisi belakang yang disolder dan diisi kabel harus disiapkan untuk menahan selotip.

Saya datang untuk menggunakan beberapa plastik datar acak yang saya potong menjadi kotak. Ini hanya dipasang ke modul LED dengan lem panas.

Ini semua modul lengkapnya! Hore!

(Pada titik ini sangat penting untuk memiliki beberapa tanda pada mereka, untuk memisahkan yang ke kiri dari yang ke kanan!)

Modul lengkapnya mudah dipasang menggunakan selotip yang kuat di bagian belakangnya yang sekarang rata.

Membuat kabel

Untungnya saya memiliki gulungan kabel ekstensi telepon tua tergeletak di sekitar. Kabel ini memiliki empat kabel terpisah yang lebih dari cukup, karena saya membutuhkan tiga kabel (5V, GND dan data).

Memasang soket perempuan tanpa alat crimping khusus tidak semudah itu, tetapi benar-benar bisa dilakukan.

Saluran kabel mudah dipasang; potong saja menjadi panjang yang sesuai dan gunakan selotip yang sudah terpasang sebelumnya untuk menempelkannya ke balok horizontal.

Seperti inilah tampilan modul terpasang yang telah selesai:

Aktivasi dan penonaktifan otomatis

Karena saya tidak ingin menyalakan lampu secara manual saat hari sudah gelap dan mematikannya setelah itu, saya memasang resistor foto.

Saya tidak ingin menyalakan/mematikan yang sederhana, tetapi mengubah intensitas cahaya secara bertahap selama waktu senja. Untuk alasan ini saya perlu mengetahui nilai analog resistor foto saya pada titik di malam hari ketika saya memutuskan bahwa "siang hari" berubah menjadi "twilight" dan titik ketika "twilight" berubah menjadi "gelap".

Pada grafik di bawah kurva merah mewakili pembacaan analog dari resistor foto saat bergeser selama sehari (bukan pembacaan aktual di bawah ini, hanya gambar tangan bebas saya). Dua garis horizontal samar menandai dua tingkat; bagian atas adalah batas di mana "siang hari" berubah menjadi "twilight" dan bagian bawah di mana "twilight" berubah menjadi "kegelapan". Jadi, ketika kurva merah berada di atas garis horizontal atas, saya menganggapnya sebagai HARI, dan ketika berada di bawah garis horizontal itu adalah MALAM.

Garis lurus hijau adalah pengukuran siang hari yang "dibersihkan", yaitu minimum (0,0) pada malam hari dan maksimum (1,0) pada siang hari, dan kemiringan linier saat senja.

Untuk mengetahui pembacaan analog yang sebenarnya, saya menghubungkan empat resistor foto ke Arduino bersama dengan layar LCD untuk menunjukkan nilai arus, minimum dan maksimum dari empat resistor. Saya menggunakan empat karena saya tidak tahu apakah saya memiliki yang buruk, jadi jika kebanyakan dari mereka memiliki bacaan yang kira-kira sama, saya tahu mereka akan berhasil. Jelas saya menempatkan perangkat di tempat yang sama di mana saya bermaksud agar Arduino mengemudikan LED pada akhirnya. Begini tampilannya:

Karena LCD sangat terbatas, saya menunjukkan pembacaan satu resistor foto pada saat itu selama sekitar lima detik. Kemudian pada siang hari saya pergi dari waktu ke waktu dan menuliskan angka-angka di selembar kertas. (Jelas saya bisa tetap menghubungkannya ke laptop saya dan meminta nomornya dikirim melalui koneksi serial, tetapi saya membutuhkan laptop saya di siang hari dan tidak ingin duduk di atrium sepanjang hari).

Pada akhirnya saya memutuskan bahwa gelap di bawah "630" dan terang di atas "800". Tetapi angka-angka itu jelas hanya cocok dengan resistor foto saya bersama dengan resistor 10 kΩ yang saya gunakan secara seri, jadi itu bukan kebenaran mutlak.

Kode Sumber Arduino

Saya ingin dapat memiliki berbagai jenis efek pencahayaan, tidak hanya lampu lilin. Untuk alasan ini saya membuat kode sumber modular, mencoba mengisolasi mekanisme yang berbeda dalam file yang berbeda untuk gambaran umum yang lebih mudah.

.ino utama -file disimpan sangat kecil. Saya pada dasarnya baru saja memulai semuanya dan memanggil Update() pada beberapa kelas pembantu (yang pada gilirannya berhasil).

Saat ini kode sumber memiliki dukungan untuk dua efek yang berbeda; efek cahaya lilin dan efek "Natal". Saat ini pilihan efek adalah hard-coded yang berarti saya perlu mengkompilasi ulang kode jika saya ingin beralih. Pada akhirnya ini harus dikontrol menggunakan remote control -- atau, lebih baik lagi, ponsel pintar. Kita lihat saja.

Skema

2drkW5vm9e7vAdGPxOsm.fzz