Lampu Lilin LED Dikendalikan Arduino: Proyek Pencahayaan Pintar DIY

Komponen dan Perlengkapan

SparkFun LED - SMD RGB (WS2812)	44
Arduino Nano R3	1
Photo resistor	1
Saluran kabel IKEA "MONTERA"	2
Header Jantan 40 Posisi 1 Baris (0.1")	7
Konektor Wire-To-Board M20-1060300, Seri M20-1, Crimp, Receptacle, 3, 2.54 mm	25
Kontak M20-1180046, Seri M20, Soket, Crimp, 22 AWG, Kontak Pelat Timah, Perumahan Soket Perempuan Seri M20	1

Alat dan Mesin yang Diperlukan

Paku solder (generik)

Tentang Proyek Ini

Beberapa waktu lalu saya mulai mengerjakan proyek untuk menyalin ruang atrium kami yang sedikit terlalu gelap pada musim gugur dan dingin. Saya ingin sesuatu yang lebih alami daripada lampu LED keras, dengan tampilan lilin berkedip yang asli.

Untuk orang yang tidak sabar (yang tidak ingin menggulir hingga bawah untuk menemukan video), ini adalah hasilnya:

...dan versi Natal:

Sekarang, kembali ke cerita:

Namun, menciptakan nyala api buatan yang realistis bukan tugas mudah, jadi ide saya adalah untuk menempatkan lampu dengan cara di mana Anda tidak melihat “nyala api” secara langsung, melainkan hanya cahaya yang dihasilkannya, menari di dinding.

Karena ruangannya sebagian besar terbuat dari dinding kaca, pilihan yang jelas adalah membiarkan cahaya dilemparkan pada balok putih yang memegang 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” secara terpisah, pilihan lampu LED mudah; ini seharusnya显然 merupakan serangkaian modul LED berbasis WS2812, jadi saya memesan 100 LED individual.

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

Dua dari koneksi ditandai 5V, dua adalah GND dan lalu ada Din (Data In) dan Dout (Data out). Kedua 5V terhubung dan begitu pula kedua GND. Jadi dalam praktiknya ada empat koneksi; 5V, GND, Din dan Dout.

Setelah beberapa eksperimen dengan jumlah LED berbeda per “lilin” saya sampai pada jumlah empat. Jumlah ini memungkinkan saya untuk membuat cukup manipulasi cahaya yang menarik pada setiap balok untuk menciptakan tampilan lilin yang realistis tanpa memerlukan terlalu banyak LED.

Namun, jika saya harus melakukannya lagi, saya akan memesan serangkaian modul LED 2-by-2, untuk menyederhanakan perakitan.

Pengontrol tidak perlu sangat canggih, dan asumsi saya adalah bahwa Arduino Nano akan cukup.

Tempat penempatan Arduino tidak jelas. Akhirnya saya memilih untuk menempatkannya pada balok horizontal itu sendiri, di balik pilar tebal yang terlihat pada foto pertama di atas (sangat kiri). Pilar itu ditempatkan di sudut ruang tempat dua dinding kaca bertemu (dari mana dinding “kanan” ditampilkan pada foto). Dengan cara ini saya dapat memiliki LED pada dua string paralel – satu untuk setiap dinding – untuk meminimalkan panjang fisik setiap string. Sekarang panjang total setiap string akan sekitar 4 meter (13 kaki) daripada memiliki satu yang dua kali panjang itu.

Adafruit NeoPixel Überguide adalah bacaan yang sangat bagus di sini; jika Anda berencana bermain dengan modul LED WS2812 Anda sebaiknya baca sampai selesai! Misalnya, itu memberi tahu saya mengapa baik untuk membatasi panjang fisik kabel.

Menyembunyikan Kabel...

...tidak sulit dalam kasus saya karena LED akan ditempatkan di bagian bawah balok horizontal. Saya mencari di sekitar untuk saluran kabel murah dan menemukan satu di IKEA (tidak dapat mengatakan apakah itu ironis atau jelas, karena berasal dari Swedia).

Modul LED itu sendiri cukup ditempatkan dengan lem double-sided yang kuat.

Membuat Modul LED

Karena saya tidak ingin solder seluruhnya pada satu string panjang penuh (saya membayangkan kemacetan kabel yang akan saya hadapi saat mencoba memasangnya di bagian bawah balok) saya memutuskan untuk membangun modul LED dengan konektor untuk kabel.

Modul LED akan ditempatkan tepat di samping balok vertikal untuk mendapatkan sebanyak mungkin cahaya yang dapat dipantulkan padanya. Saya juga ingin kabel berjalan dekat dengan balok – dan saya perlu menghormati arah LED. Ini membawanya untuk memiliki dua versi dari modul; satu setup ditempatkan pada string yang berjalan ke kanan dari Arduino dan satu yang berjalan kiri.

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

Karena LED cukup kecil, sekitar 9 milimeter diameter (3/8"), tidak mudah untuk solder mereka; dan karena kurangnya pengalaman solder saya hasilnya tidak bagus dan indah. Namun itu berhasil.

Soldering

Sebelum soldering, saya memotong modul LED 2-by-2 dari bagian asli 2-by-5. Lalu saya melakukan cat satu ujung merah dan ujung lainnya hitam untuk menandai sisi yang dekat dengan 5V dan GND (untuk mencegah kesalahan bodoh).

Langkah 1 Latihan solder pertama adalah menempatkan 'titik' solder pada pulau logam kecil pada setiap LED.

Langkah berikutnya adalah menghubungkan koneksi sederhana, dekat-bersama.

Lalu kabel berikutnya perlu menjaga isolasinya, karena mereka berjalan satu sama lain.

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

Setelah beberapa modul saya mendapatkan cara melakukannya, dan pada akhirnya saya bisa solder modul lengkap dalam waktu sekitar 30 menit.

“Trik Kabel Pendek”

Banyak kabel kecil perlu isolasi mereka, tetapi sulit untuk memotong cukup isolasi pada setiap ujung untuk mengungkap inti dalamnya ketika panjang total kabel kurang dari satu sentimeter.

Lalu saya menemukan trik (yang jelas) ini:

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

2. Geser isolasi sedikit ke bawah.

3. Potong panjang yang diinginkan dari isolasi yang dilepaskan.

4. Geser isolasi kembali, mengungkap inti pada ujung bebas. Tadaa!

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

Menyelesaikan Modul LED

Pada akhirnya modul LED harus dipasang terbalik pada balok, jadi sisi belakang yang berisi kabel solder harus disiapkan untuk menahan lem karet.

Saya menggunakan beberapa plastik datar acak yang saya cukup potong menjadi persegi. Ini cukup dipasang pada modul LED dengan lem panas.

Ini adalah semua modul lengkap! Hooray!

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

Modul lengkap dengan mudah dipasang menggunakan lem karet kuat pada sisi belakang yang sekarang datar mereka.

Membuat Kabel

Untungnya saya memiliki gulungan kabel ekstensi telepon lama yang ada 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 mudah, tetapi sepenuhnya dapat dilakukan.

Saluran kabel dengan mudah dipasang; cukup potong ke panjang yang sesuai dan gunakan lem karet yang telah dipasang sebelumnya untuk menempelkannya pada balok horizontal.

Ini adalah tampilan modul yang telah dipasang selesai:

Aktivasi dan Nonaktivasi Otomatis

Karena saya tidak ingin menyala lampu secara manual ketika menjadi gelap dan mematikannya kemudian, saya memasang photo resistor.

Saya tidak ingin on/off sederhana, melainkan perubahan kecepatan cahaya secara bertahap selama waktu senja. Untuk alasan ini saya perlu mengetahui nilai analog dari photo resistor saya pada titik di sore hari ketika saya memutuskan bahwa “siang hari” berubah menjadi “senja” dan titik ketika “senja” berubah menjadi “gelap.”

Pada grafik di bawah kurva merah mewakili pembacaan analog dari photo resistor saat berubah selama hari (bukan pembacaan aktual di bawah, hanya gambar tangan bebas saya). Dua garis horizontal samar menandai dua level; yang atas adalah batas tempat “siang hari” berubah menjadi “senja” dan yang bawah di mana “senja” berubah menjadi “gelap”. Jadi, ketika kurva merah di atas garis horizontal atas saya menganggap itu siang hari, dan ketika di bawah garis bawahnya itu malam.

Garis lurus hijau adalah pengukuran siang hari yang “dibersihkan”, yaitu minimum (0.0) selama malam dan maksimum (1.0) selama siang hari, dan kemiringan linier selama senja.

Untuk mengetahui pembacaan analog aktual saya menghubungkan empat photo resistor ke Arduino bersama dengan layar LCD untuk menunjukkan nilai saat ini, minimum dan maksimum dari empat resistor. Saya menggunakan empat karena saya tidak tahu apakah saya memiliki yang rusak, jadi jika sebagian besar memiliki pembacaan yang sama saya tahu mereka akan bekerja. Tentu saja saya menempatkan perangkat di tempat yang sama di mana saya bermaksud menempatkan Arduino yang akan mengemudikan LED di akhirnya. Ini adalah tampilannya:

Karena LCD cukup terbatas saya menampilkan pembacaan satu photo resistor pada satu waktu selama sekitar lima detik. Lalu selama siang hari saya datang dari waktu ke waktu dan mencatat angkanya di selembar kertas. (Tentu saja saya bisa saja menjaga terhubung ke laptop saya dan biarkan angkanya dikirim melalui koneksi serial, tapi saya memerlukan laptop saya selama siang hari dan tidak ingin duduk di atrium sepanjang hari).

Pada akhirnya saya memutuskan bahwa gelap di bawah “630” dan terang di atas “800”. Namun angka-angka ini jelas hanya cocok untuk photo resistor saya bersama dengan resistor 10 kΩ yang saya gunakan secara seri, jadi ini bukan kebenaran mutlak.

Kode Sumber Arduino

Saya ingin dapat memiliki berbagai jenis efek pencahayaan, bukan hanya lampu lilin. Untuk alasan ini saya membangun kode sumber modular, mencoba untuk memisahkan mekanisme yang berbeda ke dalam file berbeda untuk gambaran yang lebih mudah.

File .ino utama sangat kecil. Saya dasarnya hanya memulai keseluruhan dan memanggil Update() pada beberapa kelas pembantu (yang pada gilirannya melakukan trik).

Saat ini kode sumber mendukung dua efek berbeda; efek lampu lilin dan efek “Natal”. Saat ini pilihan efek di-hard-code yang berarti saya perlu mengkompilasi ulang kode jika ingin melakukan pergantian. Pada akhirnya ini harus dikendalikan menggunakan remote control – atau, lebih baik lagi, ponsel pintar. Kita akan lihat.

Kode

AtriumLighting

Semua kode sumber untuk Arduinohttps://github.com/emmellsoft/AtriumLighting

Skematis

2drkW5vm9e7vAdGPxOsm.fzz