Lámpara LED interactiva - Estructura de tensegridad + Arduino: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Esta pieza es una lámpara que responde al movimiento. Diseñada como una escultura de mínima tensegridad, la lámpara cambia su configuración de colores en respuesta a la orientación y movimientos de toda la estructura, es decir, dependiendo de su orientación, la lámpara cambia a un determinado color, brillo y modo de luz.

Cuando el icosaedro gira (sobre su propio eje), selecciona un valor de un selector de color esférico virtual. Este selector de color no es visible, pero los ajustes de color se realizan en tiempo real. Por lo tanto, puede averiguar dónde se coloca cada color en el espacio, mientras juega con la pieza.

La forma icosaédrica proporciona 20 planos de cara y la estructura de tensegridad le da 6 puntos de vista adicionales. Esto proporciona un total de 26 colores posibles cuando la lámpara descansa sobre una superficie plana. Este número aumenta cuando enciende la lámpara en el aire.

El sistema está controlado por un Pro Trinket conectado a un acelerómetro de tres ejes. La luz es proporcionada por tiras de LED RGBW, que pueden controlar el color y el valor de brillo del blanco individualmente. Todo el circuito, incluido el microprocesador, los sensores y el sistema de iluminación, funciona a 5v. Para encender el sistema, se necesita una fuente de hasta 10A.

Una lista de los principales elementos utilizados en la lámpara son los siguientes:

- Baratija Adafruit Pro - 5V

- Acelerómetro de triple eje Adafruit LIS3DH

- Tira de LED RGBW digital Adafruit NeoPixel - PCB blanco 60 LED / m

- Fuente de alimentación conmutada 5V 10A

Esta lámpara sensible al movimiento es la primera versión o prototipo de un proyecto personal más extenso. Este prototipo se fabricó con materiales reciclados. A lo largo de los procesos de diseño y construcción, aprendí de los aciertos y los errores. Con esto en mente, ahora estoy trabajando en la próxima versión que tendrá una estructura más inteligente y un software robusto.

Quiero agradecer a la comunidad de LACUNA LAB por su ayuda, ideas y sugerencias a lo largo del desarrollo del proyecto.

puedes seguir mi trabajo en: action-io / tumblraction-script / github

Paso 1: la idea

Este proyecto fue el resultado de varias ideas con las que había jugado en mi cabeza durante algún tiempo.

Desde que comencé, el concepto ha cambiado, el proyecto inicial evolucionó y tomó forma.

El enfoque inicial fue el interés por las formas geométricas como medio de interacción. Por su diseño, las múltiples caras poligonales de esta lámpara sirven como método de entrada.

La primera idea fue utilizar un sistema dinámico para forzar el movimiento del icosaedro. Esto podría haber sido controlado por una aplicación interactiva o usuarios de redes sociales.

Otra posibilidad habría sido tener una canica o bola interna presionando diferentes botones o sensores y así generar entradas aleatorias a medida que se movía la pieza.

La estructura de tensegridad ocurrió más tarde.

Este método de construcción me fascinó: la forma en que las partes de la estructura se mantienen equilibradas. Es muy agradable a la vista. Toda la estructura está autoequilibrada; las piezas no se tocan directamente entre sí. Es la suma de todas las tensiones lo que crea la pieza; ¡es fantástico!

Como ha cambiado el diseño inicial; el proyecto avanza.

Paso 2: la estructura

Como mencioné antes, este primer modelo se hizo con materiales reciclados que estaban destinados a ser desechados.

Las tablas de madera que tomé de una cama de listones que encontré en la calle. Los adornos dorados formaban parte del brazo de una lámpara vieja y los tapones de las gomas son pinzas de oficina.

De todos modos, la construcción de la estructura es bastante sencilla y los pasos son los mismos que en cualquier tensegriry.

Lo que hice con los tableros fue juntarlos, en grupos de dos. Haciendo un "sándwich" con los espaciadores dorados, dejando un espacio por donde brillarían las luces.

Las dimensiones del proyecto son completamente variables y dependerán del tamaño de la estructura que se desee realizar. Las barras de madera de las imágenes de este proyecto miden 38 cm de largo y 38 mm de ancho. La separación entre las tablas es de 13 mm.

Las tablas de madera se cortaron de manera idéntica, se lijaron (para quitar la capa de pintura vieja) y luego se perforaron en ambos extremos.

A continuación, manché las tablas con barniz rústico oscuro. Para unir las piezas utilicé varilla roscada de 5mm, cortada en tramos de 5cm y 5mm con un nudo a cada lado.

Los tensores son bandas de goma rojas. Para sujetar la goma a las barras, hice un pequeño orificio por el que pasé la banda y luego la atrapé con un tapón. Esto evita que las tablas se muevan libremente y la estructura a desmontar se mueva.

Paso 3: Electrónica y luces

La configuración de los componentes electrónicos ha sido diseñada para mantener la misma tensión, tanto lógica como de alimentación en todo el sistema utilizando 5v.

El sistema está controlado por un Pro Trinket conectado a un acelerómetro de tres ejes. La luz es proporcionada por tiras de LED RGBW, que pueden controlar los colores y los valores de brillo del blanco individualmente. Todo el circuito, incluido el microprocesador, los sensores y el sistema de iluminación, funciona a 5v. Para encender el sistema, se necesita una fuente de hasta 10A.

El Pro Trinket 5V usa el chip Atmega328P, que es el mismo chip central del Arduino UNO. También tiene casi los mismos pines. Por eso es realmente útil cuando quieres llevar tu proyecto UNO a espacios miniaturizados.

LIS3DH es un sensor versátil, se puede reconfigurar para leer en + -2g / 4g / 8g / 16g y también trae Tap, Double-tap, orientación y detección de caída libre.

La tira de LED NeoPixel RGBW puede administrar el color del tono y la intensidad del blanco por separado. Con un LED blanco dedicado, no es necesario "saturar todos los colores para tener una luz blanca, también hace que el blanco sea más puro y brillante y además ahorra energía".

Para el cableado y para conectar los componentes entre sí, decidí pasar el cable y crear enchufes con pines macho y hembra utilizando engarces y carcasas de conectores.

Conecté la baratija al acelerómetro y lancé el SPI con la configuración predeterminada. Esto significa conectar Vin a la fuente de alimentación de 5V. Conecte GND a la tierra de datos / alimentación común. Conecte el pin SCL (SCK) al Digital # 13. Conecte el pin SDO a Digital # 12. Conecte el pin SDA (SDI) al Digital # 11. Conecte el pin CS Digital # 10.

La tira de led está controlada por un solo pin, que va al # 6 y la tierra y 5v van directamente al adaptador de la fuente de alimentación.

Toda la documentación que pueda necesitar la encontrará, más detallada y mejor explicada en la página de adafruit.

La fuente de alimentación está conectada a un adaptador DC hembra que alimenta simultáneamente el microcontrolador y la tira de LED. También tiene un condensador para proteger el circuito de la corriente inestable en el momento de "encendido".

La lámpara tiene 6 barras de luz, pero las tiras de LED vienen en una sola banda larga. La banda de LED se cortó en secciones de 30cm (18 LEDS) y luego se soldó con 3 pines macho y hembra para conectar al resto del circuito de forma modular.

Para este proyecto, estoy usando una fuente de alimentación de 5v - 10A. Pero dependiendo de la cantidad de leds que necesite, deberá calcular la corriente necesaria para alimentar el sistema.

A lo largo de la documentación de la pieza, se puede ver que el LED tiene dibujados 80mA por LED. Estoy usando 108 LED en total.

Paso 4: el código

El esquema funciona es bastante simple. Un acelerómetro proporciona información de movimiento en los ejes x, y, z. Según la orientación, se actualizan los valores RGB de los LED.

El trabajo se divide en las siguientes fases.

• Haz una lectura del sensor. Simplemente usa la API.
• Por trigonometría, resuelva los valores de "balanceo y cabeceo". Puede encontrar mucha más información en este documento de Mark Pedley.
• Obtener el color correspondiente, relacionado con los valores de rotación. Para ello pasamos al valor 0-360 RGB utilizando una función de conversión HSL - RGB. El valor del tono se utiliza en varias escalas para regular la intensidad de la luz blanca y la saturación del color. Los hemisferios opuestos de la esfera del selector de color son completamente blancos.
• Actualice el búfer de luces que almacena información de colores LED individuales. Dependiendo de esta información, el controlador del búfer creará una animación o responderá con colores complementarios.
• Finalmente, muestre los colores y actualice los LED.

Inicialmente, la idea era crear una esfera de color donde pudieras elegir cualquier color. Colocando la rueda de colores en el meridiano y hacia el polo los tonos claros y oscuros.

Pero rápidamente se descartó la idea, debido a que los leds crean diferentes tonos, apagan y encienden rápidamente cada led rgb, cuando se les dan valores bajos para representar colores oscuros, los leds dan un rendimiento muy pobre y se puede ver como empiezan a parpadear. Esto hace que el hemisferio oscuro de la esfera de color no pueda funcionar correctamente.

Luego se me ocurre la idea de asignar colores complementarios al tono seleccionado actualmente.

Entonces, un hemisferio está eligiendo un valor de color monocromático de una rueda de 50% de iluminación 90 ~ 100% de saturación. Mientras tanto, el otro lado, elige un degradado de color de la misma posición de color, pero agrega, en el otro lado del degradado, su color complementario.

La lectura de datos del sensor es sin procesar. Se puede aplicar un filtro para suavizar el ruido y las vibraciones de la propia lámpara. Por el momento, me parece interesante porque parece más analógico, reacciona a cualquier toque y tarda un segundo en estabilizarse por completo.

Todavía estoy trabajando en el código y agregando nuevas funciones y optimizando las animaciones.

Puede consultar las últimas versiones del código en mi cuenta de github.

Paso 5: Conclusión

El ensamblaje final es bastante simple: pegue la cubierta de silicona de las tiras de LED con adhesivo epoxi de dos componentes en las barras y conecte las 6 partes en serie una detrás de la otra.

Fije un punto donde desee anclar los componentes y atornille el acelerómetro y la baratija profesional a la madera. Usé espaciadores de plástico para proteger la parte inferior de los pasadores. El adaptador de la fuente de alimentación se fija correctamente entre el espacio de las barras con más adhesivo epoxi epoxi. Fue diseñado para encajar y evita que se mueva cuando la lámpara está girando.

Observaciones y mejoras

A lo largo del desarrollo del proyecto han surgido nuevas ideas sobre formas de resolver problemas. También me di cuenta de algunos defectos de diseño o piezas que se pueden mejorar.

El siguiente paso que me gustaría dar es una mejora en la calidad del producto y el acabado; principalmente en la estructura. Vengo con grandes ideas sobre mejores estructuras, incluso más simples, incorporando tensores como parte del diseño y ocultando los componentes. Esta estructura requerirá herramientas más potentes como impresoras 3D y cortadoras láser.

Todavía tengo pendiente la forma de ocultar el cableado a lo largo de la estructura. Y trabajar en un consumo energético más eficiente; para reducir el gasto cuando la lámpara funciona durante mucho tiempo y no cambia la iluminación.

Gracias por leer el artículo y tu interés en mi trabajo. Espero que hayas aprendido de este proyecto tanto como yo.