Installazione a soffitto a stella in fibra ottica reattiva musicale: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

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Per anni è stato il progetto dei miei sogni e finalmente è finito. Ci è voluto un po' di tempo per completarlo, ma il risultato finale è stato così soddisfacente che sono sicuro che ne è valsa la pena.

Qualcosa sul progetto. Sono andato completamente fai-da-te con questo, che mi ha permesso di avere piena libertà creativa. Il risultato - costellazioni del cielo settentrionale in scala, controllo individuale degli ammassi stellari con telecomando IR (luminosità e colore), reattività alla musica, illuminazione della baia completamente controllabile e, soprattutto, possibilità di aggiornare praticamente qualsiasi cosa in questo progetto. Per realizzare il tutto ho scelto Arduino come piattaforma per il progetto poiché ho una certa conoscenza della programmazione. Per la reattività musicale, il chip MSQ7EQ ha funzionato, ci sono molte risorse online per questo. Per la comunicazione, NRF24L01 è molto usato e avevo alcuni pezzi di ricambio, quindi li ho usati. Per controllare un gran numero di LED, il servo controller PCA9685 funziona alla grande. Se preferisci una versione più economica e più semplice di questo progetto puoi cercare i kit di soffitti a stella su Amazon, ma se decidi di fare il fai-da-te completo con questo progetto, proprio come me, allora sono richieste queste abilità: · Alcune conoscenze nella programmazione di Arduino; · Capacità di progettazione di circuiti e saldatura; · Come lavorare con AC.

Molti di voi hanno chiesto il prezzo del progetto, è difficile per me dare un numero dato che avevo molti materiali per farlo e dipende molto da quanto decidi di farlo da solo, dalle dimensioni del progetto, ecc., ma immagino che a seconda di questi fattori potrebbe arrivare a un paio di centinaia o fino a 1000 $. Mentre lavoravo ogni due fine settimana, mi ci è voluto un anno per finire questo progetto.

Passaggio 1: pianificazione

Innanzitutto, dovrebbe essere presa una decisione se si desidera realizzare da sé la parte elettronica o acquistare un kit. Per realizzare i circuiti è necessaria una certa conoscenza di Arduino e dell'elettronica di base, inoltre c'è una maggiore possibilità che qualcosa vada storto. Puoi trovare molte opzioni di kit in Amazon cercando "Fiber Optic Star Ceiling Kit" o in qualsiasi altro luogo, ci sono molte opzioni. Ma se qualcuno vuole la piena libertà creativa e il controllo del progetto, allora il fai-da-te completo è la strada da percorrere.

Ora che la decisione è stata presa sull'elettronica, dovresti pensare alla struttura del soffitto, alle dimensioni della mappa stellare e al numero di stelle. Sono andato con il tipico soffitto in gesso sospeso per i motivi menzionati prima. Dal momento che nel mio caso è stato difficile installare la fibra ottica (soffitto basso) ho deciso di utilizzare un numero di stelle relativamente basso ~1200, ma il risultato finale è comunque sorprendente, nessun rimpianto qui.

Ora sulla scelta del motivo a stella. Vivo nell'emisfero settentrionale, quindi ho scelto parte del cielo che è effettivamente visibile qui. Ci sono molte app per ottenere l'immagine delle costellazioni, ho usato Celestia come nella famosa "Star-Map" istruibile. Ovviamente il modello non deve essere realistico e in scala, sentiti libero di avere piena libertà creativa qui, puoi trovare molte idee sorprendenti online per i modelli.

Le stelle contrassegnate con cerchi di colore diverso servono a differenziare ammassi di stelle con luminosità in qualche modo simile. Non ho fatto molto sforzo in questa parte, quindi non è molto preciso..

Passaggio 2: materiali

Ora che tutto è pianificato, i materiali possono essere ordinati.

In questa parte non elencherò i materiali necessari per il soffitto stesso, poiché dipende dal sistema utilizzato e da altri fattori. Ho usato il sistema a soffitto di Knauf. Lo stesso vale per gli strumenti, perché la maggior parte degli strumenti necessari per installare il soffitto. Per l'installazione di stelle ed elettronica, non è necessario molto, vedere l'elenco di seguito. Molte delle parti le ho acquistate nei negozi di elettronica locali e le ho trovate su AliExpress, dato che lì costano molto meno e la qualità va bene nella maggior parte dei casi.

Parti per stelle ed elettronica:

· L'alimentazione per le strisce LED dipende dalla lunghezza, ci sono alcune ottime risorse online specifiche per la scelta dell'alimentatore per strisce LED. Nel mio caso avevo un alimentatore switching da 12V / 30A / 350W per forse 15 metri di striscia. Le strisce erano 14,4W/m, quindi avevo molta riserva.· Alimentatore per diodi LED da 3W. Anche in questo caso, dipende da quanti LED vengono utilizzati, ma nel mio caso l'alimentazione era di 5 V / 7 A / 35 W per 15 LED e Arduino stesso. Se decidi di utilizzare LED RGB standard da 5 mm, questo alimentatore può essere significativamente meno potente e il circuito sarà molto più semplice, ma le stelle sono meno luminose.· LED RGB da 3 W ad anodo comune con dissipatore di calore (o i tipici LED da 5 mm se è accettabile una luminosità inferiore). Il singolo LED è per il controllo di un gruppo di stelle, quindi la quantità dipende da quante stelle si desidera controllare separatamente.· Strisce LED RGB da 12V.· Fibra ottica. La lenza non funziona. Quanto ti serve dipende dal numero di stelle / dalle dimensioni del soffitto / da dove si trova il circuito. Ho usato poche fibre di diverso spessore per un effetto maggiore.· Schede PCA9685. Con la scheda singola si possono controllare 5 diodi LED RGB.· 2x Arduino Uno/Mega.· 2x NRF24L01.· Cavo USB per alimentazione Arduino.· Mosfet logici IRL540N, la quantità dipende dal numero di strisce LED utilizzate. 1 pz è per singolo colore di singola striscia LED. Tieni presente che il limite di lunghezza della striscia è di ~ 5 metri, se ne hai bisogno di più, avrai bisogno di strisce separate. Inoltre ci sono soluzioni alternative per il collegamento di strisce lunghe, chiedere o cercare su Google se necessario. · Transistor 2N2222 (o altri NPN). È necessario un transistor separato per ogni colore LED da 3 W. Nel mio caso 15x3.· Resistenze: 2W 10R/2W 6R8/2W 6R8 rispettivamente per R G B di ogni LED da 3W. 5-10k per il pull down, possono essere 0,25W.· Condensatori da 10 uF per il disaccoppiamento NRF24L01.· Una specie di piastra in alluminio per il fissaggio e il raffreddamento dei LED da 3W.· PCB per i circuiti.· Tagliere per test.· Alcune viti casuali, compensato, nastro adesivo e altre cose che troveresti nella tua tipica officina.· Molti fili di diversi spessori. Per il segnale PWM è possibile utilizzare semplici fili breadboard, non passano molti ampere attraverso questi fili, ma per le strisce LED lo spessore dovrebbe essere calcolato in base alla distanza dalla striscia LED al circuito, lo stesso per i LED 3W.

Parti per la scatola di controllo remoto e l'analizzatore di spettro:

· 1x MSGEQ7;· Resistenze: 1x 470 Ω / 1x 180k Ω / 1x 33k Ω.· Condensatori:1x 33 pF / 1x 0,01 µF / 1x 0,1 µF.· Pasta termica per CPU.· Telecomando IR e diodo ricevitore.· A molti fili della breadboard o qualsiasi filo sottile che hai. · PCB piccolo. Ho usato PROTO SHIELD.· Custodia piccola per Arduino UNO e il circuito. Ho usato una piccola scatola tagliata al laser.· Ci sono altre parti che sono condivise con il circuito principale. La quantità è inclusa nell'elenco dei circuiti principali.

Strumenti per l'installazione a stella e la creazione di circuiti:

· Colla trasparente che non dissolve le fibre ottiche. Ho usato la colla di carta di base.· Attrezzatura per saldatura.· Il multimetro è utile per questo progetto.· Cacciavite.· Pinze.· Punteruolo o qualcosa di simile (ho usato filo d'acciaio) per fare buchi nel soffitto. Dovrebbe essere lo stesso spessore della fibra ottica.

Passaggio 3: installazione del soffitto

Non entrerò nei dettagli in questo passaggio, c'è un sacco di materiale su come installare il soffitto sospeso e non sono un esperto su questo argomento. L'approccio che ho scelto è più complicato di un approccio panel con stelle che molte persone scelgono. Ma così facendo, abbiamo un soffitto sospeso di qualità che alla luce del giorno sembra del tutto normale, niente pannelli, niente di niente.

Per l'elettronica ho deciso di aggiungere un portello di manutenzione nella parte non così visibile del soffitto in gesso.

L'applicazione di riempitivo e primer viene eseguita in questa fase, ma la verniciatura viene eseguita quando le fibre sono installate.

Passaggio 4: installazione della fibra ottica

Questa parte ha richiesto più del previsto… Dopo molte improvvisazioni, abbiamo stabilito che nel nostro caso il modo migliore per cablare la fibra ottica è con una canna da pesca e un anello per lenza, guarda i miei schizzi capolavoro per una spiegazione. Ora che guardo questa idea sembra ridicola, ma a chi non piacciono le sfide.

Poche note:

· Consiglio di incollare le fibre nei loro fori, in modo che rimangano sicuramente al loro posto. La colla deve essere trasparente e non reagire con il materiale in fibra. Ho usato la colla per carta di base.

· Non è necessaria la perforazione. Fori nel gesso il soffitto può essere semplicemente perforato con un punteruolo o qualcosa di simile, assicurati solo che corrisponda al diametro della fibra ottica.

· Per trovare le posizioni esatte di stelle specifiche su un soffitto ho usato un metro a nastro della vecchia scuola… quello. Non era preciso al 100%, ma abbastanza vicino. Il soffitto era troppo grande per stampare la mappa delle stelle in scala.

Passaggio 5: Finitura del soffitto: verniciatura

Abbiamo verniciato su fibre ottiche, quindi non sono visibili quando non sono in uso. Fatto in questo modo sembra il tipico soffitto sospeso. Abbiamo dipinto in due strati e la luminosità delle fibre è quasi la stessa.

Passaggio 6: creazione del circuito di prova

Il circuito in sé non è così complicato e ha funzionato subito per me, ma è sempre bene testarlo prima dell'installazione e ci sono molte saldature in questo, quindi c'è un rischio proprio lì. Inoltre, è intelligente testare una versione del circuito per futuri aggiornamenti, dal momento che sono sicuro che nessuno vuole cortocircuitare qualcosa che ha richiesto giorni per l'installazione nel soffitto.

Per versione test intendo una o due schede PCA9685, NRF24L01, e alimentatori collegati ad Arduino. Tutto può essere su breadboard. Lo stesso vale per il circuito remoto IR, basta aggiungere cose alla breadboard, vedere se funziona. Inoltre, suggerirei di saldare alcuni LED da 3 W per i test.

Passaggio 7: codice Arduino

Per le biblioteche e altri link utili guarda la sezione “Informazioni utili”. Per la spiegazione del codice, guarda i commenti nel codice.

Per creare questo codice ho utilizzato molte risorse, alcune sono elencate nella sezione "Informazioni utili", ma da quando ho terminato questo progetto più di un anno fa, quando ho deciso di scrivere istruibile, non sono riuscito a trovare tutto le risorse e alcuni dei collegamenti che ho salvato, purtroppo non funzionavano più. Quindi, se qualcuno ha bisogno di aiuto con il codice, me lo faccia sapere nei commenti, farò del mio meglio.

Nel codice troverai una funzione piuttosto complicata per il lampeggio dei LED. Per renderlo più gradevole ho utilizzato un tutorial per i led di respirazione: https://sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino/Gli occhi umani non percepiscono la luce in maniera lineare, quindi se usi l'aumento lineare della luminosità del LED non sembra molto naturale.

Passaggio 8: cablaggio e strisce LED

Ora è il momento del cablaggio finale! Se tutto è testato e funzionante non dovrebbe essere molto difficile, solo un sacco di saldatura di parti identiche. Per il fissaggio del circuito ho utilizzato del compensato delle dimensioni del portello di manutenzione, quindi in caso di necessità posso rimuovere facilmente l'intero circuito dal soffitto. Ho messo le fibre in piccoli tubi idraulici di plastica, all'incirca delle dimensioni di LED da 3 W, quindi ho praticato fori della stessa dimensione nel compensato e ho inserito questi tubi nel compensato. In questo modo posso rimuovere facilmente le fibre dai LED quando necessario, vedere le immagini allegate.

Per quanto riguarda le strisce LED, suggerisco di incollarle su profili in alluminio per il raffreddamento, perché queste strisce diventano piuttosto calde.

Passaggio 9: risoluzione dei problemi e messa a punto

Hai testato il circuito, ma ora che è installato, non funziona… o qualcosa non funziona come dovrebbe. Probabilmente è la tua saldatura poiché se ha funzionato nel circuito di prova, non c'è motivo per cui non funzioni ora con poche eccezioni. Spero che non sia il tuo caso, ma condividerò un problema particolare che ho avuto solo come esempio.

Quando stavo abbassando le strisce LED al valore più basso, le strisce smettevano di funzionare o iniziavano a sfarfallare. Dopo lunghe ricerche e risoluzione dei problemi, ho scoperto che il problema era la lenta commutazione dell'IRL540 e le soluzioni erano semplici ridurre la frequenza PWM delle schede PCA a 50 hz. Per lo più ha risolto il problema, ora solo ai valori inferiori posso vedere sfarfallio o problemi, ma non importa poiché non sto usando valori così bassi. Questo problema mi è tornato in mente quando ho deciso di filmare il soffitto poiché con una frequenza così bassa puoi vedere lo sfarfallio nelle telecamere, è proprio come filmare la tv. Per risolvere questo problema, ho realizzato un piccolo circuito breadboard con transistor 2N2222 invece di IRL540, solo per fare le riprese. Con questi transistor, il problema è stato risolto e poiché stavo filmando con valori PWM relativamente bassi, i 2N2222 potevano gestire la potenza. Se qualcuno ha lo stesso problema, sentiti libero di adattare il circuito Totem – Pole, dovrebbe aiutare con questo problema.

Ora che si spera che tutto sia al suo posto e che funzioni, possiamo mettere a punto la luminosità delle stelle, la reattività alla musica, le modalità di dissolvenza delle stelle e qualsiasi altra cosa.

Passaggio 10: informazioni e collegamenti utili

Per scrivere il codice e per creare il circuito ho utilizzato molte risorse, la maggior parte sono elencate qui, ma visto che ho terminato questo progetto qualche tempo fa, quando ho deciso di condividerlo, non riuscivo a trovare tutte le risorse e alcuni dei link che ho salvato, purtroppo non funzionavano più. Quindi, se qualcuno ha bisogno di aiuto con il codice o il progetto stesso in generale, me lo faccia sapere nei commenti, farò del mio meglio.

MSGEQ7

www.sparkfun.com/datasheets/Components/Gen…

www.baldengineer.com/msgeq7-simple-spectru…

rheingoldheavy.com/msgeq7-arduino-tutorial…

www.instructables.com/id/How-to-build-your…

Nrf24L01

arduinoinfo.mywikis.net/wiki/Nrf24L01-2.4GH…

PCA9685

learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-dr…

github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Dri…

Telecomando IR

github.com/z3t0/Arduino-IRremote

Passaggio 11: aggiornamenti

Sarebbe bello creare un'app per controllare il soffitto, magari usando OpenHAB su Raspberry PI, poiché PCA9685 può essere facilmente controllato tramite RPi.

Se si utilizza OpenHab o un'alternativa è possibile collegare il soffitto a un sistema di casa intelligente.

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