Cara membuat langit berbintang di langit-langit menggunakan serat optik dan Arduino

Ingin melihat sepotong galaksi di langit-langit Anda? Cara melakukannya dijelaskan di bawah ini.



Selama beberapa tahun saya bermimpi menyelesaikan proyek ini, dan sekarang akhirnya siap. Butuh waktu lama untuk mengimplementasikannya, tetapi hasil akhirnya sangat bagus sehingga tidak sia-sia.



Sedikit tentang proyek itu sendiri. Saya mencoba melakukan segalanya dengan tangan saya sendiri secara maksimal, yang memberi saya kebebasan kreatif sepenuhnya. Sebagai hasilnya, saya memiliki rasi bintang belahan bumi utara, kontrol atas gugus bintang menggunakan remote control (kecerahan dan warna), reaksi terhadap musik, kontrol lampu latar, dan, yang paling penting, kemampuan untuk mengubah apa pun.



Saya memilih Arduino sebagai platform untuk semua ini, karena saya kenal dengan pemrogramannya. Chip MSGEQ7 bertanggung jawab untuk merespons musik - Internet penuh dengan deskripsi tentangnya. Untuk komunikasi, saya menggunakan NRF24L01 yang ada di sekitar saya. Untuk mengontrol sejumlah besar LED, pengontrol servo PCA9685 sangat cocok. Jika Anda ingin membuat sesuatu yang lebih sederhana dan lebih murah, Anda dapat mencari kit yang sudah jadi di Amazon, tetapi jika Anda tertarik untuk melakukan semuanya sendiri, seperti yang saya lakukan, maka Anda akan memerlukan keterampilan berikut:

• Keakraban dengan pemrograman Arduino.
• Pengalaman dalam pengembangan sirkuit listrik dan penyolderan.
• Bekerja dengan arus bolak-balik.

Banyak orang bertanya kepada saya biaya seluruh proyek. Cukup sulit untuk memberikan angka tertentu, karena saya menghabiskan banyak bahan, dan itu semua tergantung pada bagian mana yang Anda putuskan untuk dilakukan sendiri, ukuran proyek, dll. Namun, saya pikir itu dapat ditampung dalam garpu dari beberapa ratus hingga seribu dolar. Saya mengerjakannya di akhir pekan, dan saya butuh sekitar satu tahun untuk menyelesaikan semuanya.

Langkah 1: perencanaan

Pertama, Anda perlu memutuskan apakah akan membeli komponen elektronik atau melakukannya sendiri. Untuk pembuatan sirkuit, Anda perlu memahami Arduino dan dasar-dasar elektronik, dan di samping itu, ada peluang untuk mengacaukan suatu tempat. Anda dapat menemukan banyak kit di Amazon dan toko lain di bawah frase "Kit Langit-langit Fiber Optic Star", jadi ada banyak pilihan. Tetapi jika Anda membutuhkan kebebasan kreatif dan kontrol penuh, maka lebih baik melakukan semuanya sendiri.



Setelah memutuskan pada elektronik, ada baiknya mempertimbangkan struktur langit-langit, ukuran peta bintang, dan jumlah bintang. Saya memilih opsi dengan langit-langit eternit konvensional. Saya memiliki langit-langit yang rendah, dan itu cukup sulit untuk memasang serat, jadi saya memilih jumlah bintang yang relatif kecil, 1.200 buah, tetapi hasilnya masih luar biasa.



Sekarang untuk pilihan pola bintang. Saya tinggal di belahan bumi utara, jadi saya memilih bagian langit yang terlihat di sini. Banyak aplikasi menampilkan gambar rasi bintang - saya menggunakan Celestia (seperti dalam tutorial ini untuk membuat langit berbintang saya sendiri). Tentu, tidak ada yang memaksa Anda untuk membuat gambar langit berbintang realistis dan pada skala yang tepat - di sini Anda memiliki kebebasan kreatif yang lengkap, dan di Internet Anda dapat menemukan banyak ide.

Langkah 2: bahan

Sekarang semuanya sudah direncanakan, Anda dapat memesan bahan.



Saya tidak akan mencantumkan bahan untuk langit-langit itu sendiri, semuanya tergantung pada sistem yang digunakan dan faktor lainnya. Saya menggunakan langit-langit Knauf. Hal yang sama berlaku untuk alat - kebanyakan Anda hanya perlu menginstal langit-langit. Tidak terlalu banyak yang diperlukan untuk menginstal bintang-bintang dan elektronik sendiri - lihat daftar. Saya membeli banyak barang di toko-toko lokal, dan memesan sisanya di AliExpress - lebih murah, dan kualitasnya biasanya dapat diterima.



Untuk bintang dan elektronik Anda perlu:

• , . , . 12 , 30 , 350 15 . 14,4 /, .
• 3 . , 5 , 7 , 35 15 Arduino. RGB 5 , , .
• RGB 3 ( 5 , ). , , .
• 12 .
• . . , , . .
• PCA9685. 5- RGB .
• Arduino Uno/Mega × 2.
• NRF24L01 × 2.
• USB- Arduino.
• IRL540N. . 1 . – 5 . , . – .
• 2N2222 ( n-p-n). 3 . 15×3.
• Resistor. 2 W 10 Ohm / 2 W 6.8 Ohm / 2 W 6.8 Ohm untuk R, G, dan B untuk masing-masing 3 W LED. 5 resistor pull-up, masing-masing 10 kΩ, 0,25 W.
• 10 uF kapasitor untuk decoupling NRF24L01.
• Plat aluminium untuk pemasangan dan pendinginan 3 W LED.
• Papan untuk sirkuit.
• Papan Pengembangan untuk pengujian.
• Obeng, kayu lapis, lakban dan semua yang ada di bengkel apa pun.
• Sekelompok kabel dengan ketebalan yang berbeda. Untuk sinyal PWM, kabel tipis dapat digunakan untuk prototipe, tetapi untuk strip LED dan 3W LED, ketebalan kabel harus dihitung tergantung pada jarak dari sirkuit ke LED.

Untuk pengontrol jarak jauh dan penganalisis spektrum:

• MSGEQ7 × 1
• Resistor - 1 × 470 Ω / 1 × 180k Ω / 1 × 33k Ω.
• Kapasitor: 1 × 33 pF / 1 × 0,01 μF / 1 × 0,1 μF.
• Pelumas termal untuk prosesor.
• Remote control IR dan dioda foto untuk penerima
• Sekelompok kabel tipis.
• Papan tempat memotong roti kecil. Saya menggunakan Proto Shield.
• Kasing kecil untuk Arduino. Saya membuat tubuh menggunakan pemotongan laser.
• Komponen lain yang terkait dengan rangkaian utama. Jumlahnya ditunjukkan dalam daftar komponen sirkuit utama.

Alat instalasi dan solder:

• Perekat transparan yang tidak melarutkan serat. Saya menggunakan alat tulis sederhana.
• Peralatan solder.
• Multimeter tidak akan berlebihan.
• Obeng.
• Tang.
• Penusuk atau sesuatu yang serupa untuk membuat lubang di langit-langit. Ketebalannya sama dengan ketebalan serat optik.

Langkah 3: memasang langit-langit

Saya tidak akan mengecat instalasi secara detail - ada banyak bahan di jaringan untuk memasang plafon gantung, dan saya bukan ahli dalam hal ini. Pendekatan ini lebih rumit daripada solusi panel bintang biasa yang kebanyakan orang pilih. Tapi kemudian saya mendapat plafon gantung berkualitas tinggi, yang terlihat sangat normal di siang hari.



Khusus untuk pemeliharaan elektronik, saya membuat lubang di bagian paling mencolok dari langit-langit.



Pada langkah ini, dempul dan primer dilakukan, dan pengecatan dilakukan setelah memasang serat.

Langkah 4: memasang serat

Butuh waktu lebih lama dari yang saya perkirakan ... Setelah banyak improvisasi berbeda, kami sepakat bahwa dalam kasus kami cara terbaik untuk menempatkan serat menggunakan pancing dan lilitan tali pancing - lihat tulisan cakar ayam saya yang dieksekusi dengan penjelasan. Sekarang ide ini tampaknya menggelikan bagi saya - tetapi siapa yang kadang-kadang tidak suka main-main.



Pertimbangan:

• Saya sarankan menempelkan serat di lubang untuk mencegahnya jatuh. Perekat harus transparan dan tidak bereaksi dengan serat. Saya menggunakan seorang klerus sederhana.
• Anda tidak perlu mengebor apa pun, lubang dapat dibuat dengan penusuk sederhana, yang bertepatan dengan diameter dengan serat optik.
• Untuk menandai lokasi yang tepat dari bintang-bintang, saya hanya menggunakan roulette. Tidak 100% akurat, tapi ok. Langit-langitnya terlalu besar untuk mencetak peta langit berbintang.

Langkah 5: menyelesaikan selesai langit-langit - lukisan







Kami melukis langsung di atas serat, jadi ketika sudah mati itu tidak terlihat. Semuanya terlihat seperti langit-langit normal. Setelah dua lapis cat, kecerahan serat tetap hampir sama.

Langkah 6: tata letak percobaan

Skema itu sendiri tidak terlalu rumit, dan langsung bekerja untuk saya. Namun, selalu lebih baik untuk memeriksa dan menginstal terlebih dahulu - terutama karena dalam hal ini ada banyak penyolderan. Juga nyaman untuk memiliki versi uji untuk pembaruan di masa mendatang - Saya pikir tidak ada yang ingin membuat hubungan pendek proyek yang membutuhkan beberapa hari untuk menginstal di langit-langit.



Versi pengujian saya adalah satu atau dua PCA9685, papan NRF24L01 dan catu daya yang terhubung ke Arduino. Semuanya bisa dilakukan di papan tempat memotong roti. Hal yang sama berlaku untuk sirkuit remote control - mereka tersandung semuanya ke papan tempat memotong roti dan memeriksa bahwa semuanya bekerja. Saya juga menyarankan menyolder beberapa LED 3W untuk pengujian.

Langkah 7: kode untuk Arduino

Saya telah mengumpulkan perpustakaan dan tautan berguna lainnya di bagian "informasi bermanfaat". Untuk penjelasan tentang bagaimana kode bekerja, lihat komentar di sana.



Saya menulis kode ini menggunakan berbagai sumber daya, beberapa di antaranya telah saya cantumkan di bagian "Informasi Berguna". Namun, sejak saya menyelesaikan proyek lebih dari setahun yang lalu, pada saat saya memutuskan untuk menulis artikel ini, saya tidak lagi dapat menemukan beberapa di antaranya, dan beberapa tautan yang disimpan tidak lagi berfungsi.



Kode ini berisi fungsi yang agak rumit untuk mem-flash LED. Untuk meningkatkan penampilan, saya menggunakan tutorial tentang cara membuat pernapasan berkedip: sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



Mata manusia tidak merasakan kecerahan cahaya secara linear, sehingga peningkatan kecerahan linear sederhana terlihat tidak alami. Kode



penerima



Kode pemancar



Langkah 8: sambungkan kabel dan strip LED







































Waktu Koneksi Terakhir! Jika semuanya diperiksa dan semuanya berfungsi, koneksi harus melalui tanpa masalah - hanya menyolder banyak komponen yang identik. Untuk kenyamanan servis seluruh rangkaian, saya membuat sekotak kayu lapis dalam ukuran lubang palka teknis - jadi jika perlu, saya bisa melepas seluruh rangkaian dari langit-langit. Saya menjalankan serat optik melalui pipa pipa plastik, yang ukurannya kira-kira bertepatan dengan 3 W LED, dan kemudian mengebor lubang dengan diameter yang sama di kayu lapis dan memasukkannya ke sana. Dengan cara ini saya dapat dengan mudah melepaskan serat dari LED sesuai kebutuhan.



Saya sarankan memasang strip LED pada pelat aluminium untuk pendinginan, karena mereka menjadi sangat panas.

Langkah 9: debugging dan fine tuning

Katakanlah Anda menguji rangkaian, tetapi setelah Anda menginstalnya, itu tidak berfungsi ... atau sesuatu yang lain tidak berfungsi seperti yang diharapkan. Maka masalahnya kemungkinan besar dalam penyolderan - jika semuanya bekerja di rakitan uji, maka itu harus di final juga. Saya harap ini bukan kasus Anda, tetapi sebagai contoh saya akan mengutip salah satu masalah yang saya temui sendiri.



Ketika saya menurunkan kecerahan LED ke minimum, garis-garis mungkin berhenti bekerja atau mulai berkedip. Setelah menghabiskan banyak waktu untuk meneliti dan debugging, saya menemukan bahwa masalahnya adalah lambatnya perpindahan IRL540, dan solusinya hanya menurunkan frekuensi PWM menjadi 50 Hz. Masalahnya hampir terpecahkan, dan kedipannya hanya tersisa pada nilai terendah - namun, tidak masalah, karena saya tidak menggunakannya. Masalahnya muncul kembali ketika saya memutuskan untuk merekam video tentang langit-langit ini, karena frekuensi sekecil itu terlihat jelas di kamera - sama dengan merekam TV. Untuk mengatasi masalah ini, saya membuat sirkuit kecil di papan tempat memotong roti menggunakan transistor 2N2222, bukan IRL540, hanya untuk merekam video.



Sekarang semuanya sudah berada di tempatnya dan berfungsi, Anda dapat melakukan fine-tuning kecerahan bintang-bintang, merespons musik, mode fade dan segala sesuatu lainnya.

Langkah 10: informasi dan tautan yang bermanfaat

Langkah 11: ide untuk pengembangan

Akan lebih keren untuk mengembangkan aplikasi kontrol plafon seluler, mungkin menggunakan OpenHAB pada Raspberry Pi, karena PCA9685 cukup mudah dikendalikan melalui RPi.



Dan jika Anda menggunakan OpenHab atau alternatifnya, maka langit-langit bintang dapat dengan mudah dihubungkan ke sistem rumah pintar.