جعل السماء المرصعة بالنجوم على السقف بالألياف و Arduino

تريد أن ترى قطعة من المجرة على السقف الخاص بك؟ يتم وصف كيفية القيام بذلك أدناه.



حلمت لعدة سنوات بإكمال هذا المشروع ، وهو الآن جاهز أخيرًا. استغرق تنفيذه وقتًا لائقًا ، لكن النتيجة النهائية كانت رائعة جدًا لدرجة أنها كانت تستحق العناء.



القليل عن المشروع نفسه. حاولت أن أفعل كل شيء بيدي إلى أقصى حد ، مما أعطاني حرية إبداعية كاملة. ونتيجة لذلك ، لديّ كوكبات نصف الكرة الشمالي ، والسيطرة على مجموعات النجوم باستخدام جهاز التحكم عن بعد (السطوع واللون) ، ورد الفعل على الموسيقى ، والتحكم في الإضاءة الخلفية ، والأهم من ذلك ، القدرة على تغيير أي شيء.



اخترت Arduino كمنصة لكل هذا ، لأنني على دراية ببرمجتها. كانت رقاقة MSGEQ7 مسؤولة عن الاستجابة للموسيقى - الإنترنت مليء بأوصافه. للتواصل ، استخدمت NRF24L01 التي كانت مستلقية معي. للتحكم في عدد كبير من المصابيح ، كانت وحدة التحكم المؤازرة PCA9685 مناسبة تمامًا. إذا كنت تريد القيام بشيء أبسط وأرخص ، يمكنك البحث في أمازون عن مجموعات جاهزة ، ولكن إذا كنت مهتمًا بعمل كل شيء بنفسك ، مثلي ، فستحتاج إلى المهارات التالية:

• الإلمام ببرمجة Arduino.
• خبرة في تطوير الدوائر الكهربائية واللحام.
• العمل مع التيار المتناوب.

يسألني الكثير عن تكلفة المشروع بأكمله. من الصعب جدًا إعطاء رقم محدد ، لأنني أنفقت الكثير من المواد ، وكل هذا يعتمد على الجزء الذي تقرر القيام به بنفسك ، على حجم المشروع ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، أعتقد أنه يمكن أن يتناسب مع الشوكة من عدة مئات إلى ألف دولار. عملت عليه في عطلة نهاية الأسبوع ، واستغرق الأمر حوالي عام لإكمال كل شيء.

الخطوة 1: التخطيط

تحتاج أولاً إلى تحديد ما إذا كنت تريد شراء جزء إلكتروني أو القيام بذلك بنفسك. يتطلب صنع الدوائر فهم أساسيات أردوينو والإلكترونيات ، علاوة على ذلك ، هناك فرصة للتسكع في مكان ما. على أمازون ومتاجر أخرى ، يمكنك العثور على العديد من المجموعات لعبارة "طقم سقف الألياف الضوئية" ، لذلك هناك الكثير من الخيارات. ولكن إذا كنت بحاجة إلى حرية وتحكم إبداعي كامل ، فمن الأفضل أن تفعل كل شيء بنفسك.



بعد اتخاذ قرار بشأن الإلكترونيات ، يجدر التفكير في هيكل السقف وحجم خريطة النجوم وعدد النجوم. لقد اخترت الخيار مع سقف الجصي التقليدي. لدي سقف منخفض ، وكان من الصعب جدًا تثبيت الألياف ، لذلك استقرت على عدد صغير نسبيًا من النجوم ، 1200 قطعة ، لكن النتيجة كانت لا تزال مذهلة.



الآن لاختيار نمط النجمة. أنا أعيش في نصف الكرة الشمالي ، لذلك اخترت جزء السماء المرئي هنا. تظهر الكثير من التطبيقات صورًا للأبراج - لقد استخدمت Celestia (كما في هذا البرنامج التعليمي لصنع سماء النجوم الخاصة بي). بطبيعة الحال ، لا يجبرك أحد على جعل رسم السماء المرصعة بالنجوم واقعيًا وعلى النطاق الصحيح - هنا لديك حرية إبداعية كاملة ، وعلى الإنترنت يمكنك العثور على مجموعة من الأفكار.

الخطوة 2: المواد

الآن بعد أن تم تخطيط كل شيء ، يمكنك طلب المواد.



لن أسرد مواد السقف نفسه ، كل هذا يتوقف على النظام المستخدم وعوامل أخرى. استخدمت سقف كناوف. وينطبق نفس الشيء على الأدوات - معظمها مطلوب فقط لتثبيت السقف. لتثبيت النجوم نفسها والإلكترونيات نفسها ، لا يلزم الكثير - انظر القائمة. اشتريت الكثير من الأشياء في المتاجر المحلية ، وأمرت بالباقي على AliExpress - إنه أرخص ، وعادة ما تكون الجودة مقبولة.



بالنسبة للنجوم والإلكترونيات ، ستحتاج إلى:

• , . , . 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.
• المقاومات 2 وات 10Ω / 2 وات 6.8Ω / 2 وات 6.8Ω بالنسبة إلى R و G و B لكل 3 وات LED على التوالي. 5 مقاومات سحب ، 10 كيلو أوم ، 0.25 واط لكل منها.
• 10 مكثفات uF لفصل NRF24L01.
• لوح ألومنيوم للتثبيت والتبريد 3 وات LED.
• لوحات الدوائر.
• مجالس تطوير للاختبار.
• المفكات والخشب الرقائقي والشريط اللاصق وكل ما يوجد في أي ورشة عمل.
• حفنة من الأسلاك بسماكات مختلفة. بالنسبة لإشارات PWM ، يمكن استخدام الأسلاك الرقيقة للنماذج الأولية ، ولكن بالنسبة لشرائط LED و 3 W LEDs ، يجب مراعاة سمك الأسلاك اعتمادًا على المسافة من الدائرة إلى LED.

للتحكم عن بعد ومحلل الطيف:

• MSGEQ7 × 1
• المقاومات - 1 × 470 Ω / 1 × 180 ك Ω / 1 × 33 ك Ω.
• المكثفات: 1 × 33 pF / 1 × 0.01 μF / 1 × 0.1 μF.
• شحم حراري للمعالجات.
• الأشعة تحت الحمراء للتحكم عن بعد وصمام ثنائي للصور
• حفنة من الأسلاك الرقيقة.
• اللوح الصغير. لقد استخدمت Proto Shield.
• حالة صغيرة لاردوينو. لقد صنعت قضية باستخدام القطع بالليزر.
• المكونات الأخرى المتعلقة بالدائرة الرئيسية. يشار إلى عددهم في قائمة مكونات الدائرة الرئيسية.

أدوات التثبيت واللحام:

• لاصق شفاف لا يذوب الألياف. لقد استخدمت رجل دين بسيط.
• معدات اللحام.
• لن يكون المتر المتعدد غير ضروري.
• مفك براغي.
• كماشة.
• المخرز أو ما شابه ذلك لعمل ثقوب في السقف. سمك يتطابق مع سمك الألياف.

الخطوة 3: تركيب السقف

لن أرسم التثبيت بالتفصيل - هناك مجموعة من المواد على الشبكة لتثبيت سقف معلق ، ولست خبيرًا في هذا الأمر. هذا النهج أكثر تعقيدًا من حل شريط النجوم المعتاد الذي يختاره معظم الناس. ولكن من ناحية أخرى ، حصلت على سقف معلق عالي الجودة ، والذي يبدو طبيعيًا تمامًا خلال النهار.



خاصة بالنسبة لصيانة الإلكترونيات ، قمت بعمل فتحة في الجزء غير الواضح من السقف.



في هذه الخطوة ، يتم تنفيذ المعجون والتمهيدي ، ويتم الطلاء بعد تثبيت الألياف.

الخطوة 4: تركيب الألياف

لقد استغرق الأمر مني وقتًا أكثر مما كنت أتوقع ... بعد العديد من الارتجالات المختلفة ، اتفقنا على أن أفضل طريقة لوضع الألياف باستخدام قضبان الصيد وحلقة من خط الصيد - انظر خربشاتي المنفذة بخبرة مع التفسيرات. الآن تبدو هذه الفكرة مضحكة بالنسبة لي - ولكن من لا يحب أن يتسكع في بعض الأحيان.



اعتبارات:

• أوصي بوضع الألياف في الثقوب حتى لا تسقط. يجب أن يكون الغراء شفافًا ولا يتفاعل مع الألياف الضوئية. لقد استخدمت رجل دين بسيط.
• لست بحاجة إلى الحفر ، يمكن عمل الثقوب بمخرز بسيط ، بنفس قطر الألياف.
• لقد استخدمت مقياس شريط فقط لتحديد المواقع الدقيقة للنجوم. ليست دقيقة 100٪ ، لكن لا بأس. كان السقف أكبر من أن يُطبع خريطة السماء المرصعة بالنجوم.

الخطوة 5: الانتهاء من الانتهاء من السقف - اللوحة







قمنا بطلاءها مباشرة على الألياف ، لذلك عندما تكون خارجها ، لا تكون مرئية. كل شيء يبدو وكأنه سقف عادي. بعد طبقتين من الطلاء ، ظل سطوع الألياف كما هو تقريبًا.

الخطوة 6: تخطيط التجربة

الدائرة نفسها ليست معقدة للغاية ، وعمل كل شيء بالنسبة لي على الفور. ومع ذلك ، من الأفضل دائمًا التحقق أولاً ثم التثبيت - خاصة وأن في هذه الحالة هناك الكثير من اللحام. بالإضافة إلى ذلك ، من المريح أن يكون لديك نسخة تجريبية للتحديثات في المستقبل - أعتقد أنه لن يرغب أحد في قصر دائرة مشروع استغرق عدة أيام لتثبيته على السقف.



إصدار الاختبار الخاص بي هو واحد أو اثنين من لوحات PCA9685 ، NRF24L01 ومزودات الطاقة المتصلة بـ Arduino. كل شيء يمكن القيام به على ألواح الخبز. وينطبق الشيء نفسه على دوائر التحكم عن بعد - فقد عثروا على كل شيء على لوحة التوصيل وتحققوا من أن كل شيء يعمل. أود أيضًا أن أقترح لحام عدد قليل من مصابيح LED 3W للاختبار.

الخطوة 7: كود Arduino

لقد جمعت مكتبات وروابط مفيدة أخرى في قسم "معلومات مفيدة". للحصول على شرح لكيفية عمل الرمز ، راجع التعليقات عليه.



لقد كتبت هذا الرمز باستخدام مصادر متنوعة ، أدرجت بعضها في قسم "معلومات مفيدة". ومع ذلك ، منذ أن أكملت المشروع قبل أكثر من عام ، وبحلول الوقت الذي قررت فيه كتابة هذه المقالة ، لم يعد بإمكاني العثور على بعضها ، ولم تعد بعض الروابط المحفوظة تعمل.



يحتوي الرمز على وظيفة معقدة نوعًا ما يومض مصابيح LED. لتحسين المظهر ، استخدمت مادة تدريبية تصف كيفية جعل وميض "التنفس": sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



لا تدرك العين البشرية سطوع الضوء بشكل خطي ، لذلك تبدو الزيادة الخطية البسيطة في السطوع غير طبيعية. رمز



جهاز الاستقبال



رمز جهاز الإرسال



الخطوة 8: توصيل الأسلاك وشرائط LED







































حان الوقت للاتصال النهائي! إذا تم فحص كل شيء وعمل كل شيء ، فيجب أن يتم الاتصال دون أي مشاكل - فقط لحام مجموعة من المكونات المتطابقة. من أجل راحة خدمة الدائرة بأكملها ، قمت بصنع صندوق من الخشب الرقائقي لملاءمة الفتحة الفنية - لذلك إذا لزم الأمر ، يمكنني ببساطة إزالة الدائرة بأكملها من السقف. قمت بتمرير الألياف من خلال أنابيب السباكة البلاستيكية ، والتي يكون حجمها تقريبًا مثل مصابيح 3W LED ، ثم قمت بحفر ثقوب من نفس القطر في الخشب الرقائقي وأدخلتها هناك. بهذه الطريقة يمكنني فصل الألياف عن مصابيح LED بسهولة حسب الحاجة.



أقترح تركيب شرائط LED على ألواح الألمنيوم للتبريد ، لأنها تصبح ساخنة جدًا.

الخطوة 9: تصحيح الأخطاء وضبطها

لنفترض أنك اختبرت الدائرة ، ولكن بعد تثبيتها ، فإنها لا تعمل ... أو شيء آخر لا يعمل كما هو متوقع. ثم تكمن المشكلة على الأرجح في اللحام - إذا كان كل شيء يعمل في مجموعة الاختبار ، فيجب أن يكون في الحل النهائي أيضًا. آمل أن تكون هذه ليست قضيتك ، ولكن كمثال سأذكر إحدى المشاكل التي واجهتها بنفسي.



عندما خفضت سطوع المصابيح إلى الحد الأدنى ، يمكن أن تتوقف الشرائط عن العمل أو تبدأ في الوميض. بعد قضاء الكثير من الوقت في البحث والتصحيح ، اكتشفت أن المشكلة تكمن في التبديل البطيء لـ IRL540 ، وكان الحل ببساطة هو خفض تردد PWM إلى 50 هرتز. تم حل المشكلة تقريبًا ، وبقيت الومضة في أدنى القيم فقط - ومع ذلك ، لا يهم ، لأنني لا أستخدمها. عادت المشكلة عندما قررت تصوير مقطع فيديو حول هذا السقف ، حيث أن مثل هذا التردد الصغير مرئي بوضوح على الكاميرات - إنه مثل تصوير جهاز تلفزيون. لحل هذه المشكلة ، جمعت دائرة صغيرة على لوحة التوصيل باستخدام ترانزستورات 2N2222 بدلاً من IRL540 ، فقط لتصوير الفيديو.



الآن بعد أن أصبح كل شيء في مكانه ويعمل ، يمكنك ضبط سطوع النجوم والاستجابة للموسيقى وأنماط التلاشي وكل شيء آخر.

الخطوة 10: معلومات وروابط مفيدة

الخطوة 11: أفكار للتنمية

سيكون من الرائع تطوير تطبيق إدارة سقف متنقل ، ربما باستخدام OpenHAB على Raspberry Pi ، نظرًا لأن PCA9685 يسهل التحكم فيه عبر RPi.



وإذا كنت تستخدم OpenHab أو بديله ، فيمكن توصيل سقف النجوم بسهولة بنظام المنزل الذكي.