Den Sternenhimmel an der Decke mit Faser und Arduino machen

Möchten Sie ein Stück der Galaxie an Ihrer Decke sehen? Wie das geht, wird unten beschrieben.



Ich habe mehrere Jahre davon geträumt, dieses Projekt abzuschließen, und jetzt ist es endlich fertig. Die Implementierung hat lange gedauert, aber das Endergebnis war so großartig, dass es sich gelohnt hat.



Ein bisschen über das Projekt selbst. Ich habe versucht, alles mit meinen eigenen Händen maximal zu machen, was mir völlige kreative Freiheit gab. Als Ergebnis habe ich die Konstellationen der nördlichen Hemisphäre, die Kontrolle über Sternhaufen mit der Fernbedienung (Helligkeit und Farbe), die Reaktion auf Musik, die Kontrolle der Hintergrundbeleuchtung und vor allem die Fähigkeit, alles zu ändern.



Ich habe Arduino als Plattform für all dies gewählt, weil ich mit seiner Programmierung vertraut bin. Der MSGEQ7-Chip war für die Reaktion auf Musik verantwortlich - das Internet enthält zahlreiche Beschreibungen. Für die Kommunikation habe ich den NRF24L01 verwendet, der um mich herum lag. Zur Steuerung einer großen Anzahl von LEDs war der Servocontroller PCA9685 eine gute Wahl. Wenn Sie etwas Einfacheres und Billigeres tun möchten, können Sie bei Amazon nach vorgefertigten Sets suchen. Wenn Sie jedoch daran interessiert sind, alles wie ich selbst zu tun, benötigen Sie die folgenden Fähigkeiten:

• Vertrautheit mit der Arduino-Programmierung.
• Erfahrung in der Entwicklung von Stromkreisen und Löten.
• Arbeiten mit Wechselstrom.

Viele Leute fragen mich nach den Kosten des gesamten Projekts. Es ist ziemlich schwierig, eine bestimmte Zahl anzugeben, da ich viele Materialien ausgegeben habe und alles davon abhängt, welchen Teil Sie selbst machen, wie groß das Projekt ist usw. Ich denke jedoch, dass es in eine Gabel von einigen hundert bis tausend passen kann Dollar. Ich habe am Wochenende daran gearbeitet und es hat ungefähr ein Jahr gedauert, bis ich alles für alles getan habe.

Schritt 1: Planung

Zuerst müssen Sie entscheiden, ob Sie ein elektronisches Teil kaufen oder es selbst machen möchten. Das Herstellen von Schaltkreisen erfordert ein Verständnis der Grundlagen von Arduino und Elektronik, und außerdem besteht die Möglichkeit, dass irgendwo etwas durcheinander gebracht wird. In Amazon und anderen Geschäften finden Sie viele Sets für den Ausdruck "Fiber Optic Star Ceiling Kit", daher gibt es viele Optionen. Wenn Sie jedoch völlige kreative Freiheit und Kontrolle benötigen, ist es besser, alles selbst zu tun.



Nachdem Sie sich für die Elektronik entschieden haben, sollten Sie über die Struktur der Decke, die Größe der Sternenkarte und die Anzahl der Sterne nachdenken. Ich habe die Option mit einer herkömmlichen Gipskartondecke gewählt. Ich habe eine niedrige Decke und es war ziemlich schwierig, Glasfaser zu installieren. Deshalb habe ich mich für eine relativ kleine Anzahl von Sternen entschieden, 1200 Stück, aber das Ergebnis war immer noch erstaunlich.



Nun zur Wahl eines Sternmusters. Ich lebe auf der Nordhalbkugel, also habe ich den Teil des Himmels gewählt, der hier sichtbar ist. Viele Anwendungen zeigen Bilder von Sternbildern - ich habe Celestia verwendet (wie in diesem Tutorial, um meinen eigenen Sternenhimmel zu erstellen). Natürlich zwingt Sie niemand dazu, die Zeichnung des Sternenhimmels realistisch und im richtigen Maßstab zu gestalten - hier haben Sie völlige Gestaltungsfreiheit und im Internet finden Sie eine Reihe von Ideen.

Schritt 2: Materialien

Nachdem alles geplant ist, können Sie Materialien bestellen.



Ich werde die Materialien für die Decke selbst nicht auflisten, alles hängt vom verwendeten System und anderen Faktoren ab. Ich habe eine Knaufdecke benutzt. Gleiches gilt für Werkzeuge - die meisten benötigen Sie nur, um die Decke zu installieren. Es ist nicht so viel erforderlich, um die Sterne und die Elektronik selbst zu installieren - siehe Liste. Ich habe viele Dinge in lokalen Geschäften gekauft und den Rest bei AliExpress bestellt - es ist billiger und die Qualität ist normalerweise akzeptabel.



Für Sterne und Elektronik benötigen Sie:

• , . , . 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.
• Widerstände 2 W 10 Ω / 2 W 6,8 Ω / 2 W 6,8 Ω für R, G und B pro 3 W LED. 5 Pull-up-Widerstände, 10 kΩ, je 0,25 W.
• 10 uF Kondensatoren zur Entkopplung von NRF24L01.
• Aluminiumplatte zur Befestigung und Kühlung von 3 W LEDs.
• Leiterplatten.
• Entwicklungsboards zum Testen.
• Schrauben, Sperrholz, Klebeband und alles, was in einer Werkstatt ist.
• Ein Bündel von Drähten unterschiedlicher Dicke. Für PWM-Signale können dünne Drähte für das Prototyping verwendet werden. Für LED-Streifen und 3-W-LEDs muss die Dicke der Drähte in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Schaltung und den LEDs berechnet werden.

Für Fernbedienung und Spektrumanalysator:

• MSGEQ7 × 1
• Widerstände - 1 × 470 Ω / 1 × 180 kΩ / 1 × 33 kΩ.
• Kondensatoren: 1 × 33 pF / 1 × 0,01 μF / 1 × 0,1 μF.
• Wärmeleitpaste für Prozessoren.
• IR-Fernbedienung und Fotodiode für Empfänger
• Ein Bündel dünner Drähte.
• Kleines Steckbrett. Ich habe Proto Shield benutzt.
• Kleiner Fall für Arduino. Ich habe den Körper mit Laserschneiden gemacht.
• Andere Komponenten, die sich auf den Hauptstromkreis beziehen. Ihre Nummer ist in der Liste der Komponenten des Hauptstromkreises angegeben.

Werkzeuge zum Installieren und Löten:

• Transparenter Klebstoff, der keine Fasern auflöst. Ich habe ein einfaches Briefpapier verwendet.
• Lötausrüstung.
• Ein Multimeter ist nicht überflüssig.
• Schraubendreher.
• Zange.
• Ahle oder ähnliches zum Bohren von Löchern in der Decke. Die Dicke entspricht der Dicke der Faser.

Schritt 3: Deckenmontage

Ich werde die Installation nicht im Detail malen - das Netzwerk verfügt über viele Materialien für die Installation der abgehängten Decke, und ich bin kein Experte in dieser Angelegenheit. Dieser Ansatz ist komplizierter als die übliche Star-Panel-Lösung, die die meisten Menschen wählen. Aber dann habe ich eine hochwertige abgehängte Decke bekommen, die tagsüber absolut normal aussieht.



Speziell für die Wartung der Elektronik habe ich im unauffälligsten Teil der Decke eine Luke gemacht.



In diesem Schritt werden Kitt und Grundierung ausgeführt, und nach dem Installieren der optischen Faser wird gestrichen.

Schritt 4: Installieren Sie Glasfaser

Ich habe länger gebraucht als erwartet ... Nach vielen verschiedenen Improvisationen waren wir uns einig, dass in unserem Fall die Faser am besten mit einer Angelrute und einer Angelschnur platziert werden kann - siehe meine gekonnt ausgeführten Kritzeleien mit Erklärungen. Jetzt scheint mir diese Idee lächerlich - aber wer bastelt manchmal nicht gern.



Überlegungen:

• Ich empfehle, die Faser in die Löcher zu stecken, damit sie nicht herausfällt. Der Klebstoff sollte transparent sein und nicht mit Fasern reagieren. Ich habe einen einfachen Angestellten benutzt.
• Sie müssen nicht bohren, die Löcher können mit einer einfachen Ahle hergestellt werden, die den gleichen Durchmesser wie die Faser hat.
• Ich habe nur ein Maßband verwendet, um die genauen Positionen der Sterne zu markieren. Nicht 100% genau, aber ok. Die Decke war zu groß, um eine Karte des Sternenhimmels zu drucken.

Schritt 5: Deckenbemalung beenden -







Wir haben direkt auf die Faser gemalt. Wenn sie nicht leuchtet, ist sie nicht sichtbar. Alles sieht aus wie eine normale Decke. Nach zwei Anstrichen blieb die Helligkeit der Faser nahezu gleich.

Schritt 6: Testschema

Das Schema selbst ist nicht sehr kompliziert und hat bei mir sofort funktioniert. Es ist jedoch immer besser, zuerst zu prüfen und dann zu installieren - zumal in diesem Fall viel gelötet wird. Darüber hinaus ist es praktisch, eine Testversion für zukünftige Updates zu haben. Ich denke, niemand wird ein Projekt kurzschließen wollen, dessen Installation an der Decke mehrere Tage gedauert hat.



Meine Testversion besteht aus einer oder zwei PCA9685-, NRF24L01-Karten und Netzteilen, die an das Arduino angeschlossen sind. Alles kann auf Steckbrettern gemacht werden. Gleiches gilt für die Fernbedienungsschaltung - sie stolperten alles auf das Steckbrett und überprüften, ob alles funktionierte. Ich würde auch vorschlagen, ein paar 3W-LEDs zum Testen zu löten.

Schritt 7: Code für Arduino

Ich habe Bibliotheken und andere nützliche Links im Abschnitt "Nützliche Informationen" gesammelt. Eine Erklärung der Funktionsweise des Codes finden Sie in den Kommentaren dazu.



Ich habe diesen Code mit einer Vielzahl von Ressourcen geschrieben, von denen einige im Abschnitt "Nützliche Informationen" aufgeführt sind. Seit ich das Projekt vor mehr als einem Jahr abgeschlossen habe, konnte ich einige davon nicht mehr finden, als ich mich entschied, diesen Artikel zu schreiben, und einige gespeicherte Links funktionierten nicht mehr.



Der Code enthält eine ziemlich komplizierte Funktion zum Blinken von LEDs. Um das Erscheinungsbild zu verbessern, habe ich ein Schulungsmaterial verwendet, das beschreibt, wie man ein „Atmen“ zum Blinken bringt : sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



Das menschliche Auge nimmt die Helligkeit des Lichts nicht linear wahr, so dass eine einfache lineare Erhöhung der Helligkeit unnatürlich erscheint.



Empfängercode



Sendercode



Schritt 8: Schließen Sie die Drähte und LED-Streifen an







































Zeit für die endgültige Verbindung! Wenn alles überprüft ist und alles funktioniert, sollte die Verbindung problemlos hergestellt werden - nur ein paar identische Komponenten werden verlötet. Um die Wartung des gesamten Stromkreises zu vereinfachen, habe ich eine Schachtel Sperrholz in der Größe einer technischen Luke hergestellt. Bei Bedarf kann ich einfach den gesamten Stromkreis von der Decke entfernen. Ich ließ die Faser durch Kunststoffrohre laufen, deren Größe ungefähr der von 3-W-LEDs entspricht, und bohrte dann Löcher mit demselben Durchmesser in das Sperrholz und führte sie dort ein. Auf diese Weise kann ich die Glasfaser bei Bedarf einfach von den LEDs trennen.



Ich empfehle, LED-Streifen zur Kühlung auf Aluminiumplatten anzubringen, da diese sehr heiß sind.

Schritt 9: Debuggen und Optimieren

Angenommen, Sie haben die Schaltung getestet, aber nachdem Sie sie installiert haben, funktioniert sie nicht ... oder etwas anderes funktioniert nicht wie erwartet. Dann liegt das Problem höchstwahrscheinlich beim Löten - wenn alles in der Testbaugruppe funktioniert hat, sollte es auch in der endgültigen Baugruppe funktionieren. Ich hoffe, dass dies nicht Ihr Fall ist, aber als Beispiel werde ich eines der Probleme nennen, auf die ich selbst gestoßen bin.



Wenn ich die Helligkeit der LEDs auf ein Minimum reduziert habe, funktionieren die Streifen möglicherweise nicht mehr oder beginnen zu blinken. Nachdem ich viel Zeit mit Recherchen und Debugging verbracht hatte, stellte ich fest, dass das Problem darin bestand, IRL540 langsam umzuschalten, und die Lösung bestand darin, die PWM-Frequenz einfach auf 50 Hz zu senken. Das Problem war fast gelöst und das Blinken blieb nur bei den niedrigsten Werten - es spielt jedoch keine Rolle, da ich sie nicht benutze. Das Problem trat wieder auf, als ich mich entschied, ein Video über diese Decke aufzunehmen, da eine so kleine Frequenz auf Kameras deutlich sichtbar ist - es ist dasselbe wie beim Aufnehmen eines Fernsehers. Um dieses Problem zu lösen, habe ich eine kleine Schaltung auf einem Steckbrett mit 2N2222-Transistoren anstelle von IRL540 zusammengebaut, nur um Videos aufzunehmen.



Jetzt, da alles vorhanden ist und funktioniert, können Sie die Helligkeit der Sterne fein einstellen und auf Musik, Überblendungsmodi und alles andere reagieren.

Schritt 10: nützliche Informationen und Links

Schritt 11: Ideen für die Entwicklung

Es wäre großartig, eine mobile Deckenverwaltungsanwendung zu entwickeln, die möglicherweise OpenHAB auf dem Raspberry Pi verwendet, da der PCA9685 über RPi recht einfach zu steuern ist.



Wenn Sie OpenHab oder eine Alternative verwenden, kann die Sterndecke problemlos mit dem Smart-Home-System verbunden werden.