Dinaminis LED apšvietimo valdiklis menui: 16 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Įvadas:

Apšvietimas yra svarbus vizualinio meno aspektas. Ir jei apšvietimas laikui bėgant gali keistis, tai gali tapti reikšminga meno dimensija. Šis projektas prasidėjo lankant šviesos šou ir patiriant, kaip apšvietimas gali visiškai pakeisti objekto spalvą. Mes pradėjome tai tyrinėti apšviesdami audinių meną. Iki šiol sukūrėme dinamišką 8 dalių apšvietimą, įskaitant paveikslą ir nuotrauką. Apšvietimo efektai apėmė: aušros ir saulėlydžio imitavimą, povandeninę šviesą per raibuliuojantį paviršių, žaibą debesyse ir dramatišką meno kūrinio spalvų ir nuotaikos keitimą. Šių efektų vaizdo įrašai yra įtraukti į toliau nurodytus programavimo veiksmus.

Ši instrukcija sukuria valdiklį, kuris laikui bėgant nustato individualiai adresuojamų šviesos diodų eilutės ryškumą ir spalvą. Jame taip pat yra papildoma įvesties grandinė, skirta rankiniu būdu sureguliuoti (nustatyti ryškumą ir spalvą) apšvietimo segmentą. Taip pat sužinosite apie daugelį problemų ir patobulinimų, kuriuos mes atradome pakeliui.

Mes taip pat parašėme susijusią instrukciją, kaip sukurti šešėlių dėžę ir rėmą. Patikrinkite čia:

Šiuo metu mes sutelksime dėmesį į elektroniką ir programavimą.

1 žingsnis: medžiagos:

• WS2812 šviesos diodų eilutė
• „Arduino Pro Mini 328“- 5 V/16 MHz
• „FTDI Friend“USB sąsaja
• USB A į MiniB kabelis FTDI
• 4700 μf kondensatorius
• 5 V maitinimo šaltinis su 5,5 x 2,1 jungtimi
• Maitinimo lizdas 5,5 x 2,1
• Terminalo blokas
• Prototipo plokštės
• Mygtukas
• Potenciometras
• Indikatoriaus šviesos diodas
• Rezistoriai
• Juostelės kabelis
• Antraštės patinas
• Antraštės patelė

2 žingsnis: Ištekliai:

• Arduino; Interaktyvios plėtros aplinka (IDE)
• „Adafruit NeoPixel“biblioteka
• „NeoPixel“pamoka
• Strandtest pavyzdinė programa
• „FastLED“biblioteka
• „FastLED“nuorodos ir dokumentacija
• „FastLED“forumas
• Mūsų apšvietimo eskizai

3 žingsnis: valdiklio apžvalga:

Schema atrodo gana paprasta ir yra. Mes sukūrėme savo valdiklius, kad jie būtų įterpti į paveikslų rėmelį. Nuotraukoje matomos grandinės matmenys yra 2,25 x 1,3 x 0,5 colio. Pasirinktinis imtuvas buvo pastatytas ant atskiros plokštės su juostiniu kabeliu. Šios nuotraukos rodo mūsų baigtą projektą.

Mes norime, kad mūsų valdiklis tilptų į paveikslo rėmelį, todėl pasirinkome „Arduino pro mini 5v“dėl mažo dydžio, kainos ir 5 v išvesties. Reikiamo 5 V maitinimo šaltinio dydis priklausys nuo to, kiek šviesos diodų ir koks jų maksimalus ryškumas jūsų projekte. Visi mūsų projektai veikė mažiau nei 3 amperus, o kai kurie - mažiau nei 1 amperus. Yra keletas tipų adresuojamų spalvų šviesos diodų. Pradėjome nuo „Adafruit“parduodamo „WS2812“kaip vieno iš „NeoPixel“produktų. Tai mums pavyko ir mes netyrėme kitų šviesos diodų. Dauguma mūsų projektų naudojo 60 šviesos diodų vienam metrui juostą. Iki šiol mūsų projektuose buvo iki 145 šviesos diodų.

Pasirinktinis imtuvas:

Mes sukūrėme mažą įvesties grandinės „imtuvą“, kad galėtume lengvai sureguliuoti apšvietimo segmentus, nekeisdami ir neįkeldami kiekvieno koregavimo programos. Jame yra: išėjimo šviesos diodas, kuris mirksi įvesties režimu; mygtukas, perjungiantis įvesties režimą; ir rankenėlė, kurią galima reguliuoti. Tada „Arduino“gali išvesti reikšmes į prijungtą kompiuterį.

4 žingsnis: pastato valdytojas:

Medžiagų sąraše nėra vielos, šiluminio susitraukimo vamzdžių ir kitų reikmenų, kurių jums gali prireikti. Šviesos diodų 5v ir įžeminimo grandinei siūlau naudoti 26 gabaritų arba sunkesnę vielą. Mes naudojome 26 matuoklį. Taip pat silikoninė izoliacija ant vielos yra geresnė, nes ji netirpsta šalia jūsų litavimo vietos ir yra lankstesnė. Pastebėjau, kad paliekant šiek tiek daugiau vietos tarp komponentų buvo daug lengviau pagaminti. Pavyzdžiui, 6 žingsnyje pavaizduotas valdiklis, tarpas tarp maitinimo lizdo korpuso (juodas) ir gnybtų bloko (mėlynas) yra apie 1 colio. Mūsų tvirtinimo dangtelis yra dviejų sluoksnių medinė fanera.

Šio veiksmo paveikslėlyje parodyta šešių kontaktų moteriškos antenos jungtis papildomam imtuvui. Nepanaudotas kontaktas tarp raudonos ir žalios vielos yra užkimštas dantų krapštuku, kad būtų išvengta atvirkštinio prijungimo.

5 žingsnis:

Dabar sudėkime jį taip, kad jis tilptų į šešėlių dėžutės rėmą. Rėmas yra 3/4 colio storio, todėl valdiklio aukščio riba yra 1/2 colio. Montavimo plokštes pagaminome priklijuodami du faneros gabalus grūdeliais, statmenais vienas kitam, kad būtų išvengta deformacijos. Komponentai išdėstyti taip, kad maitinimo lizdas būtų rėmo centre. Maitinimo lizdo skylė buvo išpjauta juvelyro pjūklu ir išdildyta, kad tilptų. Po to komponentai prieš montavimą sujungiami. Lizdas yra klijuojamas epoksidine danga. Dvišaliai nuolatiniai putplasčio tvirtinimo kvadratai naudojami po varžto gnybtu ir arduino. Karšto lydalo klijai taip pat naudojami arduino ir kondensatoriaus laikymui vietoje.

6 žingsnis: pasirenkamo imtuvo kūrimas:

Mes sukūrėme mažą įvesties grandinės „imtuvą“, kad galėtume lengvai sureguliuoti apšvietimo segmentus, nekeisdami ir neįkeldami kiekvieno koregavimo programos. Jame yra: išėjimo šviesos diodas, kuris mirksi įvesties režimu; mygtukas, perjungiantis įvesties režimą; ir rankenėlė, kurią galima reguliuoti. Tada „Arduino“gali išvesti reikšmes į prijungtą kompiuterį.

Šios nuotraukos rodo imtuvo gamybą. Uždengiau nugarą „Gorilla“juostele. Kuris tvirtai laiko juostos kabelį, taip pat padarė gražią rankeną.

7 veiksmas: valdiklio programavimo apžvalga:

Tai tikrai sunkioji projekto dalis. Tikimės, kad galėsite pasinaudoti kai kuriais mūsų kodais ir metodais, kad pradėtumėte.

„Adafruit“ir „FastLED“paskelbė dvi puikias bibliotekas, leidžiančias „Arduinos“valdyti daugelio rūšių adresuojamus šviesos diodus. Abi šias bibliotekas naudojame skirtinguose projektuose. Siūlome taip pat perskaityti dalį šių bibliotekų išteklių ir ištirti kai kurias jų pavyzdines programas.

Mūsų programų „Github“saugykla yra išvardyta aukščiau esančiame skyriuje „Ištekliai“. Atkreipkite dėmesį, kad mes toli gražu nemokame „Arduino“programavimo, todėl yra kur tobulėti. Nedvejodami nurodykite problemas ir prisidėkite prie patobulinimų.

8 veiksmas: valdiklio programavimo pavyzdys:

Jeanie Holt „Ripple“buvo pirmoji mūsų sėkmė. Šis kūrinys yra audinio meno žuvis šešėlių dėžutės rėmelyje. Apšvietimas yra nuolat žemas mėlynas iš apačios. Ir iš viršaus iki trijų ryškesnės baltos šviesos velenų, judančių iš dešinės į kairę, tarsi lūžtų judantys vandens bangos. Tai gana paprasta koncepcija ir programa nenaudoja „imtuvo“įvesties. Jis prasideda įtraukiant „Adafruit“biblioteką ir nustatant išvesties valdymo kaištį bei šviesos diodų skaičių. Toliau atliekame vienkartinį nuoseklaus ryšio ir LED juostos nustatymą. Tada mes apibrėžiame daugybę vidinių kintamųjų, tokių kaip vėlavimas tarp atnaujinimų, šviesos veleno charakteristikos (jo ryškumas laikui bėgant ir judėjimas), tada būsenos kintamieji kiekvienam šviesos velenui.

Funkcija „changeBright ()“padidins šviesos veleno ryškumą „atakos“metu, palaikys pastovią „palaikymo“laiką, tada išnyks per „skilimo“laiką.

Funkcija „pulsavimas ()“iškviečiama kiekvienam iš trijų šviesos velenų kiekvieną kartą didinant laiką. Laikinas ryškumas apskaičiuojamas remiantis išblukimu nuo maksimalaus ryškumo esant pastoviam nykimui laikui bėgant. Tada kiekvienam šviesos diodui į kairę nuo pradinės padėties apskaičiuojamas ryškumas. Galime įsivaizduoti šviesos bangą, judančią į kairę. Kiekvienas kairėje esantis šviesos diodas yra ankstesniame pulsavimo ryškumo laiko kreivės taške. Kai šis pulsavimas yra nulis visų šviesos diodų ryškumo, atlikta vėliava nustatoma į 1. Jei šviesos diodas jau yra ryškesnis (nustatytas vieno iš kitų bangų), vertė paliekama nepakitusi.

Pagrindinė kilpa prasideda išjungus šviesos diodus. Tada kiekvienam iš trijų bangų jis iškviečia pulsavimo funkciją ir padidina laiko skaitiklį. Jei vėliava padaryta, ji pradeda pulsuoti iš naujo. Galiausiai pagrindinė kilpa į apačią skleidžia šviesiai mėlyną šviesą.

9 veiksmas: valdiklio programavimo pavyzdys nuo aušros iki sutemos:

Kitas Jeanie Holt projektas „Aušra iki sutemos“- dar vienas audinio meno kūrinys, šį kartą medis su rudens spalvos lapija. Apšvietimas-tai dienos imitacija, kai aušra pradeda šviesėti kairėje ir įgauna šviesią dienos vidurį, o po to-rausvos saulėlydžio spalvos ir pereina į naktį. Iššūkis yra supaprastinti spalvų ir ryškumo keitimo aprašymą per 66 šviesos diodų juostą. Kitas iššūkis yra sklandus šviesos keitimas. Mes tikrai kovojome su pastebimu šviesos pasikeitimu esant silpnam apšvietimui. Bandžiau pasiekti sklandesnį apšvietimo perėjimą naudojant „FastLED“biblioteką, bet nepavyko. Šis programos aprašymas bus mažiau išsamus. Vėl panaudojome „Adafruit“NeoPixel biblioteką.

Mes dalyvavome suvažiavime, kaip pradėti savo LED juostas viršutiniame kairiajame kampe. Dėl to šviesos diodų vieta šiame numeryje yra šiek tiek nepatogi. Aplink rėmą yra 86 šviesos diodai. Aušra apšviečia kairę pusę, kuri eina nuo 62 iki 85. Tada viršuje kairėje į apačią dešinėje yra nuo 0 iki 43.

Į šią programą neįeina galimybė naudoti „Tuner“įvesties grandinę.

Ši programa naudoja mirgėjimą, kad sumažėtų mirgėjimas. Atnaujiname kas penktą šviesos diodą, tada perkeliame per vieną ir atnaujiname kas penktą šviesos diodą ir kartojame, kol jie visi bus atnaujinti. Dėl šios priežasties mes nustatome LED eilutės ilgį šiek tiek ilgiau, nei yra iš tikrųjų.

Dabar mes supaprastinome apšvietimo modelio aprašymą. Mes nustatėme 12 etaloninių šviesos diodų pozicijų aplink rėmą iš apatinės kairės į apatinę dešinę. Tada mes nustatėme raudoną, žalią ir mėlyną (RGB) šviesos diodų intensyvumą šiems etaloniniams šviesos diodams iki 12 lūžio taškų nuo aušros iki sutemos. Kiekviename pertraukos taške yra 4 baitai, laiko skaičius nuo paskutinio lūžio taško ir vieno baito vertė kiekvienai RGB spalvai. Šis masyvas užima 576 baitus brangios atminties.

Dabar mes naudojame linijinę interpoliaciją, norėdami rasti reikšmes tarp lūžio taškų, ir vėl tiesinę interpoliaciją, kad rastume šviesos diodų, esančių tarp etaloninių šviesos diodų, vertes. Kad interpoliacija gerai veiktų, turime naudoti kai kurias slankiojo kablelio tarpines vertes. Aušros ir sutemų laikotarpis suskirstytas į 120 pusės antrojo laikotarpio laikotarpių.

10 veiksmas: valdiklio programavimo pavyzdys Lietaus miškas:

Kitas projektas, kurį aprašysiu, yra Juli-Ann Gasper „Lietaus miškas“. Tai didesnis audinio meno kūrinys, turintis daug gylio. Čia mes panaudojome apie 4,4 colio gylio šešėlių dėžutę. Apšvietimo koncepcija yra fono šviesos lygiai, kurie apačioje yra silpnesni, o šviesa kartais mirksi virš aukščiau esančių lapų. Koncepcija čia panaši į „Ripple“, tačiau šviesos velenai nejuda. Ir skirtingai nei bangavimas, kai ryškumas keičiasi sklandžiai, čia mirksėjimo ryškumas turi svyruoti. Mes sukūrėme 40 baitų masyvą, pavadintą mirgėjimas_b2. Mes nustatėme, kad vizualinis efektas buvo geras, jei visose mirgėjimo vietose naudosime tą patį modelį. Mes nustatėme 5 mirgėjimo vietas. Peržiūrėdami vaizdinį efektą, nustatėme, kad vienas mirgėjimas turi būti daug platesnis nei kiti. Mes panaudojome funkciją fill_gradient_RGB (), kad mirgėjimas būtų išplėstas per maždaug 20 šviesos diodų. Kiekvienas mirgėjimas yra nepriklausomas ir prasideda atsitiktinai. Galima nustatyti kiekvieno mirgėjimo tikimybę.

Fono spalvą reikia nustatyti ir atkurti, kai mirgėjimas nėra ryškesnis už foną.

Šiam kūriniui panaudojome „FastLED“biblioteką. Šioje programoje #define TUNING naudojamas nurodyti, ar derinimo plokštė yra prijungta prie maitinimo šaltinio. Jei imtuvo plokštė nėra prijungta, ji turi būti 0. Priešingu atveju valdiklis yra jautrus statinei elektrai ir poltergeistams. Kompiliatorius apima tik programų segmentus, kurie naudoja „Tuner“, kai šis kintamasis yra 1.

11 veiksmas: valdiklio programavimo pavyzdys Audra:

Kitas projektas buvo apšviesti nuotrauką, kurią Mike'as Beckas pavadino „Audra“. Nuotrauka - audros debesis. Mes naudojame „FastLED“biblioteką ir neapima derinimo galimybių. Apšvietimo koncepcija čia yra tam tikra foninė šviesa, kai žaibo blyksniai atsitiktinai pasirodo trijuose debesies taškuose. Blykstę kiekvienoje vietoje sukelia trys šviesos diodai. Tarpas tarp šių šviesos diodų kiekvienoje vietoje yra skirtingas. Šių trijų šviesos diodų ryškumą apibrėžia trys 30 baitų masyvai. Trijų matricų ryškumo seka suteikia skirtumų ir akivaizdų judėjimą per tris šviesos diodus. Kiekvienai vietai parenkama suvokto judėjimo kryptis ir bendras ryškumas. Blykstės trukmė kiekvienoje vietoje koreguojama pagal laiko tarpą tarp ryškumo verčių atnaujinimo. Tarp žaibo smūgių atsitiktinis laiko tarpas yra nuo 0,2 iki 10,4 sekundės. Kuri iš trijų smūgio vietų taip pat yra atsitiktinė: 19% tikimybė debesies viršuje, 45% tikimybė apatiniame dešiniajame kampe ir 36% tikimybė kairėje pusėje.

12 žingsnis: programavimo valdiklio pavyzdžiai Macaw ir Nordic Tree:

Dana Newman kūriniai „Macaw“ir Jeanie Holt „Nordic Tree“naudoja apšvietimo spalvą, kad pakeistų suvokiamą kūrinio spalvą. O Dana tapydama didelę ara, paukščio nuotaika keičiasi iš džiaugsmingos į grėsmingą, priklausomai nuo paukščio supančios šviesos spalvos. Šios dvi programos yra beveik identiškos. Mes naudojame „Adafruit NeoPixel“biblioteką ir šiose programose yra derinimo plokštės galimybės. Šios programos pritaikytos iš „TheaterChaseRainbow“() funkcijos „Adafruit_NeoPixel“/example/Strandtest.ino (atsisiųsta 2015-07-29)

Apšvietimas laikomas santykinai pastoviu ryškumu, o šviesos spalva keičiasi, judant spalvų ratu. Progresas aplink spalvų ratą sukuriamas pradedant 100% raudona spalva ir palaipsniui mažėjant raudonai, o didinant žaliai. Kai žalia spalva yra 100%, ji sumažėja, o padidėja mėlyna. Ir galiausiai, kai mėlynos spalvos sumažėja, o raudonos spalvos padidėja, sukasi visas ratas.

Tai suteikia apšvietimą naudojant dvi pagrindines spalvas ir palieka vieną. Kai mes einame per šį apšvietimo spalvų ratą tam tikru momentu, bet kokia meno kūrinio spalva trūks tiekiamoje šviesoje. Gautos spalvos pasikeitimas gali būti gana dramatiškas ir tampa meno išraiškos dalimi. Taigi, jei šviesoje nėra raudonos spalvos, bet kuri raudona paveiksle atrodys tamsi. Kai šviesa yra grynai raudona, raudona tikrai šviečia, o kitos spalvos yra nutildytos.

13 žingsnis: valdiklio programavimo pavyzdžiai „Copperhead“:

Jeanie Holt „Copperhead“naudoja apšvietimo variacijas, kad pagerintų lauko jausmą ir gyvatės matomumą. Programavimas sluoksnius apšviečia šviesos bangas ant foninio apšvietimo.

Šiai programai kurti naudojome „FastLED“biblioteką kartu su „Tuner“grandine.

Fono spalva nustatoma 10 taškų aplink rėmelį, o funkcija fill_gradient () naudojama sklandžiam perėjimui tarp spalvų.

Žiūrėjimo ciklo pradžioje fonas yra pritemdytas ir spalva keičiasi į mėlyną, naudojant laikui bėgant kosinuso kreivę ir funkciją setBrightness ().

Po vėlavimo trys šviesos bangos juda iš viršutinės dešinės į apatinę kairę. Pirmoji banga yra ryškiausia, o kitos bangos tampa silpnesnės. Pirmoji banga taip pat juda lėčiau.

14 veiksmas: valdiklio programavimo pavyzdžiai „Black Doodle“:

Jeanie Holt „Black Doodle“tyrinėja juodojo vinilo atspindžius.

Ši programa taip pat naudoja „FastLED“biblioteką ir gali priimti įvestį iš derinimo grandinės.

Apšvietimas susideda iš iki 5 vienu metu rodomų šviesos rodinių iš atsitiktinių taškų aplink kadrą. Kiekvienas ekranas laikui bėgant pereina tas pačias 60 ryškumo reikšmių. Kiekviename ekrane yra 7 gretimi šviesos diodai, kurių ryškumas mažėja link kraštų. Prieš pradedant kiekvieną ekraną, atsitiktinis delsimas. Ekrano vieta yra atsitiktinė, tačiau vietos šalia aktyvaus ekrano yra uždraustos.

Fonas yra spalvų vaivorykštė, išplitusi aplink rėmą. Ši fono vaivorykštė lėtai sukasi ir atsitiktinai keičia kryptį.

Šie aprašymai yra programų apžvalga ir pagalba. Tikimės, kad kai kuriuos iš šių apšvietimo efektų rasite pakankamai įdomių, kad galėtumėte juos įtraukti į vieną iš savo projektų. Nuoroda į github.com, kurioje saugomos programos, yra 2 veiksmo ištekliai.

15 veiksmas: derinimo funkcijų programavimas:

„RainForest“programoje mes galime įjungti derinimo funkciją „#define TUNING 1“ir prijungti derinimo įvesties plokštę, naudodami jos juostinį kabelį. Taip pat turime nustatyti parametrus, kuriems derinant bus įjungtas šviesos diodas. Pavyzdžiui, pakoreguokime 61–73 pozicijų šviesos diodus. Mes naudojame #define START_TUNE 61 ir #define END_TUNE 73. Nustatydami kitus eilutės segmentus nustatome fono spalvas, naudodami „fill_gradient_RGB () skambučius. Likusi eskizo dalis neturėtų nustatyti šviesos diodų derinimo diapazone, kitaip jūs negalėsite matyti savo nustatymų. Dabar paleiskite eskizą ir parodykite serijinį monitorių. Programos derinimo dalyje yra 4 būsenos [atspalvis, sodrumas, vertė ir ryškumas}. „Hue“yra spalvų ratas su 0 = raudona ir 255 nuo mėlynos iki beveik raudonos. Dabartinė būsena turėtų būti išspausdinta serijiniame monitoriuje, o indikatoriaus lemputė ant derinimo plokštės mirksės, nurodydama būseną (vienas mirksėjimas yra atspalvis; du mirksėjimai yra sodrumas ir pan.). Vertė yra šviesos intensyvumas, o ryškumas yra mažinimo koeficientas, taikomas visoms šviesos diodų intensyvumo vertėms. Taigi, jei norite gauti visą ryškumą, nustatykite reikšmę = 255 ir ryškumą = 255. Paspauskite mygtuką, kad pakeistumėte būseną. Kai būsite norimoje būsenoje, pasukite rankenėlę. Programa ignoruoja rankenėlę, kol ji nepasukama daugiau nei INHIBIT_LEVEL. Taip išvengsite vertybių kitose būsenose keitimo, kai jas pereinate. Pavyzdys, galite pradėti nuo atspalvio ir gauti norimą spalvą, tada pereiti prie vertės ir koreguoti, kad surastumėte norimą ryškumą.

„Macaw“ir „Nordic_Tree“eskizai apima derinimą, tačiau funkcijos šiek tiek skiriasi. Šiuose eskizuose yra tik du režimai. Vienas - ryškumui, kitas - spalvų rato padėčiai. Naudodami šiuos pavyzdžius galite pamatyti, kaip pritaikyti derinimo funkcijas, kad jos veiktų su daugeliu jūsų apšvietimo valdymo parametrų.

Į saugyklą įtrauktas eskizas „Tuning“, kuriame perimamos derinimo funkcijos iš „RainForest“. Šis eskizas yra tik derinimo funkcijos, kad galėtumėte ištirti ir lengviau sekti eskizo veikimą. Naudodami šį eskizą valdome bandomąjį apšvietimo rėmą, kurį galime greitai uždėti ant meno kūrinio ir ištirti apšvietimo efektus. Vėliau mes naudosime derinimo informaciją, kad sukurtume pasirinktinį apšvietimo valdiklį.

Tikimės, kad ši pamoka padės jums įgyvendinti projektą.

16 žingsnis: Likusi istorija:

Tai yra viena iš dviejų šio projekto instrukcijų. Jei to dar nepadarėte, peržiūrėkite instrukciją, kurią galite rasti čia: