Arte de la torre LED

Acerca de este proyecto

¡La inspiración para este proyecto son las numerosas curvas que se crean por la intersección de un cilindro y un plano! Quería crear un espectáculo de luces LED, pero ya he construido varios cubos de LED recientemente. Quería hacer algo diferente, tanto desde el punto de vista del hardware como del software. Y pensé que este sería un entorno divertido para programar, algo con tanto potencial como un cubo, ¡pero que es claramente diferente!

Elegí usar LED programables APA106 de 8 mm para esta torre. Son más caros que los LED RGB normales, pero es mucho más fácil trabajar con ellos tanto desde el punto de vista del hardware como del software. Sin registros de turno:todo está controlado por dos líneas de datos. Y sin ISR (rutina de servicio de interrupción) y sin multiplexación entre capas de LED:estos LED están encendidos todo el tiempo.

Decidí construir mi cilindro / torre como un conjunto de 12 anillos apilados uno encima del otro. Los anillos tienen 8 "de diámetro y cada anillo contiene 24 LED separados por 1" (en realidad π * 8/24 pero cerca de una pulgada). Los anillos están separados por 1 pulgada, por lo que los LED están separados 1 "en ambas direcciones. Se usa una varilla acrílica para sujetar los anillos para formar la torre.

Los LED APA106 pueden consumir 60 ma con brillo máximo y blanco, por lo que en el peor de los casos, ¡esta torre podría consumir 17 amperios! Pero estos LED son tan brillantes que rara vez tengo el brillo establecido en más del 10% en el software. Y convertir toda la torre en blanco tampoco se hace en ningún lado. Entonces, en la práctica, nunca tuve ningún problema para usar el puerto USB para alimentarlo. Y si desea utilizar una fuente de alimentación separada, parece que 2 amperios funcionan bien.

Construcción

Encontré unos anillos de metal de 8 "de diámetro en Amazon que pensé que serían una buena base para mi anillo LED. En realidad, fue una agradable sorpresa cuando descubrí que podía soldarlos fácilmente. El término" fácilmente "es relativo:el anillo es pesado y se requiere mucho calor para calentarlo lo suficiente, por lo que mi soldador de 40 vatios se subió por completo, y generalmente tenía que permanecer allí durante 5-10 segundos antes de que la soldadura se derritiera. Primero mojé el anillo con soldadura antes de intentar soldarle un LED, y siempre usaba disipadores de calor de clip en los cables de los LED.

Pero me estoy adelantando un poco. Antes de que pueda comenzar a soldar LED al anillo, debe formar 24 de ellos según el diagrama a continuación

Como parte de la operación de encofrado, coloqué una pequeña curva al final del cable de tierra. Hace que sea fácil de identificar y también facilita su colocación en el anillo.

Otro paso de preparación antes de soldar los LED al anillo es marcar 24 espacios pares en el anillo donde se colocarán los LED. También encontré la necesidad de sujetar el anillo verticalmente mientras colocaba los LED. Terminé usando el artilugio de abajo para mantener el anillo en su lugar,

Una vez que se sueldan algunos LED al anillo, es necesario conectar los cables de entrada de datos a los cables de salida de datos como se muestra a continuación. Tenga en cuenta que los disipadores de calor con clip siempre se utilizan para proteger los LED.

Una vez que todos los LED estén en el anillo, debe tener un cable de entrada de datos para el anillo como un todo, con el cable de salida de datos al otro lado, listo para pasar al siguiente anillo por encima. En este punto, estamos listos para conectar todos los cables de +5 voltios junto con una pieza enderezada de alambre de cobre estañado de calibre 22. Enderece un trozo de alambre de 26 "de largo sujetando un extremo en un tornillo de banco y tirando fuerte del otro extremo con unos alicates. Luego, conéctelo a los LED como se muestra a continuación.

Cuando tenga un anillo terminado, puede probarlo, utilizando el boceto de prueba que he incluido. La prueba es importante:es mucho más fácil reparar un LED defectuoso o una junta de soldadura fría ahora que cuando está en el medio de una torre completa. La prueba se logra conectando el pin de entrada de datos abierto al pin 6 de UNO. El boceto de prueba incluido es algo diferente al de este video, pero debería mostrarle si el anillo está funcionando correctamente.

Ahora tienes que hacer 11 anillos más. Es mucho trabajo, pero con un poco de práctica, puede reducir la tarea de hacer un timbre a un par de horas.

Es importante que los LED de cada anillo se alineen con sus homólogos de los otros anillos. Si los LED están espaciados perfectamente, esto no es un problema, pero tuve suficientes variaciones pequeñas en el espaciado que me pareció necesario usar un anillo como plantilla para los demás, siempre colocando con cuidado el cable de entrada de datos abierto (el uno no conectado a un cable de salida de datos) en el mismo lugar. (Si miras de cerca mi torre, los dos primeros anillos no se alinean muy bien entre sí. Pero después de eso, utilicé este enfoque de plantilla con un resultado mucho mejor).

Una vez que haya construido al menos cuatro anillos, puede comenzar el proceso de ensamblaje de la torre. El ensamblaje inicial de los cuatro anillos inferiores es probablemente la parte más crítica de la construcción. ¡No queremos crear una torre inclinada de Pisa! Para unir los anillos, necesitará espaciadores de 22 mm de alto para crear el espacio de 1 "entre los anillos. Usé plástico negro impreso en 3D para mis espaciadores, pero los tacos de 1/4" funcionarían igual de bien. Para mantener los espaciadores en su lugar, utilicé un poco de Blue Tack, un adhesivo temporal.

Los anillos se mantienen unidos para formar la torre con seis varillas acrílicas de 30 cm de largo. Es importante tener todo exactamente en su lugar antes de aplicar estas varillas. Una vez que las varillas están pegadas en caliente a los anillos, es casi imposible hacer cambios, así que primero coloque todo donde lo desee. Una vez que tenga todo en su lugar, puede girar la torre de costado y pegar en caliente las varillas acrílicas a los anillos. La foto de abajo muestra los primeros cuatro anillos con las primeras tres varillas unidas. Luego se adjuntaron tres más para un total de seis. Las varillas se colocan entre los LED con 4 LED entre cada varilla.

Una vez que todas las varillas están unidas a los anillos, los espaciadores se pueden quitar y luego reutilizar a medida que se agregan anillos adicionales. Cuando los 12 anillos estén en su lugar, estamos listos para conectar las líneas de tierra, + 5v y de datos entre los anillos. Esto se hace usando alambre de cobre estañado de calibre 22. Los rieles de potencia están conectados con los 12 anillos en paralelo.

Hay dos líneas de datos, cada una con 144 LED:una para los 6 anillos superiores (que eventualmente va al pin 6 de UNO) y otra para los 6 anillos inferiores (que finalmente va al pin 7 de UNO). Cada línea de datos comienza con el anillo más bajo y avanza hasta el anillo más alto. Originalmente había planeado tener una sola línea de datos, pero en el anillo 8, comencé a ver algunos destellos de luz extraños no deseados. Al principio pensé que podrían ser los rieles eléctricos, pero agregar algunos capacitores a través de los rieles no ayudó, así que recurrí a dividir la torre en dos líneas de datos. Eso resolvió el problema.

Así que arriba hay una imagen de la torre terminada. El Arduino UNO está instalado en la parte inferior. De hecho, usé mis 4 varillas acrílicas restantes para suspender el UNO, usando pegamento caliente para unir todo. Un enfoque alternativo podría ser montar la torre en una base con el UNO adentro. Hay 4 conexiones a los rieles UNO, Ground y + 5v que se conectan a los 12 anillos, y las dos líneas de datos a los pines 6 y 7.

Software

Los LED programables como el APA106 son fáciles de usar porque hay varias bibliotecas disponibles que manejan la sincronización de los pulsos de datos que se utilizan para controlarlos. Para los proyectos anteriores que hice con APA106 LED (mi segundo cubo 5x5x5 RGB y el proyecto de arte triangular), utilicé la popular biblioteca de software NeoPixel de Adafruit. Pero para esta torre, sin embargo, elegí la biblioteca FastLED. Tiene muchas características excelentes además de algunas funciones matemáticas rápidas que pensé que serían útiles. También me permitió reemplazar fácilmente mi paleta de arcoíris de 43 pasos, bastante tosca, con una paleta de 256 pasos. Tiene cientos de funciones, paletas predefinidas y otras cosas que no he usado para este proyecto, pero que lo convierten en una excelente opción tanto para este como para proyectos futuros. Y otra característica más de FastLED que encontré muy útil es su capacidad para hacer fundidos fácilmente.

Siempre me gusta tener una función que me permita especificar fácilmente un LED y su color. Con esta torre, debe tener la forma de setColor (fila, columna, color), donde la fila es en qué anillo está y la columna es en qué posición en ese anillo. Esta rutina se ocupa de toda la conversión desde qué línea de datos está encendido el LED y cuál es su posición en la cadena de datos.

Una herramienta poderosa en la biblioteca FastLED es su clase de objeto de todos los colores con nombre web. Simplemente especifique el color como CRGB ::HotPink, donde CRGB es la clase y HotPink es el miembro de esa clase. Pero es difícil seguir escribiendo a los miembros de la clase y es molesto pasarlos a funciones como parámetros, por lo que utilicé declaraciones #define para configurar una pequeña paleta de colores con nombre a los que puedo referirme simplemente por su nombre sin el CRGB ::.

Tengo otra función que establece el color de un LED en particular como un tono de paleta de arco iris de 0 a 255. Entre estas dos funciones, puedo especificar fácilmente 10 colores con nombre o generar una paleta de colores de arco iris suave para cualquier LED en la torre.

Otra función básica que creé fue rotar (anillo, dirección), que rota el contenido de cualquier anillo alrededor de ese anillo. Cada llamada es un paso, pero esta rutina se puede usar para rotar el contenido de toda la torre, o rotar partes de la torre en direcciones opuestas, etc., creando muchos efectos interesantes.

Otra cosa que podría mencionar sobre la biblioteca FastLED es que admite directamente los LED APA106 que estoy usando. Si bien la biblioteca NeoPixel de Adafruit también funcionaba con APA106, tuve que experimentar con la configuración para hacerlo bien. Con FastLED, la configuración es automática con solo especificar el APA106 como el LED que está utilizando.

Como dije al principio, uno de los efectos más interesantes que puedes crear con esta torre son las intersecciones entre un cilindro y un plano. Al principio pensé en intentar lograr esto sobre la marcha con matemáticas. Pero hay problemas sobre si UNO es lo suficientemente rápido y resultó que hacerlo en tablas fue bastante fácil, así que tomé el último enfoque. Básicamente, esta mesa ilumina la intersección de un plano con la torre en 18 ángulos diferentes, y la altura a la que se produce la intersección se puede variar. Verá los resultados en varios lugares diferentes del programa.

Usé el mismo enfoque de tabla para crear varias intersecciones de un cilindro con una esfera. Funcionó, aunque no tan eficaz como la intersección con un avión. Hay un efecto en el programa que lo usa. Ambas tablas se almacenan en la memoria del programa para no consumir RAM.

Hay tres bocetos para UNO incluidos en el paquete de software:

1) una prueba rápida para un solo anillo.

2) una vista previa de 45 segundos del programa

3) el espectáculo de 8 minutos de duración con 16 efectos o animaciones diferentes

Los tres se muestran aquí en videos en este artículo (aunque la prueba de anillo es algo diferente a la del video).

Una última cosa sobre el software. Al final del ciclo principal, donde se llaman las diferentes animaciones, agregué un reinicio de software. Esto normalmente no sería necesario, pero tengo un error en algún lugar de mi software. Sin el reinicio, después de ejecutar numerosas pasadas a través de todas las animaciones, el programa se cuelga. Probablemente tengo algo que no sale de la pila en la RAM cuando debería. Incluso podría ser un problema en la biblioteca FastLED. Pero nunca lo encontré, y el reinicio del software garantiza un funcionamiento sin problemas, aunque no es la solución más elegante.

Código

• Código Arduino para LED Tower Art
• Software para Tower Art

Código Arduino para LED Tower Art Arduino

Esta descarga es un solo archivo zip con 3 bocetos:
1) una prueba de anillo para probar un solo anillo del pin 6
2) presentación rápida:una vista previa de 45 segundos
3) el programa que dura 8 minutos antes de repetirse

 Sin vista previa (solo descarga). 

Software para Tower Art Arduino

Esta descarga es un solo archivo zip con 3 bocetos:
1) una prueba de anillo para probar un solo anillo del pin 6
2) presentación rápida:una vista previa de 45 segundos
3) el programa que dura 8 minutos antes de repetirse

 Sin vista previa (solo descarga). 

Esquemas

Convertir la aceleración en ángulo desde el sensor MPU6050 I2C Sistema purificador de aire simple e inteligente