Velas artificiales controladas por Arduino

Acerca de este proyecto

Hace un tiempo comencé a trabajar en un proyecto para iluminar sutilmente nuestra sala del atrio, que se vuelve un poco demasiado lúgubre durante el otoño y el invierno. Quería algo más natural que las luces LED duras, preferiblemente el aspecto vivo de las velas parpadeantes.

Para las personas impacientes (que no quieren desplazarse completamente hacia abajo para encontrar un video), este es el resultado:

... y una versión navideña:

Ahora, volvamos a la historia:

Pero creando una llama artificial realista No es una tarea fácil, por lo que mi idea fue colocar las luces de manera que no se vea la "llama" directamente, sino simplemente la luz que produce, bailando en la pared.

Dado que la habitación está compuesta principalmente de paredes de vidrio, la elección obvia fue dejar que la luz se proyectara sobre las vigas blancas que sostenían las ventanas. Decidí colocar las luces en la parte inferior del haz horizontal, proyectando la luz hacia abajo en los haces verticales.

Preparación y planificación

Como quería poder controlar cada "vela" individualmente, la elección de la luz LED fue fácil; obviamente debería ser un conjunto de módulos LED basados ​​en WS2812, así que pedí 100 LED individuales.

Como puede ver en la imagen de arriba, cada LED tiene seis conexiones y una dirección marcado con una flecha en la parte trasera.

Dos de las conexiones están marcadas como 5V . , dos son GND y luego está el Din (Entrada de datos) y Dout (Salida de datos). Los dos 5V están conectados y también los dos GND s. Por tanto, en la práctica hay cuatro conexiones; 5 V , GND , Din y Dout .

Después de experimentar con diferentes números de LED por "vela", se me ocurrieron cuatro . Este número me permitió hacer suficientes manipulaciones de luz interesantes en cada haz para hacer una vela realista sin exigir demasiados LED.

Sin embargo, si tuviera que hacerlo de nuevo, habría pedido un conjunto de módulos de 2 por 2 LED para simplificar el montaje.

El controlador no necesitaba ser muy avanzado y supuse que un Arduino Nano sería suficiente.

La ubicación del Arduino no fue obvia. Al final, opté por colocarlo en la viga horizontal, detrás del pilar grueso que se ve en la primera foto de arriba (muy a la izquierda). El pilar se coloca en la esquina de la habitación donde se juntan las dos paredes de vidrio (cuya pared "derecha" se muestra en la foto). De esta manera, podría tener los LED en dos cadenas paralelas, una para cada pared, para minimizar la longitud física de cada cadena. Ahora, la longitud total de cada cuerda sería de alrededor de 4 metros (13 pies) en lugar de tener el doble de eso.

La Überguide de Adafruit NeoPixel fue una lectura realmente buena aquí; Si planeas jugar con los módulos LED WS2812, ¡definitivamente deberías leerlo en su totalidad! Por ejemplo, me dijo por qué es bueno limitar la longitud física de los cables.

Ocultar cables ...

... no fue tan difícil en mi caso, ya que los LED debían colocarse en la parte inferior del haz horizontal. Busqué un canal de cable barato y encontré uno en IKEA (no puedo decir si es irónico u obvio, siendo de Suecia).

Los módulos LED en sí se colocaron simplemente con una fuerte cinta adhesiva de doble cara.

Creando los módulos LED

Como no quería soldar todo en una sola cuerda de longitud completa (imaginé el atasco del cable que encontraría al intentar instalarlo en el lado inferior de la viga), decidí construir los módulos LED con conectores para los cables.

Los módulos LED debían colocarse justo al lado de los haces verticales para que se reflejara la mayor cantidad de luz posible. También quería que el cable se acercara al haz, y necesitaba respetar la dirección de los LED. Esto me llevó (sin juego de palabras) a tener dos versiones del módulo; una configuración colocada en la cadena que va a la derecha del Arduino y uno que va a la izquierda .

Las versiones de dos módulos requerían dos diseños de soldadura únicos, donde la principal diferencia era mantener el flujo de datos desde el LED correcto al siguiente.

Dado que los LED son bastante pequeños, de unos 9 milímetros de diámetro (3/8 "), no fue fácil soldarlos; y dada mi falta de experiencia en soldadura, el resultado no es tan agradable y bonito. Pero funcionó.

La soldadura

Antes de soldar, corté un módulo LED de 2 por 2 de las secciones originales de 2 por 5. Luego pinté un extremo de rojo y el otro de negro para marcar los lados cercanos a 5V y GND (para evitar errores estúpidos).

Paso 1 El primer ejercicio de soldadura fue poner una 'gota' de soldadura en la pequeña isla de metal en cada LED.

El siguiente paso fue conectar las conexiones sencillas, rectas y cercanas.

Luego, los cables siguientes debían mantener su aislamiento, ya que se pasaban entre sí.

En total, había cinco vigas en cada dirección, más la viga de esquina, lo que da un total de once vigas. Dado que cada módulo LED tenía cuatro LED, la cantidad de LED individuales es 44.

Después de algunos módulos lo entendí, y al final pude soldar un módulo completo en unos 30 minutos.

El "truco del cable corto"

Muchos de los cables diminutos necesitaban su aislamiento, pero era difícil cortar el aislamiento suficiente en cada extremo para exponer el núcleo interno cuando la longitud total del cable era inferior a un centímetro.

Luego descubrí este truco (obvio):

1. Suelde un extremo del cable, luego dóblelo y córtelo a la longitud deseada. (En este ejemplo, el extremo no soldado debe conectarse al Dout del LED inferior derecho en la imagen de abajo.)

2. Desliza un poco el aislamiento.

3. Corte la longitud deseada del aislamiento liberado.

4. Deslice el aislamiento hacia atrás, exponiendo el núcleo en el extremo libre. ¡Tadaa!

De esta manera, se pudo crear la longitud exacta del núcleo del cable expuesto, y el resultado fue bastante bueno:

Finalizando los módulos LED

Al final, los módulos LED deben colocarse boca abajo en la viga, por lo que la parte posterior soldada y llena de cables debe estar preparada para sostener la cinta adhesiva.

Llegué a usar un plástico plano al azar que simplemente corté en cuadrados. Estos simplemente se unieron a los módulos LED con pegamento caliente.

¡Aquí están todos los módulos completos! ¡Hurra!

(¡En este punto era vital tener algunas marcas en ellos, para separar los que van a la izquierda de los que van a la derecha!)

Los módulos completos se unieron fácilmente con cinta adhesiva fuerte en sus ahora planos traseros.

Haciendo los cables

Afortunadamente, tenía un rollo de cable de extensión de teléfono viejo tirado. Este cable tenía cuatro cables separados, lo cual era más que suficiente, ya que necesitaba tres cables (5V, GND y datos).

Montar los enchufes hembra sin la herramienta de engarzado especial no fue tan fácil, pero totalmente factible.

El canal de cable se montó fácilmente; simplemente córtelo en longitudes adecuadas y use la cinta adhesiva preinstalada para sujetarlo a la viga horizontal.

Así es como se veía un módulo montado finalizado:

Activación y desactivación automática

Como no quiero encender las luces manualmente cuando oscurece y luego apagarlas, coloco una fotorresistencia.

No quería un simple encendido / apagado, sino un cambio gradual de la intensidad de la luz durante el crepúsculo. Por esta razón, necesitaba conocer el valor analógico de mi fotorresistencia en el punto de la noche en que decidí que "la luz del día" se convirtió en "crepúsculo" y el punto en que "crepúsculo" se convirtió en "oscuridad".

En el gráfico a continuación, la curva roja representa la lectura analógica de la fotorresistencia a medida que cambia durante un día (no es una lectura real a continuación, solo mi dibujo a mano alzada). Las dos tenues líneas horizontales marcan los dos niveles; el superior es el límite donde "la luz del día" se convierte en "crepúsculo" y el inferior donde "crepúsculo" se convierte en "oscuridad". Entonces, cuando la curva roja está por encima de la línea horizontal superior, considero que es DÍA, y cuando está debajo de la inferior, es NOCHE.

La línea verde más recta es la medida de luz diurna "limpia", es decir, mínima (0.0) durante la noche y máxima (1.0) durante el día, y una pendiente lineal durante el crepúsculo.

Para conocer las lecturas analógicas reales, conecté cuatro fotorresistencias a un Arduino junto con una pantalla LCD para mostrar los valores actuales, mínimos y máximos de las cuatro resistencias. Usé cuatro porque no sabía si tenía uno malo, así que si la mayoría de ellos tuvieran aproximadamente la misma lectura, sabía que funcionarían. Obviamente, coloqué el dispositivo en el mismo lugar donde pretendía que el Arduino condujera los LED al final. Así es como se veía:

Dado que la pantalla LCD es bastante limitada, mostré la lectura de una fotorresistencia a la vez durante unos cinco segundos. Luego, durante el día, iba de vez en cuando y anotaba los números en una hoja de papel. (Obviamente, podría haberlo mantenido conectado a mi computadora portátil y haber enviado los números en la conexión en serie, pero necesitaba mi computadora portátil durante el día y no quería sentarme en el atrio todo el día).

Al final decidí que está oscuro por debajo de "630" y claro por encima de "800". Pero esos números obviamente simplemente encajan con mi fotorresistencia junto con la resistencia de 10 kΩ que usé en serie, por lo que no es una verdad absoluta.

El código fuente de Arduino

Quería poder tener diferentes tipos de efectos de iluminación, no solo luces de velas. Por esta razón, construí el código fuente de forma modular, tratando de aislar los diferentes mecanismos en diferentes archivos para una descripción más sencilla.

El .ino principal -archivo se mantiene muy pequeño. Básicamente, simplemente inicio todo y llamo a Update () en un par de clases de ayuda (que a su vez hace el truco).

Actualmente, el código fuente tiene soporte para dos efectos diferentes; el efecto de luz de vela y un efecto de "Navidad". Por el momento, la elección del efecto está codificada, lo que significa que necesito volver a compilar el código si quiero hacer un cambio. Al final, esto debería controlarse con un mando a distancia o, mejor aún, con un teléfono inteligente. Ya veremos.

Esquemas

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