Luces LED Tipo Vela con Arduino: Proyecto de Iluminación Inteligente DIY

Componentes y Suministros

Componente	Cantidad	Notas
LED SMD RGB WS2812 (SparkFun)	44	Coloqué los LEDs en módulos de 4 y necesité 11 módulos
Arduino Nano R3	1
Fotorresistencia	1
Canal de cable IKEA "MONTERA"	2
Header Macho 40 Posiciones 1 Fila (0.1")	7
Conector Wire-To-Board M20-1060300, Serie M20-1, Crimp, Receptáculo, 3, 2.54mm	25	Necesitas 2 por módulo LED (de 4 LEDs) (y un par de extras)
Contacto M20-1180046, Serie M20, Socket, Crimp, 22 AWG, Contactos Estañados, Carcasa Hembra Crimp Serie M20	1	Necesitas 6 por módulo LED, pero vienen en paquete de 100, así que 1 paquete puede ser suficiente

Herramientas y Máquinas Necesarias

• Soldador (genérico)

Sobre este Proyecto

Hace un tiempo empecé a trabajar en un proyecto para iluminar sutilmente nuestra habitación ático que se pone un poco demasiado lúgubre durante el otoño e invierno. Quería algo con un aspecto más natural que luces LED duras, preferiblemente el aspecto vivo de velas parpadeantes.

Para los impacientes (que no quieren hacer scroll hasta abajo para encontrar un video), este es el resultado:

...y una versión navideña:

Ahora, volviendo a la historia:

Pero crear una llama artificial realista no es una tarea fácil, así que mi idea era colocar las luces de manera que no veas la "llama" directamente, sino solo la luz que produce, bailando en la pared.

Como la habitación está hecha principalmente de paredes de cristal, la opción obvia era dejar que la luz se proyecte en las vigas blancas que sostienen las ventanas. Decidí colocar las luces en la parte inferior de la viga horizontal, proyectando la luz hacia abajo en las vigas verticales.

Preparación y Planificación

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

Como puedes ver en la imagen de arriba, cada LED tiene seis conexiones – y una dirección marcada con una flecha en el reverso.

Dos de las conexiones están marcadas 5V, dos son GND y luego está el Din (Data In) y el Dout (Data Out). Los dos 5V están conectados y lo mismo los dos GND. Así que en la práctica hay cuatro conexiones: 5V, GND, Din y Dout.

Después de experimentar con diferente número de LEDs por "vela", llegué a un número de cuatro. Este número me permitió hacer suficientes manipulaciones de luz interesantes en cada viga para hacer un aspecto realista de vela sin demandar demasiados LEDs.

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

El controlador no necesitaba ser muy avanzado, y mi suposición era que un Arduino Nano sería suficiente.

La ubicación del Arduino no era obvia. Al final elegí ponerlo en la viga horizontal misma, detrás del pilar grueso que es visible en la primera foto de arriba (muy a la izquierda). El pilar está colocado en la esquina de la habitación donde las dos paredes de cristal se encuentran (de la cual la pared "derecha" se muestra en la foto). De esta manera podía tener los LEDs en dos cadenas paralelas – una para cada pared – para minimizar la longitud física de cada cadena. Ahora la longitud total de cada cadena sería de unos 4 metros (13 pies) en lugar de tener una del doble.

La Adafruit NeoPixel Überguide fue una lectura muy buena aquí; si planeas jugar con módulos LED WS2812 definitivamente deberías leerla. Por ejemplo, me dijo por qué es bueno limitar las longitudes físicas de los cables.

Ocultando Cables...

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

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

Creando los Módulos LED

Como no quería soldar todo junto en una sola cadena de longitud completa (imaginaba el lío de cables que encontraría intentando instalar la cosa en la parte inferior de la viga) decidí construir los módulos LED con conectores para los cables.

Los módulos LED debían colocarse justo al lado de las vigas verticales para obtener la mayor cantidad de luz posible reflejada en ellas. También quería tener el cable yendo cerca de la viga – y necesitaba respetar la dirección de los LEDs. Esto me llevó a tener dos versiones del módulo; una configuración colocada en la cadena que va a la derecha desde el Arduino y otra yendo a la izquierda.

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

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

La Soldadura

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

Paso 1 El primer ejercicio de soldadura fue poner una 'gota' de estaño en la diminuta isla metálica de cada LED.

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

Luego los cables siguientes necesitaban mantener su aislamiento, ya que iban unos sobre otros.

En total había cinco vigas en cada dirección – más la viga de la esquina – dando un total de once vigas. Como cada módulo LED tenía cuatro LEDs, el número de LEDs individuales es 44.

Después de unos pocos módulos le cogí el truco, y al final podía soldar un módulo completo en unos 30 minutos.

El "Truco del Cable Corto"

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

Entonces descubrí este truco (obvio):

1. Suelda un extremo del cable, luego dóblalo y córtalo a la longitud deseada. (En este ejemplo el extremo no soldado debería conectarse al Dout del LED inferior derecho en la imagen de abajo.)

2. Desliza el aislamiento un poco hacia abajo.

3. Corta la longitud deseada del aislamiento liberado.

4. Desliza el aislamiento de vuelta, exponiendo el núcleo en el extremo libre. ¡Listo!

De esta manera se podía crear la longitud exacta de núcleo de cable expuesto, y el resultado fue bastante bonito:

Finalizando los Módulos LED

Al final, los módulos LED debían colocarse boca abajo en la viga, así que el lado posterior soldado, lleno de cables, debía prepararse para sostener la cinta adhesiva.

Llegué a usar algo de plástico plano aleatorio que simplemente corté en cuadrados. Estos se pegaron simplemente a los módulos LED con pegamento caliente.

¡Aquí están todos los módulos completos! ¡Hurra!

(En este punto era vital tener alguna marca en ellos, para separar los que van a la izquierda de los que van a la derecha.)

Los módulos completos se colocaron fácilmente usando cinta adhesiva fuerte en sus ahora planas partes traseras.

Haciendo los Cables

Por suerte tenía un rollo de cable de extensión telefónica viejo por ahí. Este cable tenía cuatro hilos separados que era más que suficiente, ya que necesitaba tres hilos (5V, GND y datos).

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

El canal de cable se montó fácilmente; solo córtalo en longitudes adecuadas y usa la cinta adhesiva pre-adherida para fijarlo 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 apagarlas después, puse una fotorresistencia.

No quería un simple encendido/apagado, sino un cambio gradual de intensidad de luz durante el crepúsculo. Por esta razón necesité saber el valor analógico de mi fotorresistencia en el punto de la tarde cuando decidí que la "luz diurna" se convertía en "crepúsculo" y el punto cuando el "crepúsculo" se convertía en "oscuridad".

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

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

Para conocer las lecturas analíticas reales, conecté cuatro fotorresistencias a un Arduino junto con una pantalla LCD para mostrar los valores actual, mínimo y máximo de las cuatro resistencias. Usé cuatro porque no sabía si tenía una mala, así que si la mayoría tenían aproximadamente la misma lectura sabía que funcionarían. Obviamente coloqué el dispositivo en el mismo lugar donde pretendía tener el Arduino controlando los LEDs al final. Así es como se veía:

Como el LCD es bastante limitado, mostré la lectura de una fotorresistencia a la vez durante unos cinco segundos. Luego durante el día pasé de vez en cuando y anoté los números en un papel. (Obviamente podría haberlo mantenido conectado a mi portátil y hacer que los números se enviaran por la conexión serial, pero necesitaba mi portátil durante el día y no quería sentarme en el ático todo el día).

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

El Código Fuente de Arduino

Quería poder tener diferentes tipos de efectos de iluminación, no solo luces de vela. Por esta razón construí el código fuente modular, intentando aislar los diferentes mecanismos en diferentes archivos para una visión más fácil.

El archivo principal .ino se mantiene realmente pequeño. Básicamente solo inicia todo y llama a Update() en un par de clases auxiliares (que a su vez hacen el truco).

Actualmente el código fuente tiene soporte para dos efectos diferentes; el efecto de luz de vela y un efecto "Navidad". En este momento la elección del efecto está hardcodeada, lo que significa que necesito recompilar el código si quiero hacer un cambio. Al final esto debería controlarse usando un mando a distancia – o, incluso mejor, un smartphone. Ya veremos.

Código

AtriumLighting

Todo el código fuente para el Arduino: https://github.com/emmellsoft/AtriumLighting

Esquemáticos

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