Lewitująca lampa LED: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Czy kiedykolwiek bawiłeś się magnesami i próbowałeś sprawić, by lewitowały? Jestem pewien, że wielu z nas to zrobiło i chociaż może się to wydawać możliwe, jeśli umieści się je bardzo ostrożnie, po pewnym czasie zdasz sobie sprawę, że w rzeczywistości jest to niemożliwe. Dzieje się tak z powodu twierdzenia Earnshawa, które dowodzi, że niemożliwe jest lewitowanie obiektu tylko przy użyciu materiałów ferromagnetycznych. Mamy jednak obejście. Zamiast używać magnesów, lewitujemy lampę za pomocą iluzji zwanej tensegrity, tworząc lampę, która wygląda, jakby unosiła się w powietrzu!

Krok 1: Materiały eksploatacyjne

Do wykonania tej lampy potrzebne są różne materiały eksploatacyjne:

Elektronika:

• Płytka Arduino Nano
• Przewody połączeniowe
• Pierścień 24 LED
• Bateria 9V
• Złącze akumulatora 9V

Materiały dekoracyjne:

• Karton (lub drewno w przypadku cięcia laserowego)
• Żyłka (każda powinna działać i staraj się wybrać tak przejrzystą, jak to tylko możliwe)

Inni:

• Gumka recepturka
• Pistolet na gorący klej
• Gorący klej w sztyfcie
• Sprzęt lutowniczy
• Rzep

Krok 2: Złóż elektronikę

Najpierw musimy zmontować części elektroniczne. Jest to proste i można to zrobić w kilku krokach:

1. Przylutuj złącze baterii 9V do płytki Arduino Nano. Może to być trochę trudne, ale jest to kluczowa część sukcesu projektu, ponieważ niewystarczająca moc dostarczana do płyty spowoduje jej nieprawidłowe działanie. Podłącz czerwony przewód do pinu VIN, a czarny przewód do jednego z pinów GND na płycie.
2. Przylutuj szpilki z tyłu pierścienia LED. Na tych 24 pierścieniach LED są zwykle 4 miejsca na lut, ale w tym projekcie będziemy używać tylko 3: DI, VCC i GND. Część DO nie będzie używana w tym projekcie. Przylutuj go przewodem skierowanym w pierścień, ponieważ zewnętrzna strona pierścienia będzie schowana za kartką papieru, ale jeśli przewody połączeniowe zostaną przylutowane w złym kierunku, będzie wystawał z lampy.
3. Podłącz przewody do Nano. DI musi być podłączony do pinu D5, VCC podłączony do 5V, a GND do GND, odpowiednio na pierścieniu LED i Arduino Nano.

I skończyłeś z elektroniką!

Krok 3: Rzeźba Tensegrity

W tym projekcie używamy tensegrity, co jest terminem używanym do opisania aktu używania napięcia, aby utrzymać coś w miejscu. Jeśli chcesz po prostu stworzyć rzeźbę, możesz pobrać plik Adobe Illustrator, przeznaczony do cięcia laserowego lub spojrzeć na zdjęcie i samodzielnie wyciąć je w kartonie.

Jeśli chcesz zrozumieć, jak to działa, czytaj dalej poniżej!

Ta rzeźba tensegrity wykorzystuje żyłkę wędkarską, aby wyglądała bardziej jak lewitujący obiekt. Na zdjęciu z adnotacjami położenie każdego z 6 wierszy jest wyróżnione osobnymi kolorami. Dłuższe czerwone to te, które chronią górę przed upadkiem. Nazwijmy je „liniami strukturalnymi”. Następnie mamy niebieskie linie, które są znacznie krótsze niż czerwone, utrzymujące górną część do góry. Nazwijmy je "liniami lewitacji".

W naszej rzeźbie Tensegrity to linie lewitacji podtrzymują konstrukcję. Ponieważ górna część chce się opuścić z powodu grawitacji, linie lewitacji muszą podtrzymywać konstrukcję. Kiedy są przymocowane, są bardzo napięte, utrzymując górną część konstrukcji. Jeden z nich znajduje się po dwóch z czterech stron rzeźby, choć teoretycznie jeden wystarczy do podtrzymania konstrukcji.

Jeśli jednak spróbujesz przyczepić tylko linki lewitacji, zauważysz, że łatwo się przewraca. Dzieje się tak, ponieważ blat mocowany jest tylko w dwóch punktach, co nie wystarcza do zapewnienia stabilnej konstrukcji. Wyobraź sobie huśtawkę. Jest przymocowany jedną linką, dzięki czemu może się swobodnie poruszać. W naszym przypadku górna część jest połączona dwoma punktami, a dwa punkty tworzą linię, więc górna część naszej rzeźby tensegrity, z samymi liniami lewitacji, jest tylko huśtawką.

Tutaj do gry wchodzą linie strukturalne. Linie te są również napięte i utrzymują konstrukcję na miejscu. Jeśli górna część konstrukcji pochyla się w dowolnym kierunku, linie konstrukcyjne w przeciwnym kierunku utrzymają konstrukcję w miejscu, powodując, że struktura będzie stabilna.

Mimo że wygląda jak magia, cała rzeźba ma wiele powodów!

Krok 4: Montaż konstrukcji

Teraz nadszedł czas na zmontowanie konstrukcji, aby przymocować do niej lampę. Ta część jest stosunkowo łatwa:

1. Znajdź podstawowe elementy. Zawsze są to te największe kwadratowe.
2. Załóż kawałki "ramion". Upewnij się, że wszystkie są zwrócone w tym samym kierunku, patrząc z ich boku. Gwarantuje to, że struktura tensegrity będzie mogła zostać zmontowana zgodnie z przeznaczeniem.
3. Załóż jedną z bocznych części. Dzięki temu mamy pewność, że ramię nie jest zbyt mocno wsunięte podczas klejenia, a cała podstawa konstrukcji może być wyrównana.
4. Zmontuj resztę konstrukcji. Kawałki powinny dokładnie ułożyć się na swoim miejscu, a przy odrobinie klejenia uzyskasz to, co pokazano powyżej.

Po wykonaniu tych czynności nadszedł czas, aby podłączyć żyłki do konstrukcji.

1. Za pomocą gorącego kleju przyklej cztery kawałki żyłki do każdego z rogów jednej z części konstrukcji. Upewnij się, że wszystkie mają tę samą długość.
2. Przyklej żyłkę do odpowiednich rogów na drugiej konstrukcji. Łatwiej mi było skleić, gdy cała konstrukcja leżała, więc nie musiałem jej trzymać rękami.
3. Przyklej „linie lewitacji” na miejscu. Po ostygnięciu kleju odsuń górną i dolną część tak daleko, jak to możliwe, i przyklej między nimi dwie ostatnie żyłki łączące ramiona konstrukcji.

Jeśli dotarłeś tak daleko, to dobra robota! Wykonałeś już większość pracy:)

Teraz musimy złożyć lampę. Ta część jest naprawdę prosta:

1. Przyklej pierścień LED do okrągłego "koła" z dwoma otworami pośrodku. Upewnij się, że plastikowy wspornik dla przewodów połączeniowych znajduje się całkowicie wewnątrz zewnętrznego okręgu.
2. Sklej ze sobą dwa okrągłe kawałki. Przyklej pierwszy kawałek „koła” z pełnym okręgiem z dwoma otworami pośrodku. Stanowią one górę naszej lewitującej lampy.
3. Przywiąż baterię do ostatniego prostokątnego elementu. Ten element ma otwór na baterię 9V i przymocuj go wraz z płytką Arduino Nano za pomocą gumek. Pamiętaj, aby nie używać kleju tutaj: bateria w końcu zginie i nie będziesz miał czego użyć!
4. Weź kawałek papieru B5 i przyklej go wokół krawędzi lampy. Działa to jak klosz lampy, a także blokuje widzom widoczność tablicy i baterii w lampie.
5. Możesz mieć coś zwisającego z dolnej części lampy. Na kilku moich zdjęciach próbowałem użyć krótkich, przyciętych kawałków słomy, aby stworzyć efekt żyrandola, ale później go wyjąłem, ponieważ przeszkadzało mi to w moich zdjęciach. Możesz być kreatywny z tym, co tutaj umieścisz!
6. Przyklej górną część lampy do ostatniego kawałka koła. Ponownie upewnij się, że wszystkie kawałki żyłki mają tę samą długość.
7. Przyklej rzep do górnej części drugiego koła i do dolnej części górnej części konstrukcji. To utrzyma lampę na miejscu podczas lewitacji. Zastosowanie rzepu pozwala na jego zdejmowanie i nadanie mu nowej baterii, gdy jej potrzebujesz.

Krok 5: Kodowanie

A teraz zabawna część: kodowanie, jak ma wyglądać lampa! Użyłem tutaj obrotowego światła RGB, ale możesz tworzyć, co chcesz i być z tym kreatywnym!

Wiem, że wyjaśniłem każdą część kodu niezależnie w mojej ostatniej instrukcji, ale tym razem zawarłem wszystkie wyjaśnienia w komentarzach w kodzie. Podczas eksploracji kodu pamiętaj o tym, co stworzyłem: obracającą się tęczową lampę. Jeśli to wyjaśnienie nie było wystarczająco dobre (nie wiem, jak inaczej to wyjaśnić), zawsze możesz spojrzeć wstecz na wideo zawarte na początku. Możesz zobaczyć kod poniżej lub pobrać go z linku strony Arduino Create poniżej!

Arduino Utwórz łącze

(Ponadto, jeśli wystarczająco dużo osób poprosi mnie o bardziej szczegółowe wyjaśnienie kodu, może coś z tym zrobię…)

Lewitująca_Lampa.ino

#włączać// uwzględnij bibliotekę, aby użyć pierścienia LED

#definePIN5// pin, do którego podłączony jest pierścień LED

#defineNumPixels24// liczba pikseli w pierścieniu. są pierścienie z 8 diodami LED lub możesz użyć paska LED z Neopikselami. Pamiętaj tylko, aby określić, ile masz diod LED!

Adafruit_NeoPixel piksele (NumPixels, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); // zadeklaruj jasny obiekt o nazwie piksele. Kod będzie odnosić się do pierścienia LED w ten sposób.

#defineDELAYVAL20// decyduje o tym, jak długo tablica powinna czekać, zanim światła zostaną obrócone. Jeśli zmniejszysz to, kolory tęczy będą się obracać jeszcze szybciej.

int r[LiczbaPikseli]; // to jest czerwona wartość dla wszystkich diod

int g[Liczba Pikseli]; // to jest zielona wartość dla wszystkich diod LED

int b[Liczba Pikseli]; // to jest niebieska wartość dla wszystkich diod LED

stała diff=31; // to ustawia wartość jasności. Maksymalna liczba to 31, ale każda liczba x, gdzie 0 < x < 32 będzie działać.

/////// Ustaw początkowe położenie świateł ////////

voidsetLights(){

int R=8*różnica, G=0, B=0; // początkowe położenie wszystkich diod

for(int i=0;i<8;i++, R-=różnica, G+=różnica){

r=R;

g=G;

b=0;

}

for(int i=0;i<8;i++, G-=różnica, B+=różnica){

g[i+8]=G;

b[i+8]=B;

r[i+8]=0;

}

for(int i=0;i<8;i++, B-=różnica, R+=różnica){

r[i+16]=R;

b[i+16]=B;

g[i+16]=0;

}

}

/////// Zakończenie ustawiania początkowej pozycji diod ////////

voidsetup() {

piksele.początek(); // włącz obiekt pikseli

setLights(); // ustaw początkowe położenie diod

}

int idx=0; // ustaw początkową pozycję obrotu LED

voidloop() {

/////// ustaw kolor każdej z diod ////////

for(int i=0; i<liczba pikseli; {

piksele.setPixelColor(i, piksele. Color(r[(i+idx)%24], g[(i+idx)%24], b[(i+idx)%24]));

piksele.pokaż();

}

/////// zakończenie ustawiania koloru diod ////////

opóźnienie(OPÓŹNIENIE); // czekaj DELAYVAL milisekund

idx++; // przesuń rotację diod o jeden

idx%=24; // zmodyfikuj wartość o 24. To ogranicza wartość idx do zakresu od 0 do 23 włącznie

}

zobacz rawLevitating_Lamp.ino hostowane z ❤ przez GitHub

Krok 6: Zakończ

Teraz nadszedł czas, aby zasilić lampę, przykleić rzep do konstrukcji i zgasić światło: czas na przedstawienie. Możesz wprowadzać dowolne zmiany i dzielić się ze światem tym, co stworzyłeś w tym projekcie!

Powodzenia i kontynuuj eksplorację!