Cómo hacer un cielo estrellado en el techo usando fibra óptica y Arduino

¿Quieres ver un pedazo de la galaxia en tu techo? Cómo hacer esto se describe a continuación.



Durante varios años soñé con completar este proyecto, y ahora finalmente está listo. Tomó un tiempo decente implementarlo, pero el resultado final fue tan maravilloso que valió la pena.



Un poco sobre el proyecto en sí. Traté de hacer todo con mis propias manos al máximo, lo que me dio total libertad creativa. Como resultado, tengo las constelaciones del hemisferio norte, control sobre los cúmulos estelares usando el control remoto (brillo y color), reacción a la música, control de la retroiluminación y, lo más importante, la capacidad de cambiar cualquier cosa.



Elegí Arduino como la plataforma para todo esto, ya que estoy familiarizado con su programación. El chip MSGEQ7 fue responsable de responder a la música: Internet está lleno de descripciones. Para la comunicación, usé el NRF24L01 a mi alrededor. El servocontrolador PCA9685 funcionó bien para controlar una gran cantidad de LED. Si desea hacer algo más simple y más barato, puede buscar kits listos para usar en Amazon, pero si está interesado en hacer todo usted mismo, como yo, entonces necesitará las siguientes habilidades:

• Familiaridad con la programación Arduino.
• Experiencia en el desarrollo de circuitos eléctricos y soldadura.
• Trabajar con corriente alterna.

Muchos me preguntan el costo de todo el proyecto. Es bastante difícil dar una cifra específica, ya que gasté muchos materiales, y todo depende de qué parte decidas hacer tú mismo, el tamaño del proyecto, etc., sin embargo, creo que puede caber en un tenedor de unos pocos cientos a mil dolares Trabajé en ello los fines de semana, y me llevó alrededor de un año completar todo.

Paso 1: planificación

Primero debe decidir si comprar una pieza electrónica o hacerlo usted mismo. Hacer circuitos requiere una comprensión de Arduino y los fundamentos de la electrónica, y además, existe la posibilidad de equivocarse en algún lugar. Puede encontrar muchos kits en Amazon y otras tiendas bajo la frase "Kit de techo de fibra óptica Star", por lo que hay muchas opciones. Pero si necesita completa libertad y control creativo, entonces es mejor hacer todo usted mismo.



Después de decidirse por la electrónica, debe pensar en la estructura del techo, el tamaño de la tarjeta estelar y la cantidad de estrellas. Elegí la opción con un techo de pladur regular. Tengo un techo bajo y fue bastante difícil instalar fibra, así que me decidí por un número relativamente pequeño de estrellas, 1200 piezas, pero el resultado aún fue sorprendente.



Ahora para la elección de un patrón de estrella. Vivo en el hemisferio norte, así que elegí la parte del cielo que es visible aquí. Muchas aplicaciones muestran imágenes de constelaciones: utilicé Celestia (como en este tutorial para hacer mi propio cielo estrellado). Naturalmente, nadie lo obliga a hacer que el dibujo del cielo estrellado sea realista y en la escala correcta: aquí tiene total libertad creativa, y en Internet puede encontrar un montón de ideas.

Paso 2: materiales

Ahora que todo está planeado, puede solicitar materiales.



No enumeraré materiales para el techo en sí, todo depende del sistema utilizado y otros factores. Usé un techo Knauf. Lo mismo ocurre con las herramientas: la mayoría de ellas solo son necesarias para instalar el techo. Para instalar las propias estrellas y la electrónica en sí, no se requiere tanto; consulte la lista. Compré muchas cosas en tiendas locales y pedí el resto en AliExpress: es más barato y la calidad suele ser aceptable.



Para estrellas y electrónica necesitarás:

• , . , . 12 , 30 , 350 15 . 14,4 /, .
• 3 . , 5 , 7 , 35 15 Arduino. RGB 5 , , .
• RGB 3 ( 5 , ). , , .
• 12 .
• . . , , . .
• PCA9685. 5- RGB .
• Arduino Uno/Mega × 2.
• NRF24L01 × 2.
• USB- Arduino.
• IRL540N. . 1 . – 5 . , . – .
• 2N2222 ( n-p-n). 3 . 15×3.
• Resistencias 2W 10Ω / 2W 6.8Ω / 2W 6.8Ω para R, G y B por LED de 3W respectivamente. 5 resistencias atractivas por 10 ohmios, cada una de 0.25 vatios.
• Condensadores de 10 uF para desacoplamiento NRF24L01.
• Placa de aluminio para fijación y enfriamiento de LED de 3 W.
• Tablas de circiutos.
• Placas de desarrollo para pruebas.
• Destornilladores, madera contrachapada, cinta adhesiva y todo lo que hay en cualquier taller.
• Un montón de cables de diferentes grosores. Para las señales PWM, se pueden usar cables delgados para la creación de prototipos, pero para las tiras de LED y los LED de 3 W, el grosor de los cables debe considerarse dependiendo de la distancia del circuito a los LED.

Para control remoto y analizador de espectro:

• MSGEQ7 × 1
• Resistencias: 1 × 470 Ω / 1 × 180k Ω / 1 × 33k Ω.
• Condensadores: 1 × 33 pF / 1 × 0.01 μF / 1 × 0.1 μF.
• Pasta térmica para procesadores.
• Control remoto IR y foto diodo para receptor
• Un montón de alambres delgados.
• Tablero pequeño. Usé Proto Shield.
• Estuche pequeño para Arduino. Hice un caso usando corte por láser.
• Otros componentes relacionados con el circuito principal. Su número se indica en la lista de componentes del circuito principal.

Herramientas de instalación y soldadura:

• Adhesivo transparente que no disuelve la fibra. Usé un simple clérigo.
• Equipos para soldar.
• Un multímetro no será superfluo.
• Destornillador.
• Alicates.
• Punzón o similar para hacer agujeros en el techo. El grosor coincide con el grosor de la fibra.

Paso 3: instalación en el techo

No pintaré la instalación en detalle: hay un montón de materiales en la red para instalar un techo suspendido, y no soy un experto en este asunto. Este enfoque es más complicado que la solución habitual de panel de estrella que la mayoría de la gente elige. Pero, por otro lado, obtuve un techo suspendido de alta calidad, que se ve absolutamente normal durante el día.



Especialmente para el mantenimiento de la electrónica, hice una escotilla en la parte más discreta del techo.



En este paso, se realiza la masilla y la imprimación, y la pintura se realiza después de instalar la fibra.

Paso 4: instalación de la fibra

Me tomó más tiempo de lo que esperaba ... Después de muchas improvisaciones diferentes, acordamos que en nuestro caso la mejor manera de colocar la fibra es con una caña de pescar y un lazo de hilo de pescar: vea mis garabatos hábilmente ejecutados con explicaciones. Ahora esta idea me parece ridícula, pero a quién no le gusta perder el tiempo a veces.



Consideraciones:

• Recomiendo pegar la fibra en los agujeros para evitar que se caiga. El pegamento debe ser transparente y no reaccionar con fibra óptica. Usé un simple clérigo.
• No necesita perforar nada, los agujeros se pueden hacer con un punzón simple, que coincide en diámetro con la fibra óptica.
• Solo usé una cinta métrica para marcar las ubicaciones exactas de las estrellas. No es 100% exacto, pero está bien. Para imprimir un mapa del cielo, el techo era demasiado grande.

Paso 5: acabado del techo - pintura







Pintamos directamente sobre la fibra, por lo que cuando está apagada no es visible. Todo parece un techo normal. Después de dos capas de pintura, el brillo de la fibra se mantuvo casi igual.

Paso 6: esquema de prueba

El esquema en sí no es muy complicado, y funcionó para mí de inmediato. Sin embargo, siempre es mejor verificar primero y luego instalar, especialmente porque en este caso hay mucha soldadura. Además, es conveniente tener una versión de prueba para actualizaciones en el futuro; creo que nadie querrá cortocircuitar un proyecto que tardó varios días en instalarse en el techo.



Mi versión de prueba es una o dos tarjetas PCA9685, NRF24L01 y fuentes de alimentación conectadas a Arduino. Todo se puede hacer en placas de prueba. Lo mismo se aplica a los circuitos de control remoto: tropezaron con todo en la placa y comprobaron que todo funcionaba. También sugeriría soldar algunos LED de 3W para probar.

Paso 7: código para Arduino

He recopilado bibliotecas y otros enlaces útiles en la sección "información útil". Para una explicación de cómo funciona el código, vea los comentarios.



Escribí este código usando varios recursos, algunos de los cuales he enumerado en la sección "Información útil". Sin embargo, desde que terminé el proyecto hace más de un año, cuando decidí escribir este artículo, ya no pude encontrar algunos de ellos, y algunos de los enlaces guardados ya no funcionaban.



El código contiene una función bastante complicada para parpadear LED. Para mejorar el aspecto, utilicé el tutorial sobre cómo hacer que la respiración parpadee : sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



El ojo humano no percibe el brillo de la luz linealmente, por lo que un simple aumento lineal en el brillo no parece natural. Código del



receptor



Código del transmisor



Paso 8: Conecte los cables y las tiras de LED







































¡Hora de la conexión final! Si todo está marcado y todo funciona, la conexión debería realizarse sin problemas, solo soldando un montón de componentes idénticos. Para la comodidad de dar servicio a todo el circuito, hice una caja de madera contrachapada para que se ajuste a la escotilla técnica, por lo que si es necesario, simplemente puedo quitar todo el circuito del techo. Pasé la fibra óptica a través de tuberías de plomería de plástico, cuyo tamaño coincide aproximadamente con los LED de 3 W, y luego perforé agujeros del mismo diámetro en la madera contrachapada y los inserté allí. Por lo tanto, puedo desconectar fácilmente la fibra de los LED según sea necesario.



Sugiero montar las tiras de LED en placas de aluminio para enfriar, ya que se calientan mucho.

Paso 9: depurar y ajustar

Supongamos que revisó el circuito, pero después de instalarlo, no funciona ... o algo más no funciona como debería. Entonces el problema es más probable en la soldadura: si todo funcionó en el ensamblaje de prueba, también debería funcionar en el ensamblaje final. Espero que este no sea su caso, pero como ejemplo, daré uno de los problemas que yo mismo he encontrado.



Cuando bajé el brillo de los LED al mínimo, las rayas podrían dejar de funcionar o comenzar a parpadear. Después de pasar una gran cantidad de tiempo investigando y depurando, descubrí que el problema era cambiar el IRL540 lentamente, y la solución era simplemente reducir la frecuencia PWM a 50 Hz. El problema estaba casi resuelto, y el parpadeo se mantuvo solo en los valores más bajos; sin embargo, no importa, ya que no los uso. El problema volvió cuando decidí grabar un video sobre este techo, ya que una frecuencia tan pequeña es claramente visible en las cámaras, es lo mismo que grabar un televisor. Para resolver este problema, ensamblé un pequeño circuito en una placa de prueba usando transistores 2N2222 en lugar de IRL540, solo para grabar videos.



Ahora que todo está en su lugar y funcionando, puede ajustar el brillo de las estrellas, reaccionar a la música, los modos de desvanecimiento y todo lo demás.

Paso 10: información útil y enlaces

Paso 11: ideas para el desarrollo

Sería genial desarrollar una aplicación de administración de techo móvil, tal vez usando OpenHAB en Raspberry Pi, ya que el PCA9685 es bastante fácil de controlar a través de RPi.



Y si usa OpenHab o su alternativa, el techo de estrella se puede conectar fácilmente al sistema doméstico inteligente.