Como fazer um céu estrelado no teto usando fibra óptica e Arduino

Deseja ver um pedaço da galáxia no seu teto? Como fazer isso é descrito abaixo.



Por vários anos, sonhei em concluir este projeto, e agora está finalmente pronto. Demorou muito tempo para implementá-lo, mas o resultado final foi tão grande que valeu a pena.



Um pouco sobre o projeto em si. Eu tentei fazer tudo com minhas próprias mãos ao máximo, o que me deu total liberdade criativa. Como resultado, tenho as constelações do hemisfério norte, controle sobre aglomerados de estrelas usando o controle remoto (brilho e cor), reação à música, controle da luz de fundo e, mais importante, a capacidade de alterar qualquer coisa.



Eu escolhi o Arduino como plataforma para tudo isso, porque estou familiarizado com sua programação. O chip MSGEQ7 foi responsável por responder à música - a Internet está cheia de descrições. Para comunicação, usei o NRF24L01 que estava ao meu lado. Para controlar um grande número de LEDs, o servo controlador PCA9685 foi um bom ajuste. Se você quiser tornar algo mais simples e mais barato, poderá pesquisar kits prontos na Amazon, mas se estiver interessado em fazer tudo sozinho, como eu, precisará das seguintes habilidades:

• Familiaridade com a programação do Arduino.
• Experiência no desenvolvimento de circuitos elétricos e soldas.
• Trabalhe com corrente alternada.

Muitas pessoas me perguntam o custo de todo o projeto. É muito difícil dar uma cifra específica, já que gastei muitos materiais, e tudo depende de qual parte você decide fazer, do tamanho do projeto etc., no entanto, acho que pode caber em um garfo de algumas centenas a mil dólares. Eu trabalhei nisso nos finais de semana e levei cerca de um ano para concluir tudo.

Etapa 1: planejamento

Primeiro você precisa decidir se compra uma peça eletrônica ou faz você mesmo. Fazer circuitos requer uma compreensão dos fundamentos do Arduino e da eletrônica e, além disso, há uma chance de atrapalhar em algum lugar. Você pode encontrar muitos kits na Amazon e em outras lojas sob a frase "Kit de teto em estrela de fibra óptica", portanto, existem inúmeras opções. Mas se você precisar de liberdade e controle criativos completos, é melhor fazer tudo sozinho.



Depois de escolher a eletrônica, você deve pensar na estrutura do teto, no tamanho da placa estrela e no número de estrelas. Eu escolhi a opção com um teto regular de gesso cartonado. Eu tenho um teto baixo e era bastante difícil instalar fibra, então decidi por um número relativamente pequeno de estrelas, 1200 peças, mas o resultado ainda era surpreendente.



Agora, a escolha de um padrão de estrela. Eu moro no hemisfério norte, então escolhi a parte do céu que é visível aqui. Muitas aplicações mostram imagens de constelações - usei o Celestia (como neste tutorial para criar meu próprio céu estrelado). Naturalmente, ninguém o obriga a fazer uma imagem do céu estrelado realista e na escala certa - aqui você tem total liberdade criativa e, na Internet, pode encontrar um monte de idéias.

Etapa 2: materiais

Agora que tudo está planejado, você pode solicitar materiais.



Não listarei materiais para o teto em si, tudo depende do sistema usado e de outros fatores. Eu usei um teto Knauf. O mesmo vale para as ferramentas - a maioria delas é necessária apenas para a instalação do teto. Para instalar as próprias estrelas e os próprios componentes eletrônicos, não é necessário muito - veja a lista. Comprei muitas coisas em lojas locais e pedi o restante no AliExpress - é mais barato e a qualidade é geralmente aceitável.



Para estrelas e eletrônicos, você precisará de:

• , . , . 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.
• Resistores. 2W 10Ω / 2W 6,8Ω / 2W 6,8Ω para R, G e B por LED de 3W, respectivamente. 5 resistores atraentes por 10 ohms, cada um 0,25 watts.
• 10 capacitores de uF para desacoplar NRF24L01.
• Placa de alumínio para fixação e resfriamento de LEDs de 3W.
• Placas de circuito.
• Placas de desenvolvimento para testes.
• Chaves de fenda, madeira compensada, fita adesiva e tudo o que existe em qualquer oficina.
• Um monte de fios de diferentes espessuras. Para sinais PWM, podem ser utilizados fios finos para prototipagem, mas para tiras de LED e LEDs de 3 W, a espessura dos fios deve ser considerada dependendo da distância do circuito aos LEDs.

Para controle remoto e analisador espectral:

• MSGEQ7 × 1
• Resistores - 1 × 470 Ω / 1 × 180k Ω / 1 × 33k Ω.
• Capacitores: 1 × 33 pF / 1 × 0,01 μF / 1 × 0,1 μF.
• Graxa térmica para processadores.
• Controle remoto IR e foto diodo para receptor
• Um monte de fios finos.
• Tábua de pão pequena. Eu usei o Proto Shield.
• Estojo pequeno para Arduino. Eu fiz um caso usando corte a laser.
• Outros componentes relacionados ao circuito principal. Seu número é indicado na lista de componentes do circuito principal.

Ferramentas para instalação e solda:

• Adesivo transparente que não dissolve as fibras. Eu usei um funcionário simples.
• Equipamento de solda.
• Um multímetro não será supérfluo.
• Chave de fenda.
• Alicates.
• Furador ou similar para fazer furos no teto. A espessura corresponde à espessura da fibra.

Etapa 3: instalando o teto

Não pintarei a instalação em detalhes - há muitos materiais na rede para instalar um teto suspenso e não sou especialista nesse assunto. Essa abordagem é mais complexa do que a solução usual de barra em estrela escolhida pela maioria das pessoas. Mas, por outro lado, eu tenho um teto suspenso de alta qualidade, que parece absolutamente normal durante o dia.



Especialmente para a manutenção de eletrônicos, fiz uma escotilha na parte mais discreta do teto.



Nesta etapa, a massa e o primer são feitos e a pintura é feita após a instalação da fibra óptica.

Etapa 4: instalando a fibra

Demorei mais do que eu esperava ... Depois de várias improvisações diferentes, concordamos que, no nosso caso, a melhor maneira de colocar a fibra é com uma vara de pescar e um laço de linha de pesca - veja meus rabiscos habilmente executados com explicações. Agora, essa ideia parece ridícula para mim - mas quem não gosta de mexer às vezes.



Considerações:

• Eu recomendo colar a fibra nos orifícios para evitar que ela caia. A cola deve ser transparente e não reagir com fibra óptica. Eu usei um funcionário simples.
• Você não precisa perfurar, os furos podem ser feitos com um furador simples, com o mesmo diâmetro da fibra.
• Eu usei apenas uma fita métrica para marcar os locais exatos das estrelas. Não é 100% preciso, mas normal. Para imprimir um mapa do céu, o teto era muito grande.

Etapa 5: finalizando o acabamento do teto - pintura







Nós pintamos diretamente sobre a fibra, portanto, quando ela está desligada, não é visível. Tudo parece um teto comum. Após duas camadas de tinta, o brilho da fibra permaneceu quase o mesmo.

Etapa 6: layout de avaliação

O esquema em si não é muito complicado e funcionou para mim imediatamente. No entanto, é sempre melhor verificar primeiro e depois instalar - especialmente porque nesse caso há muita solda. Além disso, é conveniente ter uma versão de teste para atualizações no futuro - acho que ninguém vai querer fazer um curto-circuito em um projeto que levou vários dias para ser instalado no teto.



Minha versão de teste é uma ou duas placas PCA9685, NRF24L01 e fontes de alimentação conectadas ao Arduino. Tudo pode ser feito em tábuas de pão. O mesmo se aplica aos circuitos do controle remoto - eles tropeçaram em tudo na tábua de pão e verificaram se tudo funcionava. Eu também sugeriria soldar alguns LEDs de 3W para teste.

Etapa 7: código para o Arduino

Eu coletei bibliotecas e outros links úteis na seção "informações úteis". Para uma explicação de como o código funciona, consulte os comentários.



Eu escrevi esse código usando vários recursos, alguns dos quais listados na seção "Informações úteis". No entanto, como concluí o projeto há mais de um ano, quando decidi escrever este artigo, não consegui mais encontrar alguns deles e alguns links salvos não funcionavam mais.



O código contém uma função bastante complicada para LEDs piscando. Para melhorar a aparência, usei o tutorial sobre como fazer a respiração piscar: sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



O olho humano não percebe o brilho da luz linearmente; portanto, um simples aumento linear no brilho parece antinatural. Código do



receptor



Código do transmissor



Etapa 8: conectar fios e tiras de LED







































Hora da conexão final! Se tudo estiver checado e tudo funcionar, a conexão deverá passar sem problemas - apenas soldando vários componentes idênticos. Para facilitar a manutenção de todo o circuito, fiz uma caixa de madeira compensada do tamanho de uma escotilha técnica - portanto, se necessário, posso simplesmente remover todo o circuito do teto. Passei a fibra através de tubos de encanamento de plástico, cujo tamanho é aproximadamente o mesmo que os LEDs de 3W, e então fiz furos do mesmo diâmetro no compensado e os inseri lá. Assim, posso desconectar facilmente a fibra dos LEDs, conforme necessário.



Sugiro montar as tiras de LED em placas de alumínio para resfriamento, pois ficam muito quentes.

Etapa 9: depurar e ajustar

Suponha que você tenha verificado o circuito, mas depois de instalá-lo, ele não funciona ... ou outra coisa não funciona como deveria. Então o problema é mais provável na soldagem - se tudo funcionou na montagem de teste, também deveria na final. Espero que esse não seja o seu caso, mas como exemplo, darei um dos problemas que eu mesmo encontrei.



Quando reduzi o brilho dos LEDs ao mínimo, as tiras podiam parar de funcionar ou começar a piscar. Depois de passar muito tempo pesquisando e depurando, descobri que o problema era alternar o IRL540 lentamente e a solução era simplesmente diminuir a frequência PWM para 50 Hz. O problema estava quase resolvido e o piscar permaneceu apenas nos valores mais baixos - no entanto, isso não importa, já que eu não os uso. O problema voltou quando eu decidi gravar um vídeo sobre esse teto, já que uma frequência tão pequena é claramente visível nas câmeras - é o mesmo que gravar uma TV. Para resolver esse problema, montei um pequeno circuito em uma placa de ensaio usando transistores 2N2222 em vez de IRL540, apenas para gravar vídeo.



Agora que tudo está no lugar e funcionando, você pode ajustar o brilho das estrelas, reagindo à música, aos modos de desbotamento e tudo mais.

Etapa 10: informações e links úteis

Etapa 11: idéias para o desenvolvimento

Seria legal desenvolver um aplicativo de controle de teto móvel, talvez usando o OpenHAB em um Raspberry Pi, já que o PCA9685 é muito fácil de controlar via RPi.



E se você usa o OpenHab ou sua alternativa, o teto em estrela pode ser facilmente conectado ao sistema doméstico inteligente.