Instalação de teto estrela de fibra óptica musical reativa: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Quer um pedaço da galáxia em sua casa? Descubra como é feito abaixo!

Por anos foi o projeto dos meus sonhos e finalmente acabou. Demorou um pouco para ser concluído, mas o resultado final foi tão satisfatório que tenho certeza de que valeu a pena.

Um pouco sobre o projeto. Fui totalmente DIY com isso, o que me permitiu ter total liberdade criativa. O resultado - constelações do céu do norte em escala, controle individual de aglomerados de estrelas com controle remoto IR (brilho e cor), reatividade à música, iluminação da enseada totalmente controlável e, o mais importante - possibilidade de atualizar praticamente qualquer coisa neste projeto. Para conseguir isso, escolhi o Arduino como plataforma para o projeto, pois tenho algum conhecimento de programação. Para reatividade musical, o chip MSQ7EQ fez o truque, há muitos recursos online para ele. Para comunicação o NRF24L01 é muito usado e eu tinha alguns sobressalentes, então usei. Para controlar um grande número de LEDs, o servo controlador PCA9685 funciona muito bem. Se você preferir uma versão mais barata e mais fácil deste projeto, você pode procurar por kits de teto estrelado na amazon, mas se você decidir fazer DIY com este projeto, assim como eu, então essas habilidades são necessárias: · Algum conhecimento em programação Arduino; · Projeto de circuito e habilidades de soldagem; · Como trabalhar com AC.

Muitos de vocês perguntaram o preço do projeto, é difícil para mim dar um número porque eu tinha muitos materiais para isso e depende muito de quanto você decidir fazer sozinho, tamanho do projeto, etc, mas estou supondo que, dependendo desses fatores, pode ser tão baixo quanto algumas centenas ou tão alto quanto $ 1000. Enquanto trabalhava em fins de semana alternados, levei quase um ano para terminar este projeto.

Etapa 1: planejamento

Em primeiro lugar, deve-se decidir se a pessoa deseja fazer a parte eletrônica sozinho ou comprar um kit. Algum conhecimento em Arduino e eletrônica básica é necessário para fazer os circuitos, também há uma chance maior de algo dar errado. Você pode encontrar várias opções de kit na amazon pesquisando “Fiber Optic Star Ceiling Kit” ou em qualquer outro lugar, existem várias opções. Mas se alguém deseja total liberdade criativa e controle do projeto, faça você mesmo completo.

Agora que a decisão foi tomada na eletrônica, você deve pensar sobre a estrutura do teto, o tamanho do mapa estelar e o número de estrelas. Eu escolhi o típico teto de gesso suspenso por causa dos motivos mencionados antes. Já que no meu caso era difícil instalar fibra ótica (teto baixo) eu decidi ir com número relativamente baixo de estrelas ~ 1200, mas o resultado final ainda é incrível, sem arrependimentos aqui.

Agora sobre como escolher o padrão de estrela. Eu moro no hemisfério norte, então escolhi parte do céu que é realmente visível aqui. Existem muitos aplicativos para obter a imagem das constelações, usei o Celestia como no famoso “Star-Map” instrutível. É claro que o padrão não precisa ser realista e em escala, sinta-se à vontade para ter total liberdade criativa aqui, você pode encontrar muitas ideias incríveis online para padrões.

Estrelas marcadas com círculos de cores diferentes são para diferenciar aglomerados de estrelas com brilho um tanto semelhante. Eu não coloquei muito esforço nesta parte, então não é muito precisa..

Etapa 2: Materiais

Agora que tudo está planejado, os materiais podem ser encomendados.

Nesta parte, não listarei os materiais necessários para o teto em si, pois depende do sistema utilizado e de outros fatores. Usei o sistema de forro da Knauf. O mesmo vale para as ferramentas, porque a maioria das ferramentas de que você precisará para instalar o teto. Para instalação de estrelas e eletrônicos, não é necessário muito, consulte a lista abaixo. Muitas das peças que comprei em lojas de eletrônicos locais e descansei no AliExpress, já que é muito mais barato lá e a qualidade é boa na maioria dos casos.

Peças para estrelas e eletrônicos:

· A fonte de alimentação para fitas de LED depende do comprimento, existem alguns recursos realmente bons online especificamente para escolher a fonte de alimentação de fitas de LED. No meu caso eu tinha 12V / 30A / 350W de alimentação chaveada para talvez 15 metros de faixa. As tiras eram de 14,4 W / m, então eu tinha muito para reserva. · Fonte de alimentação para diodos LED de 3W. Novamente, depende de quantos LEDs são usados, mas no meu caso a fonte de alimentação era 5V / 7A / 35W para 15 LEDs e o próprio Arduino. Se você decidir usar LEDs RGB padrão de 5 mm, esta fonte de alimentação pode ser significativamente menos potente e o circuito será muito mais simples, mas as estrelas serão menos brilhantes. · Ânodo comum LEDs RGB de 3W com dissipador de calor (ou seus LEDs típicos de 5 mm se menos brilho for aceitável) LED único é para controlar um grupo de estrelas, portanto a quantidade depende de quantas estrelas você deseja controlar separadamente. · Tiras de LED RGB 12V. · Fibra óptica. A linha de pesca não funciona. Quanto você precisa depende do número de estrelas / tamanho do teto / onde o circuito está. Usei poucas fibras de espessura diferente para maior efeito. · Placas PCA9685. Com uma única placa, 5 diodos LED RGB podem ser controlados. · 2x Arduino Uno / Mega. · 2x NRF24L01. · Cabo USB para alimentar o Arduino. · Mosfets lógicos IRL540N, a quantidade depende de quantas tiras de LED são usadas. 1 pc é para uma única cor de faixa de LED. Lembre-se de que o limite de comprimento da tira é de aproximadamente 5 metros, se precisar de mais, você precisará de tiras separadas. Também existem soluções alternativas para conectar tiras longas, pergunte ou pesquise no Google, se necessário. · Transistores 2N2222 (ou outros NPNs). É necessário um transistor separado para cada cor de LED de 3W. No meu caso 15x3. · Resistores: 2W 10R / 2W 6R8 / 2W 6R8 para R G B de cada LED de 3W respectivamente. 5-10k para puxar para baixo, pode ser 0,25 W. · Capacitores de 10 uF para desacoplamento NRF24L01. · Algum tipo de placa de alumínio para fixação e resfriamento de LED de 3W. · PCBs para os circuitos. · Placa de ensaio para teste. · Alguns parafusos aleatórios, madeira compensada, fita adesiva e outras coisas que você encontraria em uma oficina típica. · Muitos fios em diferentes espessuras. Para o sinal PWM podem ser usados fios de placa de ensaio simples, não muito fluxo de amperes através desses fios, mas para tiras de LED a espessura deve ser calculada dependendo da distância da tira de LED ao circuito, o mesmo para LEDs de 3W.

Peças para a caixa de controle remoto e analisador de espectro:

· 1x MSGEQ7; · Resistores: 1x 470 Ω / 1x 180k Ω / 1x 33k Ω. · Capacitores: 1x 33 pF / 1x 0,01 µF / 1x 0,1 µF. · Pasta térmica para. · Controle remoto IR e diodo receptor de CPUs. · A monte de fios de placa de ensaio ou quaisquer fios finos que você tenha. · Pequeno PCB. Usei PROTO SHIELD. · Caixa pequena para Arduino UNO e o circuito. Usei uma pequena caixa de corte a laser. · Existem outras peças que são compartilhadas com o circuito principal. A quantidade está incluída na lista do circuito principal.

Ferramentas para instalação de estrelas e criação de circuito:

· Cola transparente que não dissolve as fibras ópticas. Usei cola de papel básica. · Equipamento de solda. · Multímetro é útil para este projeto. · Chave de fenda. · Alicate. · Furador ou algo semelhante (usei fio de aço) para fazer buracos no teto. Deve ter a mesma espessura da fibra óptica.

Etapa 3: Instalação do teto

Não vou entrar em detalhes nesta etapa, há uma tonelada de material sobre como instalar teto suspenso e não sou um especialista neste assunto. A abordagem que escolhi é mais complicada do que uma abordagem de painel com estrelas que muitas pessoas escolhem. Mas, ao fazer isso, temos um teto suspenso de qualidade que à luz do dia parece totalmente normal, sem painéis, sem nada.

Para eletrônicos, decidi adicionar uma escotilha de manutenção em uma parte não tão visível do teto de gesso.

A aplicação de preenchimento e priming é feita nesta etapa, mas a pintura é feita quando as fibras são instaladas.

Etapa 4: instalação de fibra óptica

Essa parte demorou mais do que o esperado … Depois de muitas improvisações, decidimos que, no nosso caso, a melhor maneira de conectar fibra óptica é com uma vara de pescar e um laço de linha de pesca, veja meus esboços de obra-prima para uma explicação. Agora que olhei para essa ideia, parece ridículo, mas quem não gosta de algum desafio.

Algumas notas:

· Recomendo colar as fibras nos furos, para que fiquem no lugar com certeza. A cola deve ser transparente e não reagir com o material fibroso. Usei cola de papel básica.

· Não é necessária perfuração. Buracos no gesso do teto podem ser simplesmente perfurados com um furador ou algo semelhante, apenas certifique-se de coincidir com o diâmetro da fibra óptica.

· Para encontrar as posições exatas de estrelas específicas em um teto eu usei uma fita métrica da velha escola.. que isso. Não foi 100% preciso, mas bastante próximo. O teto era grande demais para imprimir o mapa estelar em escala.

Etapa 5: Acabamento do teto: Pintura

Pintamos as fibras ópticas para que não sejam visíveis quando não estiverem em uso. Feito desta forma, parece um típico teto suspenso. Pintamos em duas camadas e o brilho das fibras é quase o mesmo.

Etapa 6: fazer o circuito de teste

O circuito em si não é tão complicado e funcionou para mim de cara, mas é sempre bom testá-lo antes de instalar e há muita solda neste aqui, então há um risco aí. Além disso, é inteligente ter uma versão de teste do circuito para atualizações futuras, já que tenho certeza de que ninguém quer causar um curto-circuito em algo que levou dias para ser instalado no teto.

Para a versão de teste, quero dizer uma ou duas placas PCA9685, NRF24L01 e fontes de alimentação conectadas ao Arduino. Tudo pode estar em placas de ensaio. O mesmo se aplica ao circuito remoto IR, basta adicionar coisas à placa de ensaio e ver se funciona. Além disso, eu sugeriria soldar alguns LEDs de 3W para teste.

Etapa 7: Código Arduino

Para bibliotecas e outros links úteis, consulte a seção “Informações úteis”. Para obter uma explicação do código, consulte os comentários no código.

Para criar este código usei muitos recursos, alguns deles estão listados na seção “Informações úteis”, mas como terminei este projeto há mais de um ano, quando decidi escrever instrutíveis, não consegui encontrar todos os recursos e alguns dos links que salvei infelizmente não funcionaram mais. Portanto, se alguém precisar de ajuda com o código, deixe-me saber nos comentários, farei o possível.

No código, você encontrará uma função bastante complicada para LED piscando. Para torná-lo mais agradável, usei um tutorial para led de respiração: https://sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino/Os olhos humanos não percebem a luz de maneira linear, então, se você usar o aumento linear no brilho do LED, não parecerá muito natural.

Etapa 8: Fiação e fitas de LED

Agora é a hora da fiação final! Se tudo for testado e funcionando não deve ser muito difícil, apenas muita soldagem de peças idênticas. Para consertar o circuito, usei madeira compensada do tamanho da escotilha de manutenção, então, se houver necessidade, posso facilmente remover todo o circuito do teto. Coloquei as fibras em pequenos tubos de plástico, aproximadamente do tamanho de LEDs de 3W, fiz orifícios do mesmo tamanho em compensado e inseri esses tubos no compensado. Ao fazer isso, posso remover facilmente as fibras dos LEDs quando necessário, consulte as fotos em anexo.

Quanto às tiras de LED, sugiro colá-las em perfis de alumínio para resfriar, porque essas tiras ficam muito quentes.

Etapa 9: Solução de problemas e ajuste fino

Você testou o circuito, mas agora que está instalado, não está funcionando … ou algo não funciona como deveria. Provavelmente é a sua solda, pois se funcionou no circuito de teste, não há razão para não funcionar agora, com poucas exceções. Espero que não seja o seu caso, mas vou compartilhar um problema específico que tive apenas como exemplo.

Quando eu estava escurecendo as tiras de LED para o valor mais baixo, as tiras paravam de funcionar ou começavam a piscar. Depois de muita pesquisa e solução de problemas, descobri que o problema era a comutação lenta do IRL540 e as soluções eram simples reduzir a frequência PWM das placas PCA para 50 Hz. Na maior parte, resolveu o problema, agora apenas em valores inferiores posso ver oscilações ou problemas, mas não importa, pois não estou usando valores tão baixos. Este problema voltou a mim quando decidi filmar o teto, já que com frequência tão baixa você pode ver piscando nas câmeras, é como filmar TV. Para resolver este problema, fiz um pequeno circuito de placa de ensaio com transistores 2N2222 em vez de IRL540, apenas para fazer a filmagem. Com esses transistores, o problema foi resolvido e como eu estava filmando em valores PWM relativamente baixos, os 2N2222s conseguiram lidar com a energia. Se alguém tiver o mesmo problema, fique à vontade para adaptar o circuito Totem - Pólo, ele deve ajudar neste problema.

Agora que esperançosamente tudo está em seu lugar e funcionando, podemos ajustar o brilho da estrela, a reatividade à música, os modos de desvanecimento das estrelas e qualquer outra coisa.

Etapa 10: Informações e links úteis

Para escrever o código e criar o circuito usei muitos recursos, a maioria deles estão listados aqui, mas como terminei este projeto há algum tempo, na hora em que decidi compartilhá-lo, não consegui encontrar todos os recursos e alguns dos links que salvei infelizmente não funcionaram mais. Portanto, se alguém precisar de ajuda com o código ou projeto em geral, deixe-me saber nos comentários, farei o meu melhor.

MSGEQ7

www.sparkfun.com/datasheets/Components/Gen…

www.baldengineer.com/msgeq7-simple-spectru…

rheingoldheavy.com/msgeq7-arduino-tutorial…

www.instructables.com/id/How-to-build-your…

Nrf24L01

arduinoinfo.mywikis.net/wiki/Nrf24L01-2.4GH…

PCA9685

learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-dr…

github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Dri…

Remoto infravermelho

github.com/z3t0/Arduino-IRremote

Etapa 11: atualizações

Seria legal criar um aplicativo para controlar o teto, talvez usando OpenHAB no Raspberry PI, já que o PCA9685 pode ser facilmente controlado através do RPi.

Se o OpenHab ou uma alternativa for usado, é possível conectar o teto a um sistema de casa inteligente.

Primeiro prêmio no Arduino Contest 2020