หลอดไฟ LED ลอยได้: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

คุณเคยลองเล่นกับแม่เหล็กและพยายามทำให้มันลอยได้หรือไม่? ฉันแน่ใจว่าพวกเราหลายคนมี และถึงแม้มันอาจจะดูเป็นไปได้ ถ้าวางไว้อย่างระมัดระวัง หลังจากนั้นครู่หนึ่ง คุณจะรู้ว่ามันเป็นไปไม่ได้จริงๆ นี่เป็นเพราะทฤษฎีบทของ Earnshaw ซึ่งพิสูจน์ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะลอยวัตถุด้วยวัสดุที่เป็นแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เรามีวิธีแก้ปัญหา แทนที่จะใช้แม่เหล็ก เราจะลอยโคมโดยใช้ภาพลวงตาที่เรียกว่า tensegrity ทำให้โคมไฟดูเหมือนลอยอยู่!

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุสิ้นเปลือง

ในการทำโคมไฟนี้ มีอุปกรณ์ที่จำเป็นหลายอย่าง:

อิเล็กทรอนิกส์:

• Arduino Nano Board
• สายจัมเปอร์
• วงแหวน LED 24 ดวง
• แบตเตอรี่ 9V
• ขั้วต่อแบตเตอรี่ 9V

อุปกรณ์ตกแต่ง:

• กระดาษแข็ง (หรือไม้ ถ้าใช้เลเซอร์ตัด)
• สายเบ็ด (ควรใช้งานได้และพยายามเลือกสายที่โปร่งใสที่สุด)

คนอื่น:

• ยางรัด
• ปืนกาวร้อน
• แท่งกาวร้อน
• อุปกรณ์บัดกรี
• เวลโคร

ขั้นตอนที่ 2: ประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ขั้นแรกเราต้องประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งทำได้ง่ายและสามารถทำได้ด้วยขั้นตอนไม่กี่ขั้นตอน:

1. บัดกรีขั้วต่อแบตเตอรี่ 9V เข้ากับบอร์ด Arduino Nano อาจเป็นเรื่องยากเล็กน้อย แต่เป็นส่วนสำคัญต่อความสำเร็จของโครงการ เนื่องจากพลังงานที่จ่ายให้กับบอร์ดไม่เพียงพอจะทำให้ไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง ต่อสายสีแดงเข้ากับพิน VIN และต่อสายสีดำเข้ากับพิน GND อันใดอันหนึ่งบนบอร์ด
2. บัดกรีหมุดไปที่ด้านหลังของวงแหวน LED ในวงแหวน LED ทั้ง 24 วงนี้ โดยปกติแล้วจะมีที่สำหรับบัดกรี 4 ตำแหน่ง แต่ในโครงการนี้ เราจะใช้เพียง 3: DI, VCC และ GND ส่วน DO จะไม่ถูกใช้ในโครงการนี้ บัดกรีด้วยลวดที่ชี้ไปที่วงแหวน เนื่องจากด้านนอกของวงแหวนจะถูกซ่อนไว้หลังแผ่นกระดาษ แต่ถ้าบัดกรีสายจัมเปอร์ในทิศทางที่ไม่ถูกต้อง มันจะยื่นออกมาจากหลอดไฟ
3. ต่อสายไฟเข้ากับนาโน DI ต้องเชื่อมต่อกับพิน D5, VCC ที่เชื่อมต่อกับ 5V และ GND กับ GND บนวงแหวน LED และ Arduino Nano ตามลำดับ

และคุณทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เสร็จแล้ว!

ขั้นตอนที่ 3: ประติมากรรม Tensegrity

สำหรับโครงการนี้ เราใช้ tensegrity ซึ่งเป็นคำที่ใช้อธิบายการกระทำของการใช้ความตึงเครียดเพื่อยึดบางสิ่งเข้าที่ หากคุณต้องการสร้างประติมากรรม คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ Adobe Illustrator ทำขึ้นสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ หรือดูรูปถ่ายแล้วตัดมันด้วยกระดาษแข็งด้วยตัวเอง

หากคุณต้องการเข้าใจวิธีการทำงาน โปรดอ่านต่อด้านล่าง!

ประติมากรรมที่มีความตึงเครียดนี้ใช้สายเบ็ดเพื่อทำให้ดูเหมือนวัตถุที่ลอยได้ ในรูปภาพที่มีคำอธิบายประกอบ ตำแหน่งของเส้นทั้ง 6 เส้นจะถูกเน้นด้วยสีที่แยกจากกัน สีแดงที่ยาวกว่าคือสิ่งที่ป้องกันไม่ให้ยอดตก เรียกสิ่งเหล่านี้ว่า "เส้นโครงสร้าง" จากนั้นเราก็มีเส้นสีน้ำเงินซึ่งสั้นกว่าเส้นสีแดงมากโดยยกส่วนบนขึ้น ให้เรียกสิ่งเหล่านี้ว่า "เส้นลอย"

ในงานประติมากรรมที่มีความตึงเครียดของเรา เส้นลอยตัวคือเส้นที่ยึดโครงสร้างไว้ เนื่องจากส่วนบนต้องการเลื่อนลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง เส้นลอยจึงต้องยึดโครงสร้างขึ้น เมื่อติดแล้วจะตึงมากโดยยกส่วนบนของโครงสร้างขึ้น มีหนึ่งในสองด้านจากสี่ด้านของประติมากรรม แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้ว ด้านหนึ่งก็เพียงพอที่จะยึดโครงสร้างไว้ได้

อย่างไรก็ตาม หากคุณลองติดแค่เส้นลอย คุณจะสังเกตเห็นว่ามันตกลงมาอย่างง่ายดาย เนื่องจากด้านบนมีจุดยึดเพียง 2 จุด ซึ่งไม่เพียงพอต่อการสร้างโครงสร้างที่มั่นคง ลองนึกภาพกระดานหก ติดด้วยเส้นเดียวทำให้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ในกรณีของเรา เรามีส่วนบนติดกับจุดสองจุด และจุดสองจุดสร้างเป็นเส้น ดังนั้นส่วนบนของประติมากรรมความตึงของเรา มีเพียงเส้นลอยตัวเท่านั้น เป็นเพียงกระดานหก

นี่คือจุดที่เส้นโครงสร้างเข้ามาเล่น เส้นเหล่านี้ยังตึงและยึดโครงสร้างไว้ในตำแหน่ง หากส่วนบนของโครงสร้างเอียงไปในทิศทางใด เส้นโครงสร้างในอีกทิศทางหนึ่งจะยึดโครงสร้างให้เข้าที่ ทำให้โครงสร้างมีเสถียรภาพ

แม้ว่าจะดูเหมือนเวทมนตร์ แต่ก็มีเหตุผลมากมายที่อยู่เบื้องหลังงานประติมากรรมทั้งหมด!

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบโครงสร้าง

ตอนนี้ได้เวลาประกอบโครงสร้างให้ติดโคมแล้ว ส่วนนี้ค่อนข้างง่าย:

1. ค้นหาชิ้นส่วนพื้นฐาน พวกมันมักจะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ใหญ่ที่สุด
2. ใส่ "แขน" ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขาทั้งหมดหันไปทางเดียวกันเมื่อมองจากด้านข้าง เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้าง tensegrity จะสามารถประกอบได้ตามที่ต้องการ
3. ใส่ด้านใดด้านหนึ่ง วิธีนี้ช่วยให้เราแน่ใจว่าชิ้นส่วนของแขนไม่ได้ถูกผลักเข้าไปลึกเกินไปในขณะที่เราทากาว และทำให้แน่ใจว่าฐานทั้งหมดของโครงสร้างสามารถอยู่ในแนวเดียวกันได้
4. ประกอบส่วนที่เหลือของโครงสร้าง ชิ้นส่วนควรเข้าที่พอดี และการติดกาว คุณจะได้สิ่งที่แสดงด้านบน

เสร็จแล้วก็ต่อสายเบ็ดกับโครงสร้าง

1. ใช้กาวร้อนติดสายเบ็ดสี่ชิ้นที่มุมแต่ละส่วนของโครงสร้าง ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความยาวเท่ากันทั้งหมด
2. กาวสายเบ็ดไปที่มุมที่สอดคล้องกันของโครงสร้างอื่น ฉันพบว่าติดกาวได้ง่ายกว่าถ้าโครงสร้างทั้งหมดวางลง ดังนั้นฉันจะไม่ต้องจับมันด้วยมือของฉัน
3. กาว "เส้นลอย" เข้าที่ ดันส่วนบนและส่วนล่างให้ไกลที่สุดหลังจากที่กาวเย็นตัวแล้ว และกาวสองสายเบ็ดสุดท้ายระหว่างนั้นโดยต่อแขนของโครงสร้าง

ถ้าคุณมาไกลขนาดนี้แล้วทำได้ดีมาก! คุณได้ทำงานส่วนใหญ่แล้ว:)

ตอนนี้เราต้องประกอบโคมไฟ ส่วนนี้ง่ายมาก:

1. กาววงแหวน LED กับชิ้นส่วน "วงล้อ" วงกลมโดยมีรูสองรูตรงกลาง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนรองรับพลาสติกสำหรับสายจัมเปอร์อยู่ในวงกลมด้านนอกจนสุด
2. กาวสองชิ้นกลมเข้าด้วยกัน กาวชิ้น "ล้อ" ชิ้นแรกที่มีวงกลมสมบูรณ์โดยมีรูตรงกลางสองรู สิ่งเหล่านี้ทำให้ส่วนบนของโคมลอยของเรา
3. ผูกแบตเตอรี่กับชิ้นสี่เหลี่ยมสุดท้าย ชิ้นนี้มีรูสำหรับแบตเตอรี่ 9V และมัดไว้พร้อมกับบอร์ด Arduino Nano พร้อมแถบยาง จำไว้ว่าอย่าใช้กาวที่นี่: ในที่สุดแบตเตอรี่ก็จะตายและคุณไม่มีอะไรจะใช้เลย!
4. นำกระดาษ B5 มาทากาวที่ขอบโคม การทำงานนี้เหมือนกับโป๊ะโคม และจะป้องกันไม่ให้ผู้ชมมองเห็นกระดานและแบตเตอรี่ในหลอดไฟ
5. คุณสามารถมีบางอย่างห้อยลงมาจากด้านล่างของโคมไฟ ในภาพถ่ายบางส่วนของฉัน ฉันพยายามใช้ฟางเส้นสั้นๆ ที่ตัดมาเพื่อสร้างเอฟเฟกต์โคมระย้า แต่ต่อมาฉันก็เอามันออกเพราะมันกีดขวางรูปถ่ายของฉัน คุณสามารถสร้างสรรค์สิ่งที่คุณใส่ที่นี่!
6. กาวด้านบนของโคมไฟกับชิ้นส่วนล้อสุดท้าย ตรวจสอบให้แน่ใจอีกครั้งว่าสายเบ็ดทั้งหมดมีความยาวเท่ากัน
7. กาวเวลโครที่ด้านบนของล้อที่สองและด้านล่างของส่วนบนของโครงสร้าง วิธีนี้จะทำให้โคมไฟอยู่กับที่ในขณะที่ลอยอยู่ การใช้แถบตีนตุ๊กแกทำให้คุณสามารถถอดแบตเตอรี่ออกและให้แบตเตอรี่ก้อนใหม่เมื่อคุณต้องการ

ขั้นตอนที่ 5: การเข้ารหัส

นี่คือส่วนที่สนุก: การเข้ารหัสสิ่งที่คุณต้องการให้โคมไฟมีลักษณะเป็นอย่างไร! ฉันใช้ไฟ RGB แบบหมุนได้ที่นี่ แต่อย่าลังเลที่จะสร้างสิ่งที่คุณต้องการและสร้างสรรค์กับมัน!

ฉันรู้ว่าฉันอธิบายแต่ละส่วนของโค้ดอย่างอิสระในคำสั่งสุดท้ายของฉัน แต่คราวนี้ ฉันได้รวมคำอธิบายทั้งหมดไว้ในความคิดเห็นในโค้ด ในขณะที่คุณสำรวจโค้ด จำไว้ว่าฉันสร้างอะไรไว้ นั่นคือโคมไฟสีรุ้งที่หมุนได้ หากคำอธิบายนั้นไม่ดีพอ (ฉันไม่รู้จะอธิบายอย่างไร) คุณสามารถดูวิดีโอในตอนเริ่มต้นได้เสมอ คุณสามารถดูรหัสด้านล่างหรือดาวน์โหลดได้จากลิงค์เว็บไซต์ Arduino Create ด้านล่าง!

Arduino สร้างลิงค์

(นอกจากนี้ ถ้ามีคนขอให้ฉันอธิบายโค้ดโดยละเอียดมากขึ้น บางทีฉันอาจจะทำอะไรกับมัน…)

Levitating_Lamp.ino

#รวม// รวมไลบรารีเพื่อใช้วงแหวน LED

#definePIN5// พินที่วงแหวน LED เชื่อมต่ออยู่

#defineNumPixels24// จำนวนพิกเซลในวงแหวน มีวงแหวนที่มี LED 8 ดวง หรือคุณสามารถใช้แถบ LED กับ Neopixels ก็ได้ อย่าลืมระบุจำนวน LED ที่คุณมี!

Adafruit_NeoPixel พิกเซล (NumPixels, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); // ประกาศวัตถุแสงที่เรียกว่าพิกเซล รหัสจะอ้างถึงวงแหวน LED เช่นนี้

#defineDELAYVAL20// การดำเนินการนี้จะกำหนดระยะเวลาที่บอร์ดควรรอก่อนที่จะหมุนไฟ หากคุณทำให้สีนี้เล็กลง สีรุ้งจะหมุนเร็วขึ้น

int r[NumPixels]; // นี่คือค่าสีแดงสำหรับ LED ทั้งหมด

int ก.[NumPixels]; // นี่คือค่าสีเขียวสำหรับ LED ทั้งหมด

int b[NumPixels]; // นี่คือค่าสีน้ำเงินสำหรับ LED ทั้งหมด

ความแตกต่างคงที่=31; // เป็นการตั้งค่าความสว่าง จำนวนสูงสุดคือ 31 แต่ตัวเลขใดๆ x โดยที่ 0 < x < 32 จะทำงาน

/////// กำหนดตำแหน่งเริ่มต้นของไฟ ////////

voidsetLights(){

int R=8*diff, G=0, B=0; // ตำแหน่งเริ่มต้นของ LED ทั้งหมด

สำหรับ (int i=0;i<8;i++, R-=diff, G+=diff){

r=R;

g=G;

ข=0;

}

สำหรับ (int i=0;i<8;i++, G-=diff, B+=diff){

g[i+8]=G;

ข[i+8]=ข;

r[i+8]=0;

}

สำหรับ (int i=0;i<8;i++, B-=diff, R+=diff){

r[i+16]=ร;

ข[i+16]=ข;

ก.[i+16]=0;

}

}

/////// เสร็จสิ้นการตั้งค่าตำแหน่งเริ่มต้นของ LEDs ////////

voidsetup() {

พิกเซล.begin(); // เปิดวัตถุพิกเซล

setLights(); // กำหนดตำแหน่งเริ่มต้นของ LEDs

}

int idx=0; // กำหนดตำแหน่งเริ่มต้นของการหมุน LED

โมฆะลูป () {

/////// กำหนดสีของ LED แต่ละดวง ////////

สำหรับ (int i=0; i<numpixels; {

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

พิกเซล.show();

}

/////// เสร็จสิ้นการตั้งค่าสีของ LEDs ////////

ล่าช้า (DELAYVAL); // รอ DELAYVAL มิลลิวินาที

idx++; // ย้ายการหมุนของ LED ทีละหนึ่ง

idx%=24; // ปรับค่าเป็น 24 ซึ่งจำกัดค่าของ idx ให้อยู่ระหว่าง 0 ถึง 23 รวมค่า

}

ดู rawLevitating_Lamp.ino โฮสต์ด้วย ❤ โดย GitHub

ขั้นตอนที่ 6: เสร็จสมบูรณ์

ตอนนี้ได้เวลาเปิดเครื่องหลอดไฟ ติดแถบตีนตุ๊กแกที่โครงสร้าง และปิดไฟ: ถึงเวลาฉายแล้ว อย่าลังเลที่จะเปลี่ยนแปลงสิ่งที่คุณต้องการ และแบ่งปันกับโลกสิ่งที่คุณได้สร้างกับโครงการนี้!

ขอให้โชคดีและสำรวจต่อไป!