Sanat için Dinamik LED Aydınlatma Kontrol Cihazı: 16 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Tanıtım:

Aydınlatma, görsel sanatın önemli bir yönüdür. Ve aydınlatma zamanla değişebilirse, sanatın önemli bir boyutu haline gelebilir. Bu proje bir ışık gösterisine katılarak ve aydınlatmanın bir nesnenin rengini nasıl tamamen değiştirebileceğini deneyimleyerek başladı. Bunu aydınlatma kumaş sanatında keşfetmeye başladık. Şimdiye kadar bir resim ve bir fotoğraf dahil olmak üzere 8 parça için dinamik aydınlatma oluşturduk. Aydınlatma efektleri şunları içeriyordu: şafak ve gün batımını simüle etme, dalgalanan bir yüzeyden su altı ışığı, bulutlarda şimşek ve sanat eserinin algılanan renklerini ve ruh halini önemli ölçüde değiştirme. Bu efektlerin videoları aşağıdaki programlama adımlarına dahil edilmiştir.

Bu talimat, zaman içinde ayrı ayrı adreslenebilir LED'lerin parlaklığını ve rengini ayarlayan bir denetleyici oluşturur. Ayrıca, aydınlatmanın bir bölümünün manuel olarak ayarlanması (parlaklık ve renk ayarı) için isteğe bağlı bir giriş devresi içerir. Ayrıca yol boyunca keşfettiğimiz birçok sorun ve iyileştirme hakkında bilgi edineceksiniz.

Ayrıca gölge kutusu ve çerçevenin oluşturulmasıyla ilgili bir talimat yazdık. Şu adresten kontrol edin:

Şimdilik elektronik ve programlamaya odaklanacağız.

Adım 1: Malzemeler:

• WS2812 LED dizisi
• Arduino Pro Mini 328 - 5V/16 MHz
• FTDI Friend USB Arayüzü
• FTDI için USB A - MiniB kablosu
• 4700 μf Kondansatör
• 5.5 x 2.1 konektörlü 5v Güç Kaynağı
• Güç Soketi 5.5 x 2.1
• Terminal Bloğu
• Prototip devre kartı
• Düğme
• Potansiyometre
• Gösterge LED'i
• Dirençler
• Şerit kablo
• Başlık erkek
• Başlık dişi

2. Adım: Kaynaklar:

• Arduino; Etkileşimli Geliştirme Ortamı (IDE)
• Adafruit NeoPixel Kütüphanesi
• NeoPixel Eğitimi
• Strandtest Örnek Programı
• FastLED Kitaplığı
• FastLED Bağlantıları ve Belgeleri https://fastled.io/docs
• FastLED Forumu
• Aydınlatma Çizimlerimiz

3. Adım: Denetleyiciye Genel Bakış:

Şematik oldukça basit görünüyor ve öyle. Denetleyicilerimizi bir resim çerçevesine yerleştirilecek şekilde oluşturduk. Resimdeki devrenin boyutları 2.25” x 1.3” x 0.5” dir. İsteğe bağlı tuner, şerit kablo konektörlü ayrı bir devre kartı üzerine inşa edilmiştir. Bu resimler bitmiş projemizi gösteriyor.

Denetleyicimizi resim çerçevesine sığdırmak istediğimiz için küçük boyutu, maliyeti ve 5v çıkışı için Arduino pro mini 5v'yi seçtik. İhtiyacınız olan 5v güç kaynağının boyutu, projenizdeki kaç LED'e ve maksimum parlaklıklarına bağlı olacaktır. Projelerimizin tümü 3 amperden daha az çalıştı ve bazıları 1 amperden azdı. Adreslenebilir renkli LED'lerin birkaç türü vardır. Adafruit tarafından "NeoPixel" ürünlerinden biri olarak satılan WS2812 ile başladık. Bu bizim için çalıştı ve diğer LED'leri keşfetmedik. Projelerimizin çoğu, metre şeridi başına 60 LED kullandı. Şimdiye kadar projelerimiz 145 LED'e kadar çıktı.

Opsiyonel Ayarlayıcı:

Her ayar için programı değiştirmeden ve yüklemeden aydınlatma bölümlerini kolayca ayarlayabilmemiz için küçük bir giriş devresi “tuner” kurduk. Şunlara sahiptir: giriş modunu yanıp sönen bir çıkış LED'i; giriş modunu değiştiren bir düğme; ve ayarlanabilen bir düğme. Arduino daha sonra değerleri bağlı bir bilgisayara gönderebilir.

Adım 4: Bina Denetleyicisi:

Malzeme listesi, tel, ısıyla daralan makaron ve ihtiyaç duyabileceğiniz diğer malzemeleri içermez. LED'lere 5v ve toprak devresi için 26 gauge veya daha ağır telli kablo kullanmanızı öneririm. 26 gauge kullandık. Ayrıca tel üzerindeki silikon izolasyon daha iyidir çünkü lehim yaptığınız yerin yakınında erimez ve daha esnektir. Parçalar arasında biraz daha fazla boşluk bırakarak üretimi çok daha kolay hale getirdim. Örneğin, Adım #6'da resmedilen kontrolör, güç soketinin muhafazası (siyah) ve terminal bloğu (mavi) arasındaki boşluk yaklaşık 1 inçtir. Montaj kapağımız iki kat ahşap kaplamadır.

Bu adımdaki resim, isteğe bağlı tuner için altı kontaklı dişi başlığın kablolamasını gösterir. Kırmızı ve yeşil tel arasındaki kullanılmayan temas, ters bağlantıyı önlemek için bir kürdan ile tıkanır.

Adım 5:

Şimdi, gölge kutusu çerçevesine sığması için bir araya getirelim. Çerçeve 3/4" kalınlığındadır, bu nedenle kontrolör yükseklik sınırımız 1/2"dir. Eğilmeyi sınırlamak için taneleri birbirine dik iki adet kaplama sertleştiriciyi yapıştırarak montaj plakaları yaptık. Güç girişi çerçevenin merkezinde olacak şekilde düzenlenmiş bileşenler. Elektrik fişinin deliği bir kuyumcu testeresiyle kesildi ve sığacak şekilde açıldı. Bileşenler daha sonra montajdan önce birbirine bağlanır. Soket epoksi ile yerine yapıştırılmıştır. Vidalı terminal ve arduino altında çift taraflı kalıcı köpük montaj kareleri kullanılmaktadır. Arduino'yu ve kondansatörü yerinde tutmak için sıcak eriyik yapıştırıcı da kullanılır.

Adım 6: İsteğe Bağlı Ayarlayıcı Oluşturma:

Her ayar için programı değiştirmeden ve yüklemeden aydınlatma bölümlerini kolayca ayarlayabilmemiz için küçük bir giriş devresi “tuner” kurduk. Şunlara sahiptir: giriş modunu yanıp sönen bir çıkış LED'i; giriş modunu değiştiren bir düğme; ve ayarlanabilen bir düğme. Arduino daha sonra değerleri bağlı bir bilgisayara gönderebilir.

Bu resimler tunerin üretimini göstermektedir. Arkasını “Gorilla” bantla kapattım. Şerit kabloyu sabit tutan ve aynı zamanda güzel bir tutuş sağlayan.

Adım 7: Denetleyiciye Genel Bakış Programlama:

Bu gerçekten projenin zor kısmı. Umarım avantajlı bir başlangıç yapmak için bazı kodlarımızı ve yöntemlerimizi kullanabilirsiniz.

Adafruit ve FastLED, Arduinos'un birçok adreslenebilir LED'i kontrol etmesini sağlamak için iki harika kütüphane yayınladı. Bu kütüphanelerin her ikisini de farklı projelerde kullanıyoruz. Ayrıca bu kütüphanelerdeki bazı kaynak materyalleri okumanızı ve onların örnek programlarından bazılarını keşfetmenizi öneririz.

Programlarımızın Github deposu yukarıdaki “Kaynaklar” bölümünde listelenmiştir. Arduino programlamada yetkin olmaktan çok uzak olduğumuza dikkat edin, bu nedenle iyileştirme için çok yer var. Sorunları belirtmekten ve iyileştirmelere katkıda bulunmaktan çekinmeyin.

Adım 8: Kontrolör Örneği Dalgalanmanın Programlanması:

Jeanie Holt'un “Ripple”ı ilk başarımızdı. Bu parça, bir gölge kutusu çerçevesinde bir kumaş sanatı balığıdır. Aydınlatma, aşağıdan sabit, düşük seviyeli mavidir. Ve yukarıdan, su yüzeyindeki hareket eden dalgalar tarafından kırılıyormuş gibi sağdan sola hareket eden üç adede kadar daha parlak beyaz ışık şaftı. Bu oldukça basit bir kavramdır ve program “tuner” girişlerini kullanmaz. Adafruit kütüphanesini dahil ederek ve çıkış kontrol pinini ve LED sayısını tanımlayarak başlar. Ardından, seri iletişim ve LED şeridin bir kerelik kurulumunu yapıyoruz. Ardından, yenilemeler arasındaki gecikme, bir ışık huzmesinin özellikleri (zaman içindeki parlaklığı ve hareketi) gibi bir dizi dahili değişkeni tanımlarız, sonra her ışık huzmesi için durum değişkenleri tanımlarız.

"changeBright()" işlevi, "saldırı" süresi boyunca bir ışık huzmesinin parlaklığını artıracak, "sürdürme" süresi boyunca sabit tutacak, ardından "çürüme" süresi boyunca sönecektir.

Her zaman artışı sırasında ışığın üç şaftının her biri için "dalgalanma()" işlevi çağrılır. Geçici parlaklık, zaman içinde sabit bir düşüşte maksimum parlaklıktan solmaya dayalı olarak hesaplanır. Ardından, başlangıç konumunun solundaki her bir LED için parlaklık hesaplanır. Sola doğru hareket eden bir ışık dalgası hayal edebiliriz. Soldaki her LED, dalgalanma parlaklık zaman eğrisinde daha erken bir noktadadır. Bu dalgalanma tüm LED'ler için sıfır parlaklığa sahip olduğunda, bitti bayrağı 1'e ayarlanır. LED zaten daha parlaksa (diğer dalgalanmalardan biri tarafından ayarlanır) değeri değiştirmeden bırakırız.

Ana döngü, LED'lerin kapatılmasıyla başlar. Ardından, üç dalganın her biri için dalgalanma işlevini çağırır ve zaman sayacını artırır. Bitti bayrağı ayarlanmışsa, dalgalanmayı başlatır. Son olarak, ana döngü alt kısımda soluk mavi bir ışık ayarlar.

Adım 9: Denetleyici Örneği Şafaktan Alacakaranlığa Programlama:

Jeanie Holt'un bir sonraki projesi “Dawn to Dusk”, bu sefer sonbahar renkli yaprakları olan bir başka kumaş sanat eseri. Aydınlatma, sol tarafta şafağın aydınlanmaya başladığı gün ortası aydınlığa doğru ilerlediği ve ardından kırmızımsı gün batımı renklerinin geceye ilerlediği bir günün simülasyonudur. Buradaki zorluk, 66 LED'lik bir şerit üzerinde zamanla renk ve parlaklığı değiştirmenin tanımını basitleştirmektir. Diğer zorluk, ışığın sorunsuz bir şekilde değişmesini sağlamaktır. Düşük ışık seviyelerinde ışıktaki gözle görülür kayma ile gerçekten mücadele ettik. FastLED kitaplığını kullanarak daha yumuşak aydınlatma geçişleri elde etmeye çalıştım ancak başarılı olamadım. Bu program açıklaması daha az ayrıntılı olacaktır. Yine Adafruit'in NeoPixel kütüphanesini kullandık.

LED şeritlerimizi sol üst köşede başlatmak için bir kongreye gittik. Bu, bu parçada LED konum numaralandırmasını biraz garip hale getirir. Çerçevenin etrafında 86 adet LED bulunmaktadır. Şafak, 62'den 85'e giden sol tarafı aydınlatır. Ardından sol üstten sağ alta, 0'dan 43'e kadar.

Bu program, “Tuner” giriş devresini kullanma özelliğini içermez.

Bu program, titremeyi azaltmak için zaman taklidi kullanır. Her beşinci LED'i güncelleriz, sonra bir geçiş yapar ve her beşinci LED'i güncelleriz ve hepsi güncellenene kadar tekrar ederiz. Bu nedenle LED dizisinin uzunluğunu gerçekte olduğundan biraz daha uzun tanımlarız.

Şimdi, aydınlatma düzeninin açıklamasını nasıl basitleştirdiğimiz aşağıda açıklanmıştır. Çerçevenin etrafında sol alttan sağa doğru 12 referans LED konumu belirledik. Daha sonra bu referans LED için kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) LED yoğunluğunu şafaktan alacakaranlığa kadar 12 kırılma noktasında tanımladık. Her kesme noktası için 4 bayt vardır, son kesme noktasından bu yana geçen süre sayısı ve RGB renklerinin her biri için bir bayt değeri vardır. Bu dizi 576 bayt değerli bellek kaplar.

Şimdi kesme noktaları arasındaki değerleri bulmak için doğrusal enterpolasyon ve referans LED'ler arasında bulunan LED'ler için değerleri bulmak için yine doğrusal enterpolasyon kullanıyoruz. Enterpolasyonun iyi çalışması için bazı kayan nokta ara değerleri kullanmamız gerekir. Şafaktan alacakaranlığa kadar geçen süre 120 yarım saniyelik zaman dilimine bölünmüştür.

Adım 10: Denetleyiciyi Programlama Örneği Yağmur Ormanı:

Anlatacağım bir sonraki proje Juli-Ann Gasper'ın “Yağmur Ormanı”. Bu, çok derinliğe sahip daha büyük bir kumaş sanat eseridir. Burada yaklaşık 4,4 inç derinliğinde bir gölge kutusu kullandık. Aydınlatma konsepti, zaman zaman yukarıdaki yapraklarda titreşen ışık ile altta daha kısık olan arka plan ışık seviyeleridir. Buradaki konsept Ripple'a benziyor ama ışık milleri hareket etmiyor. Ve parlaklığın düzgün bir şekilde değiştiği dalgalanmadan farklı olarak, burada titreme parlaklığının dalgalanması gerekir. Flicker_b2 adında 40 baytlık bir dizi oluşturduk. Tüm titreme konumları için aynı deseni kullanırsak görsel efektin iyi olduğunu gördük. 5 titreşim konumu belirledik. Görsel efekti incelerken, titremelerden birinin diğerlerinden çok daha geniş olması gerektiğini gördük. Bu titremeyi yaklaşık 20 LED'e yaymak için fill_gradient_RGB() işlevini kullandık. Her titreme bağımsızdır ve rastgele başlar. Her titremenin olasılığı ayarlanabilir.

Titreşim arka plandan daha parlak olmadığında arka plan renginin ayarlanması ve geri yüklenmesi gerekir.

Bu parça için FastLED kütüphanesini kullandık. Bu programda #define TUNING, tuning kartının takılı olup olmadığını belirtmek için kullanılır, tuner kartı takılı değilken 0 olması gerekir. Aksi takdirde kontrolör statik elektrik ve kirliliklere karşı hassastır. Derleyici, bu değişken 1 olduğunda yalnızca "Tuner"ı kullanan program bölümlerini içerir.

Adım 11: Denetleyici Örneği Storm'u Programlama:

Bir diğer proje ise Mike Beck'in “Storm” adlı bir fotoğrafını aydınlatmaktı. Resim bir fırtına bulutu. FastLED kitaplığını kullanıyoruz ve akort etme özelliğini dahil etmiyoruz. Buradaki aydınlatma konsepti, bulutun etrafında üç noktada rastgele görünen şimşek çakmalarına sahip bir arka plan ışığıdır. Her konumdaki flaş, üç LED'den kaynaklanır. Bu LED'ler arasındaki boşluk her konum için farklıdır. Bu üç LED'in parlaklığı, üç adet 30 baytlık diziyle tanımlanır. Üç dizideki parlaklık dizisi, üç LED'de çeşitlilik ve görünür hareket sağlar. Algılanan hareketin yönü ve genel parlaklık her konum için seçilir. Her bir konumdaki flaşın süresi, parlaklık değerlerinin güncellenmesi arasındaki zaman gecikmesi ile ayarlanır. Yıldırım çarpmaları arasında 0,2 ile 10.4 saniye arasında rastgele bir zaman gecikmesi vardır. Üç saldırı konumundan hangisi de rastgele, %19 şans bulutun üstünde, %45 şans sağ altta ve %36 şans sol tarafta.

Adım 12: Denetleyici Örneklerini Programlama Amerika Papağanı ve Kuzey Ağacı:

Dana Newman'ın “Macaw” ve Jeanie Holt'un “Nordic Tree” parçaları, parçanın algılanan rengini değiştirmek için aydınlatma rengini kullanıyor. Dana'nın büyük bir Amerika papağanı resminde ise, kuşu çevreleyen ışığın rengine bağlı olarak, kuşun havası neşeliden tehditkâra değişir. Bu iki program hemen hemen aynıdır. Adafruit NeoPixel kütüphanesini kullanıyoruz ve bu programlarda tuning board özelliği var. Bu programlar Adafruit_NeoPixel/examples/Strandtest.ino (29.07.2015 tarihinde indirildi) içindeki TheaterChaseRainbow() işlevinden uyarlanmıştır.

Işık rengi bir renk çarkı boyunca ilerlerken, aydınlatma nispeten sabit bir parlaklıkta tutulur. Renk tekerleğinde ilerleme, %100 kırmızı ile başlayıp, yeşil artarken kırmızıyı kademeli olarak azaltarak oluşturulur. Yeşil %100 olduğunda, mavi artarken azalır. Ve son olarak mavi azaldıkça ve kırmızı arttıkça tam bir daire çiziyorsunuz.

Bu, ana renklerden ikisini kullanarak aydınlatma sağlar ve birini dışarıda bırakır. Bu aydınlatma renk tekerleğinde bir noktada dönerken, sağlanan ışıkta sanat eserindeki herhangi bir renk eksik olacaktır. Algılanan renkte ortaya çıkan değişiklik oldukça dramatik olabilir ve sanat ifadesinin bir parçası haline gelir. Bu nedenle, ışıkta kırmızı yoksa, resimdeki herhangi bir kırmızı karanlık görünecektir. Işık saf kırmızı olduğunda, kırmızı gerçekten parlar ve diğer renkler sessize alınır.

Adım 13: Kontrolör Örneklerini Programlama Copperhead:

Jeanie Holt'un “Copperhead”i, dış mekan hissini geliştirmek için aydınlatma varyasyonunu ve yılanın görünürlüğündeki varyasyonu kullanıyor. Programlama, ışık dalgalarını arka plan aydınlatmasının üzerine katmanlar.

Bu program için, geliştirme için Tuner devremizle birlikte FastLED kitaplığını kullandık.

Arka plan rengi çerçevenin etrafında 10 noktada ayarlanır ve renkler arasında sorunsuz geçiş yapmak için fill_gradient() işlevi kullanılır.

Bir görüntüleme döngüsünün başlangıcında, arka plan karartılır ve zaman içinde bir kosinüs eğrisi ve setBrightness() işlevi kullanılarak renk maviye kayar.

Bir gecikmeden sonra sağ üstten sol alta doğru hareket eden üç ışık dalgası. İlk dalga en parlak olanıdır ve takip eden dalgalar sönükleşir. İlk dalga da daha yavaş hareket eder.

Adım 14: Denetleyici Örneklerini Programlama Siyah Doodle:

Jeanie Holt'un “Black Doodle”ı siyah vinilden yansımaları araştırıyor.

Bu program ayrıca FastLED kitaplığını kullanır ve ayar devresinden girdi alabilir.

Aydınlatma, çerçevenin etrafındaki rastgele noktalardan aynı anda oynatılan 5 adede kadar ışık görüntüsünden oluşur. Her ekran, zaman içinde aynı 60 parlaklık değeri boyunca ilerler. Her ekran, parlaklığı kenarlara doğru azalan 7 bitişik LED içerir. Her ekran başlamadan önce rastgele bir gecikme olur. Ekranın konumu rastgeledir ancak aktif bir ekranın yakınındaki konumlar engellenir.

Arka plan, çerçevenin etrafına yayılmış bir renk gökkuşağıdır. Bu arka plan gökkuşağı yavaşça döner ve yönü rasgele tersine çevirir.

Bu açıklamalar bir genel bakış ve programları okumaya yardımcı olur. Bu aydınlatma efektlerinden bazılarını projelerinizden birine dahil etmek için yeterince ilginç bulacağınızı umuyoruz. Programların depolandığı github.com bağlantısı, 2. Adım Kaynaklardadır.

Adım 15: Ayarlama Fonksiyonlarının Programlanması:

RainForest programında “#define TUNING 1” ile ayar fonksiyonunu açabilir ve şerit kablosunu kullanarak ayar giriş kartını bağlayabiliriz. LED'in ayardan etkileneceği parametreleri de ayarlamamız gerekiyor. Örneğin LED'leri 61 ile 73 arasındaki konumlara ayarlayalım. #define START_TUNE 61 ve #define END_TUNE 73 kullanıyoruz. Dizenin diğer bölümlerini setup()'ta fill_gradient_RGB() çağrılarını kullanarak arka plan renklerine ayarlıyoruz. Çiziminizin geri kalanı, LED'leri ayar aralığında ayarlamamalıdır, aksi takdirde ayarlarınızı göremezsiniz. Şimdi çizimi çalıştırın ve seri monitörü görüntüleyin. Programın akort kısmı 4 duruma sahiptir [Ton, Doygunluk, Değer ve Parlaklık}. Ton, 0=Kırmızı ve 255 geçmiş maviden neredeyse kırmızıya kadar olan renk çarkıdır. Geçerli durum seri monitörde yazdırılmalıdır ve ayar panosundaki gösterge LED'i durumu belirtmek için yanıp sönecektir (bir yanıp sönme Ton'dur; iki yanıp sönme Doygunluk'tur vb.). Değer, ışık yoğunluğu iken parlaklık, tüm LED'lerin yoğunluk değerlerine uygulanan bir azaltma faktörüdür. Yani tam parlaklık için Değer = 255 ve Parlaklık = 255 olarak ayarlayın. Durumu değiştirmek için düğmeye basın. Ayarlamak istediğiniz durumdayken düğmeyi çevirin. Program, INHIBIT_LEVEL değerinden daha fazla çevrilene kadar düğmeyi yok sayar. Bu, bunlar arasında geçiş yaptığınızda diğer durumlardaki değerlerin değiştirilmesini önler. Örnek olarak, Hue ile başlayıp istediğiniz rengi elde edebilir, ardından istediğiniz parlaklığı bulmak için değere geçebilir ve ayarlayabilirsiniz.

Macaw ve Nordic_Tree eskizleri akort içerir ancak işlevler biraz farklıdır. Bu eskizlerde sadece iki mod vardır. Biri parlaklık ve diğeri renk tekerleği konumu için. Bu örneklerle, aydınlatma kontrolünüzdeki çoğu parametreyle çalışacak şekilde ayar işlevlerini nasıl özelleştireceğinizi görebilirsiniz.

Depoya, ayarlama işlevlerini RainForest'tan alan bir 'Ayarlama' taslağı dahildir. Bu çizim yalnızca ayarlama işlevleridir, böylece çizimin nasıl çalıştığını keşfedebilir ve daha kolay takip edebilirsiniz. Bu çizimi, bir sanat eserinin üzerine hızla yerleştirebileceğimiz ve ışık efektlerini keşfedebileceğimiz bir test aydınlatma çerçevesini kontrol etmek için kullanıyoruz. Daha sonra özel aydınlatma denetleyicisini oluşturmak için ayar bilgilerini kullanacağız.

Umarım bu talimatı projenizin çalışması için faydalı bulursunuz.

Adım 16: Hikayenin Geri Kalanı:

Bu, bu projedeki iki talimattan biridir. Henüz yapmadıysanız, şu adresteki tamamlayıcı talimata bakın: