光ファイバーとArduinoを使用して天井に星空を作る方法

天井にある銀河の一部を見たいですか？これを行う方法を以下に説明します。



数年間、私はこのプロジェクトを完了することを夢見ていましたが、今や最終的に準備ができています。それを実装するのにまともな時間がかかりましたが、最終結果は非常に素晴らしかったので、それに値するものでした。



プロジェクト自体について少し。私は自分の手ですべてを最大限にしようとしました。それは私に完全な創造的な自由を与えました。結果として、私は北半球の星座、リモートコントロール（明るさと色）を使用した星団の制御、音楽への反応、バックライトの制御、そして何よりも、何でも変更する能力を手に入れました。



私はそのプログラミングに精通しているので、これらすべてのプラットフォームとしてArduinoを選択しました。MSGEQ7チップは音楽への応答を担当しました-インターネットはその説明でいっぱいです。コミュニケーションには身近にあるNRF24L01を使いました。PCA9685サーボコントローラーは、多数のLEDの制御に適しています。もっと簡単で安価なことをしたい場合は、Amazonで既製のセットを検索できますが、私のように自分ですべてを行うことに興味がある場合は、次のスキルが必要です。

• Arduinoプログラミングの知識。
• 電気回路およびはんだ付けの開発経験。
• 交流での作業。

多くの人がプロジェクト全体のコストを尋ねます。たくさんの材料を費やしていて具体的な数字を出すのはかなり難しいです、そしてそれはすべてあなたが自分でやろうと決める部分、プロジェクトのサイズなどに依存しますが、私はそれが数百から千までのフォークに収まると思いますドル。私は週末にそれに取り組んだ、そして私がすべてについてすべてをするのに約1年かかった。

ステップ1：計画

まず、電子部品を購入するか、自分で購入するかを決める必要があります。回路を作成するには、Arduinoとエレクトロニクスの基礎を理解する必要があります。また、どこかで混乱する可能性もあります。 Amazonや他のストアでは、「ファイバーオプティックスターシーリングキット」というフレーズの下に多くのキットを見つけることができるので、オプションはたくさんあります。しかし、創造的な自由と完全なコントロールが必要な場合は、自分ですべてを行う方が良いでしょう。



電子機器を決定したら、天井の構造、スターカードのサイズ、星の数について考える必要があります。従来の石膏ボード天井のオプションを選択しました。天井が低くて、ファイバーの取り付けがかなり難しかったので、1200個という比較的少ない数の星で済ませましたが、それでも驚くべき結果でした。



次に、星型パターンを選択します。私は北半球に住んでいるので、ここに見える空の部分を選びました。多くのアプリケーションが星座のパターンを示しています-私は自分自身の星空を作成するためにこのマニュアルのようにCelestiaを使用しました。当然のことながら、星空の描画を現実的で正しい縮尺で作成するように強いられることはありません。ここでは、完全に創造的な自由があり、インターネット上でたくさんのアイデアを見つけることができます。

ステップ2：材料

すべてが計画されたので、資料を注文できます。



天井自体の材料は記載しません。使用するシステムやその他の要因によって異なります。クナウフの天井を使いました。同じことがツールにも言えます-それらのほとんどは天井を取り付けるためにのみ必要です。スターや電子機器自体をインストールするためにそれほど必要なものではありません-リストを参照してください。私は地元の店でたくさんのものを買って、AliExpressで残りを注文しました-それはより安く、品質は通常許容範囲です。



星と電子機器の場合、次のものが必要です。

• , . , . 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.
• 抵抗器。2 W 10オーム/ 2 W 6.8オーム/ 2 W 6.8オーム（それぞれ3 W LEDのR、G、B用）。5つのプルアップ抵抗、10kΩ、それぞれ0.25W。
• NRF24L01をデカップリングするための10 uFコンデンサ。
• 3W LEDを固定および冷却するためのアルミニウム板。
• 回路用ボード。
• テスト用の開発ボード。
• ドライバー、合板、ダクトテープなど、あらゆるワークショップで使用されているもの。
• 異なる太さのワイヤーの束。PWM信号の場合、プロトタイピングに細いワイヤーを使用できますが、LEDストリップおよび3W LEDの場合、回路からLEDまでの距離に応じてワイヤーの太さを計算する必要があります。

リモートコントロールおよびスペクトルアナライザの場合：

• MSGEQ7×1
• 抵抗-1×470Ω/ 1×180kΩ/ 1×33kΩ。
• コンデンサ：1×33 pF / 1×0.01μF/ 1×0.1μF。
• プロセッサー用サーマルペースト。
• IRリモコンと受信機用フォトダイオード
• 細いワイヤーの束。
• 小さなブレッドボード。プロトシールドを使用しました。
• Arduino用の小さなケース。本体はレーザーカットで製作しました。
• 主回路に関連する他のコンポーネント。それらの数は、主回路のコンポーネントのリストに示されています。

インストールとはんだ付けのためのツール：

• 繊維を溶かさない透明接着剤。シンプルな文房具を使いました。
• はんだ付け装置。
• マルチメーターは不必要ではありません。
• ドライバー。
• ペンチ。
• 天井に穴を開けるための千枚通しまたは同様のもの。厚みは光ファイバーの厚みと同じです。

ステップ3：天井取り付け

設備については詳しく説明しません。吊り天井の設置に関するネットワークには多くの資料があり、私はこの問題の専門家ではありません。このアプローチは、ほとんどの人が選択する通常のスターバーソリューションよりも複雑です。しかし、私は高品質の吊り天井を手に入れました。



特に電子機器のメンテナンスでは、天井の最も目立たない部分にハッチを作りました。



この段階で、パテとプライマーが完成し、ファイバーを取り付けてから塗装が行われます。

ステップ4：ファイバーの取り付け

予想以上に時間がかかった...さまざまな即興演奏の後、私たちの場合、ファイバーを配置する最良の方法は釣り竿と釣り糸のループを使用することであることに同意しました。さて、この考えは私には笑えるようです-しかし、誰が時々混乱するのを嫌います。



考慮事項：

• 抜けないように穴にファイバーをはさむことをおすすめします。接着剤は透明で、繊維と反応しないものでなければなりません。シンプルな文房具を使いました。
• 穴をあける必要はありません。穴はファイバーと同じ直径の単純な千枚通しで作成できます。
• 星の正確な位置を示すために、ルーレットのみを使用しました。100％正確ではありませんが、大丈夫です。空の地図を印刷するには、天井が大きすぎます。

ステップ5：天井の仕上げ-塗装の仕上げ







ファイバーの上に直接塗装したため、オフのときは見えません。すべてが通常の天井のように見えます。2度の塗装の後、繊維の明るさはほぼ同じままでした。

ステップ6：トライアルレイアウト

スキーム自体はそれほど複雑ではなく、すぐにうまくいきました。ただし、最初に確認してからインストールすることをお勧めします。特に、この場合ははんだ付けが多いためです。また、将来の更新に備えてテストバージョンを用意しておくと便利です。インストールに数日かかったプロジェクトを誰も短絡させたくないと思います。



私のテストバージョンは、Arduinoに接続された1つまたは2つのPCA9685、NRF24L01ボードおよび電源です。ブレッドボードですべてを行うことができます。同じことがリモートコントロール回路にも当てはまります-彼らはすべてをブレッドボードにつまずき、すべてが機能することを確認しました。テスト用にいくつかの3W LEDをはんだ付けすることもお勧めします。

ステップ7：Arduinoのコード

「有用な情報」セクションで、ライブラリやその他の有用なリンクを集めました。コードがどのように機能するかについての説明は、コードへのコメントに含まれています。



私はさまざまなリソースを使用してこのコードを記述しました。その一部は「有用な情報」セクションに記載しています。ただし、1年以上前にプロジェクトを終了したため、この記事を書くことにしたとき、それらのいくつかを見つけることができず、保存されたリンクの一部が機能しなくなりました。



コードには、LEDを点滅させるためのかなり複雑な関数が含まれています。見た目を改善するために、呼吸を点滅させる方法に関するチュートリアルを使用しました：sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



人間の目は光の明るさを線形に認識しないため、単純な線形の明るさの増加は不自然に見えます。



レシーバー



コードトランスミッターコード



ステップ8：ワイヤーとLEDストリップを接続する







































最終接続時間！すべてがチェックされ、すべてが機能する場合、接続は問題なく通過するはずです。同じコンポーネントの束をはんだ付けするだけです。回路全体の整備の便宜上、テクニカルハッチに合うように合板の箱を作りました。必要に応じて、回路全体を天井から取り外すだけで済みます。光ファイバーを3 WのLEDとほぼ一致するサイズのプラスチック製の配管パイプに通し、合板に同じ直径の穴を開けてそこに挿入しました。このようにして、必要に応じてLEDからファイバーを簡単に切断できます。



LEDストリップは非常に高温であるため、冷却のためにアルミニウム板に取り付けることをお勧めします。

ステップ9：デバッグと微調整

回路をテストしたが、インストールした後、機能しない、または他の機能が期待どおりに機能しないとします。それから問題ははんだ付けにある可能性が最も高いです-テストアセンブリですべてが機能した場合、それは最終的なものでも起こるはずです。これがあなたのケースではないことを願っていますが、例として、私が直面した問題の1つを挙げます。



LEDの輝度を最小限に下げると、ストリップが機能しなくなったり、点滅を始めたりすることがあります。調査とデバッグに膨大な時間を費やした結果、問題はIRL540をゆっくりと切り替えることであり、解決策はPWM周波数を単に50 Hzに下げることでした。問題はほぼ解決され、点滅は最低値にとどまった-しかし、私はそれらを使用しないので、それは問題ではありません。この天井のビデオを撮ろうと決めたとき、問題が再発しました。これは、そのような低い周波数がカメラではっきりと見えるためです。これは、テレビを撮るようなものです。この問題を解決するために、ビデオを撮影するためだけに、IRL540の代わりに2N2222トランジスタを使用してブレッドボードに小さな回路を組み立てました。



すべてが整い、機能するようになったので、星の明るさを微調整し、音楽、フェードモードなど、すべてに対応できます。

ステップ10：役立つ情報とリンク

ステップ11：開発のアイデア

PCA9685はRPiを介して非常に簡単に制御できるため、おそらくRaspberry PiでOpenHABを使用して、モバイル天井制御アプリケーションを開発するのは素晴らしいことです。



また、OpenHabまたはその代替手段を使用すると、星型の天井をスマートホームシステムに簡単に接続できます。