So bauen Sie eine Wolkenlampe mit Sound Reactive Lightning

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Vor ein paar Monaten ein $3000 Donner und Blitz Stimmungslampe wurde in der Maker-Community viral. Es war ein atemberaubend schönes Licht, aber das Preisschild ließ es für niemanden zugänglich, dessen geistige Gesundheit intakt war. Was wir heute machen werden, ist nicht genau dasselbe - wir machen etwas praktischeres als ein Kunstwerk, aber es wird viel cooler und anpassbarer.

Ich habe mich dafür entschieden, Lautsprecher wegzulassen, unter der Annahme, dass Sie wahrscheinlich bereits ein gutes Lautsprecherpaar in Ihrem Zimmer haben, das Sie lieber verwenden würden, und ehrlich gesagt ist es etwas seltsam, einen Lautsprecher in eine Lampe zu stecken. Stattdessen füge ich ein Mikrofon hinzu, mit dem der Blitz automatisch auf laute Geräusche reagiert - entweder aufgrund eines tatsächlichen Gewitters oder eines Soundtracks, der von Ihrem PC oder Ihrer Stereoanlage abgespielt wird.

Wir werden auch einen Strang voller RGB-Neopixel-LEDs (WS2812B) verwenden, damit wir andere Farben als Weiß reproduzieren und die Kontrolle über jedes Pixel haben können.

Warnung: Das Netzteil, das ich in diesem Projekt verwendet habe, verfügt über Schraubklemmen, die an ein stromführendes Wechselstromkabel angeschlossen werden. Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob Sie einen Stecker anschließen, kaufen Sie bitte ein vollständig geschlossenes Netzteil. Zumindest müssen Sie das Netzteil in eine sichere Projektbox einschließen.

Schritt 0: Einführung

Hier ist ein Demo-Video des fertigen Projekts. Bisher habe ich einige verschiedene Modi implementiert, vom Standardblitz über eine trippige Säurewolke bis hin zu einer farbverblassenden Stimmungslampe, die über die Fernbedienung ausgewählt werden kann.

Der vollständige Code und die benötigten Bibliotheken können von heruntergeladen werden dieses Github-Repository.

Schritt 1: Sie werden brauchen

• WS2812B Strang, in der Regel bei etwa 50 $ für 5 Meter festgesetzt. Machen Sie sich keine Sorgen, wenn Sie einen anderen Typ von Neopixel-Strang haben, dieser wird mit ziemlicher Sicherheit von FastLED unterstützt Schnittstelle, aber Ihre Verkabelung kann unterschiedlich sein (Sie benötigen möglicherweise eine Synchronisationsleitung zusätzlich zum Signal, z Beispiel).
• 5V, 10A + Stromversorgung - Ich habe 15A-Einheiten für jeweils 11 US-Dollar gekauft. Sie haben einen Wechselstromeingang von 120 bis 240 V und einen kräftigen 5-V-Ausgang, der ausreicht, um alle unsere Pixel mit voller Helligkeit und den Arduino mit Strom zu versorgen.
• Elektrische Verkabelung, Stecker und Inline-Schalter
• Projektgehäuse
• Zwei Arduinos. $ 10 Funduino-Klone sind in Ordnung. Die zweite ist für die Fernbedienung erforderlich, während die erste die Hauptlogik und die LEDs steuert.
• Zwei 2,2k (oder ungefähr) Ohm-Widerstände - der genaue Wert spielt keine Rolle, etwa 1,5k bis 47k sollten funktionieren.
• Steckbrett
• TSOP4838 IR-Empfänger
• IR-Fernbedienung - Ich habe in großen Mengen für jeweils etwa 2 US-Dollar gekauft, aber jede Fernbedienung sollte mit Code-Änderungen funktionieren.
• Großes Mikrofonmodul
• Verschrotten Sie MDF-Holz, um Ihre Basis zu schneiden, und eine Stichsäge.
• Polystyrol-Verpackungsmaterial / Kasteneinsätze.
• Kissenfüllung aus Polypropylen-Baumwolle. Ich zog mehr als genug aus ein paar schrecklichen alten Kissen. Wenn dies keine Option ist, sollten Sie in der Lage sein, neue für etwa 10 US-Dollar zu kaufen oder sogar billigere Watte zu verwenden. Ich habe es mit beiden versucht - die Watte brauchte mehr Arbeit, um sie herauszuziehen, und war nicht so flauschig, aber zur Not wird es funktionieren.
• Kette und Haken zum Aufhängen der Wolke - sollten mehr als 5 kg halten.
• Klebepistole mit niedriger Temperatureinstellung
• Sprühkleber - einfacher, die Füllung damit auf Ihre Wolke zu kleben, aber eine Klebepistole könnte auch funktionieren.

Die Gesamtkosten betragen ungefähr 100 US-Dollar ohne Werkzeuge, aber das meiste davon habe ich im ganzen Haus gesammelt. Alle elektronischen Komponenten sind allgemein verfügbar. Das Mikrofon kann in einem Sensor-Kit gefunden oder einzeln gekauft werden.

Schritt 2: Schneiden Sie die Basis

Schneiden Sie mit einer Stichsäge eine raue Basis aus einem Stück MDF aus - die genaue Form liegt natürlich bei Ihnen, aber aus irgendeinem Grund hat eine Wolke in meinem Kopf die Form einer Kidneybohne. Wir werden hier einige Haken zum Aufhängen anbringen, aber ansonsten bietet es nur eine solide Basis, auf der man aufbauen kann. Der zentrale Bereich ist für die Elektronik, das Netzteil und die Hand der Kette reserviert. Stellen Sie daher sicher, dass Sie genügend Platz haben, um mindestens Ihr Projektgehäuse mit einigen Haken zu platzieren.

Schritt 3: Schicht auf Polystyrol

Dies ist der schwierigste und kreativste Schritt, aber wir schaffen wirklich nur etwas Festes und irgendwie-sorta wolkenförmig zum Aufkleben des LED-Streifens. Kleben Sie große Stücke Polystyrolpackung mit einer niedrigen Hitzeeinstellung auf Ihre Klebepistole auf die Basis (und darunter). Wenn Sie keine niedrige Einstellung haben, schalten Sie die Heißluftpistole aus und lassen Sie sie etwas abkühlen, bevor Sie versuchen zu kleben. Wenn die Temperatur zu hoch ist, schmelzen Sie einfach durch das Verpackungsmaterial.

Stellen Sie sicher, dass jedes Stück fest ist, bevor Sie das nächste kleben. Es ist am besten, mehr als nicht genug zu kleben.

Denken Sie auch hier daran, einen ausreichend großen Hohlraum in der Wolke zu lassen, um die Elektronik, die Kette und die Haken aufzunehmen.

Schritt 4: Schnitzen Sie eine 3D-Wolkenform

Verwenden Sie ein Tranchiermesser, um Ihre Wolke zu pflegen, indem Sie die Ecken abrunden und unnötiges Material wegschneiden, bis Sie eine grobe 3D-Wolkenform erreicht haben. Es spielt keine Rolle, wie rau das ist, da wir später alles beim Füllen behandeln werden - Sie können Fehler leicht verbergen.

Schritt 5: Haken befestigen, aufräumen

Befestigen Sie abschließend drei oder vier Haken an der MDF-Basis innerhalb jeder Ecke des Wolkenhohlraums. Sie müssen ein kleines Pilotloch bohren, da es schwierig ist, MDF direkt einzuschrauben.

Ich habe auch alles einfach mit weißer Sprühfarbe überzogen, um eine einheitliche Farbbasis zu gewährleisten, aber ich bin mir nicht sicher, ob dies tatsächlich notwendig war.

Schritt 6: LED-Streifen kleben

Bevor Sie mit dem Auftragen von Klebstoff auf die LEDs beginnen, beginnen Sie entweder mit einem neuen Streifen oder zählen Sie, wie viele LEDs Sie insgesamt haben. Sie müssen herausfinden, wie viele Sie später im Programmierschritt verwendet haben. Schneiden Sie ein kleines Loch in die Seite Ihrer Wolke und stechen Sie durch die Drähte, aus denen der Anfang Ihres LED-Streifens besteht, in den Wolkenhohlraum. Achten Sie darauf, dass Sie am richtigen Ende beginnen. Die LED-Streifen sind richtungsempfindlich. Stellen Sie daher sicher, dass die Signalpfeile vom Hohlraum weg zeigen.

Kleben Sie die LED-Pixel langsam und kreisförmig auf die Polystyrolbasis, bevor Sie den Streifen zur Basis ziehen, um die Unterseite abzudecken. Auch hier muss man nicht perfekt sein, denn sobald wir alles verbreitet und mit Füllung erstickt haben, sieht alles sowieso ziemlich umwerfend aus.

Ich habe insgesamt 85 LEDs oder etwas mehr als 2,5 m verwendet, nachdem ich den Hauptkörper zweimal umkreist und eine einzelne LED-Reihe an der Unterseite verwendet hatte.

Schritt 7: Schaltplan

Die Verkabelung ist komplex, aber leicht in Abschnitte zu unterteilen.

Lassen Sie zuerst das Netzteil verkabeln und sichern, vorzugsweise in einem separaten Projektgehäuse. Ich werde Sie nicht über die Sicherheit von stromführenden Wechselstromkabeln belehren, daher gehe ich davon aus, dass Sie diesen Teil handhaben können und eine 5-V- und eine GND-Leitung haben.

WICHTIG: Beim Programmieren und Testen des Arduino sollten die 5 V von Ihrem Netzteil von den Arduinos (dem GNDs sind jedoch alle angeschlossen) - es sollte nur der LED-Streifen mit Strom versorgt werden, während der Arduino die überlieferten 5 V verwendet USB. Wenn Sie mit dem Programmieren fertig sind, sollte der USB-Anschluss getrennt sein und dem Arduino keine 5 V mehr zuführen - An dieser Stelle sollten Sie die 5V von Ihrer Versorgung an die 5V-Schiene auf der linken Seite der anschließen Steckbrett.

Verbinden Sie zunächst den Boden und die 5-V-Stifte von jedem Arduino mit den linken Seitenschienen des Steckbretts. Sie teilen sich dieselbe Stromquelle, unabhängig davon, ob es sich um das externe Netzteil handelt, das wir haben, oder ob USB an eines von ihnen angeschlossen ist.

Vervollständigen Sie als Nächstes den Abschnitt zur I2C-Verkabelung - auf diese Weise können unsere beiden Arduinos kommunizieren. Nehmen Sie die A4-Pins von beiden Arduinos in eine einzelne Reihe auf dem Steckbrett und verbinden Sie dann einen 2,2-k-Widerstand aus dieser Reihe mit der 5-V-Schiene. Wiederholen Sie diesen Vorgang für A5 und verbinden Sie sie in einer separaten Reihe mit einem weiteren 2,2-k-Widerstand erneut mit 5 V.

Schließen Sie als nächstes den IR-Empfänger an - überprüfen Sie die Pin-Konfiguration, wenn Sie ein anderes Modell haben, aber im Grunde sollte der Signal-Pin auf einem Arduino auf D11 gehen. Laden Sie die thundercloud_ir_receiver.ino Skizze zu diesem Arduino (Der gesamte Code hier), dann ziehen Sie den USB-Stecker heraus, da wir ihn nicht mehr benötigen.

Verbinden Sie auf dem anderen Arduino die Daten in Signalstift vom Anfang Ihres LED-Streifens bis D6. Die GND Ihrer LEDs sollte allen Arduinos gemeinsam sein, aber zu diesem Zeitpunkt kommen die 5 V direkt vom Netzteil.

Schließen Sie auch bei diesem Arduino das Mikrofonmodul an A0 an. Laden Sie den anderen hoch thundercloud.ino Skizzieren Sie und lassen Sie den USB-Anschluss vorerst angeschlossen, während Sie debuggen. Beginnen Sie mit dem Ändern der NUM_LEDS entsprechend variieren.

Schritt 8: Kleben Sie die Füllung auf

Kleben Sie als letzten Schritt Ihre Füllung auf. Hier gibt es keine bestimmte Technik - sprühen Sie die Wolke einfach mit einer Schicht Klebstoff ein und nehmen Sie eine Handvoll Füllung auf. Es ist jedoch einfacher, mit Füllung zu arbeiten, wenn Sie sie bereits herausgezogen haben, um die Oberfläche zu vergrößern.

Wenn Sie dieselbe Fernbedienung wie ich verwendet haben, wird sie mit der STROBE-Taste in den reaktiven Cloud-Modus versetzt. FLASH ist der trippige Farbmodus und FADE ist die langsam verblassende Farbstimmungslampe.

Schritt 9: Code-Erklärung

Warum zwei Arduinos? Sowohl die Infrarotempfängerprogrammierung als auch die Pixeltreiberbibliothek WS2818B reagieren sehr empfindlich auf das Timing. Wenn das Timing verzögert wird, ist das IR-Signal verfälscht. Indem wir jedem Schaltkreis einen eigenen Mikrocontroller geben und ihn über das I2C-Protokoll sprechen lassen, können wir sicherstellen, dass das Timing für jeden Schaltkreis perfekt ist. Möglicherweise finden Sie auch separate IR-Module mit integriertem Mikrocontroller, aber meine Untersuchungen haben ergeben, dass diese tatsächlich mehr kosten als ein einfacher Arduino-Klon und eine IR-LED. Der thundercloud_ir_receiever sollte keine Erklärung erfordern, obwohl Sie möglicherweise zuerst die I2C-Grundlagen nachlesen möchten.

Auf dem Haupt-Gewitterwolken-Controller definieren wir verschiedene Betriebsmodi, z. B. EIN (die Blitzeffekte sind kein Ton aktiviert), CLOUD (der Blitz ist nur durch Ton aktiviert), ACID (die Wolke zeigt trippige Farben) oder einfache Einzelfarben Modi. Um einen neuen Modus zu definieren, fügen Sie den hinzu Aufzählung Öffnen Sie zuerst die Konsole und suchen Sie eine Fernbedienungstaste, der Sie sie zuordnen können. Bei jedem Drücken der Fernbedienung sollte eine Debug-Zeile gedruckt werden. In dem receiveEvent () Methode ordnen wir diese Tastendrücke einem Modus zu, also fügen Sie dort eine zusätzliche switch-Anweisung hinzu. Schließlich in der Hauptsache Schleife() Methode Wir leiten diese Modusauswahl an verschiedene Anzeigefunktionen weiter.

Der Mikrofonglättungscode ist ursprünglich von Adafruit - Ich habe es für unsere Bedürfnisse vereinfacht und einen Auslöser hinzugefügt, wenn ein überdurchschnittlich lautes Geräusch zu hören ist.

Schritt 10: Blitzmodi

Die Blitzanzeigen kombinieren drei verschiedene „Blitzarten“, um etwas zu erreichen, das ausreichend realistisch oder zumindest für das Auge angenehm ist. Der erste Typ ist Riss(), wo jede LED zwischen 10-100 ms kurz eingeschaltet wird. Der zweite Typ ist Rollen () - wobei jede LED eine 10% ige Chance hat, aktiviert zu werden, und die gesamte Schleife 2-10 Mal mit einer Verzögerung von 5-100 ms zwischen jedem Zyklus wiederholt wird. Der dritte Typ ist Thunderburst (), die zwei verschiedene Abschnitte des Streifens mit jeweils 10 bis 20 LEDs auswählt, blinkt diese Abschnitte kurz von 3 bis 6 Mal. Untersuchen Sie diese Methoden im Detail, um zu sehen, wie einzelne LEDs aktiviert werden - das HSV-Farbrad wird durchgehend verwendet (also ist Weiß H = 0, S = 0, V = 255). Ich möchte Sie dazu ermutigen, neue Blitzanzeigen zu optimieren oder zu schreiben und sie dann in den Kommentaren zu teilen, wenn Sie eine erstellen, die Ihnen gefällt.

Jedes Mal, wenn ein Blitz ausgelöst oder die Schleife ausgeführt wird, wählt die Wolke zufällig zwischen den drei Blitzarten. Schließlich a reset () Methode schaltet alle Lichter aus, andernfalls "erinnern" sie sich an ihren vorherigen Zustand.

Fragen oder Probleme - bitte melden Sie sich in den Kommentaren und ich werde mein Bestes geben, um Ihnen zu helfen. Wenn Sie ein Github-Konto haben, können Sie Fehler oder Probleme auf der Website veröffentlichen gibt Tracker aus stattdessen. Wenn Sie Änderungen vorgenommen oder neue Beleuchtungsfunktionen geschrieben haben, teilen Sie bitte einen Link zu Ihrem Code mit Kern oder Pastebin.