Comment créer un ciel étoilé au plafond en utilisant la fibre optique et Arduino

Vous voulez voir un morceau de la galaxie sur votre plafond? La procédure à suivre est décrite ci-dessous.



Depuis plusieurs années, je rêve de mener à bien ce projet, et maintenant il est enfin prêt. Il a fallu un temps décent pour le mettre en œuvre, mais le résultat final était si merveilleux que cela en valait la peine.



Un peu sur le projet lui-même. J'ai essayé de tout faire de mes propres mains au maximum, ce qui m'a donné une totale liberté de création. En conséquence, j'ai les constellations de l'hémisphère nord, le contrôle des amas d'étoiles à l'aide de la télécommande (luminosité et couleur), la réaction à la musique, le contrôle du rétroéclairage et, surtout, la possibilité de tout changer.



J'ai choisi Arduino comme plate-forme pour tout cela car je connais sa programmation. La puce MSGEQ7 était chargée de répondre à la musique - Internet regorge de ses descriptions. Pour la communication, j'ai utilisé le NRF24L01 qui traînait avec moi. Le servo-contrôleur PCA9685 a bien fonctionné pour contrôler un grand nombre de LED. Si vous voulez faire quelque chose de plus simple et moins cher, vous pouvez rechercher des kits prêts à l'emploi sur Amazon, mais si vous souhaitez tout faire vous-même, comme je le fais, vous aurez besoin des compétences suivantes:

• Familiarité avec la programmation Arduino.
• Expérience dans le développement de circuits électriques et de soudure.
• Fonctionne avec courant alternatif.

Beaucoup de gens me demandent le coût de l'ensemble du projet. Il est assez difficile de donner un chiffre précis, car j'ai dépensé beaucoup de matériel, et tout dépend de la partie que vous décidez de faire vous-même, de la taille du projet, etc., cependant, je pense qu'il peut tenir dans la fourche de plusieurs centaines à mille dollars. J'y ai travaillé le week-end et il m'a fallu environ un an pour tout terminer.

Étape 1: planification

Vous devez d'abord décider d'acheter une pièce électronique ou de le faire vous-même. Faire des circuits nécessite une compréhension des principes fondamentaux d'Arduino et de l'électronique, et en plus, il y a une chance de gâcher quelque part. Vous pouvez trouver de nombreux kits sur Amazon et dans d'autres magasins sous la phrase "Kit de plafond en fibre optique", donc il y a des tonnes d'options. Mais si vous avez besoin d'une liberté créative et d'un contrôle complets, il est préférable de tout faire vous-même.



Après avoir opté pour l'électronique, vous devez penser à la structure du plafond, à la taille de la carte étoile et au nombre d'étoiles. J'ai choisi l'option avec un plafond en plaques de plâtre classique. J'ai un plafond bas, et il était assez difficile d'installer de la fibre optique, je me suis donc installé sur un nombre relativement petit d'étoiles, 1200 pièces, mais le résultat était tout de même incroyable.



Passons maintenant au choix du motif en étoile. J'habite dans l'hémisphère nord, j'ai donc choisi la partie du ciel qui est visible ici. De nombreuses applications montrent des images de constellations - j'ai utilisé Celestia (comme dans ce tutoriel pour créer mon propre ciel étoilé). Naturellement, personne ne vous oblige à rendre le dessin du ciel étoilé réaliste et à la bonne échelle - ici, vous avez une totale liberté de création, et sur Internet, vous pouvez trouver un tas d'idées.

Étape 2: matériaux

Maintenant que tout est planifié, vous pouvez commander du matériel.



Je n'énumérerai pas les matériaux pour le plafond lui-même, tout dépend du système utilisé et d'autres facteurs. J'ai utilisé un plafond Knauf. Il en va de même pour les outils - la plupart d'entre eux ne sont nécessaires que pour l'installation du plafond. Pour installer les étoiles elles-mêmes et l'électronique elles-mêmes, il ne faut pas grand-chose - voir la liste. J'ai acheté beaucoup de choses dans les magasins locaux et j'ai commandé le reste sur AliExpress - c'est moins cher et la qualité est généralement acceptable.



Pour les étoiles et l'électronique, vous aurez besoin de:

• , . , . 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.
• Résistances 2 W 10 Ohm / 2 W 6,8 Ohm / 2 W 6,8 Ohm pour R, G et B pour chaque LED 3 W, respectivement. 5 résistances attrayantes par 10 ohms, chacune 0,25 watts.
• 10 condensateurs uF pour découplage NRF24L01.
• Plaque en aluminium pour fixer et refroidir les LED 3 W.
• Cartes pour circuits.
• Cartes de développement pour les tests.
• Vis, contreplaqué, ruban adhésif et tout ce qui se trouve dans n'importe quel atelier.
• Un tas de fils de différentes épaisseurs. Pour les signaux PWM, des fils fins peuvent être utilisés pour le prototypage, mais pour les bandes LED et les LED 3 W, l'épaisseur des fils doit être prise en compte en fonction de la distance entre le circuit et les LED.

Pour la télécommande et l'analyseur spectral:

• MSGEQ7 × 1
• Résistances - 1 × 470 Ω / 1 × 180k Ω / 1 × 33k Ω.
• Condensateurs: 1 × 33 pF / 1 × 0,01 μF / 1 × 0,1 μF.
• Pâte thermique pour processeurs.
• Télécommande IR et diode photo pour récepteur
• Un tas de fils fins.
• Petite planche à pain. J'ai utilisé Proto Shield.
• Petit étui pour Arduino. J'ai fait un cas en utilisant la découpe laser.
• Autres composants liés au circuit principal. Leur numéro est indiqué dans la liste des composants du circuit principal.

Outils d'installation et de soudure:

• Adhésif transparent qui ne dissout pas les fibres. J'ai utilisé une simple papeterie.
• Matériel de soudure.
• Un multimètre ne sera pas superflu.
• Tournevis.
• Pinces.
• Alène ou similaire pour percer des trous dans le plafond. L'épaisseur correspond à l'épaisseur de la fibre.

Étape 3: installation au plafond

Je ne peindrai pas l’installation en détail - le réseau a beaucoup de matériaux pour installer le plafond suspendu, et je ne suis pas un expert en la matière. Cette approche est plus compliquée que la solution de panneau en étoile habituelle que la plupart des gens choisissent. Mais ensuite, j'ai eu un plafond suspendu de haute qualité, qui a l'air tout à fait normal pendant la journée.



Surtout pour la maintenance électronique, j'ai fait une trappe dans la partie la plus discrète du plafond.



À cette étape, le mastic et l'apprêt sont effectués et la peinture est effectuée après l'installation de la fibre.

Étape 4: installation de la fibre

Cela m'a pris plus de temps que prévu ... Après beaucoup d'improvisations différentes, nous avons convenu que dans notre cas, la meilleure façon de placer la fibre est avec une canne à pêche et une boucle de ligne de pêche - voir mes gribouillis habilement exécutés avec des explications. Maintenant, cette idée me semble risible - mais qui n'aime pas parfois déconner.



Considérations:

• Je recommande de coller la fibre dans les trous pour éviter qu'elle ne tombe. L'adhésif doit être transparent et ne pas réagir avec la fibre. J'ai utilisé une simple papeterie.
• Vous n'avez besoin de rien percer, les trous peuvent être réalisés avec un simple poinçon, dont le diamètre coïncide avec la fibre optique.
• Je n'ai utilisé qu'un ruban à mesurer pour marquer les emplacements exacts des étoiles. Pas précis à 100%, mais ok. Le plafond était trop grand pour imprimer une carte du ciel étoilé.

Étape 5: finition de la finition du plafond - peinture







Nous avons peint directement sur la fibre, donc lorsqu'elle est éteinte, elle n'est pas visible. Tout ressemble à un plafond ordinaire. Après deux couches de peinture, l'éclat de la fibre est resté presque le même.

Étape 6: mise en page d'essai

Le schéma en lui-même n'est pas très compliqué et cela a fonctionné pour moi tout de suite. Cependant, il est toujours préférable de vérifier d'abord, puis d'installer - d'autant plus que dans ce cas, il y a beaucoup de soudure. Il est également pratique d'avoir une version de test pour les futures mises à jour - je pense que personne ne veut court-circuiter un projet qui a pris plusieurs jours à installer dans le plafond.



Ma version de test est une ou deux cartes PCA9685, NRF24L01 et alimentations connectées à l'Arduino. Tout peut se faire sur des planches à pain. La même chose s'applique aux circuits de la télécommande - ils ont tout trébuché sur la planche à pain et ont vérifié que tout fonctionnait. Je suggérerais également de souder quelques LED 3W pour les tests.

Étape 7: code pour Arduino

J'ai rassemblé des bibliothèques et d'autres liens utiles dans la section "informations utiles". Pour une explication du fonctionnement du code, consultez les commentaires qui y sont associés.



J'ai écrit ce code en utilisant une variété de ressources, dont certaines ont été répertoriées dans la section "informations utiles". Cependant, depuis que j'ai terminé le projet il y a plus d'un an, au moment où j'ai décidé d'écrire cet article, je ne pouvais plus en trouver certains et certains liens enregistrés ne fonctionnaient plus.



Le code contient une fonction assez compliquée pour le clignotement des LED. Pour améliorer l'apparence, j'ai utilisé un matériel de formation qui décrit comment faire clignoter un «souffle»: sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



L'œil humain ne perçoit pas la luminosité de la lumière de manière linéaire, de sorte qu'une simple augmentation linéaire de la luminosité ne semble pas naturelle. Code du



récepteur



Code de l'émetteur



Étape 8: connectez les fils et les bandes LED







































Il est temps pour la connexion finale! Si tout est vérifié et que tout fonctionne, la connexion devrait se passer sans aucun problème - il suffit de souder un tas de composants identiques. Pour faciliter l'entretien de l'ensemble du circuit, j'ai fabriqué une boîte de contreplaqué de la taille d'une trappe technique - donc si nécessaire, je peux simplement retirer tout le circuit du plafond. J'ai fait passer la fibre optique dans des tuyaux de plomberie en plastique, dont la taille coïncide à peu près avec des LED de 3 W, puis j'ai percé des trous de même diamètre dans le contreplaqué et je les y ai insérés. Ainsi, je peux facilement déconnecter la fibre des LED selon les besoins.



Je suggère de monter les bandes LED sur des plaques d'aluminium pour le refroidissement, car elles deviennent très chaudes.

Étape 9: débogage et réglage fin

Disons que vous avez testé le circuit, mais après l'avoir installé, cela ne fonctionne pas ... ou quelque chose d'autre ne fonctionne pas comme prévu. Ensuite, le problème est le plus probable dans la soudure - si tout a fonctionné dans l'assemblage de test, alors il devrait également dans le dernier. J'espère que ce n'est pas votre cas, mais je vais citer à titre d'exemple l'un des problèmes que j'ai moi-même rencontré.



Lorsque j'ai réduit la luminosité des LED au minimum, les bandes peuvent cesser de fonctionner ou commencer à clignoter. Après avoir passé énormément de temps à rechercher et à déboguer, j'ai trouvé que le problème venait de la commutation lente de l'IRL540 et que la solution consistait simplement à abaisser la fréquence PWM à 50 Hz. Le problème a été presque résolu et le clignotement est resté uniquement aux valeurs les plus basses - mais cela n'a pas d'importance puisque je ne les utilise pas. Le problème est revenu lorsque j'ai décidé de tourner une vidéo sur ce plafond, car une fréquence aussi petite est clairement visible sur les caméras - c'est la même chose que de filmer un téléviseur. Pour résoudre ce problème, j'ai monté un petit circuit sur la planche à pain en utilisant des transistors 2N2222 au lieu de IRL540, juste pour la prise de vue vidéo.



Maintenant que tout est en place et fonctionne, vous pouvez affiner la luminosité des étoiles, répondre à la musique, aux modes de fondu et à tout le reste.

Étape 10: informations et liens utiles

Étape 11: idées de développement

Ce serait formidable de développer une application de gestion de plafond mobile, peut-être en utilisant OpenHAB sur le Raspberry Pi, car le PCA9685 est assez facile à contrôler via RPi.



Et si vous utilisez OpenHab ou son alternative, le plafond en étoile peut être facilement connecté au système de maison intelligente.