用光纤和Arduino在天花板上制作星空

是否想在天花板上看到一个星系？下面介绍如何执行此操作。



几年来，我一直梦想着完成这个项目，现在终于准备好了。实现它花了很长时间，但最终结果非常好，值得这样做。



有关项目本身的一些信息。我试图用自己的双手竭尽所能，这给了我完全的创作自由。结果，我有了北半球的星座，可以使用遥控器（亮度和颜色）控制星团，对音乐的反应，对背光的控制，最重要的是，可以改变任何东西。



我选择Arduino作为所有这些平台，因为我熟悉它的编程。MSGEQ7芯片负责响应音乐-Internet上充满了它的描述。为了通信，我使用了NRF24L01躺在我周围。为了控制大量LED，PCA9685伺服控制器非常适合。如果您想使事情更简单，更便宜，可以在亚马逊上搜索现成的工具包，但是，如果您像我一样对自己做的一切感兴趣，那么您将需要以下技能：

• 熟悉Arduino编程。
• 有开发电路和焊接的经验。
• 使用交流电。

许多人问我整个项目的费用。由于我花了很多材料，给出一个具体的数字非常困难，而且这完全取决于您决定自己做哪个部分，项目的大小等，但是，我认为它可以从几百个到上千个美元。我在周末工作，花了大约一年时间才完成所有工作。

步骤1：规划

首先，您需要决定是购买电子零件还是自己购买。制作电路需要了解Arduino和电子学的基础知识，此外，还有机会弄乱某个地方。在亚马逊和其他商店，您可以找到许多短语“ Fiber Optic Star Ceiling Kit”，因此有很多选择。但是，如果您需要完全的创作自由和控制力，那么最好自己动手做。



在决定了电子设备之后，值得考虑一下天花板的结构，星图的大小以及星数。我选择了带有普通石膏板天花板的选项。我的天花板较低，安装光纤非常困难，因此我只安装了相对较少的1200颗星星，但是效果仍然令人赞叹。



现在可以选择星形图案。我生活在北半球，所以我选择了此处可见的天空部分。许多应用程序都显示星座图-我使用了Celestia（如本手册中那样制作自己的星空）。自然，没有人会强迫您以合适的比例绘制出真实的星空图片-在这里您拥有完全的创作自由，并且在Internet上可以找到很多想法。

步骤2：材料

现在，一切都已经计划好了，您可以订购物料。



我不会列出天花板本身的材料，这完全取决于所使用的系统和其他因素。我用可耐福天花板。工具也是如此-大多数工具仅用于安装天花板。安装星体和电子设备本身并不需要太多-参见列表。我在当地商店买了很多东西，然后在速卖通上订购了其余东西-价格便宜，而且质量通常可以接受。



对于星星和电子产品，您将需要：

• , . , . 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.
• 电阻器。每个3W LED的R，G和B分别为2W10Ω/ 2W6.8Ω/ 2W6.8Ω。每10欧姆5个诱人的电阻，每个0.25瓦。
• 10 uF电容器，用于去耦NRF24L01。
• 铝板用于固定和冷却3W LED。
• 电路板。
• 开发板进行测试。
• 螺丝，胶合板，胶带以及任何车间内的所有物品。
• 一束不同厚度的电线。对于PWM信号，可以使用细线进行原型制作，但是对于LED灯条和3W LED，必须根据从电路到LED的距离来计算线的粗细。

对于远程控制和频谱分析仪：

• MSGEQ7×1
• 电阻-1×470Ω/ 1×180kΩ/ 1×33kΩ。
• 电容：1×33 pF / 1×0.01μF/ 1×0.1μF。
• 处理器用导热油脂。
• 接收器的红外遥控器和光电二极管
• 一束细电线。
• 小面包板。我使用了Proto Shield。
• Arduino的小包装。我用激光切割制作了一个盒子。
• 其他与主电路有关的组件。它们的编号在主电路的组件列表中指示。

安装和焊接工具：

• 不溶解纤维的透明粘合剂。我使用了简单的文书。
• 焊接设备。
• 万用表不会是多余的。
• 螺丝刀。
• 钳。
• 锥子或类似的东西，用于在天花板上打孔。厚度与光纤的厚度相同。

步骤3：天花板安装

我不会详细介绍安装情况-网络上有很多材料可以用来安装吊顶，而且我不是这方面的专家。这种方法比大多数人选择的通常的星形面板解决方案更为复杂。但是后来我得到了高质量的吊顶，白天看起来绝对正常。



特别是对于电子设备维护，我在天花板的最不显眼的部分进行了孵化。



在此步骤中，完成腻子和底漆的工作，并在安装光纤后进行涂漆。

步骤4：安装光纤

我花了比我预期更长的时间...经过许多即兴创作，我们同意在我们的情况下，放置光纤的最佳方法是用一根钓鱼竿和一条钓鱼线环-看到我熟练执行的涂鸦并附有解释。现在，这个想法对我来说似乎很可笑-但是谁有时不喜欢修补。



注意事项：

• 我建议将光纤插入孔中，以免脱落。胶粘剂应该是透明的并且不与纤维起反应。我用了一个简单的文具。
• 您无需钻孔，可以用一个与纤维直径相同的简单锥子制成孔。
• 为了标记星星的确切位置，我仅使用轮盘赌。不是100％准确，但是还可以。要打印天空图，天花板太大。

第5步：完成天花板饰面-涂漆







我们直接在纤维上涂漆，因此在关闭时不可见。一切看起来像是普通的天花板。经过两层油漆后，纤维的亮度几乎保持不变。

步骤6：试用方案

该计划本身不是很复杂，并且立即对我有用。但是，总是最好先检查一下然后再安装-尤其是在这种情况下，因为焊接很多。此外，将来拥有测试版本以进行更新也很方便-我认为没有人会希望缩短需要几天才能安装到天花板上的项目。



我的测试版本是一两个PCA9685，NRF24L01板和连接到Arduino的电源。一切都可以在面包板上完成。远程控制电路也是如此—它们碰到了面包板上的所有东西，并检查了一切是否正常。我还建议焊接一些3W LED进行测试。

步骤7：Arduino的代码

我已经在“有用的信息”部分中收集了库和其他有用的链接。注释中包含有关代码工作方式的说明。



我使用各种资源编写了此代码，其中一些资源已在“有用的信息”部分中列出。但是，自从一年多以前完成该项目以来，当我决定撰写本文时，我再也找不到了其中一些，并且某些保存的链接不再起作用。



该代码包含一个使LED闪烁的相当复杂的功能。为了改善外观，我使用了描述如何使“呼吸”眨眼的培训材料：sean.voisen.org/blog/2011/10/breathing-led-with-arduino



人眼不能线性感知光线的亮度，因此亮度的简单线性增加看起来是不自然的。



接收器



代码发射器代码



步骤8：连接电线和LED灯条







































最后的连接时间！如果一切都经过检查且一切正常，则连接应该顺利进行，只需焊接一堆相同的组件即可。为了方便维修整个电路，我制作了一个盒子，其大小与技术舱口一样大-因此，如有必要，我可以将整个电路从天花板上拆下来。我将光纤穿过塑料水暖管道，其尺寸与3W LED大致相同，然后在胶合板上钻了相同直径的孔并将其插入那里。因此，我可以根据需要轻松地将光纤与LED断开连接。



我建议将LED灯条安装在铝板上进行冷却，因为它们会变得很热。

步骤9：调试和微调

假设您检查了电路，但是在安装之后，它不起作用...或其他不起作用。然后，问题最有可能发生在焊接中-如果一切都在测试组件中工作，那么它也应该在最后一个中工作。我希望这不是您的情况，但是作为示例，我将给出我自己遇到的一个问题。



当我将LED的亮度降至最低时，灯条可能会停止工作或开始闪烁。在花费了大量时间进行研究和调试之后，我发现问题出在IRL540的开关缓慢，而解决方案是将PWM频率简单地降低到50 Hz。问题几乎解决了，并且眨眼仅保持在最低值-但是没关系，因为我不使用它们。当我决定拍摄有关该天花板的视频时，问题又回来了，因为在摄像机上可以清晰地看到如此低的频率-就像在拍摄电视一样。为了解决这个问题，我使用2N2222晶体管而不是IRL540在面包板上装配了一个小电路，仅用于拍摄视频。



现在一切就绪，并且可以正常工作了，您可以微调星星的亮度，对音乐，淡入淡出模式和其他所有东西做出反应。

第10步：有用的信息和链接

步骤11：发展思路

开发PC天花板控制应用程序可能很酷，也许可以在Raspberry Pi上使用OpenHAB，因为PCA9685非常容易通过RPi控制。



而且，如果您使用OpenHab或其替代产品，那么星空天花板可以轻松连接到智能家居系统。