Светодиоды, Arduino и левитация – как собрать магнитную лампу

Автор Дарья Алексеева

FZL56EWL0FAG0T1

Начинающий 3D-дизайнер Том Оуверкерк показал нам удивительное сочетание развитых технологий и уютного волшебства в своём новом проекте на Arduino. Настольная лампа с парящими светодиодами выглядит эффектно и на какое-то время сбивает с толку. Но магия, лежащая в основе, очень проста: один магнит, спрятанный наверху, притягивает второй магнит, спрятанный в корпусе рассеивателя со светодиодами. Простая физика, а выглядит волшебно. Интересно, как такое собрать? 

FHIUE2IL0GPTKEI

Инструкция по созданию магнитной светодиодной лампы уже перед вами. Главное, на что стоит обратить внимание перед сборкой – 3D-печать. Том Оуверкерк смоделировал здесь каждую деталь. Он добился идеального соотношения размеров и форм, и, собрав все элементы вместе, получил устойчивую и практичную конструкцию, в которой еще и магниты можно спрятать. 

Для тех, кто чувствует себя уверенно в 3D-моделировании, разработка лампы с оригинальным дизайном может стать хорошей творческой задачей, но не обязательной в рамках описанного проекта. Ведь Том поделился необходимыми 3D-моделями в формате STL на специальной площадке Cults, а мы сделали их доступными для скачивания на нашем сайте.

Таким образом, от моделирования можно отказаться и сразу приступить к сборке проекта. Самое время узнать, какие материалы понадобятся в процессе:

– Белый пластик для  3D-принтера;

– Светодиодная лента WS2812 60LED;

– 2 неодимовых магнита 12х5 мм;

– Arduino Nano Every;

– Блок питания для светодиодной ленты 5V; 

– Разъём питания гнездо 2.1х5.5 мм 12V с клеммной колодкой;

– Силиконовый белый провод 22AWG (0,35 мм2);

– Монтажные провода.

FUED1GGL0GPTJUY

Рис. 1. Все вышеперечисленные материалы

Основные инструменты:

– 3D-принтер

– Паяльник

– Плоскогубцы

– Отвёртка

– Суперклей

Шаг 1: Распечатать детали

F00XM9UL0FAG0AB

Рис. 2. LAMP UNDERSIDE – основание лампы; LAMP BASE – основной корпус; DIFFUSION BODY – рассеиватель; DIFFUSION TOP – крышка рассеивателя; LAMP TOP – верхняя часть лампы; TOP CAP – верхняя крышка.

На этом рисунке конструкция лампы представлена в полусобранном виде. Это не попытка привить нам размышления о целостности, а всего лишь полезная шпаргалка на время сборки. И пригодиться могут не только визуальные образы деталей, но и их оригинальные названия: часто это помогает избежать путаницы в значениях и смыслах.

Поскольку 3D-модели уже есть, вам остаётся только подготовить их к печати с помощью программы-слайсера (Cura, Simplify3D, Craftware),  разложить STL-файлы на тонкие слои, чтобы объяснить принтеру на его языке (G-code), как нужно выкладывать пластик.   

По настройке печати есть всего две рекомендации: заполнение (плотность) 20-100% и печать без поддержек (по возможности). Остальные настройки – на ваше усмотрение, доверяйте личному опыту. 

Если же вы совсем новичок в 3D печати, то ни в коем случае не поддавайтесь суете и не торопитесь. Изучите настройки, поиграйтесь с ними на тренировочной модели и приготовьтесь к тому, что не все детали получаются с первого раза.

А если вы только мечтаете о своём 3D принтере, то переходите в наш телеграм канал, где мы собираемся разыгрывать парочку таких красавцев среди подписчиков!

Шаг 2: Собрать рассеиватель и магнитную ось.

FSZMGB2L0GPTJV0

Рис. 3

Действия на этом этапе могут показаться сложными и запутанными. Но мы постараемся провести вас максимально ровным и простым путём.

Цель всей сборки – проложить стабильную электрическую цепь. Цель данного этапа – связать кучку светодиодов с магнитом, чтобы он притягивал их к себе.

Прежде, чем начать, подготовьте необходимые материалы:

– три провода по 130 мм в длину (отрежьте от силиконового провода 22AWG);

– кусок светодиодной ленты, который легко помещается внутри рассеивателя;

– паяльник;

– рассеиватель, его крышка и верхняя часть лампы; 

– магниты и суперклей.

Примерная последовательность действий:

1) Припаяйте все три провода к контактам светодиодной ленты, как на рисунке 4, а противоположные концы пометьте опознавательными знаками, чтобы не запутаться, когда придёт пора подключать их к Arduino.

FU0760HL0GPTJV3

Рис. 4

2) Протяните провода через маленькое отверстие в корпусе рассеивателя, и тяните до тех пор, пока светодиоды не окажутся внутри, как на рисунке 5. Нанесите немного клея на обратную сторону светодиодной ленты и аккуратно прижмите её к стенкам рассеивателя: светодиоды должны прочно закрепиться здесь.

FGR08YML0GPTJUZ

Рис. 5

3) Заплетите косичку из проводов (рис. 6). В основном это делается ради удобства, но и доля эстетики есть.

FT8L6X6L0GPTJV1

Рис. 6

4) Возьмите один магнит и приклейте на внутреннюю сторону крышки рассеивателя (рис. 7).

FDRBMNWL0GPTJUV

Рис. 7

5) Второй магнит установите в верхней части лампы, как на рисунке 8.

FLXZSN8L0GPTJUW

Рис. 8

Закройте рассеиватель крышкой и проверьте притяжение ваших магнитов. Если всё было сделано правильно, то рассеиватель будет тянуться ровно вверх, как гелиевый шарик.

Магнитная ось готова, теперь нужно позаботиться об электропитании и управлении.

Шаг 3: Подготовить блок питания

Это маленькое подготовительное действие позволит создать площадку для дальнейшей связи светодиодов с Arduino.

Возьмите разъём питания 12V  с клеммной колодкой (тот, что зовётся мамой) и приклейте к основанию лампы, как на рисунке 9.

FSNZETEL0GPTJV4

Рис. 9

Теперь возьмите два монтажных провода (красный и чёрный) и подсоедините к клеммным колодкам (рис. 10)

FPUDBBVL0GPTJV5

Рис. 10

Эти провода потянутся к пинам Arduino уже на следующем этапе, но пока пусть полежат здесь.

Шаг 4: Закрепить и спаять

FUN1ZVUL0FAG0OZ

Рис. 11

На рисунке 11 видно, как провода от светодиодов проходят сквозь специальное отверстие в подставке и фиксируются изолентой с обратной стороны: это сделано, чтобы обезопасить сборку от внезапного вылета светодиодов и проводов далеко вверх.

Обязательно отрегулируйте высоту, на которой располагается ваш рассеиватель света. Он не должен быть слишком высоко, чтобы вся конструкция не испытывала напряжения от чрезмерного магнетизма, но и слишком низко располагать его не стоит: ослабнет влияние верхнего магнита – пропадёт вся магия. Не поленитесь и потратьте время на поиск золотой середины. а потом закрепите светодиодный провод, как на рис. 11.

Теперь можно взяться за паяльник. Для наглядности мы разместили распиновку Arduino Nano Every чуть ниже (рисунок 12). 

1) Вернитесь к тем двум проводам, которые остались у разъёма питания, и подсоедините их к пинам VIN и GND на Arduino.

2) Возьмите провода светодиодной ленты и припаяйте их к пинам GND, V5 и цифровому порту (D1 – D12). Надеемся, что вы не забыли как-то обозначить провода перед тем, как завязать в косичку.

8c4d32ab842d160ea38ddae2404ab9127dedaca0

Рис. 12

Мы всё спаяли, а значит пора двигаться дальше, к финальному этапу.

Шаг 6: Программирование Arduino

Подробно о принципах работы Arduino мы рассказывали ранее. Если вы еще не сталкивались с программированием этой платформы, то первое, с чего стоит начать – установка Arduino IDE (локальная копия). Это не просто ПО с командной строкой, это самый настоящий мост между мирами. Здесь люди и аппаратные платформы говорят на одном языке и помогают друг другу развиваться. Ни один Arduino-проект не обойдется без программной среды. Включая тот, что мы только что собрали. 

Светодиодная лампа – очень приятный проект для программирования, потому что для управления светодиодами есть специальная библиотека FastLed. Нужно зайти в Arduino IDE, открыть Library Manager, найти в нём нужную библиотеку и установить.

FITEKUKL0FAG0IO

На этом сборка магнитной левитирующей лампы завершена. Для вас  открывается бесконечная дорога апгрейдов и дополнений. Заметили, как много свободных входов/выходов осталось на платформе? Может, стоит задуматься о расширении функционала?

Если у вас появились идеи по улучшению сегодняшней сборки, обязательно поделитесь с нами.

Всем решившимся на реализацию проекта – успехов и вдохновения!

До встречи в будущих проектах!

 

Ссылки