Как создать яркую светодиодную сабву в мире
Самый яркий клинок в мире. Звуковые эффекты, генерируемые в реальном времени. Любой цвет, изменяемый «на лету». Если вы хотите знать, что значит держать Lightsaber, этот проект является самым близким, который вы можете получить сегодня.
В первой части этой серии мы рассмотрим цели проекта, как выбрать правильные компоненты и часть программного обеспечения, участвующего в создании такого мощного устройства, - и мы будем помнить об опасности, связанной с безопасностью батареи и гарантии для защиты вас и вашей сабли.
Введение
Во-первых, я хотел иметь самый яркий клинок, который всегда выглядел великолепно на камере, даже при дневном свете.
Это было сделано с 144 светодиодной «Neopixel» полосой (самая высокая плотность, которую вы можете получить в настоящее время в 24-битных программируемых лампах) и современный DC / DC-преобразователь и LiPo-аккумулятор, способный поставлять ватты, которые он может потреблять.
Фактически, я сделал это настолько мощным, что растопил свой первый клинок. Реальное ограничение - это тепло, генерируемое двусторонней полосой в трубе; мы делаем очень противоположную теплоизоляцию, и для предотвращения тепловой перегрузки мы должны поддерживать рассеивание мощности светодиодной полосы не более чем на 40% от максимальной. Это означает, что мы не можем иметь белую саблю полной яркости, потому что для белых требуются все три цвета светодиодов (красный, зеленый, синий), но мы можем иметь полную яркость одного цвета вместе с небольшими дополнениями других цветов. И мы все еще можем «лопнуть» для спецэффектов.
Даже с этим ограничением, это, безусловно, яркий!
Моя второстепенная цель была более эзотерической. Lightsaber - это не просто расширенный факел. Существует также «The Hum» - это рычание мурлыканья, которое позволяет вам знать, что вы держите что-то огромное.
В фильмах этот звуковой эффект создается легендарным Беном Берттом, который отступает в студию и размахивает микрофонами в течение нескольких недель. Никогда не было реального физического объекта, который делал этот шум при использовании (если вы не считаете его весь рабочий стол).
Shanks FX сделал обширное видео об оригинальных звуковых эффектах и о том, как воссоздать их в студии, которые я нашел очень полезными:
Как создать звуковые эффекты STAR WARS Lightsaber | Shanks FX | PBS Digital Studios
Фактически, большая часть времени и усилий в этом проекте вошла в программные аспекты создания звуковых эффектов в реальном времени в реальном времени.
Этот «меч» знает, что вы его держите. Если вы станете все еще, это тоже произойдет. Если вы раскачиваете его неравномерно, вы услышите его. Если вы положите его, он отключится.
Это возможно, потому что внутри есть компьютер. Atmel 32u4 Arduino-совместимый «Pro Micro» и сопутствующий инерционный блок измерения (IMU). Для этого еще один способ взглянуть на этот проект - спросить: можем ли мы создать «пользовательский интерфейс» настолько естественным, что мы полностью забываем, что мы его используем? И настолько прочный мы можем бросить его на кирпичи?
Завершенный (но неокрашенный) Shoto-length Saber. Лезвие по-прежнему имеет видимое «свечение гало» даже при прямом солнечном свете
Наконец, я хотел, чтобы моя сабля выглядела полированной. В конце серии я перейду через физическую конструкцию своего рукояти (из фурнитуры и фурнитуры). Именно здесь я ожидаю, что вы проявите свое собственное творчество. Нет двух Lightsabers должны выглядеть совершенно одинаково, потому что каждый является выражением личности создателя и местных материалов.
Я не очень артистичный пропремьер-разработчик - я склонен к основному и функциональному - но на YouTube есть много фантастических примеров саблевых хилтов, построенных из сантехнических деталей, выдолбленных металлических факелов и даже профессиональных комплектов, продаваемых различными производителями.
Имейте в виду, что части, задействованные в этой сборке, довольно короткие, а комплекты «тонкой саблевой рукоятки» слишком малы (извините). Я использовал 32-миллиметровый ПВХ-труб (который на самом деле 40 мм в поперечнике) в качестве моего основного диаметра, и даже это было плотно. Но аккумуляторы большой емкости и DC / DC-преобразователи продолжают сокращаться, поэтому недолго, пока возможны более тонкие сборки. Этот проект сознательно исследует пределы того, что возможно.
Если вы хорошо разбираетесь в коде Arduino, вы можете также перенастроить элементы управления или звуковые эффекты. У моей сборки был отсчет вольтметра, чтобы помочь отлаживать, что вы увидите на всех фотографиях, но это не официальная часть сборки, поскольку она сделала проводку сложнее, чем нужно. Тестирование с использованием мультиметра выполняет те же задачи.
Предупреждение батареи LiPo
Этот проект по сути является игрушкой, но он использует батарею LiPo (Lithium Polymer) RC-класса (литий-полимерный), которая может быть опасной при неправильном обращении. Напряжение безопасно для людей, но есть достаточная мощность (20 ампер, 200 Вт!) Для запуска пожаров, если происходит короткое замыкание. Если вы построите эту саблю, я ожидаю, что вы будете тщательно контролировать ее использование.
Батареи LiPo поставляются с особыми требованиями к обращению. Они должны заряжаться правильно и никогда не разрешаться бегать «плоскими», иначе они могут взорваться.
Всегда планируйте безопасное удаление перегрузочной силовой ячейки. Огнестойкие сумки - хорошее начало. Имейте в виду, что вода делает литиевые пожары хуже.
Если у вас есть опыт создания многоточечных или RC (пульт дистанционного управления) самолетов, все это будет знакомым. (На самом деле это просто квадроцикл без пропеллеров.) В противном случае это следует рассматривать как продвинутый проект, требующий ухода и хороших строительных навыков, который, как мы надеемся, даст вам опыт работы с такими системами питания.
Принципиальная электрическая схема
Нажмите, чтобы увеличить
Там не так много для реальной схемы этого проекта. Мы будем широко использовать предварительно построенные модули, и вам в основном нужно подключить соединители между ними.
По сути, питание выходит из батареи, течет к лезвию, и по пути добавляется управляющий сигнал. Большинство функций находятся в программном обеспечении, которое не отображается на этой диаграмме.
Список деталей
Имя компонента |
Цена за единицу |
| Преобразователь мощности | |
| Хоббикинг YEP-20 SBEC | $ 18 |
| (5x) Futaba 22AWG 15 см сервоусилительные кабели | $ 4 |
| Датчик напряжения батареи FrSky (FBVS-01) | $ 3 |
| контроллер | |
| SparkFun Pro Micro (5V) (Atmel32u4 Arduino) | $ 15 |
| MPU6050 IMU Breakout Board (GY-521) | $ 5 |
| «Цифровой громкость» | $ 1 |
| аудио | |
| TPA2005D1 Аудио усилитель (SparkFun / geeetech) | $ 7 |
| 8 Ом 2-ваттный динамик, диаметр 20-40 мм | $ 2 |
| Резисторы: 1 кОм, 150 Ом, 1/4 Вт (малый) | |
| Конденсатор: 0, 86 мкФ электролитический (ничего от 0, 47 до 1 мкФ будет делать, но как можно компактнее) | |
| Светодиодный клинок | |
| 1 метр (2x50 см в комплекте) WS2812b RGB LED Strip | $ 40 |
| 144 Светодиоды / плотность измерителя, Белая печатная плата, Водонепроницаемый IP65 Силиконовая изоляция | |
| 600 мм поликарбонатная трубка (25 мм наружный диаметр) и наконечник | $ 10-20 |
| Пенопластовый лист (500 мм x 100 мм) | |
| аккумулятор | |
| Zippy Compact 1000mAh с 3 ячейками Lipo Pack | $ 8 |
| Разъем XT-60 | $ 1 |
| --или-- | |
| Turnigy 1000mAh 3S 20C 3-элементный Lipo Pack | $ 8 |
| Пистолет для батареек JST | $ 1 |
| Жгут проводов | |
| 10A "Сетевой выключатель" (опция) | $ 2 |
| Пулевые соединители или разъемы JST (дополнительно) | $ 2 |
| Индикаторы питания или индикаторы напряжения (дополнительно) | $ 2 |
| Трубы с теплоотводом | $ 1 |
| эфес | |
| 20-миллиметровый (3/4 ") муфтовый соединитель из ПВХ (с резиновыми уплотнительными кольцами и винтовыми концами) | $ 10 |
| 32 мм (1 1/4 ") ПВХ-трубы (длина 1 м - это много) | $ 2 |
| 32 мм (1 1/4 ") ПВХ Конец (получить пару) | $ 2 |
| 32 мм (1 1/4 ") Соединитель для труб из ПВХ (два или три) | $ 4 |
| Любые другие биты, которые вам нравятся | $ ??? |
* Обратите внимание, что удлинительные кабели Futaba 22AWG 15 см также используются контроллером и подсистемами лезвия. (Разъемы Futaba имеют поляризованный край).
Получение частей
Компоненты RC, такие как аккумулятор, DC / DC конвертер и разъемы, можно найти в Hobbyking (если не в вашем местном магазине моделей самолетов), а остальные в DigiKey, SparkFun, eBay и обычных интернет-источниках. Остальное - трубы из ПВХ и сантехнические изделия из магазина бытовой техники.
Основным компонентом является Хоббикинг YEP 20A HV (2 ~ 12S) SBEC (Цепь отключателя батареи переключателя), также известная как MTTEC KETO HV BEC 12S. Это устройство действительно делает возможной ручную сабль. Я не знаю об эквиваленте, но я буду смотреть. На данный момент это ключ к сборке.
Это заботится о мощности постоянного тока. Теперь у нас есть пара моих любимых полупроводников: микроконтроллер Atmel32u4 и MPU6050 IMU.
В проекте используются функции, характерные для 32u4 (например, высокоскоростной таймер 4) и спроектированы вокруг физической формы «Pro Micro», но другие платы, совместимые с Arduino Leonardo, должны работать с небольшими изменениями.
Они должны быть версией 5V, работающей с полной тактовой частотой 16 МГц. Версия 3.3V неадекватна как по напряжению (для управления светодиодной полосой), так и по вычислительной мощности (для запуска синтезатора звука).
Конечно, нам нужна хорошая светодиодная лента для клинка:
Большинство светодиодных полосок «1 метр» вы найдете в Интернете, на самом деле две полоски шириной 50 см, соединенные вместе с очевидным промежутком в середине. Для 50-сантиметрового «Shoto» размера, это здорово - нам просто нужно разобрать ленту обратно в ее исходные половинки. Удобный! И дешево тоже, менее 30 долларов на eBay прямо сейчас.
Если вы намерены «сражаться» с вашей саблей, я бы счел это расходным. Достаточно хитов, и вы в конце концов сломаете его, поэтому следите за сделками. Конструкция позволяет легко менять лезвия в поле, если у вас подготовлены резервные копии.
Закройте «отсутствующий светодиод», где соединяются две полосы, и силиконовое покрытие IP65
Если вы хотите, чтобы более длинное лезвие (70-90 см - полная длина Lightsaber), вам нужно либо пойти на более дорогие непрерывные полосы (и я не знаю, где вы их найдете), либо изменить более дешевые полосы для редактирования промежуток соединения с некоторыми сокращениями, заправлением, складыванием и разборкой.
Убедитесь, что вы получаете светодиоды WS2812b. Светодиоды 5050-Pack должны иметь четыре пальца на упаковке и быть рядом друг с другом, а полоса должна иметь три соединения на каждом конце. Только три. Не две (это одна цветная полоса), а не четыре (это аналоговая полоса RGB или другой последовательный протокол).
Вам также нужна полоса с белым фоном (а не черным) для максимального отражения света от лезвия и покрыта силиконовым покрытием IP65 для физической защиты. (IP67 и IP68 имеют более толстую прямоугольную втулку, которая, вероятно, не подходит). Она должна быть той же самой стоимостью, просто при заказе. Вам действительно нужна водонепроницаемая версия, из-за значительно повышенной физической прочности (ударостойкости) силиконовое покрытие должно давать лезвие и небольшое дополнительное теплоотдачу, которое оно обеспечивает.
25-миллиметровая поликарбонатная трубка
Критическая часть, которую вы должны начинать рано, - это лезвие. Я использовал 25, 6 мм наружный диаметр (1 дюйм OD) 22, 2 мм трубки из поликарбоната Inner Diameter (толщина стенки 1, 6 мм) у местного поставщика под названием Profile Plastics, но с тех пор я нашел более дешевый и лучший источник в магазине Custom Saber Shop, который специально для этой цели, и они также имеют прозрачные «кончики лезвий». Их действительно трудно найти!
В моей сборке использовалась прозрачная трубка с рассеивателем листового упаковочного пенопласта, обернутая вокруг светодиодных полосок, но я определенно экспериментирую с их прозрачной белой трубкой для еще более перспективного лезвия. Прозрачная трубка слишком показательна, когда дело доходит до ошибок сборки или дефектов, и вы можете видеть светодиодные точки, если вы действительно смотрите. Дополнительный слой диффузии был бы приятным.
Лист упаковочной пены Light Diffuser для обертывания лезвия и улучшения свечения. Бесплатно с покупками eBay в произвольных размерах, или в вашем местном канцелярском магазине
Обычная / тонкостенная трубка, вероятно, прекрасна, если вы не хотите сабля полной длины или намерены сражаться с ней. Светодиодная полоса довольно широкая (12-15 мм), и нам нужно пространство для рассеивания света по краям, поэтому я не рекомендую использовать более тонкую трубку 3/4 дюйма или толстостенную трубку. Я еще не пробовал их.
Заметка о материале: Поликарбонатная трубка - это то, что вам абсолютно необходимо. Не перспекс, акрил, прозрачный ПВХ или любой другой пластик. Вот почему:
Поликарбонатная трубка не разрушается. Когда-либо. Это займет взрыв дробовика и останется в одном куске. Он может быть согнут и раздавлен (так что не проезжайте по трубе с автомобилем), но нет никаких возможных обстоятельств, когда вы внезапно будете размахивать наполовину сломанной и зубчатой пластиковой трубкой. Это важно для меня и для всех, кто хочет быть в безопасности.
Поликарбонат имеет слегка голубоватый оттенок по сравнению с Perspex, потому что он менее оптически прозрачен. Это не проблема для нас, но это помогает при попытке определить «настоящий ПК», если у вас есть сомнения.
Конструкция, описанная здесь, имеет первые 8 см лезвия, надежно закрепленные в рукоятке с помощью соединительного муфта для труб, и около 2 см свободного пространства на дальнем конце. Поэтому вам нужно 10 см больше длины трубки, чем светодиодный лезвие; поэтому для полуметрового лезвия требуется 600-миллиметровая трубка.
И да, 25-миллиметровая OD-трубка вписывается внутрь «20-миллиметрового трубного соединителя», с запасным местом. (Размеры водопроводных труб ПВХ относятся к внутреннему диаметру заменяемых железных труб. Соединители из ПВХ- кабеля правильно рассчитаны, но не рассчитаны на давление).
Физика реального мира означает, что мы должны прочно закрепить трубку в рукоятке с достаточным рычагом. «Компрессионные соединители» быстроразъемные, могут удерживать напорные трубы с питанием от сети и выглядеть круто
Другим довольно личным выбором является форма и расположение динамика для звуковых эффектов. Традиционный магнитный динамик необходим для правильного захвата басовых нот (извините, пьезо просто не режет), но они бывают разных вариантов.
2-ваттный громкоговоритель красиво громкий, и я использовал исправленную часть 40 см, которая только что попала в оболочку из ПВХ, которая сделала «измельчение» рукоятки. Запасные громкоговорители для ноутбуков интересны и имеют длинные и прямоугольные формы, которые могут соответствовать более тонким строкам.
Нам нужен усилитель, чтобы управлять им, и есть множество небольших модулей класса D, которые сделают красиво. Нам нужен только моновыход, и качество не должно быть превосходным. Усилитель SparkFun / geeetech выполняет работу с несколькими дополнительными деталями.
Существует большая свобода действий с отдельными компонентами, но не так много со спецификациями. Если вы делаете замену, ничего не понижайте. Мы используем все эти штуки, в некоторых случаях близкие к их проектным ограничениям, чтобы все это входило в ручное устройство.
Программное обеспечение и средства управления
Объяснение того, как работает прошивка, займет еще одна статья и не поможет сборке, поэтому я просто опишу, как ее использовать:
Сабль имеет множество настроек, таких как громкость звука. Если это все, одна ручка регулировки громкости будет выполнять эту работу. Чтобы установить цвет лезвия, мы можем добавить еще одну ручку. Мы могли бы добавить третью ручку для насыщенности цвета, четвертый элемент управления, чтобы зажечь / оттянуть саблю, еще четыре, чтобы настроить звуковые частоты, и тогда на рукоятке не осталось бы места, чтобы положить руки.
Таким образом, вместо этого один физический регулятор (который также является кнопкой) используется для всех элементов управления, когда ручка меняет свой режим при нажатии. Пока вы делаете это, первые десятки светодиодов вдоль лезвия будут темными и «точка меню» покажет текущий режим. Это также помогает, чтобы эти вращательные элементы управления могли бесконечно вращаться и не имели конкретной нулевой точки.
Нажмите ручку и поверните ее, чтобы установить режим. Затем отпустите и открутите его, чтобы настроить этот параметр вверх или вниз. Понял?
Вот режимы в порядке и цвет точки в меню клинка.
| цвет | Режим | |
|---|---|---|
| 0 | белый | Blade Extension / Retraction (режим запуска) |
| 1 | белый | Громкость |
| 2 | синий | Blade Hue (цвет) |
| 3 | синий | Насыщенность клинка (белизна) |
| 4 | желтый | Частота жизни |
| 5 | оранжевый | Частота влажности |
| 6 | оранжевый | Частота качания |
| 7 | красный | Swing Doppler |
| 8 | Пурпурный | Выбор предустановки |
| 9 | черный | Bump Lock (бездействия) |
Не вращайте ручку слишком быстро, или контроллер не будет пропускать обновления - он очень занят, делая много вещей, - и вы даже можете вернуться назад. Будьте медленными и определенными. (Это может улучшиться в будущем программном обеспечении.)
Некоторые из режимов обходят вокруг (например, цвет) и некоторые максимальные и минимальные значения (например, громкость и режим) и некоторые из них просто трудно описать (например, параметр дельта-доплера, который может пойти отрицательным), но просто дайте им все попробуйте, и я уверен, что вы это выясните.
Честно говоря, это не самый большой пользовательский интерфейс в мире, но я призываю вас вместить больше функциональности в одну ручку.
Также помните, что саблю забудет все от потери мощности. Если вам нужны пользовательские пресеты, вам придется изменить некоторые магические числа в исходном коде и загрузить его снова.
Управление питанием и безопасность
Помните, как мы говорили о том, почему батареи LiPo могут быть опасными? Следующее - это то, как я разработал этот проект для обеспечения безопасности и не догонял ваш клинок. Пожалуйста, не удаляйте эти меры предосторожности.
Прошивка имеет «заставку», которая будет убирать лезвие, когда вы не будете перемещать саблю в течение 90 секунд, - если вы ее где-то установите и забудете.
Он также постоянно проверяет напряжение питания аккумулятора, и когда он обнаруживает состояние минимального напряжения (определенное в прошивке около 10, 5 В или 3, 5 В на ячейку LiPo), он затемняет лезвие и делает громкие неприятные звуковые сигналы, пока вы не включитесь, если выключен. Это критическая функция безопасности для работы с LiPos большой емкости и не должна быть отключена, и хорошо калибровать номера в коде для вашей энергосистемы.
Если вы отключите датчик напряжения или иным образом разрешите лезвие оставаться на месте, произойдет следующее плохое состояние: лезвие будет продолжать тянуть большое количество энергии, преобразователь постоянного тока будет продолжать откачивать батарею при увеличении силы тока и никогда не будет остановитесь, и батарея будет сильно нагреваться, поскольку она откажется от своих последних ватт до такой степени, что она может отключиться, загореться и EXPLODE. Редко, но иногда. Я уверен, что вы слышали рассказы. Это, безусловно, ухудшит возможности LiPo и может сделать его менее безопасным для будущего использования. (Малые LiPos часто включают в себя схемы защиты, но более высокоточные RC LiPos, такие как силовая сабля, являются «незащищенными»).
Мониторинг напряжения батареи и выключение светодиодов, когда это необходимо, действительно является самой важной задачей, которую имеет контроллер. Это цена, которую мы платим за то, чтобы подтолкнуть ограничения и использовать такую мощную энергосистему высокой плотности. Не стесняйтесь ни с чем, кроме этого.
Понимаете, свет не выключится даже при понижении мощности ниже 5 вольт. Батареи будут кричать, микроконтроллер рухнет (выведет тревогу), но светодиоды будут продолжать делать то, что им сказали, пока вы не отключите их вручную. Контроллер должен иметь возможность обнаруживать состояние минимального напряжения, идущее и останавливающееся, перед тем, как войти в красную зону.
Помните правило 9: «Я не буду включать механизм самоуничтожения, если это абсолютно необходимо».
В следующий раз…
В Части 2 мы построим энергосистемы и аудио модуль.
В части 3 мы построим контроллер, загрузим прошивку и выполним стендовый тест.
В части 4 мы, наконец, построим светодиодный лезвие и соберите рукоятку.
Попробуйте этот проект сами! Получить спецификацию.