Arduino 控制的人造蜡烛灯

必要的工具和机器

烙铁（通用）

关于这个项目

不久前，我开始着手一个项目，以巧妙地照亮我们在秋冬季节变得有点过于阴暗的中庭房间。我想要比硬​​质 LED 灯看起来更自然的东西，最好是闪烁的蜡烛的生动外观。

对于不耐烦的人（不想一直向下滚动以找到视频），结果如下：

...还有一个圣诞节版本：

现在，回到故事：

但是创造一个逼真的人造火焰 不是一件容易的事，所以我的想法是将灯放置在一种你不能直接看到“火焰”的地方，而只能看到它产生的光，在墙上跳舞。

由于房间主要由玻璃墙组成，因此显而易见的选择是让光线投射在支撑窗户的白色光束上。我决定将灯放在水平光束的底部，将光线向下投射到垂直光束上。

准备和计划

由于我希望能够单独控制每个“蜡烛”，因此选择 LED 灯很容易；显然应该是一组基于 WS2812 的 LED 模块，所以我订购了 100 个单独的 LED。

正如您在上图中所见，每个 LED 都有六个连接 - 和一个方向 背面标有箭头。

其中两个连接标记为 5V ，两个是GND 然后是Din （数据输入）和 Dout （数据输出）。两个5V 已连接，因此两个 GND s。所以实际上有四个 连接； 5V , 地 , 叮 和 Dout .

在对每个“蜡烛”使用不同数量的 LED 进行了一些试验后，我想出了 四个 .这个数字让我可以对每条光束进行足够有趣的灯光操作，从而在不需要太多 LED 的情况下制作出逼真的蜡烛外观。

但是，如果我必须再做一次，我会订购一组 2×2-LED 模块，以简化组装。

控制器不需要非常先进，我的假设是 Arduino Nano 就够了。

Arduino 的位置并不明显。最后我选择把它放在水平梁上，在上面第一张照片中可见的粗柱子后面（最左边）。柱子放置在房间的角落里，两面玻璃墙相交处（照片中显示了“右”墙）。通过这种方式，我可以将 LED 放在两根平行的灯串上——每面墙一个灯串——以最小化每根灯串的物理长度。现在每根弦的总长度约为 4 米（13 英尺），而不是两倍。

Adafruit NeoPixel Überguide 在这里读得非常好；如果您打算使用 WS2812 LED 模块，您一定要通读一遍！例如，它告诉我为什么限制电线的物理长度是好的。

隐藏电缆...

...在我的情况下并不难，因为 LED 将放置在水平光束的底部。我四处寻找便宜的有线电视频道，在宜家找到了一个（不知道是讽刺还是明显，来自瑞典）。

LED 模块本身只是用强力双面胶带粘贴。

创建 LED 模块

由于我不想将整个东西焊接在一根全长串上（我想象着尝试将东西安装在梁的底部时会遇到电缆堵塞）我决定用 连接器 用于电缆。

LED 模块将放置在垂直光束的旁边，以便尽可能多地反射光线。我还想让电缆靠近光束——我需要尊重 LED 的方向。这导致（没有双关语意）我有两个版本 模块的；一种设置放在去右边的字符串上 来自 Arduino 和一个左 .

两个模块版本需要两个独特的焊接布局，其中主要区别是保持数据流从正确的 LED 流向下一个。

由于 LED 非常小，直径约为 9 毫米 (3/8")，因此焊接它们并不容易；而且鉴于我缺乏焊接经验，结果不是那么好和漂亮。但它奏效了。

焊接

在焊接之前，我从 2×5 的原始部分中切下了一个 2×2 的 LED 模块。然后我把一端涂成红色，另一端涂成黑色，以标记靠近5V和GND的一侧（为了防止愚蠢的错误）。

第一步 第一个焊接练习是在每个 LED 的小金属岛上滴一滴焊锡。

下一步是连接简单的直接、邻近的连接。

然后后面的电缆需要保持绝缘，因为它们会相互交叉。

总之，每个方向有五个光束——加上角光束——总共有十一个光束。由于每个 LED 模块有四个 LED，因此单个 LED 的数量为 44 个。

经过几个模块后，我掌握了窍门，最后我可以在大约 30 分钟内焊接一个完整的模块。

“短线技巧”

许多细小的电缆都需要绝缘，但是当电缆的总长度不到一厘米时，很难在每端切割足够的绝缘层以暴露内芯。

然后我想出了这个（明显的）技巧：

1. 焊接电缆的一端，然后弯曲并切割成所需的长度。 （在本例中，非焊接端应连接到 Dout 下图中右下角的 LED。）

2. 稍微滑下绝缘层。

3. 从释放的绝缘层上剪下所需的长度。

4. 将绝缘层向后滑动，露出自由端的芯线。多啊！

通过这种方式，可以创建暴露的电缆芯线的确切长度，结果非常好：

完成 LED 模块

最后，LED 模块应该倒置在横梁上，因此必须准备好焊接的、填充电缆的背面以固定胶带。

我开始使用一些随机的扁平塑料，我只是将其切成方块。这些只是用热胶粘在 LED 模块上。

这里是所有完整的模块！万岁！

（在这一点上，重要的是要在他们身上做一些标记，将向左走的和向右走的分开！）

使用强力胶带将完整的模块轻松固定在它们现在平坦的背面。

制作电缆

幸运的是，我身边有一卷旧电话延长线。这根电缆有四根独立的电线，足够了，因为我需要三根电线（5V、GND 和数据）。

在没有特殊压接工具的情况下安装母插座并不容易，但完全可行。

电缆通道易于安装；把它剪成合适的长度，用预先贴好的胶带把它粘在横梁上。

这是最终安装的模块的样子：

自动激活和停用

因为不想天黑了就手动开灯再关灯，所以加了一个光敏电阻。

我不想要简单的开/关，而是在暮光之时逐渐改变光强度。出于这个原因，我需要知道当我决定“白天”变成“黄昏”和“黄昏”变成“黑暗”时的傍晚时我的光敏电阻的模拟值。

在下图中，红色曲线代表光电阻器在一天中移动时的模拟读数（下面不是实际读数，只是我的手绘图）。两条微弱的水平线标志着两个层次；上层是“日光”变为“暮光”的极限，下层是“暮光”变为“黑暗”的极限。所以，当红色曲线高于顶部水平线时，我认为它是 DAY，当它低于底部水平线时，我认为它是 NIGHT。

绿色的直线是“清洁”的日光测量值，即夜间最小值（0.0），白天最大值（1.0），黄昏时线性斜率。

要了解实际的模拟读数，我将四个光敏电阻和一个 LCD 屏幕连接到 Arduino，以显示四个电阻的电流、最小值和最大值。我使用了四个，因为我不知道我是否有一个坏的，所以如果他们中的大多数人的读数大致相同，我知道他们会工作。显然，我将设备放置在我打算让 Arduino 最后驱动 LED 的同一位置。这是它的样子：

由于 LCD 非常有限，我当时显示了一个光电阻器的读数大约五秒钟。然后白天我不时走过去，把数字写在一张纸上。 （显然我可以将它连接到我的笔记本电脑并通过串行连接发送数字，但我白天需要我的笔记本电脑并且不想整天坐在中庭）。

最后我决定在“630”以下为暗，在“800”以上为亮。但这些数字显然只适合我的光敏电阻和我串联使用的 10 kΩ 电阻，所以这不是绝对的事实。

Arduino 源代码

我希望能够拥有不同类型的灯光效果，而不仅仅是烛光。出于这个原因，我构建了源代码模块化，试图隔离不同文件中的不同机制，以便于概览。

主要的.ino -file 非常小。我基本上只是启动整个事情并调用 Update() 在几个助手类上（反过来可以解决问题）。

目前源代码支持两种不同的效果；烛光效果和“圣诞节”效果。目前效果的选择是硬编码的，这意味着如果我想进行切换，我需要重新编译代码。最后，这应该使用遥控器进行控制——或者更好的是，使用智能手机。我们会看到的。

代码

中庭照明

示意图