Проект "Світильник зі світловими ефектами"

Про матеріал

Проекти відкривають у дітях високий потенціал, компетентність, самостійність і індивідуальність. Спільна робота вчителя і учня над проектом - це чудова нагода стати ближчим один до одного. А проекти допомагають учням глибше засвоїти матеріал, сформувати та розвивати в них стійкий інтерес до вивчення природничих наук, розвивають навички самостійної роботи, вміння шукати та аналізувати одержаний матеріал.

Перегляд файлу

Управління освіти і науки Миколаївської облдержадміністрації

Управління освіти Южноукраїнської міської ради

Миколаївське територіальне відділення МАН України

Відділення: фізика і астрономія

Секція: експериментальна фізика

Світильник зі світловими ефектами

Роботу виконав:

Куропаткін Олександр Юрійович

ученик 8-Б класу Южноукраїнської

загальноосвітньої школи

І-ІІІ ступенів № 4 Южноукраїнської

міської ради

Керівник:

Леменчук Лариса Олександрівна,

керівник секції «Фізика-Астрономія»

Станції юних техніків

Южноукраїнської міської ради

Южноукраїнськ 2019

ЗМІСТ

ВСТУП.....................................................................................................................3

РОЗДІЛ 1. СУЧАСНЕ ОСВІТЛЕННЯ

1.1. МАЙБУТНЄ ДОМАШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ .............................4

1.2. СВІТЛОВИЙ ДИЗАЙН ІНТЕР'ЄРУ...............................................5

1.3. ОСВІТЛЕННЯ В РОЗУМНОМУ БУДИНКУ.................................6

1.4. ПРО СВІТЛОДІОДНІ СТРІЧКИ......................................................7

1.5. ГОЛОВНІ ПЕРЕВАГИ СВІТЛОДІОДНОЇ СТРІЧКИ....................7

РОЗДІЛ 2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

2.1. СВІТЛОДІОДНА СТРІЧКА.............................................................8

2.2. МІКРОКОНТРОЛЕР.......................................................................10

2.3. КЕРУВАННЯ ЛАМПОЮ...............................................................11

2.4. СХЕМА ТА ЇЇ СТВОРЕННЯ..........................................................15

ВИСНОВКИ..........................................................................................................18

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.........................................................19

ВСТУП

Відомо, що сучасний світильник - це потужний інструмент в руках ди-зайнера, за допомогою якого можна не лише освітити простір, але і створити певну атмосферу і настрій. Розміщення сучасного світильника, його форма, колір, інтенсивність і спрямованість світлового потоку можуть або підкрес-лити достоїнства інтер'єру, або звести нанівець всі зусилля архітектора. Що обрати - класичне освітлення або ексклюзивний світильник, який відповідає самим передовим тенденціям моди і стилю?

Кожного року попит на дизайн осель змінюється з’являються нові дизай-нерські рішення, але мінімалізм та функціональність завжди залишаються пріоритетом сучасної оселі. Освітлення як основне так і декоративне є дуже важливою частиною інтер’єру. Хоча основне освітлення у вигляді світлоді-одних панелей і люстр з різним функціоналом розвивається , то декоративне освітлення може запропонувати лише незвичайні форми але не богатий функціонал .

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_215241.jpg$ Я вирішив створити світильник який буде нести в собі не тільки освітлювальну але і нестандартну функціональну декоративну роль в інтер’єрі , і який матиме мінімалістичний дизайн .На той час потрібно було дізнатися чи є подібні рішення у продажі.Так, є, але вони мають велику ціну та обмежені можливості , через горизонтальне розміщення світлодіодної стрічки , яке дозволяє поверхню абажуру освітити тільки одним кольором , це лише дає можливість змінювати колір на один конкретний , та робити переходи між кольорами.

Тоді з’явилась мета створити світильник із сенсорним керуванням та керуванням через додаток по телефону, з абажуром чотиригранної форми на якому світлодіодна стрічка розміщена паралельно. Було прийнято рішення використовувати адресну світлодіодну стрічку , якою б керував мікроконтролер з доступом до мережі інтернет .

РОЗДІЛ 1.1 МАЙБУТНЄ ДОМАШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ

Традиційні лампи розжарювання з вольфрамовою ниткою слугували люд-ству понад 120 років. Компактні люмінесцентні (енергозберігаючі) лампи були запатентовані в 1984 році, а в побуті лише десять років. Очевидно,і ті, і інші скоро вирушать на спокій - з досить великою ймовірністю можна сказати, що вже найближчим часом для побутового освітлення в основному використовуватимуться світлодіоди.

З моменту створення першого світлодіода (LED) пройшло вже п'ятдесят років. Спочатку світлодіоди називалися «Світло Лосєва» (Losev Light) на ім'я радянського фізика Олега Лосєва, який в 1923 році виявив електролю-мінесценцію напівпровідникового переходу. Першим з'явився червоний світлодіод, потім, на початку 70-х років, з'явилися жовті й зелені світлодіоди. Синій світлодіод був створений в 1971 Яковом Панчечніковим в компанії RCA, але він був надзвичайно дорогим. У 1990 році японець Суджі Накамура створив дешевий і яскравий синій світлодіод. Ще 20 років тому вважалося, що білий світлодіод створити неможливо,однак, після появи синього світлодіода стало можливим робити білі джерела світла з трьома кристалами (RGB), а в 1996 році з'явилися перші білі люмінофорні світлодіоди. У них світло ультрафіолетового або синього світлодіода перетворюється в білий за допомогою люмінофора. До 2005 року світлова ефективність світлодіодів досягла значення 100 лм / Вт і більше. Це дозволило почати використовувати їх для освітлення, адже світлодіод є одним з най-більш економічних джерел світла - він в 6-10 разів ефективніше лампи розжарювання.

Сьогодні світлодіоди досягли такої якості і яскравості, що вони можуть повноцінно замінювати лампи розжарювання. Майбутнє за світлодіодними світильниками в яких не буде ніяких патронів і цоколів. Якісні світлодіоди живуть досить довго, тому необхідність в їх заміні відпадає.

РОЗДІЛ 1.2 СВІТЛОВИЙ ДИЗАЙН ІНТЕР'ЄРУ

За допомогою зору людина отримує близько 80% всієї вхідної інфор-мації, а рівень освітленості впливає на якість зорового сприйняття навколи-шнього світу. Гарне освітлення тонізує, підвищує настрій і працездатність. Недолік світла навпаки призводить до швидкої стомлюваності. У проекту-ванні інтер'єру дуже важливим завданням виступає організація його освітлення.

Світловий дизайн інтер’єру – це багаторівнева система з різних освітлю-вальних приладів, яка одночасно вирішує функціональні, естетичні і емоційні завдання відповідно до призначення того чи іншого приміщення. Світловий дизайн визначає раціональний розподіл джерел штучного світла в приміщен-нях.

Дизайн освітлення кімнат є важливим етапом в плануванні інтер’єру. У кухні, наприклад, нас в першу чергу цікавить функціональний аспект освіт-лення “робочого місця”. Точно так само нам не байдужа і ступінь освітле-ності письмового столу в кабінеті. У спальні або вітальні на перший план виступають питання естетики і створення сприятливої для відпочинку емоційної атмосфери.

Взагалі, в дизайні освітлення, при всій його раціональності утримується якийсь елемент магії. Світло – настільки сильний і пластичний “матеріал”, що з його допомогою можна “виліпити” будь-який образ предмета. Стосовно до інтер’єру, роль світла зросла надзвичайно. Проектування дизайну освіт-лення кімнат – це один з найважливіших моментів роботи дизайнера при створенні різних образів інтер’єру.

Види освітлення

Освітлення прийнято ділити на три види: робоче, фонове і місцеве, але можна виділити ще один вид - декоративне.

Робоче освітлення - локальне, воно повинно бути яскравим, але при цьому не напружувати очі. В якості робочого освітлення використовується настільна лампа, торшер або бра.

Фонове освітлення - основне, для якого головне бути ненав'язливим. Для цього використовується люстра або плафон, що встановлюються в центрі стелі, щоб отримати м'який і розсіяне світло.

Місцеве освітлення підкреслює окремі деталі інтер'єру. Для нього підійдуть різні лампочки, торшери, настінні лампи і світлодіодні стрічки.

Декоративне освітлення служить для поліпшення зовнішнього вигляду приміщення і створення певної атмосфери. На відміну від функціонального він не несе за собою конкретної функції поліпшити видимість в тому чи іншому місці життєдіяльності. Декоративне освітлення на службі у краси.

Потужність освітлення як декоративного прийому часто недооцінюють. Багато, обмежуючись тільки функціональним світлом, позбавляють приміщення можливості трансформуватися в денний і вечірній час. Насправді штучно створювати такі переходи дуже важливо. Адже спосіб життя в різний час доби кардинально може відрізнятись. І якщо ви перебуваєте все в тому ж будинку, змінити ситуацію можна тільки елементами освітлення.

РОЗДІЛ 1.3 ОСВІТЛЕННЯ В «РОЗУМНОМУ БУДИНКУ»

Важливою деталлю в системах освітлення є можливість світлодіодів бути автономними , діяти автоматично , підлаштовуватися під освітлення на вулиці , завдяки системам «розумного будинку». Освітлення в будинку не тільки сприяє комфорту, але і створює настрій. А система «розумного будинку» контролюватиме рівень освітлення на зручному рівні в залежності часу доби, рівня вуличної освітленості і обраного сценарію. Система управляє внутрішнім і зовнішнім освітленням, створюючи максимально комфортну атмосферу. RGB-підсвічування дозволяє створювати неймовірні ефекти прямо в домі. Внутрішнє освітлення будинку, кероване автоматикою дозволить вимикачу освітлення працюватиме в залежності від присутності людини, поточної програми і рівня вуличної освітленості. Крім того, є можливість включати світло дистанційно з ІЧ-пульта і задіяти програму імітації присутності господарів.

Система управління енергоспоживанням дозволяє вирішувати наступні завдання: електронний облік споживаної електроенергії, обмеження пікового навантаження, настройка навантажень, автоматичне відключення гілок електроживлення при виїзді з дому. Високотехнологічне світлодіодне освітлення має найкращі на сьогоднішній день показники надійності і яскравості. RGB LED підсвічування дозволить змінювати атмосферу в домі в залежності від настрою.

Розумне управління освітленням також дозволяє досить істотно економити витрати електроенергії .

РОЗДІЛ 1.4 ПРО СВІТЛОДІОДНІ СТРІЧКИ

Будь-яка світлодіодна стрічка – це еластичний модуль, що містить ряд світлодіодів, резисторів та струмопровідних доріжок, розташованих на однакових відстанях один від одного. Ширина таких модулів, як правило, знаходиться в межах 8-20 мм, а товщина не перевищує 2-3 мм. Довжина стрічок буває різною, досить часто їх продають рулонами по декілька метрів або відр LED-стрічки використовують для створення локального та декоративного освітлення як всередині приміщень, так і назовні. Ними часто облаштовують підвісні стелі, сходи, барні стійки, декоративні ніші, басейни, елементи фасадів та багато інших споруд. Високий рівень яскравості таких пристроїв дозволяє встановлювати їх навіть в ролі повноцінних засобів освітлення.

Деякі LED-стрічки можуть випромінювати світло лише в одному кольорі (білому, жовтому, зеленому, синьому, червоному), інші – здатні освітлювати простір багатьма тонами гами RGB. Світлодіодні стрічки білого кольору можуть мати різні відтінки: холодні (6500-10000 К), денні (4500-5000 К) та теплі (2700-3500 К). Холодний білий – досить різкий та яскравий, тому швидко втомлює зір і краще підходить для вулиць та місць, де потрібно сконцентрувати увагу на певні деталі. Теплий білий – м'який та комфортний, тож більш доречний всередині приміщень та в ролі локального й декоративного освітлення, хоча й не забезпечує настільки чітке відображення деталей обстановки, як холодний. Денне світло – чудовий компроміс, що часто застосовується як зовні, так і всередині споруд.

Світлодіодні стрічки типу RGB (Red, Green, Blue) містять триколірні діоди (від 30 до 240 шт. на кожен метр), що шляхом змішування зеленого, червоного та синього забезпечують відтворення практично будь-яких кольорів. Також вони складаються з таких елементів, як контролери, джерела живлення та тепловідводи. Чим щільніше розташовані діоди, тим більш яскраве та рівномірне світло вони випромінюють.

РОЗДІЛ 1.5 ГОЛОВНІ ПЕРЕВАГИ СВІТЛОДІОДНОЇ СТРІЧКИ

Низький рівень енергоспоживання дозволяє користувачам таких пристроїв не переплачувати за електроенергію.
Висока надійність та довговічність – термін безвідмовної служби таких виробів може становити понад 50 000 годин
Вироби без проблем працюють в температурному діапазоні від -40 до +60 °C, тому підходять для освітлення вулиць навіть узимку.
Легко монтуються і не потребують для цього спеціальних навичок, оскільки на звороті, як правило, містять клейкі шари, що дозволяють кріпити вироби на будь-яких поверхнях.
Робота LED-стрічок не призводить до пожеж, адже вони майже не нагріваються, а напруга живлення більшості моделей зовсім невисока (5,12, 24, 36 В).
Вироби мають широкий кут розсіяного світіння – 120 °.
Роботою таких пристроїв можна керувати за допомогою дистанційних пультів, що суттєво спрощує експлуатацію.
Екологічність, високий ККД, стійкість до механічних і вібраційних навантажень, відсутність УФ-випромінювання та пульсації.

РОЗДІЛ 2.1 СВІТЛОДІОДНА СТРІЧКА

На першому етапі виникає два питання:

1) як розміщувати світлодіодну стрічку;

2)яку світлодіоду стрічку використовувати, для створення світильника.

Най відповідним з варіантів світлодіодної стрічки, виявилась адресна світлодіодна стрічка. У звичайній світлодіодній RGB-стрічці всі світлодіоди однаково реагують на сигнал з RGB-контролера, а в адресній LED-стрічці кожен світлодіод отримує індивідуальну команду від контролера. В резуль-таті можливо максимально точно підбирати відтінок для кожного світлодіо-да, таким чином можливо створювати світлові ефекти.

ÐÐ¾ÑÐ¾Ð¶ÐµÐµ Ð¸Ð·Ð¾Ð±ÑÐ°Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ðµ

Розміщувати світлодіодну стрічку було вирішено паралельно до кожної з чотирьох сторін чотиригранного абажуру, на чотириграннику меншого розміру , таким чином на абажурі будуть проектуватися вертикальні ефекти

Абажур лампи - чотиригранник на якому розташована адресна LED-стрічка.Завдяки такому розташуванню кожен з діодів створює свій рівень, з власним кольором та яскравістю, які проектуються на абажурі.

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_220418.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_220526.jpg$

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204632.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204724.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204757.jpg$

РОЗДІЛ 2.2 МІКРОКОНТРОЛЕР

Для того щоб керувати адресною світлодіодною стрічкою потрібен мікроконтролер.

Мікроконтро́лер - спеціалізована мікропроцесорна система, що включає мікропроцесор, блоки пам'яті для збереження коду програм і даних, порти вводу-виводу і блоки зі спеціальними функціями (лічильники, компаратори, АЦП та інші).

Використовується для керування електронними пристроями. По суті, це — однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми значно знижує розміри, енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів.

Мікроконтролери можна зустріти в багатьох сучасних приладах, таких як телефони, пральні машини, вони відповідають за роботу двигунів і систем гальмування сучасних автомобілів, з їх допомогою створюються системи контролю і системи збору інформації. Більшість процесорів, що випускаються у світі — мікроконтролери.

Для керування світлодіодною стрічкою була обрано плату Arduino Nano на базі мікроконтролера ATmega328.

Arduino Nano — це повнофункціональний мініатюрний пристрій на базі мікроконтролера ATmega328 (Arduino Nano 3.0), адаптований для використання з макетної плати. За функціональністю пристрій схожий на Arduino Duemilanove, і відрізняється від нього розмірами, відсутністю роз'єму живлення, а також іншим типом (Mini-B) USB-кабелю. Arduino Nano розроблено і випускається фірмою Gravitech.

ÐÐ°ÑÑÐ¸Ð½ÐºÐ¸ Ð¿Ð¾ Ð·Ð°Ð¿ÑÐ¾ÑÑ Arduino Nano

Для керування світлодіодною стрічкою і для того щоб Arduino Nano розуміла команди відEsp-8266 і від датчику дотику, було розроблено програмне забезпечення в середовищі розробки Arduino ide.

Arduino (Ардуіно) — апаратна обчислювальна платформа для аматорського конструювання, основними компонентами якої є плата мікроконтролера з елементами вводу/виводу та середовище розробки Processing/Wiring на мові програмування, що є спрощеною підмножиною C/C++. Arduino може використовуватися як для створення автономних інтерактивних об'єктів, так і підключатись до програмного забезпечення, яке виконується на комп'ютері (наприклад: Processing, Adobe Flash, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider).

РОЗДІЛ 2.3 КЕРУВАННЯ ЛАМПОЮ

Мною було створено декілька методів взаємодій :

1) Це дистанційне керування через мережу інтернет а точніше через додаток на смартфоні .Для того щоб Arduino Nano через інтернет зв’язувалась з додатком на смартфоні , я використав ESP8266 (ESP-12).

ÐÐ°ÑÑÐ¸Ð½ÐºÐ¸ Ð¿Ð¾ Ð·Ð°Ð¿ÑÐ¾ÑÑ ESP8266 ESP8266 — мікроконтролер китайского виробника Espressif з інтерфейсом Wi-Fi. Окрім Wi-Fi, мікроконтролер відрізняється можливістю виконувати програми з зовнішньої флеш-пам'яті з інтерфейсом SPI.

Для ESP8266 також як і для Arduino Nano було розроблено програмне забезпечення , в середовищі розробки Arduino .А додаток для смартфона було розроблено , в середовищі розробки Тhunkable .

2) Через дотик чи комбінації дотиків до верхньої частини абажуру, це буде можливо завдяки сенсору дотику (TTP223) який під’єднаний до Arduino Nano.

ÐÐ°ÑÑÐ¸Ð½ÐºÐ¸ Ð¿Ð¾ Ð·Ð°Ð¿ÑÐ¾ÑÑ ttp223 touch sensor

РОЗДІЛ 2.4 СХЕМА ТА ЇЇ СТВОРЕННЯ

Компоненти електричної схеми : Arduino Nano , адресна світлодіодна стрічка WS2812b , ESP8266 (ESP-12) , сенсор дотику (TTP223) , стрічка і Arduino Nano з’єднані через резистор на (220 Ом) , дроти (провідники).

Компоненти корпусу лампи : основа , абажур , чотиригранник з оргскла з світлодіодною стрічкою

$C:\Users\Ты кто такой\Documents\Untitled Sketch_bb.jpg$

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_203809.jpg$

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_203821.jpg$

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_220703.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204120.jpg$

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204214.jpg$

Лампа дуже економічна і тому працює від звичайного зарядного пристрою від смартфона , та може працювати від звичайного Power Bank .

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_220832.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_221004.jpg$

РОЗДІЛ2.5 КЕРУВАННЯ

Через дотик :

Один дотик- вмикання чи вимикання , у будь-якому з режимів .

Два дотики -зміна ефектів .Ефекти змінюються послідовно . На даний момент 6 світових. ефектів.

Три дотики- біле світло.

Чотири дотики- активуєтеся демонстративний режим де кожну хвилину ефект змінюється.

Утримання дотику змінює яскравість .

Через додаток на смартфоні:

Додаток має назву “Світильник” зроблена мінімалістичному стилі ,та складається с лише з однієї панелі , яка повністю дублює керування.

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\IMG_20190223_202143.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\IMG_20190223_202113.jpg$

Вдалося досягнути таких світлових ефектів як:

Блукаючий вогник Світлячки

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204632.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204724.jpg$

Зміна кольору

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204730.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204734.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204735.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204737.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204743.jpg$

Веселка Конфеті Вогонь

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204757.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_215322.jpg$ $C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204406.jpg$ Режим освітлення Біле світло

$C:\Users\Ты кто такой\Desktop\Лампа\IMG_20190222_204214.jpg$

ВИСНОВКИ

Завдяки вертикальному розміщенню світлодіодної стрічки вдалося досягнути світлових ефектів аналогів яким на даний час немає . Також вдалося створити нестандартну систему керування . Через гнучкість взаємодій , як з Arduino Nano так і з ESP8266 , залишається можливість впровадження нових функцій та ефектів .

Створено деталь інтер’єру яка несе в собі декоративну та функціональну роль . Деталь дизайну яка по-справжньому може доповнити інтер’єр кімнати , приміщення і.т.д.

Але все-таки є ще багато функції які в майбутньому, обов’язково будуть впроваджені наприклад такі як : світломузика , демонстрація погодних умов , реалізація фіксованого кольору , голосове керування через Google Assistant , керування через Messenger Telegram .

Одною з незвичайних і перспективних ідей є демонстрація погодних умов. Погоду можна характеризувати різними кольорами. Інформацію про погоду , світильник отримуватиме через метеосайти завдяки ESP8266.

Керування через Telegram є дуже незвичайним але дуже перспективним рішенням , через те, що багато часу ми проводимо в інтернеті ,ми спілкуємося з людьми через месенджери. Тому для багатьох людей керувати лампою через друковані команди, набагато легше , та зручніше ніж через додаток. Крім того керування через Telegram може перевести можливість нового функціоналу.