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Verfasst von Florian Güldenpfennig

Konstruktionsanleitung für

Vernetzte Leuchtmagnete

An dieser Stelle zeigen wir Euch, wie Ihr funk-vernetzte Leuchtmagneten für Euren Kühlschrank oder andere Metalloberflächen bauen könnt. Wir stellen den Code und die 3D-Modelle für die oben gezeigten 'NDU-Leuchtbögen' zur Verfügung, aber theoretisch könnt Ihr natürlich auch ganz eigene Formen gestallten. Wenn Ihr Lust habt, Euch intensiv und angeleitet mit derartigen gestalterischen Herausforderungen auseinanderzusetzen, dann schaut vorbei und studiert den Bachelorstudiengang Design Digitaler Systeme - IoT mit uns :-)

Das Besondere an den Leuchtmagneten ist, dass sie drahtlos miteinander vernetzt sind und somit koordiniert angesteuert werden können, um zahlreiche Leuchtmuster abzuspielen. Eigentlich haben wir diese kleinen Geräte für Messen und als Demonstration smarter digitaler Produkte gebaut. Aber diese kunterbunten Leuchtmagnete machen sich überall gut. Dank der magnetischen Unterseite können die Leuchtsymbole bequem an Metalloberflächen angeheftet und dann mit einer Fernbedienung angesteuert werden. Abbildung 1 zeigt drei Leuchtbögen an einer mobilen Stellwand in der New Design University. Wie Ihr eine zusätzliche Fernbedienung für die Leuchtmagnete bauen könnt, werden wir in einem zukünftigen Blog-Eintrag ebenfalls auf dieser Webseite zeigen. Jetzt aber konzentrieren wir uns erst einmal auf den Bau der Leuchtmagnete!

Abbildung 1: Drei funk-vernetzte Leuchtmagnete in der New Design University (NDU).

Bauanleitung

Materialliste

Diese Bauteile werden benötigt:

  • Arduino Pro Mini 5V (Bezug z.B. hier)
  • FT232RL Adapter und USB Kabel (z.B. hier)
  • Buchsenleiste, um den FT232RL Adapter anzustecken (z.B. hier)
  • Freie Arduino Entwicklungsumgebung (hier)
  • Code für den Arduino (hier)
  • Ein-/Ausschalter (z.B. hier)
  • 5V Boost-Konverter + Lademodul (z.B. hier)
  • LiPo Akku (z.B. hier)
  • Ladebuchse (z.B. hier)
  • Ladestecker (z.B. hier)
  • Altes USB-Kabel zum Laden
  • nRF24L01 Transceiver (z.B. hier)
  • Neopixel LEDs (z.B. hier)
  • Neodym Magnete (z.B. hier)
  • 3D Drucker und Filament für dieses Modell: https://www.thingiverse.com/thing:5234830
  • Optional: Laser-Cutter für ein Holzinlay (kann aber zur Not auch ganz gut von Hand geschnitten werden)
  • Widerstände: 10-20k Ohm und 300-500 Ohm
  • Kondensator 100 μF für nRF24L01
  • Kondensator 500–1000 μF für NeoPixel LEDs (optional)
  • Spannungsregler 3.3V (z.B. hier)

3D-gedruckte Hülle

In der folgenden Fotostrecke (Abbildungen 2-4) seht Ihr eine Reihe von 'leeren Hüllen' aus dem 3D-Drucker, in welche die elektronischen Komponenten später verbaut werden. Die Modelle sind oben und hier verlinkt.
Abbildung 2: 'Leere Hüllen' verschiedener Leuchtmagnete. Rechts oben im Bild ist ein 'T' zu erkennen, denn wir möchten auch gerne die Abkürzung 'IoT' (d.h. Internet of Things) mit Leuchtmagneten darstellen können :-)
Abbildung 3 (von links nach rechts): 3D-gedruckter NDU-Bogen, Laser-geschnittenes Holzinlay für die Montage der LEDs und Laser-geschnittener Diffusor (kann alternativ auch gedruckt werden aus transparentem Filament). 
Abbildung 4: Ober- und Unterseite einer leeren Hülle. Auf der Unterseite (rechts) sind Aussparungen für das Akku-ladegerät (A), Ein-/Ausschalter (S), Programmierschnittstelle (P), Magnete (M) und Lichtsensor (L) markiert.

Anschluss der elektronischen Komponenten

Nachdem Hülle und Diffusor gedruckt sind, muss natürlich noch die Elektronik verbaut werden. Abbildungen 5-9 führen Euch durch diesen Prozess. Am Ende gibt es noch ein Video, das die ganze Arbeit im Zeitraffer zeigt. 
Abbildung 5: Anschluss eines Akkus über ein Lademodul an den Arduino Mikrokontroller. Ein An-/Ausschalter wird dazu verwendet, den Arduino bei Bedarf von der Stromquelle zu trennen. Der Akku kann in der Darstellung über ein USB Kabel wieder aufgeladen werden. Wir verwenden allerdings eine Buchse (siehe Materialliste) für mehr Stabilität.
Abbildung 6: Anschluss der NeoPixel LEDs an den Mikrokontroller. Der optionale Kondensator von 100 μF schützt die LEDs vor Spannungsschwankungen. Für die Signalübertragung wird zudem ein Widerstand zwischen 300 und 500 Ohm empfohlen (wie in der Abbildung dargestellt).
Abbildung 7: Anschluss des nRF24L01 Transceiver Moduls an den Arduino Mikrokontroller über die SPI Schnittstelle. An dieser Stelle ist viel Konzentration verlangt, denn die verschiedenen, eng beieinander liegenden Kabel dürfen nicht vertauscht werden. Sonst funktioniert die Funkübertragung zwischen den Leuchtmagneten und der Fernbedienung später nicht.
Abbildung 8: Anschluss eines Lichtsensors an den Arduino. Dieser wird in der Unterseite des Leuchtmagnetes verbaut und kann so feststellen, ob der Magnet gerade auf einer Oberfläche haftet oder ob er abgenommen worden ist; mit anderen Worten: die Position oder der Zustand des Leuchtmagneten können durch diesen Sensor festgestellt und von dem Mikrokontroller-Programm entsprechend berücksichtigt werden (Licht geht aus, wenn der Magnet nicht verwendet wird bzw. auf dem Rücken liegt, etc.).
Abbildung 9: Schematische Darstellung der gesamten Schaltung.

Montage-Video im Zeitraffer

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In dem folgenden Video seht Ihr den gesamten Aufbau im Schnelldurchlauf. Der Clip endet mit dem Anschluss des FT232RF Adapters an den Leuchtmagneten. Der letzte Arbeitsschritt besteht darin, unseren Code mittels der freien Arduino Plattform auf den Arduino Mini Pro aufzuspielen.
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