Smart lampa

tuto bude uvod o lampe

Členovia

• Michal Mihálik (hlavný dizajnér)
• Frederik Kohár (pomocná sila)

Vývoj

Nápad

Tento nápad vzišiel z potreby mať lampu ktorá by bola flexibilná na použitie v mnohých situáciách. Funkcionality ako automatické upravovanie jasu, flexibilné rameno ktoré sa dá nastaviť do požadovaných uhlov, mobilná hlava lampy a pripojenie na IoT sú súčasťou tejto flexibility.

Výskum súčiastok

Po vytvorení nápadu a spísaní chcených aj možných funkcionalít sa začal výskum súčiastok. Ako prvý som našiel vhodný mikrokontrolér. Hľadal som niečo s WiFi a možnosťou integrácie niektorej IoT služby. Tak som našiel "Arduino MKR WIFI 1010". Potom som začal hľadať svetlá, najlepšie niečo lacné. Najprv som sa pozrel na firmu Adafruit, ktorá vyrába a predáva rôzne komponenty kompatibilné s Arduinom. Ale keďže firma bola z USA, ceny poštovného boli astronomické. Nakoniec som po nejakom čase našiel obchod GM Electronic [1], kde mali všetky súčiastky, ktoré som potreboval. Okrem súčiastok som nakúpil aj pár nástrojov ktoré by som pri skladaní potreboval.

Dizajn kostry

Dizajn kostry som mal viac-menej hotový už na začiatku. Rameno lampy by bolo tvorené z viacerých, do seba zapadajúcich dielov ktoré by sa dali natáčať do chcených uhlov, teda niečo na spôsob flexibilného ramena stojana fotoaparátov. Cez stred by pre pevnosť išlo duté kovové ohybné jadro. Vybral som si hliníkovú trubicu ako jadro, pretože hliník je dosť pevný aby udržal váhu lampy a zároveň je dosť ohybný pre tieto účely. Hlava lampy začala ako kocka, dokým som nezistil že elektroniku zmestím do okrúhlej krabičky. Samotný stojan je vlastne držiak lampy z IKEA obchodu, do ktorého sa zasúva koncová súčiastka ramena. Táto súčiastka by mala fungovať na väčšinu podobných stojanov, poprípade sa dá ľahko navrhnúť nová koncová súčiastka. Chcel som mať moderne a minimalisticky vyzerajúcu lampu, tak som si vyberal medzi bielou a čiernou farbou. Nakoniec som zvolil čiernu, lebo tú som pužíval aj pri prototypovaní modelov.

Testovanie 3D modelov kostry

Vývoj modelov na 3D tlač trval dlho, a modely prešli viacerými variantami a verziami kým som bol spokojný. Najprv som začal modelovať rameno, lebo to som mohol vytvárať bez poznania rozmerov súčiastok. Rozmer som odhadol aby súčiastka nebola príliš malá, ani veľká. Tento model prešiel viacerými verziami, dokým som nedostal dobrý pomer pevnosti, flexibility a trenia, aby lampa dokázala ostať v pozícii. Hlavu lampy som projektoval po tom ako som našiel prvé súčiastky a dostal ich rozmery. Vytvoril som si makety elektroniky v programe, a okolo nich dotvoril obal. Najprv som rozmýšľal nad podlhovastým, kvádrovým výzorom, ale keď som dostal súčiastky, navrhol som okolo ich rozmerov valcovitú krabičku. Na jednej strane som k modelu vždy pripojil konektor, aby sa hlava dala pripojiť k ramenu.

Elektronika

Od začiatku som vedel že dve hlavné súčiastky budú LED svetlá a mikrokontrolér. Mikrokontrolér bol na výber najľahší, ostatné trvalo trochu dlhšie. Niektoré súčiastky neboli vyhotovené s pinmi, tak som sa musel naučiť spájkovať. Tu sa vyskytol prvý problém, keď som zistil že mám porúchanú maticu, takže ju musím vymeniť. Stále neviem či taká už bola, alebo sa mi ju podarilo pokaziť. Postupne som testoval ako fungujú tlačítka a matica. Tiež som rozmýšlaľ nad spôsobom napájania lampy. Najprv, kvôli poruche s maticou som si myslel že budem potrebovať lepší zdroj. Jeden spôsob napájania ktorý som chcel implementovať bol pomocou USB-C, čoho som sa nakoniec vzdal pre zložitosť prevedenia. Nakoniec, po výmene LED matice, som zistil, že mikrokontrolér stačí na základné napájanie celkom dobre, takže naďalej budem arduino napájať pomocou Micro-USB konektora. Batéria, ktorú som kúpil mala trochu iný typ konektoru aký malo Arduino, takže som ho musel trochu zmenšiť aby sa zmestil.

Programovanie

Programovanie Arduina som sa učil od základu. Najprv iba ako používať Serial port, piny a k nim pripojené súčiastky a pod. Po tom, ako som už obstojne zvládal základy, som začal hľadať nástroje a knižnice na vytvorenie programu lampy. Začal som s už existujúcim Arduino IoT Cloud-om, Kde som si po hodine tápania nakofiguroval a pripravil Arduino na IoT použitie. Ďalej som pripojil k programu knižnicu na prácu s LED maticami, čo mi veľmi uľahčilo celkovú prácu. Takto som pomocou ovládača v cloude mohol priamo ovládať farbu a jas LED svetiel. Potom som pripojil pár knižníc ktoré mi umožnili zisťovať aktuálny čas napojením na Network Time Protocol (NTP), a vypočítať východ a západ slnka pre daný deň. S nimi som vytvoril funkciu automatického zapnutia lampy keď zapadne slnko a zhasnutia lampy keď slnko vychádza. Nakoniec som pridal funkciu posielania textových príkazov ktoré zapínajú niektoré nastavenia lampy.

Finalizovanie prototypu

Keď som mal už všetky časti hotové, prišiel čas zložiť celú lampu. Vytlačil som modely, pospájal elektroniku, všetko otestoval a zmotnoval dokopy. S výsledkom som celkom spokojný, na to že som do toho vchádzal s nulovými znalosťami elektroniky, programovania s Arduinom a 3D tlače.

---

Súčiastky

• Arduino MKR WiFi 1010 [2]
• 3,7 V Li-Po batéria (voliteľná kapacita)
• 8x8 LED matica [3]
• kábliky
• rezistory (1x 1k Ohm)
• tlačítko (1x)
• Vytlačené súčiastky z materiálu PLA
• Hliníková rúrka (default 0,4 cm, môžete si zvoliť svoju hrúbku ale musíte potom upraviť veľkosť tlače súčiastok ramena)
• Stojan na lampu z IKEA obchodu (POZOR! Môžete použiť aj iné stojany, ale priemer diery do ktorého sa vloží koniec ramena musí byť okolo 1,3 cm)

---

Postup výroby

Kostra lampy

Na zostrojenie kostry je potrebné vytlačiť jeden z každej časti hlavy lampy, niekoľko kusov súčiastok flexibilného ramena (odporúčaných 10ks) a koncový kus ramena. Spodný kus hlavy sa vsunie do spodku strednej časti hlavy lampy. Tam sa vlepí na miesto. Súčiastky ramena sa pospájajú dokopy a pretiahne sa nimi jadro. Na začiatok sa pripojí lampa a na koniec koncová súčiastka. Cez jadro sa zavedie vodič na napájanie a uzemnenie.

---