Led-valaisin Ohjelmoitavalla Ledinauhalla

Kerron tässä, kuinka tein 3D-tulostinta ja laserleikkuria käyttäen led-pöytävalaisimen, jossa ledien värit vaihtuvat napin painalluksella. Valaisimen jalka on 3D-tulostettu ja siihen on kiinnitetty laserleikattu pala kirkkaasta akryylilevystä. Valaisimen jalan sisällä on ohjelmoitavaa ledinauhaa, jota ohjataan käyttäen Micro:bit-mikrokontrolleria. Työ sopii esimerkiksi yläasteikäisille tehtäväksi.

• BBC micro:bit V2
• Ohjelmoitava RGB-ledinauha
• Kirkasta akryylilevyä (3mm)
• Virtajohto
• Nappi
• Virtakytkin
• Regulaattori (3,3V)
• Johtoja

Koneet/laitteet:

• 3D-tulostin
• Laserleikkuri
• Kolvi juottamiseen
• Kuumaliimapistooli

Mallinsin valaisimen jalan/kotelon käyttäen TinkerCad-ohjelmaa. Kotelon leveys on 230mm, syvyys 190mm ja korkeus 40mm. Kannessa on lovi akryylilevyä sekä led-nauhan valon läpipääsyä varten. Etuosassa on pyöreä reikä nappia varten, takana suorakulmion mallinen reikä virtakytkimelle sekä pieni reikä virtajohdolle.

Kotelossa on aika paksut seinämät, jotta led-nauhan valo ei läpäisisi sitä. Kannattaa kuitenkin mielellään käyttää tummaa filamenttia, huomasin että vaaleanpunainen päästi aika runsaasti valoa läpi.

Kotelon kannen tulostamiseen kului lähes 16 tuntia ja pohjaan noin 10, kannattaa siis varautua aika pitkään tulostusaikaan jos haluaa tehdä kotelon samassa koossa.

Suunnittelemani kotelon kannen loven paksuus oli 3mm, joten käytin saman paksuista akryylilevyä, jotta se istuu hyvin kannen loveen. Akryylipalan kanta oli yhtä leveä kuin kannen lovi, näkyville jäävä akryyli oli pari senttiä leveämpää. Valitsin kuvaksi yksinkertaistetun kissan, mutta kuva voi olla lähes mikä tahansa. Myös akryylin näkyville jäävän osan muodon voi suunnitella mieleisekseen.

Kuvaa tehdessä kannattaa tehdä pari pienempää kokeilua, jotta löytää sopivat laserleikkurin asetukset kuvan kaiverrukseen.

Tavoitteena oli luoda koodi, joka ohjaa led-nauhaa niin, että nauhan väri vaihtuu aina napin painalluksesta. Käyttämäni ulkoinen nappi on kytketty sellaiseen micro:bitin pinniin, että se toimii A-napin tavoin, joten pystyin tekemään koodin käyttäen A-painikkeelle tarkoitettua lohkoa. Valaisimessa on 4 eri väritilaa, sateenkaaritila sekä tila, jossa väri vaihtuu yksi ledi kerrallaan. Koodi on tehty micro:bitin omalla MakeCode ohjelmalla, ja sieltä siirretty USB-johdolla micro:bitille.

Liitteenä hex-tiedosto, joka sisältää tekemäni koodin.

Yllä olevassa kuvassa näkyy laitteen kytkentä.

Led-valaisimen kytkentöjen haasteena oli se, kuinka saadaan yhdestä virtalähteestä micro:bitille ja led-nauhalle eri jännitteet. Led-nauha vaati toimiakseen 5V ja micro:bittiin saa syöttää maksimissaan 3,3V. Rakensin micro:bitin eteen regulaattorikytkennän, joka muuttaa 5V jännitteen 3.3V. Toinen päänvaivaa aiheuttanut asia oli ulkoisen napin yhdistäminen micro:bittiin siten, että se toimii koodissa ns. A-painikkeena, eli ulkoista nappia painettaessa micro:bit lukee sen A-napin painallukseksi. Silloin koodissa voidaan käyttää lohkoja, jotka on tarkoitettu A-napin ohjelmointiin. Nappi piti kytkeä samalla tavalla kuin micro:bitillä oleva A-painike. Ulkoinen nappi kytkettiin P5-pinniin ja 0V väliin.

Mieti kytkentää tehdessäsi, kuinka pitkiä johtoja käytät. Valaisimen kotelon sisällä ei ole paljoa tilaa, joten johtojen ei kannata olla liian pitkiä.

Muista ennen kytkentöjen tekemistä laittaa nappi, kytkin ja virtajohto kotelon reikien läpi!

Kun kytkennät ovat tehty, testaa toimiiko laite. Jos kaikki toimii toivotusti, päällystä kaikki johdoissa näkyvä metalli teipillä tai kuumaliimalla, jotta laitteessa ei tapahdu oikosulkuja, jos johdot pääsevät osumaan toisiinsa. Liimaa lednauha oikeaan kohtaan siten, että valo tulee kotelon lovesta ulos. Micro:bitin voi halutessaan kiinnittää koteloon kiinni, mutta itse annoin sen olla vapaasti kotelossa, ilman että liimasin sitä kiinni.

• Töistä tulee persoonallisia, kun jokainen oppilas saa itse suunnitella akryylissa olevan kuvan
• Työn koodaus on äärimmäisen helppoa, varsinkin jos oppilaat ovat jo aikaisemmin tutustuneet lohkoilla koodaukseen
• Jos työstä jättää pois napin, ja mahdollisesti myös on/off-kytkimen, saadaan kytkennöistä yksinkertaisempia

Ideoita eriyttämiseen:

• 3D-mallinnuksesta kiinnostuneet oppilaat voivat suunnitella lampun jalan itse. Siinä tärkeää on ottaa huomioon ledinauhan pituus, akryylin paksuus sekä se, että kaikki halutut osat mahtuisivat jalan sisälle. Jos jalka tehdään useammassa osassa, tulee kiinnittää huomiota siihen, että osat sopivat toisiinsa. Muista ottaa huomioon suunnitellun tulostuksen tulostusaika!
• Muille oppilaille voi antaa esimerkiksi muutaman vaihtoehdon tulostettavasta jalasta
• Koodaamiseen saadaan helposti haastetta kokeilemalla tehdä erilaisia asioita ledinauhalla, esimerkiksi laittamalla jokainen ledi eri väriseksi.

Työn muokkaaminen:

• Jos valaisimen jalkaa ei ole mahdollista 3D-tulostaa, voi sen helposti tehdä esimerkiksi puustakin, kuten laserleikkaamalla vanerista
• Työn kokoa on helppo muunnella lyhentämällä tai pidentämällä ledinauhaa, mutta vähemmällä ledimäärällä erilaisten koodausten mahdollisuudet ovat suppeammat