音乐石纸灯开源

描述

介绍

石版纸是一种半透明的蚀刻物体，一旦背光就会显示图像。借助现成的 3D 打印机，可以轻松制作各种形状和尺寸的石版纸。

这个项目的目的是创建一个石纸灯，而不是只是静止的，我希望灯可以旋转，创建一个 360 度的石纸“灯罩”，让所有侧面都可见，而无需观众移动自己。

在最初的设计之后，我决定添加一个巨大的按钮会很有趣，按下该按钮将为每个人启动音乐和灯光秀。

该项目由5个主要部分组成：

• 圆柱石纸
• 运行灯的电子设备
• 齿轮和外壳，因此石纸以足够慢的速度旋转
• 容纳所有组件的外壳
• 使一切正常的代码

石粉

我们将要生成的石蜡纸高 152 毫米，周长为 375 毫米，因此直径为 119 毫米。此信息对于确保创建立石纸的图像具有正确的长宽比非常重要。长度变成高度，宽度变成圆周。

上述测量值意味着周长与高度的比率为 2.47。在实践中，这可能会因石版纸的厚度和 3d 打印机的精度而异。

我在我的 lithophane 上放了三张图片，但重要的是确保宽度是高度的 2.47 倍。我在图像之间（和末端）添加了灰色条，以在图片之间创建一些分隔。

进入网站后，您需要将样式设置为“外曲线”。然后在“设置”下，将“最大尺寸”设置为 375 毫米，将“曲线”设置为 360。使用图片选项卡上传您的图片，然后等待网站生成石版纸。然后下载按钮将下载您的 lithophane STL。

我使用 Ultimaker Cura 来打印我的石版纸，但您可以使用您最熟悉的任何工具。确保已将填充设置为 100%。这将创造出最好看的石粉。在此步骤中，您可以确保您的高度和宽度（直径）测量值是正确的。

请注意，我花了 40 多个小时打印出高质量的石版纸。我建议以较低的质量打印测试，并在打印几厘米后停止打印，以确保它适合。

完成打印后，您可以立即在里面放一个光源来预览它的外观。

电子产品

灯的核心是 Adafruit ItsyBitsy M4。这是一个功能强大且有用的电路板，非常适合驱动新像素和伺服系统等项目。它有一个特殊的 5V 输出引脚，可为这些设备提供更多电压。

ItsyBitsy 附在上面：

• 音频放大器（将挂钩连接到扬声器） - 连接到 A0
• 电源开关 - 连接到 D10 并启用
• 模式/旋转按钮 - 切换到 LED，并打开伺服 - 连接到 D11
• 街机按钮 - 开始音乐表演 - 按钮连接到 D7，LED 连接到 D12
• Neopixels - 连接到 D5
• 伺服 - 连接到 D9

将所有的地面连接在一起很棘手，因为有很多。我将所有的接地都焊接到一根电线上，然后用电工胶带覆盖。

由于一些组件延伸穿过底座的盖子，因此使用连接器（如 JST）以允许它们在需要时断开连接可能是有益的。如果必须移动某些东西，它可以节省精力或拆焊电线（这是我惨痛的教训！）。

这对于伺服、neopixel 和街机按钮线特别有用。

代码

代码相当简单；从配置和设置开始，然后是操作灯的主循环。运行时的灯会监视要按下的两个按钮之一。较小的模式按钮将交替打开 LED，使石纸旋转，然后将其关闭。按下街机按钮将触发定时动画表演。

SERVO_SPEED = 0.07 # speed to rotate the servo at
LED_FLASH_TIME = 30 # how long to flash the arcade button for

伺服速度控制灯的旋转速度。闪烁时间控制街机按钮在不使用时闪烁的时间。如果它总是闪烁它确实很烦人！

# Set up the servo
lid_servo_pwm = pulseio.PWMOut(board.D9, frequency=50)
lid_servo = servo.ContinuousServo(lid_servo_pwm, min_pulse = 420, max_pulse = 2500)

伺服设置也可能需要稍作改动。必须设置 min_pulse 和 max_pulse 以确保伺服在它应该静止时不会移动。默认值通常应该有效。

# Set up the audio playback
audio = AudioOut(board.A0)
mp3files = ["dance-mono.mp3"]

mp3files 是按下街机按钮时将播放的 MP3。由于这些设备上的空间稀少，MP3 必须短且压缩质量。由于扬声器是单声道的，因此使用立体声也没有意义。我能够拥有 5 分钟的 MP3 并具有足够的压缩率。使用 Audacity 之类的工具来编辑 MP3。

# define animation for the arcade button
rainbow = Rainbow(pixel_wing_vertical, speed=0.1, period=2)

有一个部分定义了按下 Arcade 按钮时将播放的所有动画（以“#define animations”的注释开头。这些是将播放的原始动画，而不是将使用的序列和时间。

除了Volume和TimedAnimatedSequence之外，使用的所有动画都来自 Adafruit CircuitPython LED Animation 库。我基于 Adafruit 库编写了这两个。

# modes the program can be index
MODE_OFF = 0    # nothing running
MODE_LIGHT = 1  # neopixels lit only
MODE_SPIN = 2   # neopixels lit and servo moving
MODE_MUSIC = 3  # music show is on
MODE_MAX = 3    # only the arcade button will get to MUSIC

主循环是一个永远持续的while循环。它检查按钮并根据用户的操作更改当前模式。

唯一感兴趣的模式是播放动画序列的 MODE_MUSIC。

核心是设置TimedAnimationSequence ：

animations = TimedAnimationSequence(
                solid, 12,
                loud, 20, # 32
                rainbow, 16.5, # 48.5
                rainbow_comet, 14, # 1:02.5 62.5
                rchase2, 36, # 1:38.5 98.5
                rainbow, 16.5, # 1:55 115
                rainbow_comet, 14, # 2:09 129
                loud, 33, # 2:42 162
                clear_sparkle, 16, # 2:58 178
                rcomet2, 14, # 3:12 192
                rainbow_sparkle, 32, # 3:44 224
                rchase2, 16, # 4:00 240
                loud, 37, # 4:37 277
                clear_sparkle, 5,
                solid, 60,

                auto_clear=True,
                auto_reset=True,
            )

每行定义要播放哪个先前定义的动画以及播放多长时间。我使用注释来跟踪运行时间，以帮助将动画与音乐同步。

齿轮箱

齿轮箱由几个没有外壳的齿轮组成。您必须打印两个ComboGear.stl和一个GearBox Base.stl 、GearBox Lid.stl 、Spur Gear.stl和Drive Gear.stl 。驱动齿轮稍后将安装在伺服系统上。

齿轮松散地位于盒子的底部，盖子会将它们全部固定到位。我建议将盖子固定到位，以确保在将盖子涂在底座上之前，一切都可以自由转动。对于 3D 打印部件，您可能需要旋转一段时间以松开它们并确保它们正常工作。

 

 

外壳

外壳组件由三个主要部分组成：

• 带齿轮箱和伺服箱的支架
• 灯座装有电子设备和按钮
• Lithophane，顶部的盖子，并将所有东西连接在一起

支架、齿轮箱和伺服箱

这三个部分用环氧树脂连接在一起。支架顶部有一个凸起的小凹坑，与齿轮箱底部的小孔相匹配。齿轮与支架的中心对齐。

要安装伺服箱，请插入带有驱动齿轮的伺服。使用它来确定伺服箱的适当高度。驱动齿轮应与齿轮箱的下齿轮干净啮合。重要的是它不能与两个齿轮啮合，否则什么都不会移动！伺服箱也附有环氧树脂。

灯座和按钮

底座包含运行灯的电子设备。ItsyBitsy M4 和音频放大器有支架，但我建议使用热胶或胶带以确保它们固定到位。用于打开和关闭灯泡的电源开关和模式按钮安装在外壳的侧面。我建议再次使用热胶将它们固定到位。

扬声器和可选电池（我后来拆掉了）位于机箱的空白区域，应该再次粘上。

打开灯光秀的街机按钮拧入底盖件。在电线上使用连接器可以使其更容易连接，否则您必须在拧入后将按钮焊接到 ItsyBitsy。

盖子按扣安装到底座上，以便在必要时拆卸。

Lithophane、盖子和连接一切

设置好底座后，下一步就是安装齿轮箱支架。它用环氧树脂连接到中心的底盖上。伺服箱朝向电源开关所在的底座背面。

胶合支架后，neopixel LED 将连接到支架的侧面。同样在此步骤中，建议在新像素末端使用连接器，而不是直接焊接。

许多新像素上都有塑料涂层，这使得胶合变得困难。你的选择是去除塑料和胶水，或者使用大量的热胶水（即使这样它也给我带来了麻烦！）。

连接底盖后，您需要将立石环氧树脂涂在立石盖上。这允许伺服系统和齿轮箱一致地旋转整个组件。

胶水固定好齿轮箱顶部的齿轮后，将其插入石粉盒盖底部的槽中。有一个螺丝孔（M3 尺寸）用于将盖子固定到齿轮上。

有了它，您就可以开始操作了！

结果

看灯在行动！