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LED-Sternenkarte

Durch eine im WWW gefundene Installation mit Lichtleitern, kam mir die Idee eine kleine Box oder einen Bilderrahmen zu bauen, der einige Sternen-Konstellationen (z.B. Tierkreiszeichen) in abwechselnder Reihenfolge anzeigt. Herz des Projekts soll ein Arduino werden, der einige wenige weiße LEDs ansteuert, die ihr Licht durch Lichtleiter (z.B. Glasfasern) an eine durchbrochene Oberfläche leiten und so als winzige, helle Punkte die entsprechende Sternen-Konstellationen anzeigen.

Prototyp

Der Prototyp soll ein "proof-of-concept" für meine Idee darstellen, die ich im Kopf habe und außerdem auftretenden Problemen entgegenzuwirken.

Verwendetes Material & Werkzeuge

Schritte

Sternenbilder-Vorlagen [36kB]
Erstellen und ausdrucken der Vorlagen
Abb.: Erstellen und ausdrucken der Vorlagen aller gewünschten Sternenbilder in einem Layout-Programm auf dem PC (hier mit Corel-Draw)
Überlagern aller Sternenbilder
Abb.: Überlagern aller Sternenbilder im Layoutprogramm, so dass sich keine Sterne (dunkle Punkte) überschneiden. Ausdrucken im 1:1 Format.
Löcher bohren
Abb.: Fixieren der Vorlage auf Pappe und bohren aller Löcher mit einem sehr dünnen Bohrer (gleicher Durchmesser wie die Lichtleiter haben)
Lichtleiter befestigen
Abb.: Lichtleiter werden durch die Löcher gefädelt, mit Heißkleber fixiert und anschließend auf der Ansichtsseite bündig abgeschnitten. (Vorsicht: Lichtleiter können beim heißkleben anschmelzen!)
Bündelung der Lichtleiter
Abb.: Die anderen Enden der Lichtleiter werden gebündelt und an eine weiße LED mit Schrumpfschlauch und durchsichtigem Klebstoff befestigt.
Sternbild in Umgebungslicht
Abb.: Test des ersten Sternbildes in Umgebungslicht
Sternbild in Dunkelheit
Abb.: Test des ersten Sternbildes in Dunkelheit

Steuerung

Als nächster Schritt habe ich eine Schaltung mit dem Arduino erstellt, die in bestimmten Intervallen je ein Sternbild anzeigen soll, d.h. die entsprechende LED (hier: 4 Stück) muss in zeitlichen Intervallen aufleuchten. Zusätzlich soll man mit einem kleinen Taster die Sternbilder auch manuell durchschalten können.

Verwendete Bauteile

Aufbau der Schaltung auf dem Breadboard mit dem Arduino Nano
Abb.: Aufbau der Schaltung auf dem Breadboard mit dem Arduino Nano. (Hinweis: Da jeweils immer nur eine LED gleichzeitig brennt, wird nur ein Vorwiderstand verwendet!)

Sketch

/**
* © 2018 Christian Grieger
* GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
*
* Starmap switcher
*/

#define PIN_BUTTON      2

#define PIN_CYGNUS      3  // dt. "Schwan"
#define PIN_ANDROMEDA   5
#define PIN_CASSIOPEIA  6
#define PIN_PEGASUS     9
#define PIN_PISCES     10  // dt. "Fische"
#define PIN_AQUARIUS   11  // dt. "Wassermann"

#define INTERVAL_BUTTON_DEBOUNCE   250 // in milliseconds
#define INTERVAL_LED_SWITCH      60000 // in milliseconds

unsigned long lastButtonPressed, lastChange;
byte currentLed, lastLed, leds[6] = {PIN_CYGNUS, PIN_ANDROMEDA, PIN_CASSIOPEIA, PIN_PEGASUS, PIN_PISCES, PIN_AQUARIUS};

void setup()
{
    for (byte i=0; i<sizeof(leds); i++) {
        pinMode(leds[i], OUTPUT);
    }
    lastButtonPressed = 0;
    lastChange = 0;
    lastLed = 5;
    currentLed = 0;
    digitalWrite(PIN_CYGNUS, HIGH);
}

void loop()
{
    checkButtonPressed();
    if ((millis() - lastChange) > INTERVAL_LED_SWITCH) {
        changeLed();
    }
}

void checkButtonPressed()
{
    if ((millis() - lastButtonPressed) > INTERVAL_BUTTON_DEBOUNCE) {
        if (digitalRead(PIN_BUTTON) == HIGH) {
            lastButtonPressed = millis();
            lastChange = millis();
            changeLed();
        }
    }
}

void changeLed()
{
    lastLed = currentLed;
    currentLed++;
    currentLed %= sizeof(leds);

    for(byte i=255; i>0; i-=5) {
        analogWrite(leds[lastLed], i);
        delay(20);
    }
    digitalWrite(leds[lastLed], LOW);

    for(byte i=0; i<255; i+=5) {
        analogWrite(leds[currentLed], i);
        delay(20);
    }
    digitalWrite(leds[currentLed], HIGH);

    lastChange = millis();
}

Zusammenbau

Verwendetes Material & Werkzeuge

Die fertige Sternenkarte wird in einer Holzbox mit 8 verschiedenen Sternenbildern Platz finden. Die folgenden Bilder dokumentieren die Schritte des Zusammenbaus:

Layout und Maße für die Holz-Box [13kB]
Nach dem Abmessen werden die einzelnen Teile der Holzbox auf die Sperrholzplatte gezeichnet.
Abb.: Nach dem Abmessen werden die einzelnen Teile der Holzbox auf die Sperrholzplatte gezeichnet.
Teile der Holzbox werden mit der Laubsäge ausgesägt.
Abb.: Teile der Holzbox werden mit der Laubsäge ausgesägt.
Alle benötigten Teile sind ausgesägt und mit Sandpapier abgeschliffen.
Abb.: Alle benötigten Teile sind ausgesägt und mit Sandpapier abgeschliffen.
Die Schablone für die Sternbilder wird auf die Ansichtsseite fixiert.
Abb.: Die Schablone für die Sternbilder wird auf die Ansichtsseite fixiert.
Für jeden Stern wird ein Loch gebohrt, welches später je einen Lichtleiter aufnehmen soll.
Abb.: Für jeden Stern wird ein Loch gebohrt, welches später je einen Lichtleiter aufnehmen soll. Zum Bohren hat sich eine dicke Nadel als sehr nützlich erwiesen, nachdem der 0,5mm-Bohrer gleich beim ersten Loch abgebrochen war.
Alle Löcher sind gebohrt und die Papierschablone wurde entfernt.
Abb.: Alle Löcher sind gebohrt und die Papierschablone wurde entfernt.
Alle Lichtleiter sind eingesetzt und mit UHU Alleskleber fixiert.
Abb.: Alle Lichtleiter sind eingesetzt und mit UHU Alleskleber fixiert.