Светящееся облако с молнией на Neopixel

Коротко: соберём подвесной «облако»‑светильник на базе адресуемых RGB-ленточных светодиодов (WS2812B / Neopixel), двух Arduino и микрофона — чтобы молния реагировала на звук. В статье пошагово: материалы, резка и форма базы, проклейка пенопласта, монтаж LED-ленты, схема проводки, программирование двух Arduino, отладка и рекомендации по безопасности. Плюс чеклисты, план тестирования и советы по расширению функционала.

Important: работа с сетевым питанием требует внимания. Если вы не уверены в обращении с сетевым напряжением, используйте полностью защищённый блок питания в корпусе.

О чём этот проект

Проект превращает кусок MDF, пенопласт и ленточные адресуемые светодиоды в декоративное подвесное «облако» с эффектами молний, цветовых заливок и звуковой реакцией. Мы будем использовать:

Полоску WS2812B (адресуемые RGB) — управление каждым светодиодом.
Два Arduino (один для IR-пульта, другой для управления лентой и микрофоном) — чтобы избежать конфликтов по таймингу.
Внешний 5 В блок питания высокой тока для питания светодиодов.
Большую «ватную» набивку (пух/вата/холлофайбер) для рассеивания.

Цели: безопасный, настраиваемый, недорогой проект, который легко модернизировать.

Ключевые варианты применения

Декоративный ночник и mood‑лампа.
Реквизит для фото/видео (с контролем цвета и интенсивности).
Звуко‑реактивная инсталляция для вечеринок.

Что нужно (расширённый список и заметки)

WS2812B (Neopixel) — рекомендую брать с запасом по длине. В исходном проекте использовано ~85 светодиодов (~2.5 м). Подумайте о запасе 10–20 %.
Блок питания 5 В, 10–15 А или больше — светодиоды могут потреблять много тока при белом цвете на полной яркости.
Кабели питания, сетевой штекер и выключатель.
Корпус / проектный бокс для блока питания и электроники.
Два Arduino (совместимые клоны Funduino Arduino Uno или Nano подойдут).
Резисторы 2.2 кОм (для подтяжки I2C линий A4/A5) — диапазон 1.5–47 кОм обычно работает, но 2.2 k — безопасный выбор.
Макетная плата (breadboard) и набор проводов.
ИК‑приёмник TSOP4838 и недорогой ИК‑пульт (любые модели, если будете переназначать кнопки в коде).
Большой микрофонный модуль (аналоговый выход) для звуковой активации молнии.
Лист MDF, лобзик или лобзиковая пила для основы.
Пенополистирол/упаковочный пенопласт для объёма облака.
Набивка: синтетический наполнитель (полипропиленовое волокно) или ватные наполнители.
Цепь и крюки для подвеса, выдерживающие более 5 кг.
Клеевой пистолет (низкотемпературный режим) и аэрозольный клей.

Примечание по стоимости: при использовании подручных материалов общая сумма может быть около $100, если покупать только электронику и наполнитель. Инструменты не включены.

Важные меры безопасности

Работайте с сетевым питанием только если уверены в навыках; используйте предохранители и корпус для блока питания.
При пайке следите за вентиляцией и температурой клеевого пистолета — горячий клей плавит пенопласт.
Соединяйте общий GND перед подачей питания на светодиоды; избегайте «плавающих» плюсов на разъёмах.
Не оставляйте включённую лампу без присмотра при максимальной яркости длительное время.

Note: если вам некомфортно работать с AC, купите полностью закрытый блок питания со штекером.

План сборки (быстрый обзор)

Вырежьте основу из MDF и закрепите крюки для подвеса.
Наклейте пенополистирол слоями, формируя объём.
Сформируйте форму облака резцом/ножом.
Прикрутите/приклейте LED‑ленту по контуру и снизу.
Проведите проводку к отдельному боксу, подключите блок питания и Arduino.
Программирование: один Arduino для IR, второй для LED+микрофон.
Наклейте набивку и оформите «шубку» облака.

Шаг 0: Введение и демонстрация

В оригинале есть короткое демо‑видео. Это полезно для понимания желаемого результата: световые вспышки, разные режимы (звук‑реактивный, психоделический, плавное затухание). Код и библиотеки доступны в репозитории проекта.

Шаг 1: Подготовка деталей и места работы

Пересмотрите список деталей и расположите рабочее место: пила, клей, фигурные ножи, мультиметр. Проверьте количество светодиодов в ленте заранее — это вам понадобится при конфигурировании NUM_LEDS в коде.

Шаг 2: Резка и базовая заготовка из MDF

Нарисуйте форму облака на MDF, подходящую по размеру для вашей ленты и электроники.
Вырежьте лобзиком и отшлифуйте края, чтобы не было заусенцев.
Предусмотрите центральную выемку достаточного объёма для платы Arduino, блока питания и места для подвеса.
Закрепите крючки в пиленном основании так, чтобы нагрузка распределялась по четырём точкам.

Совет: сделайте отверстия для прохода проводов заранее, чтобы не повредить декоративную набивку.

Шаг 3: Наклейка пенополистирола и формирование объёма

Наклеивайте куски пенопласта слоями: это даст объём и позволит создать неоднородную поверхность.
Используйте клей низкой температуры — высокая температура плавит упаковочный пенопласт.
Оставьте внутреннюю полость для электроники и подвесов.
Проверяйте прочность каждого слоя перед нанесением следующего.

Совет: при формировании объёма ориентируйтесь на естественные формы — выпуклости и впадины создают более реалистичный силуэт.

Шаг 4: Резьба и окончательная форма

Срежьте излишки, сделайте округлости. Ошибки легко скрыть набивкой.
Прорежьте аккуратные канавки, если планируете прятать туда провода LED‑ленты.

Шаг 5: Установка крюков и подготовка к покраске

Закрепите 3–4 крюка со стороны MDF так, чтобы облако висело ровно.
При необходимости нанесите белую грунтовку/краску для однородного фона под набивку — но это необязательно.

Шаг 6: Приклейка LED‑ленты и прокладка проводов

Начинайте с того конца ленты, где расположен Data In. Проверьте направление стрелок на ленте — они показывают направление передачи сигнала.
Прокалывайте отверстие в боковой стенке облака и протягивайте начало ленты внутрь, чтобы контроллер мог быть близко к началу.
Рассчитайте и пометьте, сколько светодиодов вы использовали. В моём проекте это 85 LED.
Клеем фиксируйте ленту в спираль/кольца для равномерного распределения света.
Не растягивайте ленту — возможна потеря контактов.

Совет: оставьте небольшие «запасы» проводов для пайки и последующей замены ленты.

Шаг 7: Схема проводки и нюансы питания

Схема удобно разделить на блоки:

Блок питания 5В (PSU) — питает LED‑ленту напрямую и, в рабочем режиме, даёт 5В на Arduino (после программирования).
Arduino A (IR‑приёмник) — снимает сигналы с пульта и передаёт команды по I2C.
Arduino B (LED + микрофон) — управляет лентой и реагирует на микрофон; принимает команды от Arduino A по I2C.

Важное правило:

При программировании Arduino 5 В внешнего PSU должен быть изолирован от Arduino (т.е. не подключайте 5В от PSU к Arduino во время прошивки). GND всех устройств должен быть общим.

Пошаговая инструкция по проводке:

Подключите GND и +5 В от PSU к шине питания на вашей макетной плате (поместите PSU в отдельный защищённый корпус).
Подключите GND обоих Arduino к общей GND шине.
Подключите A4 и A5 (I2C) обоих Arduino на отдельные ряды макетной платы. Подтяните каждую линию к 5 В через резистор 2.2 кОм (подтяжка).
Подключите ИК‑приёмник: питание к +5 В и GND, выход сигнала к D11 (или другой цифровой пин, как указано в коде) на Arduino A.
На Arduino B подключите Data In светодиодной ленты к D6 (или к пину, который указан в коде thundercloud.ino). Подключите общий GND светодиодной ленты к GND всех устройств.
Микрофон подключается к аналоговому входу A0 Arduino B.

Примечание по мощности:

WS2812B при белом цвете на полной яркости может потреблять до 60 мА на светодиод. Это — максимальная теоретическая нагрузка; на практике используйте ограничения яркости/пульсации и распределяйте питание по точкам ленты.

Шаг 8: Программирование Arduino и взаимодействие модулей

Почему два Arduino?

WS2812B и ИК‑приёмники оба чувствительны к таймингу. Чтобы избежать помех и потерь данных, разумно выделить отдельный контроллер для каждой критической задачи и связать их по I2C.

Прошивка:

Arduino A: загрузите скетч thundercloud_ir_receiver.ino, он читает пульт и передаёт номера кнопок по I2C.
Arduino B: загрузите thundercloud.ino. В нём описаны режимы молнии, цветовые режимы и реакция на микрофон.

Во время отладки:

Держите Arduino B подключённым по USB для отладки и мониторинга serial вывода.
Не подключайте внешний 5 В от PSU к Arduino до завершения прошивки.

Настройка NUM_LEDS:

Установите переменную NUM_LEDS в thundercloud.ino равной количеству используемых светодиодов (подсчитанным ранее).

Как добавить новый режим:

Добавьте значение в enum с режимами.
В thundercloud_ir_receiver.ino/receiveEvent() добавьте обработку номера кнопки и отправку соответствующей команды.
В основном loop() направьте выбранный режим в отдельную функцию отображения.

Шаг 9: Описание эффектов молнии и их логика

Алгоритмы комбинируют три типа вспышек:

crack() — короткие одиночные вспышки каждого светодиода (10–100 мс).
rolling() — «катящаяся» нестабильная вспышка, где отдельные светодиоды с небольшой вероятностью (например 10%) загораются, итерации повторяются несколько раз с небольшими задержками.
thunderburst() — выделение двух участков ленты (10–20 LED каждый) и серия из 3–6 быстрых вспышек.

Каждая молния выбирается случайно между типами. После вспышек применяется reset() — полный сброс состояния, чтобы пиксели не «запоминали» предыдущую интенсивность.

Совет: используйте HSV палитру — так проще контролировать оттенок и яркость. Белый — H=0, S=0, V=255.

Шаг 10: Наклейка набивки и финальная отделка

Нанесите аэрозольный клей на поверхность облака по частям и аккуратно цепляйте небольшие порции наполнителя.
Разделяйте наполнитель пальцами, чтобы получить воздушную и пушистую текстуру.
При необходимости аккуратно подрезайте там, где наполнитель мешает проходу проводов или доступу к клеммам.

Пульт и режимы:

STROBE — режим звукореактивной молнии (sound reactive).
FLASH — психоделический цветной режим (trippy colour mode).
FADE — медленное сменяющееся цветовое затухание — mood lamp.

Вы можете переименовать эти режимы в коде или привязать их к другим кнопкам пульта.

Тестирование и отладка (чеклист)

Проверить количество светодиодов и значение NUM_LEDS в коде.
Проверить целостность полосы (все контакты и пайки).
Убедиться, что GND всех устройств объединён.
Прошить Arduino A (IR). Отключить USB после прошивки.
Прошить Arduino B (LED + микрофон). Оставить USB для отладки, затем отключить.
Подключить PSU и проверить питание на ленте при низкой яркости.
Запустить режимы и проверить реакцию микрофона на хлопки/громкие звуки.
Настроить порог срабатывания микрофона в коде.

Чеклисты по ролям

Maker (хоббист):

Купить/собрать все материалы.
Подготовить рабочее место и инструменты.
Собирать/проверять по шагам и вести журнал ошибок.

Электрик (для подключения PSU):

Убедиться в правильности заземления и изоляции проводов.
Установить предохранитель на входе блока питания.
Поместить PSU в негорючий, вентилируемый корпус.

Дизайнер световых сцен:

Подготовить желаемые режимы и сохранить параметры цвета/яркости.
Тестировать в условиях помещения для получения нужной атмосферы.

Мини‑методология настройки эффектов и калибровки микрофона

Начните с базового скетча и минимального количества светодиодов в конфигурации (например, 10) для быстрой проверки.
Подключите микрофон и прочитайте аналоговые значения в режиме реального времени через Serial Monitor.
Выберите среднее значение и стандартное отклонение шума, затем установите порог срабатывания на уровне среднего + 1–2 × sigma.
Для LED‑эффектов начинайте с низкой яркости (V=50–100) и увеличивайте, пока теплоотдача и потребление тока остаются в безопасных пределах.

Расширения и альтернативные подходы

Заменить Arduino на ESP32 для Wi‑Fi управления и OTA обновлений.
Использовать адресуемые ленты с другой схемой (APA102) для более стабильного тактирования.
Добавить Bluetooth‑модуль для управления с мобильного приложения.
Использовать отдельный аудиофильтр (например, пиковый детектор) для более точной реакции на бас.

Когда этот проект не подойдёт (ограничения)

Если вы хотите очень яркое длительное освещение — WS2812B при полной яркости потребляют очень много тока и сильно греются.
Если требуется промышленный уровень пожаробезопасности — мягкий наполнитель и клеи могут быть рискованны, особенно рядом с горячими блоками питания.

Частые проблемы и их решения

Проблема: лента моргает или не отвечает на сигналы

Проверьте общий GND: отсутствие общего провода — частая причина.
Убедитесь, что Data In подключён к правильному пину и направление ленты верно.
Проверьте питание: падение напряжения может вызывать сбои.

Проблема: ИК‑модуль не считывает пульт

Убедитесь, что используемый пульт соответствует частоте приёмника (обычно 38 kHz для TSOP4838).
Проверьте пин, используемый в скетче, и подключение.

Проблема: Микрофон реагирует слишком часто/слишком редко

Отрегулируйте чувствительность в коде; добавьте цифровую фильтрацию и временную блокировку (debounce) после срабатывания.

Критерии приёмки

Облако подвешено ровно и уверенно держится на крюках.
При нажатии назначенной кнопки пульта светильник переключает режимы и отображает ожидаемые эффекты.
Звук активирует молнии в звукореактивном режиме с минимальными ложными срабатываниями.
Нагрев блока питания в пределах нормы при длительной работе с типичными режимами.

Резервный план и откат при инциденте

Если блок питания перегревается — немедленно отключите от сети и перенесите питание на более мощный/вентилируемый PSU.
Если лента сгорела — замените полосу, проверьте предохранители и корректность пайки.

Отладочные тесты и критерии успешности

Тест 1: Запустить простую функцию зажигания всех LED белым на 10 % яркости — все пиксели должны светиться.
Тест 2: Проверить последовательность адресации — каждое LED по отдельности загорается в порядке.
Тест 3: Проверка звукового детектора — хлопок или воспроизведение громкого трека вызывает вспышку.

Глоссарий в одну строку

WS2812B: адресуемые RGB светодиоды с последовательной шиной данных.
Neopixel: торговая марка ленты на базе WS2812.
I2C: шина связи между микроконтроллерами по двум проводам (SDA/SCL — A4/A5 на Arduino Uno).
PSU: блок питания (Power Supply Unit).

Советы по оптимизации энергопотребления

Ограничьте максимальную яркость V в коде.
Используйте сегментацию питания: подайте питание к нескольким точкам ленты, чтобы снизить падение напряжения.
При длительных эффектах снижайте время полного белого цвета.

Несколько идей для развития проекта

Синхронизация с музыкой через FFT и визуализация ритма.
Добавление датчика освещённости для автоматического изменения яркости ночью.
Управление через домашнюю автоматизацию (MQTT через ESP32).

Краткий план анонса проекта (100–200 слов)

Короткое объявление: Я собрал подвесной «облако»‑светильник с эффектом молний на базе WS2812B и двух Arduino. Устройство реагирует на звук, поддерживает несколько цветовых режимов и управляется ИК‑пультом. Полный список материалов, пошаговая инструкция и код доступны в репозитории. Проект легко кастомизировать: добавить Wi‑Fi, Bluetooth или синхронизацию с музыкой.

Социальный превью

OG title: Светящееся облако с молнией — DIY на Neopixel OG description: Создайте декоративное облако с эффектом молний на WS2812B и Arduino — звуковая реакция, ИК‑управление и инструкции для сборки.

Заключение

Проект — баланс красоты и практичности: он не такой дорогой, как арт‑экземпляры за тысячи долларов, но даёт сильный визуальный эффект и большой простор для модификаций. Если возникнут вопросы по проводке, коду или настройке микрофона — оставьте комментарий или issue в репозитории с кодом. Делитесь своими изменениями и эффектами — это отличное поле для творчества.

Alt: Демонстрация готового светильника: вспышки и цветовые переходы

Alt: Набор компонентов: WS2812B, Arduino, блок питания и микрофон

Alt: Вырезанная из MDF заготовка основания облака

Alt: Наклейка кусков пенополистирола на основание для объёма

Alt: Форма облака после грубой резьбы и шлифовки

Alt: Крепление крюков и подготовка к покраске

Alt: Приклеивание WS2812B ленты по контуру объёма облака

Alt: Схематическое изображение проводки: PSU, два Arduino, I2C, микрофон и LED‑лента

Alt: Нанесение набивки и финальная отделка облака

Alt: Таблица/схема кода и объяснение взаимодействия двух Arduino

Alt: Примеры световых молний в действии

Сводка

Соберите основу из MDF и слоёв пенополистирола.
Приклейте адресуемую RGB-ленту, учитывая направление сигнала.
Используйте два Arduino (IR и LED) и общую GND.
Программы: thundercloud_ir_receiver.ino и thundercloud.ino — настройте NUM_LEDS и порог микрофона.
Безопасность: используйте закрытый PSU и предохранители, тщательно объединяйте GND.

Как собрать светящийся облачный светильник с «молнией» на Neopixel