Arduino-gestuurde LED-kaarsverlichting: DIY slimme verlichting

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• Solderbout

Over dit project

Ik wilde ons atriumbier (dat in herfst en winter te donker is) subtiel verlichten met een natuurlijk effect – liever dan harde LED-verlichting. Het idee: de look van flikkerende kaarsen nabootsen, maar zonder de vlam direct zichtbaar te maken. Alleen het licht dat op de muren danst, moet zichtbaar zijn.

Omdat de kamer voornamelijk uit glazen muren bestaat, projecteer ik het licht op de witte balken die de ramen vastzetten. De LEDs worden onderaan de horizontale balk gemonteerd, schijnend naar beneden op de verticale balken.

Voorbereiding en planning

Voor individuele controle per "kaars" koos ik WS2812-gebaseerde LED-modules. Ik bestelde 100 losse LEDs. Elke LED heeft 6 verbindingen (2x 5V, 2x GND, Din, Dout) en een richtingspijltje. In de praktijk zijn er 4 verbindingen: 5V, GND, Din, Dout.

Na experimenteren bleek 4 LEDs per "kaars" ideaal: genoeg voor interessante lichtmanipulaties zonder te veel LEDs. (Terugkijkend had ik 2x2 LED-modules besteld voor eenvoudigere assemblage.)

De controller hoeft niet geavanceerd te zijn; een Arduino Nano volstaat. De plaatsing van de Arduino was niet voor de hand liggend. Uiteindelijk plaatste ik hem op de horizontale balk, achter de dikke pijler in de hoek waar twee glazen muren samenkomen. Zo kon ik twee parallelle LED-strengen aanleggen (één per muur) om de fysieke lengte te minimaliseren (~4 meter per streng in plaats van 8 meter).

De Adafruit NeoPixel Überguide was erg nuttig (bijv. waarom kortere draden beter zijn).

Kabels verstoppen

De kabels werden netjes verstopt in het IKEA MONTERA kabelkanaal, dat met zelfklevende tape aan de onderkant van de horizontale balk werd geplakt. De LED-modules worden met sterk dubbelzijdig tape bevestigd.

LED-modules maken

Om een grote kabelknopen te voorkomen bij montage, bouwde ik de LED-modules met connectors. Er zijn twee versies nodig: één voor de streng naar links, één voor rechts (vanuit de Arduino), omdat de dataflow richting (Din/Dout) gerespecteerd moet worden. Dit leidde tot twee unieke solderlayouts.

De LEDs zijn klein (~9mm diameter), dus solderen was lastig. Het resultaat is niet perfect mooi, maar het werkt.

De solderstappen

1. Eerst een "druppel" tin op elk miniatuur soldeerpuntje van de LED.
2. De rechte, dichtbijzijnde verbindingen (5V, GND) maken.
3. De datakabels (Din/Dout) moeten geïsoleerd blijven omdat ze elkaar kruisen.

Totaal 11 balken (5 per richting + hoekbalk) → 11 modules × 4 LEDs = 44 LEDs. Na een paar modules ging het vlot: ~30 minuten per module.

Het "korte-kabel-tje" trucje

Veel minuscule kabels moeten geïsoleerd blijven, maar het afstippen van zo'n kort stukje (<1 cm) is lastig. Mijn oplossing:

1. Soldeer één uiteinde, buig en knip op gewenste lengte.
2. Schuif de isolatie een beetje op.
3. Knip het gewenste stuk isolatie af.
4. Schuif de isolatie terug → deader is precies blootgelegd. Perfect!

LED-modules afwerken

De modules worden omgekeerd bevestigd (solderkant naar boven). De achterkant moet plat zijn voor het tape. Ik knipte vlakke plastic vierkantjes en kleefde ze met hete lijm op de modules. Alle modules klaar! Belangrijk: markeer welke module links en welke rechts hoort.

Kabels maken

Ik gebruikte een oude telefoonverlengkabel (4 aders, 3 nodig: 5V, GND, data). Vrouwtjes connectors (crimp) monteren zonder speciale tang was lastig maar haalbaar. Het kabelkanaal was eenvoudig te monteren (knippen, plakken).

Automatische in-/uitschakeling

Ik wilde niet handmatig schakelen, dus gebruikte ik een fotoweerstand. Geen harde aan/uit, maar een geleidelijke overgang tijdens de schemering. Ik meet de analoge waarde van de fotoweerstand op het moment dat "dag" in "schemering" overgaat en "schemering" in "nacht".

In het grafiekje (zie origineel) geeft de rode curve de analoge waarde over de dag. Twee horizontale lijnen markeren de drempels: boven = dag, onder = nacht. De groene lijn is de "opgeschoonde" meting: 0.0 's nachts, 1.0 overdag, lineair in de schemering.

Om de werkelijke waarden te vinden, hang ik 4 fotoweerstanden met een LCD-scherm aan een Arduino op de definitieve plek. Ik noteerde de waarden handmatig over de dag. Uiteindelijk: donker < 630, licht > 800 (alleen geldig voor mijn fotoweerstand + 10kΩ serieweerstand).

De Arduino-broncode

De code is modulaire opgezet voor verschillende verlichtingseffecten (kaarslicht, kerstversie). De hoofd .ino is klein: het start het systeem en roept Update() aan op helper-klassen. Op dit moment zijn er twee effecten hardcoded (keuze via hercompileren). In de toekomst via afstandsbediening of smartphone.

Alle broncode: GitHub repository

Schema's

Fritzing-bestand: 2drkW5vm9e7vAdGPxOsm.fzz