Lichtinstallation

Ist das Kunst - oder kann das weg ?

Digitalisierung wird heute in erster Linie als technischer Prozess wahrgenommen. Für Kunst und Kreativität scheint da wenig Raum zu sein. Dabei sind viele der Arduino-Projekte der ersten Stunde eher künstlerisch getrieben. Vom Lichtspiel, über Klanginstallationen bis hin zum Ostereiermal-Maschine, allein der Arduino Project-Hub zählt über 130 künstlerische Projekte. Mit der kostengünstigen Verfügbarkeit von intelligenten RGB-LEDs in Form der Neopixel und dem 3D-Druck sind Lichtinstallationen mit hundert bunten Lämpchen heute kein Problem mehr. Ein Neopixel benötigt dazu zur Ansteuerung nur drei Kabel. Die Versorgungsspannung (VCC, GND) wird an alle Pixel in der Installation gleichermaßen angelegt. Die eigentlichen Farbinformationen (Data) laufen über ein serielles Protokoll auf einem einzigen Kabel von Pixel zu Pixel. Dazu gibt es an jedem Neopixel einen Din (Data Input) bezeichneten Eingang, der jeweils mit dem Ausgang (Data Output, Dout) des vorhergehenden Pixels verbunden werden muss. Innerhalb dieser Kette sind die Neopixel fortlaufend durchnummeriert. Von Pixel 0 bis zum letzten Pixel am Ende der Kette. Jedes Pixel lässt sich über einen Superblock der IoT-Werkstatt mit der gewünschten RGB-Farbkombination bespielen.

Die beiden Neopixel auf dem Octopus kennen wir bereits. Hier handelt es sich um Pixel vom GRBW-Typ, d.h. neben den Grundfarben verfügt das Neopixel auch über eine weisse LED. Kostengünstige Neopixel werden im Handel auch als WS2812-LED angeboten. Je nach Produkt fehlt dabei der weisse Kanal (RGB) und ggf. ist der rote und grüne Farbkanal vertauscht (GRB). Wir gehen hier vom GRB-Typ aus, eine Vertauschung kann auf Ebene der Programmierung berücksichtigt werden. Wichtig ist die Tatsache, dass jede LED im Neopixel bei voller Helligkeit ca. 20 mA Strom benötigt. Bei weissem Licht (RGB alle an) sind das 60 mA pro Pixel. Eine Kette von 10 Pixeln übersteigt damit das Budget der meisten USB-Spannungsversorgungen (max. 500 mA) am Rechner. Sollen längere Ketten betrieben werden, dann benötigen wir eine externe Energieversorgung - oder wir müssen per Software dafür sorgen, dass immer nur eine begrenzte Anzahl Pixel gleichzeitig leuchtet.

Selber machen: Einen CO2-Kolibri bauen

Im folgenden Beispiel wollen wir ein kleines Lichtobjekt animieren. Dazu lassen wir uns in der 3D-Sharing-Plattform Thingiverse inspirieren und wählen einen Kolibri (CC Damian Riggert, screenzone) als "Ding".

1.3D-Modell drucken: Möglichst transparentes Filament benutzen - nur dann scheinen die Leuchtpunkte durch das Modell.

2. Befestigung und Verdrahtung: Im Boden des vorgefertigten Modells sind bereits Löcher für 17 Leuchtdioden vorgesehen, die wir mit Heißkleber befestigen können. Wer bei der Anschaffung der Neopixel aufgepasst hat, verwendet hier eine bereits vorverdrahtete Pixelkette. Für alle anderen heißt das: 17 Neopixel a 6 Lötpunkte gleich über 100 Lötpunkte kurzschlussfrei versorgen. Tip: Erst die innere Signalbahn (Data) von einem Pixel zum anderen führen. Ist dieses Kabel dabei isoliert, so kann für die äußeren Energieversorgungsbahnen ein durchgehender Silberdraht verwendet werden. Da VCC und GND alle Pixel entlang der Kette nur einmal kontaktieren müssen, reduziert sich die Gesamtzahl der Lötpunkte auf etwa 60.

3. Verbindung zum Octopus: Der Eingang Din des ersten Pixels in der Kette wird mit GPIO-Pin 15 verbunden (rechte Bananenbuchse I/O unten oder Pin 15 auf dem Feather-Wing). Den Massebezug erhält unser Modell durch Verbindung der Bezugspunkte GND (rechte Bananenbuchse oben oder GND auf dem Feather-Wing). Die Versorgungsspannung VCC erhalten wir von der linken Bananenbuchse (3 V, unten, eigentlich +5V, die meisten Pixel funktionieren aber auch mit 3.3V) oder von einem externen 5 V Netzteil (je Pixel ca. 60 mA Strombedarf berücksichtigen).

5. Programm erstellen: Im Modulbaukasten "Externe Interfaces" finden wir den Superblock für ein WS2812 Pixel. Den GPIO-Pin lassen wir unverändert bei Pin 15. Über den index können wir nun jedes Pixel adressieren und mit den RGB - Farbinformationen versorgen. Dabei bedeutet ein Farbwert von 0, dass die betreffende Farbe ausgeschaltet ist. Ein Farbwert von 255 korrespondiert mit 100 %, d.h. ca. 20 mA Strombedarf. Halten wir uns etwas zurück, dann stellt die Stromversorgung aus dem PC kein Problem dar.

6. Künstlerische Ideen entwickeln. Wir haben den gesammten Werkzeugkasten der IoT-Werkstatt zur Verfügung, d.h. wir können unseren Kolibri per Alexa fernsteuern, die Farbe von der Luftqualität im Innenraum abhängig machen (IAQ-Index Bosch BSEC), oder von der Außentemperatur der Wettervorhersage.

Ausgangsmaterial 3D-Druck
Ausgangsmaterial ist eine 3D-gedruckte Variante einer Kolibri-Skulptur (Quelle: Thingiverse.com) und eine Anzahl von Neopixlen (Quelle: adafruit.com).
Verdrahtung
Aus Gründen der vereinfachten Leiterbahnführung verwenden wir hier nur 15 Neopixel. Zwei Löcher bleiben ungenutzt.
Ardublock-Programm
Der Körper unseres Kolibris bekommt eine blaue Farbgebung. Die Farbe des Schnabels ist abhängig von der CO2-Konzentration.
Objekt CO2-Kolibri in Farbe
Fertiges interaktives Kunstobjekt. Je nach Luftqualität im Raum verändert der Kolibri die Farbe.
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