Beleuchteter Schuh (mit Arduino)

  • "Jetzt fängt die alte Drecksau schon wieder ein neues Projekt an, ohne das letzte abgeschlossen zu haben" - könnte man jetzt denken, tatsächlich habe ich die Idee aber schon seit gefühlt (und vermutlich tatsächlich) >10 Jahren. Erst jetzt habe ich aber den Eindruck, die Technik ein wenig besser zu beherrschen, um es wirklich umsetzen zu können.

    In der ersten Version hatte ich gewöhnliche "bedrahtete" LEDs verwendet, und als Diffusor-Scheibe handgesägte Acryl-Platten verwendet, womit ich aber nicht wirklich zufrieden war (damals habe ich nichteinmal gewusst, dass es 3D Drucker gab).


    Bei der aktuellen Umsetzung ist die Technik eine völlig andere: Der Lichtleiter ist natürlich gedruckt, hier erstmal in zwei unterschiedlichen Varianten in transparentem PLA, um zu testen wie es am besten geht - einmal hohl und einmal zu 100% gefüllt - beide sehen aber noch nicht optimal aus.

    Als LEDs verwende ich deutlich kleinere und einzeln ansteuerbare RGB-LEDs, die in zwei Reihen (jeweils eine für die linke und rechte Schuhseite) auf Platinen aufgebracht sind. Man hätte natürlich auch fertige LED-Stripes nehmen können, aber ich wollte hier lieber selber basteln (außerdem wären kaufbare eher zu breit, da bei denen die Kondensatoren neben den LEDs angebracht sind, bei mir auf der Rückseite).


    Gesteuert werden die LEDs von einem Arduino mit verschiedenen Sensoren: Ein 3-Achsen-Beschleunigungssensor mit analoger Ausgabe und ein Mikrofon. Denkbar wäre, dass der Beschleunigungssensor alleine als Inaktivitätssensor zum Energiesparen genutzt (missbraucht) wird, und nur die Mikrofon-Daten dazu genutzt werden, den durch Bodenkontakt entstehenden Körperschall wahrzunehmen. Natürlich wäre es auch machbar, die Beschleunigung für die Beleuchtungssteuerung auszuwerten.


    In diesem Test-Stadium habe ich erstmals alles zusammengebaut, die gedruckten Teile sind dabei ein Provisorium um erstmal alles grob in Position zu halten. Für den Arduino habe ich leider im Nachhinein doch keinen Platz gehabt, weil ich erst später entschieden habe, erstmal nur gesteckte Kabel zu verwenden, die mehr Raum benötigen. Auf den Bildern sieht man eine Konfiguration, in der die Lichtfarbe von der (Gravitations-)Beschleunigung, also der Ausrichtung des Arduino-Moduls abhängt. Jede der drei Raum-Achsen steuert einen der drei RGB-Farbanteile.

    Zuvor hatte ich auch schon die Beleuchtungsintensität an das Mikrofon gekoppelt, so dass die LEDs z.B. zur Musik blitzten, was gut funktioniert hat.


    Bis hierhin bin ich mit dem Ergebnis zufrieden, aber es bleibt natürlich noch viel zu tun, beispielsweise ein richtiges Gehäuse mit Hauptschalter, Buttons, Batterien, seitliche Lichtabschirmung usw., aber auch bessere Lichtleiter (vielleicht hat jemand Ideen? Vermutlich wäre Acrylglas mit rauer Oberfläche sogar besser, aber für mich nicht bearbeitbar... oder Teile aus Resin, evtl. sogar mithilfe einer FDM-Form gegossen...).


    Auch denke ich, dass die Leuchtstärke noch nicht auf dem maximal erreichbaren Wert liegen kann: Laut meinem Netzteil verbraucht die Beleuchtung aktuell nur ungefähr 6-7% des zu erwarteten Stroms. Ich hoffe dass das nur an der schlechten Verkabelung liegt und die LEDs dementsprechend noch deutlich heller werden können :/


    Ach ja: Wie im letzten Bild angedeutet habe ich zur Konstruktion wieder einmal Photogrammetrie mit Zephyr eingesetzt.


  • Dachte mir erst, das gibt es doch schon ...

    Meine Nichte hatte letztens einen Schuh mit Beleuchtung an.

    Hast du einen Link dazu, oder eine genauere Beschreibung? Ich habe noch nie sowas gesehen.


    Bei einer kurzen Recherche vorhin habe ich drei Schlittschuh-Beleuchtungen gefunden, davon eine kommerzielle und zwei Bastellösungen.


    Der eine Bastler hat ca. 5 winzige, einfarbige LEDs verbaut, und dafür die Elektronik (Lauflichtsteuerung) in die Schuhsohle integriert, den Schuh also selbst (irreversibel) verändert. Der andere hat einfach nur LED-Stripes unten an den Schuh geklebt, so dass der Boden beleuchtet wurde, die Batterie hing quasi an den Schnürsenkeln...

    Die kommerzielle Lösung heißt Ice Lights, und die gefällt mir garnicht. In der Werbung sieht man eigentlich nur ein Standbild, das vermutlich mit Langzeitbelichtung aufgenommen wurde. Im Installationsvideo wird die Lampe nur in der letzten Sekunden, wenn das Video schon ausgeblendet wird, kurz angeschaltet (siehe Screenshot). Da sieht es aus, als entspräche die Helligkeit einem Schlüsselfinder, es scheint eine einzelne RGB-LED zu sein, die nichteinmal zielgerichtet den Boden oder die Kufe anleuchtet. Vermutlich kann man das Licht nur in tiefster Nacht erkennen.


    Das alles unterscheidet sich von meiner Vorstellung recht stark: Ich möchte vor allem die Kufe beleuchten (das Vorbild ist der bekannte Schuh aus Quake 3 Arena) und es soll wenn möglich auch bei normaler Hallenbeleuchtung zu sehen sein. Ich vermute, das müsste mit meinen 28 LEDs möglich sein, falls nicht könnte ich mir vorstellen, doch auf einfarbige Power-LEDs zu wechseln...



    Mit TPU habe ich noch garkeine Erfahrung und nur einen Bowden-Extruder. Ich sehe aber nicht, wie PLA kaputt gehen könnte, da es fast unmöglich sein sollte, die Kufen-Lichtleiter aus Versehen anzustoßen. Problematisch ist aber auch, dass ich so groß garnicht drucken kann (Ender 3) und es deshalb aus zwei Teilen bestehen müsste, was nicht so schön aussähe. Ich habe mich gestern schon mit der Idee angefreudet, die Teile aus Harz zu gießen, auch weil das eine deutlich höhere Transparenz ergeben müsste da alles aus einem Guß wäre.

  • Habe jetzt noch zwei Probleme beheben können. Die Kabel zwischen Arduino-Modul und LED 2 bis 11 habe ich durch ein angelötetes ersetzt, wodurch eine höhere Spannung ankommt. Mir war aufgefallen, dass mit den Dupont-Kabeln die Spannung von 4,8 auf ca. 3,6 gefallen war...


    Dann habe ich mich noch mit der Helligkeit befasst und gemerkt, dass diese in der Software durch zwei Faktoren beeinflusst wird, und der eine Regler war so eingestellt, dass maximal 1/8 ausgenutzt wurde. Im ersten Bild sieht man unten die alte Einstellung und oben die neue, leider habe ich die Kamera wohl nicht optimal eingestellt, so dass leicht unterschiedlich belichtet wurde, aber dass es jetzt heller ist, ist offensichtlich.


    Im zweiten Bild noch ein direkter Vergleich mit einer Video-Leuchte am Smartphone. Dabei habe ich die Kamera-Belichtung um 3 Blenden runtergestellt, um es besser erkennen zu können. Ansonsten ist die Lichtsituation so, dass alle Photos zur Mittagszeit aufgenommen worden sind, und der Tisch steht direkt an einem Fenster, darüber eine lange Leuchtröhre, und die Schreibtischleuchte (20 cm über der Kufe) ist auf 100% gestellt.


    Das System benötigt jetzt übrigens bei weißem Licht 0,78A (@4,8V), also fast 26 mA pro LED. Das ist immernoch nur halb so viel, wie erwartet, aber okay...


  • Hast du einen Link dazu, oder eine genauere Beschreibung? Ich habe noch nie sowas gesehen.

    Ich meinte normale Schuhe, keine Schlittschuhe.


    Wenn ich mir das so anschaue, sieht es grundsätzlich gut aus, aber es nicht ganz so schön, wenn man die einzelnen LEDs sieht, finde ich.

    Ich habe schon viele Dinge gedruckt, mit einer Beleuchtung. Und da hat es immer am besten ausgeschaut, wenn man weißes Filament genommen hat und das Hintergrundgeleuchtet.

    Am besten einen nicht zu dickwandigen Hohlkörper drucken mit jeweils einer kleinen Öffnung, in die die LED s hinein leuchten können. So reflektiert das Licht in dem Hohlkörper und leuchtet ihn homogen aus. K.A., ob das bei deinem Vorhaben möglich ist.

  • Wenn ich mir das so anschaue, sieht es grundsätzlich gut aus, aber es nicht ganz so schön, wenn man die einzelnen LEDs sieht, finde ich.

    Ja, das finde ich auch. Man muss aber bedenken, dass die Stellen, an denen man in den Bildern die LEDs sieht (bzw. sind das eher Reflektionen auf der Kufe) am Ende verdeckt sein werden. An dem Photogrammetrie-Bild kann man erkennen, dass die Oberseite der Kufe in die Kunststoff-Halterung eingeschoben wird...


    Ich könnte auf jeden Fall die Kufe weiß anmalen, vielleicht verteilt sich das Licht dadurch gleichmäßiger...

  • Hier der aktuelle Stand. Habe einige transparente Teile gedruckt, verschiedene Varianten probiert und manchmal auch wegen Designfehlern neudrucken müssen.

    Die Teile sind sehr hohl, habe das Infill in einem solchen Winkel angeordnet, dass das Licht möglichst seitlich streut. Auch "3d-cross" sah ziemlich gut aus, da war die Lichtverteilung sogar gleichmäßiger, aber ein wenig stärker abgedunkelt.


    Auf dem ersten Bild sieht man das Akku-Pack, das ich testweise aus vorhandenen, vermutlich ca. 15 Jahre alten Eneloopern zusammengelötet habe. Direkt eingebaut ist ein 3-Positionen-Kipp-Schalter, mit dem man das Gerät einschalten kann, der aber auch eine Lade-Stellung hat, und somit die Ladebuchse zuschaltet (noch nicht zu sehen). Auf den Bildern läuft alles 100% elektrisch und von den Akkus, auch wenn das Pack noch nicht in der Endposition eingebaut ist (möchte ich nochmal überarbeiten).


    Der Aufbau wurde auch insofern verbessert, dass man an die Platinen-Anschlüsse rankommt, während diese verbaut sind, und so dass man die weiteren Komponenten modular anbauen kann (z.B. das Arduino-Modul und die Ladebuchse).


    Wie man erkennen kann, sind die Kufen-Stücke aus drei Teilen bestehend, was wie gesagt daran liegt, dass mein Drucker zu klein ist. Auf den letzten Bildern habe ich die Kufe dann schon in den Schuh eingeschoben. Man erkennt wiedereinmal, wie hell die LEDs sind, bei normaler Belichtungseinstellung ist die Kufe völlig überbelichtet... es wird übrigens die animierte "Fire"-Demo der Arduino-Bibliothek "FastLED" abgespielt, aus dem Grund sind die rechten Leuchten dunkler (weil sie vermutlich die Spitze der Flamme darstellen sollen).

  • Könntest du mehr dazu schreiben? Hast du die fertig bestückt bestellt oder alles selber aufgelötet.

    Die Platinen habe ich mit EasyEDA designet und in China bei JLCPCB bestellt. Entgegen der angegebenen Lieferzeit von ca. 3 Wochen war es schon innerhalb einer Woche gekommen, gekostet hat es inklusive Versand nur ca. 10 Euro für 5 Platinen (also ausreichend für 5 Schuhe). Die vier Teilplatinen (3x für LEDs und 1x Arduino-Modul) waren zusammen auf einer größeren mit Verbindungsbrücken, so dass man sie leicht aussägen konnte.


    Gelötet habe ich es dann aber selbst, auch wenn man möglicherweise auch fertig gelötete Platinen bestellen könnte, damit kenne ich mich nicht besonders aus.

    Bisher habe ich noch kaum mit SMD gelötet, daher war ich mir erst ein wenig unsicher, ob das gut gehen würde. Habe das aber dann doch mit einem gewöhnlichen Lötkolben hinbekommen, auch wenn ich kurz darüber nachgedacht hatte, einen Fön zu besorgen.



    bricht das nicht weg wenn man die Schuhe schräg stellt z.B. für Kurven?

    Ich denke nicht dass die gedruckten Teile Bodenkontakt haben könnten, die sind an der Kufenunterkante ganz nah an der Kufe und laufen dann in steilem Winkel nach oben, sind im Querschnitt also keilförmig.

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