利用 LED 灯带创作一件会动且会发光的雕塑作品

今年我们“生活雕塑”项目的主题是“培育光芒”，旨在避免雕塑像往年那样显得过于压抑。因此，我和我的搭档首先想到的就是光污染问题。

这就是我们计划的初稿：

•在背景中会有零星的星星(LED 灯)闪烁。

•在这些装置的前方，会有一排带有可编程 LED 灯带的建筑物。随着星星逐渐黯淡，这些灯带会变得越来越亮，以此来展示人造光是如何掩盖自然光的。

•在画面的前景中会有一辆公交车。每隔五分钟，车轮就会转动(仅仅是为了满足项目要求，即要包含一个步进电机)，车门也会开启(通过伺服系统控制)，从而露出另一条发光带。如果在任何特定时刻光污染情况变得更糟，这条发光带就会变得更亮;而如果光污染情况在减轻，那么这条发光带就会呈现绿色。

•这些灯带旨在象征污染带来的困扰，它们的亮度将会极其耀眼。

获取数据

美国国家航空航天局(NASA)提供了不少关于光污染的优秀应用程序接口(API)，但它们的格式采用了奇特的 NASA 特有方式，需要一些代码才能实现，而我的“光子”无法完成这些操作。幸运的是，有一些很棒的教程介绍了如何使用谷歌笔记本(Google Notebook)和谷歌地球引擎(Google Earth Engine)来完成这项工作……但不知为何，这两项功能在芝加哥公立学校那里被屏蔽了。

于是，我找到了一个次优的选择：美国能源信息管理局会公布美国每个电网每小时的用电量数据。我认为这些数据应该与光污染的程度有一定关联，即便它们之间并非完全成正比关系，但用电量与主题内容的契合度也足够高，因此用明亮的城市灯光来表示这一数据是合理的。

我之所以选择采用趋势数据而非原始数据，仅仅是因为对于这些数据并没有一个固定的典型范围。我的意思是，确实存在这样的范围，但它是随季节变化而变化的，并且随着芝加哥的不断发展，这个范围也在逐年扩大。我通过线性回归法来找出这个趋势。

针(或别针)

结果发现，当你试图同时连接两个舵机、一条发光带、多个发光二极管和一个步进电机时，光子板会变得非常“暴躁”。这与光子板对某些引脚使用相同的计时器有关，而发光带通常对所使用的引脚很挑剔，然后你还得考虑脉冲宽度调制(PWM)……但最终，我通过长时间盯着引脚输出图，并通过反复试验找到了一个成功的组合。

“焊接炼狱”

根据我们在项目开始时所得到的时间表，完成所有元件的焊接工作原本应该需要大约两天的时间。但这个时间表本身就不太合理，简而言之，最终我花了好几周的时间才完成。

安装“光子”装置、LED灯、电机以及用于连接 LED 灯带的三根电线总共花了大约两天时间。或许时间还要更长一些，我记不清了，所有焊接产生的烟雾已经让我患上了早期型阿尔茨海默症。不管怎样……

之后，我开始着手制作 LED 灯带本身。每条灯带的两端各有两个接头：电源、信号和地线。我打算用实心导线将这些灯带首尾相连。但实际操作起来却比想象中要困难得多，主要是因为我的焊点总是会断开，而且实心导线非常坚硬。

起初，我负责管理大约五栋建筑，还有通往公交车门的那条通道。总共就是三十名工人。要是我能记得乘法表就好了……

过了很长一段时间后，我才意识到不可能在预定日期前建成那么多的建筑了，所以我就决定把建筑数量控制在最少的范围内。这个最少的数量是多少呢?最终我只完成了两栋建筑的建设才按时完工，但随后我想起了“9·11”事件，觉得不能传递出错误的信息，所以现在的工作建筑数量就是新的最低标准了。而把所有东西综合起来考虑后，我发现公交车无论如何都会挡住其他建筑的视线。

“其他事物”

我花了很长时间给那些 LED 灯带进行焊接，以至于差点忘了其他的事情。所以有一天周末，我带着所有那些东西乘坐公共交通工具，耗时 6 英里，回到了自己的家。

我把每个伺服电机都固定在门框上，然后用大量的胶带、热胶和牦牛鼻涕把门固定在每个伺服电机的凸起部位上。这方法还算行得通，不过它们确实会摩擦到伺服电机的侧面，所以我用剪刀、园艺剪刀和砂纸把伺服电机进行了改造，使其能够与门完美贴合。

步进电机竟然不工作了!但随后我意识到我把电线的连接顺序弄错了。修正了这个错误后，它就正常运转了。我把它固定在公交车底部靠近前轮位置的地方，然后安装了轮子。

在经历了数周的“焊接炼狱”之后，我非常惊讶地发现这两件事竟然进展得如此顺利。

安装

我决定将所有电子设备都安装在公交车内部。这个办法很奏效，但结果却是，由于将这个项目从计算机科学教室搬运到雕塑教室的过程中，大约有 5 个焊点断裂了。然后我和我的搭档尝试将这个项目装进它将要展示的 16 英寸×16 英寸×16 英寸的展示架里，但盒子太大了。不出所料，当我们把方头硬塞进圆孔时，一切都不正常了。

那是在周五开始的演讲活动，但多亏了上帝的保佑，我们那天没有被选中进行演讲。于是我把整个活动(以一种极其不便的立方体形状)拖到了地铁站。

于是，这个周末便开始了疯狂的维修行动，期间不断更换焊料，甚至在更换过程中还会损坏焊料，然后又重新进行修复。最终，由于缺少一些工具，我不得不采取一些极端措施……但总体来说，还是成功了!

结论

最终，我不得不大幅削减了一些目标。很明显，我使用的组件太多了，而且每个组件的使用数量也太多了。于是，我从 6 根灯带变成了 2 根，从几颗 LED 灯变成了 2 颗，尽管我没有卸下步进电机，但我意识到如果不破坏其他所有部件的话，是无法修复它的。

但前面那段话的语气确实不太恰当，因为我对结果相当满意。灯光确实随着星星的变暗而变亮了，而且当星星熄灭时，门竟然奇迹般地打开了，数据也显示出来了。太酷了。

原理图

本文编译自hackster.io