การสร้าง Artificial Sunlight ที่ลองทำเองที่บ้าน

 (victorpoughon.fr)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2025-03-28 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

โปรเจกต์สร้างแสงอาทิตย์เทียม

  • ที่มาของโปรเจกต์

    • ได้แรงบันดาลใจจากวิดีโอของ DIY Perks ที่ใช้ LED 500W และแผ่นสะท้อนพาราโบลาขนาดใหญ่เพื่อสร้างแสงอาทิตย์เทียม
    • จึงลองออกแบบใหม่โดยคำนึงถึงการใช้พื้นที่ให้น้อยลง และใช้ LED หลายตัวร่วมกับการจัดเรียงเลนส์

  • แนวคิดการออกแบบ

    • จัดวางชุดเลนส์เป็นกริด และวาง LED ไว้กับเลนส์แต่ละตัวเพื่อประหยัดพื้นที่และช่วยให้จัดการความร้อนได้ง่าย
    • ได้เรียนรู้เทคโนโลยีหลากหลายอย่าง เช่น การทำ CAD modeling, การออกแบบ PCB และการเขียนโค้ด Python เพื่อปรับแต่งระบบออปติกให้เหมาะสม

  • สเปกทางเทคนิค

    • เลนส์: สี่เหลี่ยมจัตุรัส 30 มม., ระยะโฟกัส 55 มม., จัดเรียงแบบ 6x6 ใช้ LED รวม 36 ดวง
    • LED: LUXEON 2835 3V, CRI 95+, อุณหภูมิสี 4000K
    • PCB: ออกแบบด้วย KiCad และผลิตโดย JLCPCB
    • ระบบออปติก: ใช้ระบบเลนส์ 2 ชิ้นเพื่อให้แสงมีความขนานกันมากขึ้น

  • กระบวนการผลิต

    • เลนส์และชิ้นส่วนเครื่องกลผลิตด้วยการทำ CNC
    • PCB ประกอบโดย JLCPCB
    • ใช้การจำลองทางออปติกเพื่อหารูปทรงเลนส์ที่เหมาะสมที่สุด และตัดสินใจเลือกดีไซน์สุดท้าย

  • ผลลัพธ์และการประเมิน

    • โปรเจกต์เสร็จสมบูรณ์ได้สำเร็จ และสามารถสร้างเอฟเฟกต์แสงอาทิตย์เทียมได้ในระดับหนึ่ง
    • ข้อเสียคือความเข้มแสงยังไม่แรงพอเล็กน้อย และลวดลายกริดของชุดเลนส์มองเห็นได้ชัด
    • จุดที่ควรปรับปรุงในอนาคตคือเพิ่มกำลังแสงให้สูงขึ้น, เพิ่มพื้นที่ผิวให้กว้างขึ้น และออกแบบออปติกให้แม่นยำยิ่งขึ้น

  • บทสรุป

    • โปรเจกต์นี้ช่วยให้ได้เรียนรู้มากขึ้นเกี่ยวกับการออกแบบ PCB, วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์, การผลิตด้วย CNC และออปติก
    • ยังได้สัมผัสข้อดีของแนวทางแบบใช้โค้ดเป็นพื้นฐาน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต
    • พร้อมเปิดโอกาสสำหรับการพัฒนาเวอร์ชัน 2 ในอนาคต และพอใจกับผลงานปัจจุบัน

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2025-03-28
ความคิดเห็นจาก Hacker News

  • เจ๋งมาก ผมเป็น CEO ของ Innerscene และเราทำระบบไฟท้องฟ้าเทียมสำหรับเชิงพาณิชย์ รุ่น Coelux ht25 แทบจะเหมือนกับสิ่งที่เราทำ แต่ใช้เลนส์ที่เล็กกว่าและ LED มากกว่า อย่างไรก็ตาม เอฟเฟกต์ที่พวกเขาทำได้ก็ยังไม่ได้น่าประทับใจนัก เราใช้เวลามากกับการทำให้ได้แสงขนานที่สมบูรณ์แบบ การซ่อนขอบเลนส์ และทำให้มุมมองไปยังท้องฟ้าดูต่อเนื่องลื่นไหลไร้สิ่งรบกวน ผมคิดว่า 10% สุดท้ายของปัญหากินแรงไป 90% ของงาน เราแก้ปัญหานี้ได้สำเร็จแล้ว แต่ตอนนี้ยังใช้ชิ้นส่วนราคาแพงอยู่มาก จึงกำลังทำงานเพื่อลดต้นทุนอยู่ หากค้นหาสิทธิบัตรของ Innerscene ก็จะเห็นคำอธิบายแนวทางของเราอยู่มากพอสมควร เราใช้เวลาไปกับการจำลองและซอฟต์แวร์มากเช่นกัน

  • ปัญหาของชุดนี้ (และไฟ LED ประสิทธิภาพสูงส่วนใหญ่) คือการขาดแคลนความยาวคลื่นสีแดง แสงอาทิตย์จริงมีพลังงานอยู่มากพอสมควรที่ปลายแดงมากของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (700 nm) และในช่วงอินฟราเรด โคมไฟนี้มีพีคของสเปกตรัมสองจุด: พีคแคบในช่วงสีน้ำเงินราว 450 nm และพีคที่กว้างกว่าบริเวณสีเขียวซึ่งมีศูนย์กลางที่ 580 nm พีคสีเขียวนั้นตกลงอย่างรวดเร็ว และแทบไม่มีพลังงานเลยที่ปลายสีแดง

  • เซลล์รูปกรวยที่ไวต่อสีในดวงตาของเรามีพีคความไวสามจุด ได้แก่ S cone ในช่วงสีน้ำเงิน, M cone ในสีเขียว, และ L cone ในสีเหลือง L cone เป็นสิ่งที่สมองใช้ในการมองเห็นสีแดง แต่จริง ๆ แล้วมันไม่ค่อยไวต่อสีแดงเข้มอย่าง 700 nm มากนัก ดังนั้นเราจึงคิดว่าหลอด LED สร้างสีแดง แต่จริง ๆ แล้วมันไม่ได้ปล่อยพลังงานสีแดงออกมามากนัก

  • ร่างกายของเราไวต่อแสงสีแดงเข้ม ไซโตโครมในไมโทคอนเดรียตอบสนองต่อมัน มีการทดลองที่ฉายแสงสีแดงลงบนผิวหนังแล้วทำให้เมแทบอลิซึมน้ำตาลดีขึ้น ซึ่งก็เข้าใจได้ เพราะเราวิวัฒนาการมาภายใต้แสงอาทิตย์ที่อุดมด้วยสีแดง

  • ดังนั้นโคมนี้อาจดูเหมือนแสงอาทิตย์ แต่ยังขาดความยาวคลื่นที่สำคัญไป

  • พอเห็นคำว่า "แสงอาทิตย์เทียม" ผมก็คิดทันทีว่า "อยากเห็นสเปกตรัมของไฟที่คนนี้ทำจัง" แล้วก็ผิดหวังที่เห็นแค่ "CRI 95+" มีวิดีโอที่อธิบายข้อเสียของ CRI ได้ดีมาก ความสว่างและอุณหภูมิสีเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของเรื่องแสงเท่านั้น ผู้คนควรเริ่มวัดสเปกตรัมกันมากขึ้นเพื่อหาแสงที่เหมาะกับตัวเองที่สุด เพื่อน ๆ ของผมมีความเห็นที่แตกต่างกันมากเกี่ยวกับการกระจายสเปกตรัมที่ชอบหรือไม่ชอบ แต่พวกเขาขาดทั้งภาษาและประสบการณ์ที่จะระบุหรือสื่อสารความชอบนั้นออกมา

  • ผมใช้หลอดไฟ LED เป็นหลักเพื่อลดการเกิดความร้อน แต่ก็มักจะผสมหลอดไส้/ฮาโลเจน (2400-3000K) เข้าไปเล็กน้อยเสมอ เพื่อจะได้เห็นสีสันสวยงามทั้งหมดของโลก

  • เจ๋งจริง ๆ ผมกำลังทำโคมไฟที่ให้แสงระดับกลางวันในร่มอยู่ ด้านสว่างสุดอยู่ที่ 50,000 ลูเมน

  • เมื่อขยายอุปกรณ์ ปัญหาความร้อนหลักไม่ใช่ตัวโคม แต่เป็นการระบายความร้อนของแหล่งจ่ายไฟ ถ้าจะขยายอุปกรณ์ ผมจะพิจารณาใช้แหล่งจ่ายไฟ ATX เพราะมันมีขนาดค่อนข้างใหญ่ มักมีระบบระบายความร้อนแบบแอ็กทีฟอยู่ภายใน และสามารถจ่ายไฟได้หลายร้อยวัตต์ที่ 12V อย่างสบาย ๆ โดยปกติก็แค่ต่อสาย PS_ON เข้ากับกราวด์เพื่อเปิดเครื่อง

  • DIY Perks ก็เคยพยายามสร้างแสงอาทิตย์เทียมที่บ้านเหมือนกัน และเน้นเรื่องอย่างการกระเจิงแบบเรย์ลี วิดีโอนั้นยอดเยี่ยมมาก OP ก็อ้างถึง DIY Perks โดยตรง และดีไซน์ของ OP ก็กะทัดรัดกว่ามาก ขนาดรวมคือ 19cm x 19cm x 9cm ซึ่งถือว่ากะทัดรัดมากสำหรับระยะโฟกัส 5cm และพื้นที่ส่องสว่างที่ใช้งานได้จริง 18cm x 18cm ทั้งวิดีโอของ DIYPerks และผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์อย่าง CoeLux ยังทำฟอร์มแฟกเตอร์แบบนี้ไม่ได้

  • เท่มาก แต่จริง ๆ แล้วสามารถหาแผ่นฟิล์มเพิ่มความสว่างได้ใน AliExpress ในราคาถูกมาก ฟิล์มเพิ่มความสว่างเป็นฟิล์มออปติคัลแบบใส ชั้นล่างควรมีการเคลือบด้านหลังเพื่อให้เกิดความฟุ้งเล็กน้อย ชั้นกลางเป็นชั้นฐานรองรับ PET แบบใส และชั้นบนเป็นโครงสร้างไมโครปริซึม เมื่อแสงผ่านโครงสร้างไมโครปริซึมของชั้นผิวหน้า การกระจายความเข้มของแสงจะถูกควบคุมผ่านการหักเห การสะท้อนภายในทั้งหมด การสะสมของแสง และอื่น ๆ

  • สงสัยว่าทำไมถึงเลือกใช้ลายวงจร มีสัญญาณเพียง 7 เส้นต่อบอร์ด และทั้งหมดก็มุ่งไปที่อิมพีแดนซ์ต่ำ สามารถเปิดทองแดงด้านหลังบอร์ดออกมาเพื่อใช้เป็นฮีตซิงก์ชั่วคราวได้ ไม่ต้องกังวลเรื่องผลกระทบของลูปในวงจรนัก แต่ลูปสามเหลี่ยมเล็ก ๆ แปลก ๆ ด้านหลังก็สะดุดตาอยู่

  • ปีที่แล้วผมทำอะไรคล้าย ๆ กัน แต่โฟกัสกับสเปกตรัมมากกว่า และใช้ไฟถ่ายหนังกำลังสูงที่ให้เอาต์พุตสเปกตรัมดีกว่ามาก ถ้าเพิ่มไฮเปอร์รีเฟลกเตอร์ที่มักแถมมากับไฟส่วนใหญ่ ก็จะได้เอฟเฟกต์แสงขนานเป็นส่วนใหญ่ จากนั้นผมก็เพิ่มโคมความร้อนแบบหลอดไส้เพื่อเติมส่วน IR ของสเปกตรัม และเพิ่มไฟ UV LED โดยเฉพาะสำหรับช่วง UVA แต่ผมไม่มีพื้นที่พอจะใส่โคมเฉพาะสำหรับ UVB

  • ผมเองก็เคยหมกมุ่นกับการสร้างแสงอาทิตย์เทียมที่บ้านเหมือนกัน สุดท้ายทางแก้ที่ผมเลือกคือหลอด LED ทรงคอนสไตล์เทียบเท่า 300W (4000lm) ราคาประหยัด และโคมความร้อนหลอดไส้ 250W ผมตัดสินใจโฟกัสที่ความร้อนมากกว่าแสงขนาน ค่าใช้จ่ายรวมประมาณ $75