การทดลองสร้างแสงอาทิตย์เทียมที่บ้าน

 (victorpoughon.fr)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2025-03-28 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • ผู้สร้างที่มีพื้นฐานด้านซอฟต์แวร์ทำอุปกรณ์แสงอาทิตย์เทียมเวอร์ชันแรกที่บางกว่า โดยใช้ ตะแกรงเลนส์และตะแกรง LED แทน LED 500W กับรีเฟลกเตอร์พาราโบลา 1.2 ม. แบบ DIY Perks
  • หัวใจของการออกแบบคือการจัดเลนส์สี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 30 มม. 36 ชิ้นและ LED 36 ดวงเป็น 6x6 แล้ววาง LED แต่ละดวงไว้ที่จุดโฟกัสของเลนส์ที่สอดคล้องกัน เพื่อสร้าง แสงขนาน
  • ชิ้นงานที่ทำเสร็จประกอบด้วยพื้นที่เปล่งแสง 180x180 มม., ระยะโฟกัสมีผลประมาณ 55 มม., เลนส์ PMMA 2 แผ่น, LED LUXEON 2835 3V, PCB KiCad, ชิ้นส่วนอะลูมิเนียม CNC และ ชั้นกระเจิง Rayleigh จากฟิล์มอิงก์เจ็ต
  • ได้ภาพลวงตาว่าแสงมาจากระยะไกลและคอนทราสต์แสงเงาที่แรง แต่ความสว่างยังไม่ถึงเป้าหมาย 10,000 lux โดยประเมินว่าอยู่ที่ระดับ 1,000~10,000 lux และยังเห็นแพตเทิร์นตะแกรงเลนส์
  • ค่าใช้จ่ายทั้งหมดประมาณ 1,000€ และคาดว่าต้นทุนชิ้นส่วนจริงของงานสุดท้ายอยู่ที่ประมาณ 300€ ไม่รวมค่าส่ง โดยเวอร์ชันถัดไปต้องการกำลังส่องสว่างที่สูงขึ้น พื้นที่ที่กว้างขึ้น และการออกแบบเชิงออปติก·กลไกที่แม่นยำขึ้น

เป้าหมายและแนวทาง

  • เริ่มจากวิดีโอแสงอาทิตย์เทียมของ DIY Perks ที่ใช้ LED 500W และรีเฟลกเตอร์พาราโบลา 1.2 ม. โดยตั้งเป้าหมายให้เป็น โครงสร้างที่กินปริมาตรน้อยกว่า
  • เลือกโครงสร้างที่จัดเลนส์ขนาดเล็กเป็นตะแกรงแทนรีเฟลกเตอร์พาราโบลา และจับคู่ LED หนึ่งดวงกับเลนส์แต่ละชิ้น
    • ความหนาของอุปกรณ์ถูกกำหนดโดยระยะโฟกัสของเลนส์แต่ละชิ้น จึงลดปริมาตรรวมได้
    • การแบ่งใช้ LED กำลังต่ำหลายดวงแทนแหล่งกำเนิดแสงกำลังสูงดวงเดียว อาจเป็นประโยชน์ต่อ การจัดการความร้อน
  • ผู้สร้างยังมีเป้าหมายในการเรียนรู้การผลิตและการออกแบบ 3D และดำเนินโปรเจกต์ด้วยแนวทางที่เน้นซอฟต์แวร์
    • งานโมเดล CAD ใช้ build123d เป็นหลัก
    • การตรวจสอบการประกอบขั้นสุดท้ายและการทดลองบางส่วนใช้ FreeCAD และ OpticsWorkbench
    • การออกแบบ PCB ใช้ KiCad
    • เขียนโค้ด Python สำหรับการจำลองและปรับเหมาะเชิงออปติก และโค้ดนี้ภายหลังกลายเป็นโปรเจกต์โอเพนซอร์สชื่อ torchlensmaker
    • การประกอบ PCB และการผลิตชิ้นส่วนอะลูมิเนียม·พลาสติกด้วย CNC ใช้ JLCPCB และ JLCCNC

สเปกของอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย

  • อุปกรณ์ที่ทำเสร็จเป็นโครงสร้าง อาร์เรย์ LED·เลนส์ 6x6 ที่ทำงานบนโต๊ะได้
  • สเปกเชิงกล
    • ด้านหนึ่งของเลนส์สี่เหลี่ยมจัตุรัส: 30 มม.
    • ระยะโฟกัสมีผล: 55 มม.
    • ขนาดอาร์เรย์: 6x6 รวม 36 LEDs
    • พื้นที่เปล่งแสงทั้งหมด: 180x180 มม.
  • ชิ้นส่วนหลัก
    • เลนส์: อาร์เรย์เลนส์นูนสองด้าน 1 ชิ้นและอาร์เรย์เลนส์นูนด้านเดียว 1 ชิ้น ที่ผลิตด้วย CNC จากอะคริลิก PMMA
    • การเก็บผิวเลนส์: vapor polish finish
    • LED: LUXEON 2835 3V, Ref 2835HE, CRI 95+, อุณหภูมิสี 4000K, 65mA
    • PCB: ออกแบบเอง
    • ชิ้นส่วนยึดติด: ชิ้นส่วนอะลูมิเนียม CNC 60601 และชิ้นส่วนเรซินดำด้านจากเครื่องพิมพ์ 3D
    • ชั้นกระจาย Rayleigh: ฟิล์มพิมพ์อิงก์เจ็ตกันน้ำ

เงื่อนไขการออกแบบสำหรับแสงอาทิตย์เทียม

  • หากต้องการสร้างแสงอาทิตย์เทียม ต้องมีองค์ประกอบสี่อย่าง
    • แสงขนาน ที่เลียนแบบแสงซึ่งมาจากระยะไกลเหมือนดวงอาทิตย์
    • คุณภาพสีสูง ในที่นี้ใช้ CRI 95+ เป็นเกณฑ์
    • การกระเจิง Rayleigh หรือการจำลองสิ่งนั้น
    • กำลังไฟที่เพียงพอ
  • แสงอาทิตย์สว่างมากที่ประมาณ 100,000 lux แต่ต้นแบบรุ่นแรกตั้งเป้าไว้ที่ 10,000 lux เพื่อลดการใช้พลังงาน
    • เนื่องจากการรับรู้ความสว่างเป็นแบบลอการิทึม จึงประเมินว่าความเข้มหนึ่งในสิบก็อาจรู้สึกใกล้เคียงกันได้
    • ผลจริงของดีไซน์ขั้นสุดท้ายประเมินว่าอยู่ระหว่าง 1,000~10,000 lux
  • ในการออกแบบแบบตะแกรง ตัวแปรสำคัญคือฟลักซ์ส่องสว่างของ LED แต่ละดวงและพื้นที่ของเลนส์แต่ละชิ้น
    • ประเมินช่วงฟลักซ์ส่องสว่างทั่วไปของ LED แบบติดตั้งบนผิวที่มี CRI สูงไว้ที่ 30~130 lumens
    • เนื่องจากมีการดูดกลืนของเลนส์และการสูญเสียที่ผนังด้านข้าง ประสิทธิภาพเชิงออปติกโดยรวมจึงไม่อาจสมบูรณ์แบบได้ และตั้งสมมติฐานไว้ที่ 0.5
    • ภายใต้เงื่อนไขนี้จึงกำหนดให้เลนส์มีด้านละ 30 มม.

เลนส์และการออกแบบเชิงออปติก

  • หากเป็นแหล่งกำเนิดแสงจุดในอุดมคติและเลนส์สมบูรณ์แบบ แค่วางแหล่งกำเนิดแสงไว้ที่ระยะโฟกัสก็สร้างแสงขนานได้ แต่ LED และเลนส์จริงซับซ้อนกว่านั้น
    • LED ไม่ใช่แหล่งกำเนิดแสงจุด
    • เลนส์มีความคลาด
    • ตำแหน่งและทิศทางเชิงกลไม่สมบูรณ์แบบ
    • รูปแบบการแผ่รังสีของ LED ไม่ได้เป็นไอโซทรอปิก โดยมีความเข้มมากกว่าทางกึ่งกลางเลนส์
  • หลังจากการจำลองเชิงออปติกด้วย Python และการปรับเหมาะเชิงตัวเลข จึงเลือก โครงสร้าง 2 เลนส์
    • เลนส์ 1: เลนส์พาราโบลานูนสองด้าน
    • เลนส์ 2: เลนส์พาราโบลานูนด้านเดียว
    • ระบบสองเลนส์มีระยะโฟกัสมีผลประมาณ 55 มม.
  • ระยะโฟกัสเป็น trade-off ขนาดใหญ่ระหว่างการผลิต ประสิทธิภาพ และความหนา
    • หากต้องการลดความโค้งของพื้นผิว การเพิ่มระยะโฟกัสจะเป็นประโยชน์กว่า
    • หากต้องการรวบรวมแสงจากรูปแบบการแผ่รังสีของ LED ให้มากขึ้น การลดระยะโฟกัสน่าจะดีกว่า
    • หากต้องการลดความหนาของอุปกรณ์ ระยะโฟกัสก็ต้องสั้นลงด้วย
  • ระบบ 2 เลนส์เป็นตัวเลือกเพื่อลดความโค้งผิวของอาร์เรย์เลนส์และลดต้นทุนการผลิตด้วย CNC
    • เลนส์ตะแกรงที่มีความโค้งสูงจะสร้างรูปทรงคล้ายร่องระหว่างเลนส์ ทำให้ความเป็นไปได้ในการกัด CNC ต่ำลง
  • ใช้ build123d สร้างโมเดล 3D ที่ซ้อนเลนส์เป็นรูปแบบตะแกรงและเพิ่มขอบสำหรับยึดติด
    • แค่เปลี่ยนตัวแปร Python ก็ปรับพารามิเตอร์การออกแบบ เช่น ขนาดอาร์เรย์และความหนาเลนส์ได้ ทำให้สำรวจดีไซน์ได้ง่าย
    • ค่าใช้จ่ายในการผลิตเลนส์อะคริลิก PMMA อยู่ที่ประมาณ 55€

LED และ PCB

  • ตอนแรกต้องการใช้ 3030 G04 ของ YUJILEDS แต่ขายเป็นม้วนละ 5,000 ดวง และราคาม้วนละ 1,000 ดอลลาร์ จึงไม่ใช้ในเวอร์ชันแรก
  • เวอร์ชันแรกเลือกใช้ LUXEON 2835 3V
    • สว่างน้อยกว่า YUJILED ประมาณ 3 เท่า
    • มีการถ่ายทอดสีดีและเป็นแพ็กเกจ SMD ที่ต้องการ
    • ใน JLC global sourcing มีจำนวนสั่งซื้อขั้นต่ำ 50 ชิ้น
  • ออกแบบ PCB เองด้วย KiCad
    • PCB แต่ละแผ่นติดตั้ง LED 6 ดวง
    • วงจรเป็นรูปแบบ LED strip 12V จำนวน 2 เซกเมนต์ที่เชื่อมต่อแบบขนาน
    • สามารถใช้ไฟจากอะแดปเตอร์ติดผนัง 12V มาตรฐานได้
  • PCB ไม่เพียงทำหน้าที่กระจายไฟและปรับกระแสเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เชิงกลในการ จัดวางอย่างแม่นยำ ให้ LED อยู่ที่ตำแหน่งโฟกัสของเลนส์ด้วย
    • นำโมเดล 3D ของ PCB เข้า FreeCAD เพื่อตรวจสอบ baseplate อะลูมิเนียม, light hood และตำแหน่งรู
    • โค้ด Python ส่งออกพิกัด LED ที่ถูกต้อง แล้วป้อนพิกัดนั้นเข้าสู่ตัวแก้ไขเลย์เอาต์ของ KiCad
  • การผลิต PCB และการประกอบชิ้นส่วนให้ JLCPCB ทำให้ จึงไม่ต้องบัดกรีเองในขั้นตอนนี้

ชิ้นส่วนกลไกและการประกอบ

  • ออกแบบชิ้นส่วน custom สามอย่างสำหรับการประกอบ
    • baseplate: รองรับ PCB และผนังด้านข้าง มีรูให้แสง LED ผ่านและรูบางส่วนสำหรับความหนาของตัวต้านทาน SMD
    • ผนังด้านข้าง: มีร่องสำหรับเสียบเลนส์และร่องยึด baseplate โดยใช้รูต๊าปสำหรับสกรู M2
    • light hood: ชิ้นส่วนเรซินสีดำที่จำกัดแสงของ LED แต่ละดวงให้เป็นรูปกรวยหรือพีระมิดฐานสี่เหลี่ยม เพื่อให้แสงไปยังเลนส์ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น
  • hood พิมพ์ 3D ด้วยเรซินสีดำ ส่วนผนังและ baseplate กัด CNC จากอะลูมิเนียม 60601
  • ในการประกอบจริงไม่ได้ใช้ bracket สีเขียวที่วางแผนไว้
    • เพราะโครงสร้างกล่องที่มีเพียงผนังและ baseplate ก็แข็งแรงพอแล้ว
    • ด้วยเหตุนี้จึงมีรูที่ไม่ได้ใช้เหลืออยู่บนผนังด้านข้าง
  • ข้อบกพร่องในการออกแบบที่ใหญ่ที่สุดคือ ความกว้างของร่องยึดเลนส์ ไม่พอ
    • ตั้งใจให้ขอบเลนส์หนา 1.2 มม. พอดีกับร่อง 1.22 มม. แต่ไม่พอดีเพราะค่าคลาดเคลื่อนในการผลิตและความหนาของอโนไดซ์สีดำด้าน
    • ต้องใช้ดอกสว่านโลหะ 1.5 มม. ขยายร่อง 8 จุดด้วยมือ ใช้เวลารวม 2~3 ชั่วโมง
  • การเดินสายไฟบัดกรีเข้ากับขาไฟของ PCB และซ็อกเก็ตไฟ 12V
    • PCB และชิ้นส่วน hood ใช้รูยึดร่วมกัน จึงใช้สกรู 2 ตัวต่อชุด PCB-hood แต่ละคู่
    • แสง LED ที่เห็นเมื่อเปิดโดยไม่มีเลนส์ไม่ใช่แสงใช้งานตามที่ตั้งใจ แต่เป็น bleed light

การจำลองการกระเจิง Rayleigh

  • องค์ประกอบสุดท้ายคือการจำลอง Rayleigh scattering ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่ทำให้ท้องฟ้าดูเป็นสีฟ้า
  • วิดีโอของ DIY Perks ใช้สารละลวทำเองที่มีอนุภาคขนาดเหมาะสมลอยอยู่ แต่ผู้สร้างเห็นว่าวิธีนี้ไม่ practical
  • อ้างอิงการค้นพบจาก diyperks forum ว่าฟิล์มพิมพ์อิงก์เจ็ตให้ผลคล้ายกัน
  • ตัด ฟิล์มอิงก์เจ็ตใส ที่หาจากร้านเครื่องเขียนในพื้นที่มาใช้
    • เนื่องจากไม่ได้สะท้อนขั้นตอนนี้ไว้ในการออกแบบแรก จึงยึดด้วยเทปฉนวนสีดำ
    • บิลด์สุดท้ายใช้ฟิล์มอิงก์เจ็ต 2 ชั้น

ค่าใช้จ่ายและผลลัพธ์

  • ค่าใช้จ่ายทั้งหมดประมาณ 1,000€
    • รวมค่าเครื่องมือที่ตกหล่น ชิ้นส่วนต้นแบบที่ทิ้งไป LED และ PCB ที่เหลือจากจำนวนสั่งขั้นต่ำ และวัสดุสิ้นเปลืองอย่างสกรู
  • ต้นทุนชิ้นส่วนจริงสำหรับทำอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย 1 เครื่องคาดว่าอยู่ที่ประมาณ 300€ ไม่รวมค่าส่ง
    • ชิ้นส่วนที่แพงที่สุดคือเลนส์ PMMA และชิ้นส่วน CNC อย่าง baseplate·ผนังอะลูมิเนียม
    • ชิ้นส่วน CNC คิดเป็นประมาณสองในสามของราคาทั้งหมด
    • PCB, บริการประกอบ, LED และชิ้นส่วนพลาสติกพิมพ์ 3D มีราคาค่อนข้างถูก
  • ความน่าเชื่อถือในฐานะแสงอาทิตย์เทียมถือว่าใกล้เคียงกับ สำเร็จบางส่วน
    • ภาพลวงตาว่าแสงมาจากระยะไกลด้านหลังวัตถุเมื่อขยับศีรษะไปซ้ายขวาถือว่าทำได้สำเร็จ
    • เมื่อดวงตาเข้าไปในลำแสง จะรู้สึกว่าความเข้มเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน ซึ่งบ่งชี้ว่าการคอลลิเมตทำได้ดี
    • หากไม่มีแว่นกันแดดจะมองตรงได้ยาก และคอนทราสต์ระหว่างแสงที่ปล่อยออกมากับบริเวณรอบ ๆ สูงมากจนถ่ายภาพได้ยาก
  • จุดอ่อนก็ชัดเจน
    • ความสว่างโดยรวมอ่อนเกินไป
    • รูปตะแกรงเลนส์ปรากฏในแพตเทิร์นความเข้มแสง
    • แพตเทิร์นตะแกรงไม่ได้รบกวนมาก แต่ยังมีพื้นที่ให้ปรับปรุง

สิ่งที่จะเปลี่ยนในเวอร์ชันถัดไป

  • หากทำเวอร์ชัน 2 สิ่งแรกที่จำเป็นคือ เพิ่มกำลังส่องสว่าง
    • เพื่อให้ใกล้เคียงกับเอฟเฟกต์ที่น่าเชื่อถือ ต้องมีกำลังแสงแรงขึ้น 3~5 เท่า
    • ผู้สร้างมองว่าการตั้งเป้าให้สว่างกว่าต้นแบบนี้ 10 เท่าก็ไม่ใช่ระดับที่เกินจริง
  • พื้นที่ผิวต้องใหญ่ขึ้นด้วย
    • ต้นแบบปัจจุบันมีขนาด 18 ซม. x 18 ซม. จึงต้องนั่งอยู่ในลำแสงตรงที่แคบจึงจะรู้สึกถึงเอฟเฟกต์
    • มองว่าเวอร์ชันในอนาคตควรกว้างขึ้น 2~4 เท่า จึงจะใกล้เคียงหน้าต่างปลอมได้
  • ต้องมีการออกแบบเชิงออปติกที่ดีกว่านี้
    • เห็นว่าการออกแบบบนฐานการหักเหเป็นไปได้ แต่ต้องใช้การออกแบบเชิงออปติกและค่าคลาดเคลื่อนเชิงกลที่แม่นยำมาก
    • การออกแบบหักเหแบบตะแกรงไวต่อทั้งตำแหน่งและทิศทางของชิ้นส่วนอย่างมาก

ข้อดีของการออกแบบหักเหแบบตะแกรง

  • ขยายได้โดยซ้อนอุปกรณ์แบบเดียวกันหลายตัวเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว
  • ขอบ bezel อยู่ที่ประมาณ 5% ของพื้นที่เปล่งแสงทั้งหมด และเชื่อว่ายังลดลงได้อีก
  • มีองค์ประกอบซ้ำจำนวนมาก จึงเกิด economy of scale บางส่วนแม้อยู่ในขั้นต้นแบบ
  • ขนาดรวมคือ 19 ซม. x 19 ซม. x 9 ซม. ซึ่งเล็กเมื่อเทียบกับระยะโฟกัส 5 ซม. และพื้นที่เปล่งแสง 18 ซม. x 18 ซม.
  • มองว่าวิธีของ DIY Perks หรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้การสะท้อนอย่าง CoeLux ไม่สามารถทำฟอร์มแฟกเตอร์นี้ได้
  • การจัดการความร้อนก็ได้เปรียบเชิงโครงสร้าง
    • อุปกรณ์ปัจจุบันใช้กำลังต่ำพอที่จะทำงานได้เสถียรด้วยอะแดปเตอร์ติดผนัง 12V / 3A
    • ไม่ได้เป็นโครงสร้างที่ต้องระบายความร้อนจากแหล่งกำเนิดแสงเดี่ยว แต่กระจาย LED หลายดวงตามสัดส่วนพื้นที่ผิว จึงยังมีพื้นที่ให้ขยาย
    • เมื่อขยายขนาด ปัญหาความร้อนหลักอาจอยู่ที่การระบายความร้อนของ power supply มากกว่าตัวโคมเอง

วิธีสร้างที่เน้นซอฟต์แวร์

  • แนวทางออกแบบบนฐานโค้ดมีบทบาทใหญ่ตลอดทั้งโปรเจกต์
    • สรุปได้ว่าต้องการจัดการทุกอย่างด้วยโค้ด ตั้งแต่ PCB, โมเดล 3D, การประกอบ ไปจนถึงการทดสอบ
    • จุดที่สามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์หนึ่งตัวแล้วอัปเดตดีไซน์ทั้งหมดด้วยสคริปต์ได้นั้นทรงพลังมาก
  • โฟลว์ในอุดมคติคือการรันสคริปต์เพียงครั้งเดียวแล้วสร้างข้อมูลสำหรับการผลิตทั้งหมด
    • GERBER
    • BOM
    • โมเดล 3D
    • แบบเขียนเชิงกล
    • ไดอะแกรมทางเทคนิค
    • การตรวจสอบค่าคลาดเคลื่อนอัตโนมัติ
    • การตรวจสอบไฟฟ้า
  • เห็นว่าน่าสนใจที่ในพื้นที่ PCB และ CAD ก็เริ่มมี tool flow อย่าง CI/CD บนฐาน KiCad และ GitLab ปรากฏขึ้น
  • ไม่แน่ใจว่าจะมีเวลาทำเวอร์ชัน 2 หรือไม่ แต่สุดท้ายก็ได้โคมไฟที่มีเอกลักษณ์ และกระบวนการสร้างเองก็สนุกด้วย

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2025-03-28
ความคิดเห็นบน Hacker News

  • เจ๋งมาก ผมเป็น CEO ของ Innerscene(https://innerscene.com) และกำลังทำ ช่องรับแสงเทียม เชิงพาณิชย์ที่ใช้แนวคิดคล้ายกันอยู่
    จริง ๆ แล้วรุ่น CoeLux HT25 เกือบเหมือนกับสิ่งที่ทำกันที่นี่ ต่างกันแค่ใช้เลนส์เล็กกว่าและ LED มากกว่า แต่เอฟเฟกต์ยังไม่ค่อยดีนัก ดวงอาทิตย์ดูเหมือนทรงกลมยักษ์ และถ้าอยู่ห่างออกไปแค่ไม่กี่ฟุตก็แทบแยกไม่ออกว่าเป็นดวงอาทิตย์ เราใช้เวลามากกับการสร้าง แสงคอลลิเมต ที่สมบูรณ์แบบ การซ่อนขอบเลนส์ และมุมมองท้องฟ้าที่ไร้รอยต่อไร้ตำหนิ และมองว่า 10% สุดท้ายของปัญหานี้คือ 90% ของงาน เราแก้ได้ในระดับหนึ่งแล้ว แต่ตอนนี้ยังใช้ชิ้นส่วนราคาแพงจำนวนมาก จึงกำลังพยายามลดต้นทุนอยู่ ถ้าค้นหาสิทธิบัตรของ Innerscene จะเห็นแนวทางอยู่มาก และเราก็ใช้เวลากับการจำลองและซอฟต์แวร์ไปมากเช่นกัน

    • สงสัยว่ากำลังพิจารณาทำ LED die เองด้วยหรือเปล่า
      LED เชิงพาณิชย์พอเริ่มวัดด้วยสเปกโตรมิเตอร์แล้ว สเปกตรัมจริงจะแตกต่างกันไปหมด แม้จะระบุว่าให้ค่าการแสดงสีสูงก็ตาม โดยเฉพาะถ้าต้องการอุณหภูมิสีที่ไม่ใช่ 6500K จะยิ่งหนัก ตอนทำไฟกลางคืนสำหรับเดสก์ท็อป e-ink ผมอยากเปลี่ยนสเปกตรัมตั้งแต่แสงธรรมชาติเวลากลางวันไปจนถึงแสงเทียนยามค่ำ สุดท้ายเลยใช้หลอดฮาโลเจนที่ลดแรงดันไฟลงได้ เดิมทีเคยคิดจะใช้โครงข่ายประสาทควบคุม LED หลายตัวให้ตรงกับอุณหภูมิสีอ้างอิง แต่การสร้างและปรับเทียบสเปกโตรมิเตอร์กับจิ๊กให้เป็นส่วนหนึ่งของอัลกอริทึม backpropagation มันเกินขอบเขตความสนใจไป ส่วนฮาโลเจนแค่มีตาราง lookup อุณหภูมิ-แรงดันสำหรับหลอดล็อตเดียวกันก็พอ
    • ผมชอบโคมไฟของ Innerscene มาก แต่ดูเหมือนจะหาซื้อยากมากถ้าไม่ใช่โครงการสถาปัตยกรรมระดับไฮเอนด์ อยากให้มีวิธีง่าย ๆ ที่ วิศวกรสาย DIY ซึ่งยอมรับราคาได้ สามารถสั่งซื้อเองได้โดยตรง
    • ขอตินิดหนึ่ง แต่ภาพใน “Innerscene Health Impacts” เป็น ภาพที่สร้างด้วย AI ชัดเจนเกินไป และไม่ว่าความเห็นส่วนตัวต่อ generative AI จะเป็นอย่างไร มันก็ดูไม่ดีเฉย ๆ ถ้าถ่ายรูปเด็กฝึกงานยังน่าจะได้ผลลัพธ์ดีกว่า
    • ค่อนข้างน่าสนใจ แต่ก็สงสัยเหมือนกันว่าจะทำให้ตรงกับ สภาพอากาศจริง แทน “ท้องฟ้าสีฟ้าไร้ขอบเขต” ได้ไหม
      บ้านผมด้านหนึ่งมีช่องรับแสงจริงอยู่แล้ว เลยอยากติดแบบนี้อีกฝั่ง แต่ถ้าท้องฟ้าแจ่มใสกับท้องฟ้าครึ้มปนกันคงดูแปลก ๆ

  • สิ่งที่ผมรู้สึกว่าเป็นปัญหาในชุดนี้คือ เหมือนไฟ LED ประสิทธิภาพสูงส่วนใหญ่ มันขาด ความยาวคลื่นสีแดง
    แสงอาทิตย์จริงมีพลังงานมากพอสมควรแถว ๆ 700nm ซึ่งเป็นปลายแดงมากของแสงที่ตามองเห็น และยังมีอินฟราเรดค่อนข้างมากด้วย โคมแบบนี้มีพีกสเปกตรัมสองจุด คือพีกสีน้ำเงินแคบ ๆ แถว 450nm กับพีกสีเขียวกว้าง ๆ ศูนย์กลางที่ 580nm และพีกสีเขียวนั้นตกลงอย่างรวดเร็วจนแทบไม่มีพลังงานที่ปลายสีแดง เซลล์รูปกรวยในตามีความไวเป็นพีกสามแบบ คือ S สีน้ำเงิน, M สีเขียว และ L สีเหลือง สมองรับรู้สีแดงผ่านเซลล์รูปกรวย L แต่เซลล์รูปกรวย L ไม่ค่อยไวต่อสีแดงลึกอย่าง 700nm ดังนั้นแม้เราจะคิดว่าโคม LED ให้สีแดง แต่มันไม่ได้ปล่อยพลังงานสีแดงจริง ๆ ออกมามากนัก เพียงกระตุ้นเซลล์รูปกรวย L เท่านั้น ร่างกายเรามีความไวต่อแสงแดงลึก และไซโตโครมในไมโทคอนเดรียก็มีการตอบสนอง มีการทดลองที่ฉายแสงแดงลงบนผิวแล้วการเผาผลาญน้ำตาลดีขึ้นด้วย ซึ่งก็สมเหตุสมผลเมื่อคิดว่าเราเป็นลิงไร้ขนที่วิวัฒนาการใต้แสงอาทิตย์ที่อุดมด้วยแสงแดง ดังนั้นแม้โคมเหล่านี้อาจดูเหมือนแสงอาทิตย์ แต่ก็ขาดบางความยาวคลื่นที่สำคัญไป

    • เป็นประเด็นที่ดี แต่ โปรเจกต์ DIY แบบนี้ถูกจำกัดด้วย LED ที่มีขายทั่วไป จึงทำอะไรได้ไม่มากนัก ถ้าทำหลอดที่มีทั้งค่าการแสดงสีสูงและอินฟราเรดได้ก็คงดี และเพราะมีหลอดอินฟราเรดอยู่จริง จึงน่าจะใช้ให้ความร้อนได้ด้วย
    • สิ่งที่ต้องการนั้นขัดกับ ประสิทธิภาพพลังงาน และนั่นคือเหตุผลที่มันกำลังถูกทำให้ผิดกฎหมาย https://blog.medcram.com/uncategorized/new-department-of-ene...
    • ตรงที่บอกว่า “พีกที่สองเป็นสีเขียวศูนย์กลางที่ 580nm และตกลงอย่างรวดเร็วจนแทบไม่มีพลังงานที่ปลายสีแดง” นั้น ไม่ตรงกับรูป 1h ใน datasheet ของ LED ที่ผู้เขียนใช้ https://otmm.lumileds.com/adaptivemedia/832eef99dd3139f98fa9...
      พีกที่สองอยู่ใกล้ 650nm และแม้จะลดลงค่อนข้างเร็ว แต่ที่ 700nm ก็ยังมีพลังงานอยู่พอสมควร สรุปคือดีกว่า LED สีขาวแย่ ๆ ที่มักนึกถึงกันมาก
    • ใช่เลย นั่นก็เป็นข้อสรุปแรกของผมเหมือนกัน ถ้าไม่มี อินฟราเรดใกล้ ก็เรียกว่าดวงอาทิตย์ได้ยาก
    • LED ที่เลียนแบบสเปกตรัมแสงธรรมชาติได้ใกล้เคียงกว่านี้ก็หาได้ แต่โดยทั่วไปเป็นสินค้าพิเศษ และมักทำแบรนด์แยกอย่าง “sun-like” ตัวอย่างอยู่ที่นี่ https://www.greesled.com/wp-content/uploads/2024/11/ab24a411...
      เมื่อเทียบกันแล้ว LED ที่ต้นฉบับเลือกมีสเปกตรัมการกระจายพลังงานค่อนข้างไม่ดี อุณหภูมิสีก็ 4000K ซึ่งต่ำเกินไปสำหรับการเลียนแบบแสงกลางวันที่ประมาณ 5500K ในเชิงศิลป์ถือว่าใช้ได้ แต่ดูไม่น่าจะช่วยเรื่องโรคซึมเศร้าตามฤดูกาลได้

  • พอเห็นคำว่า “แสงอาทิตย์เทียม” ก็หวังว่าจะได้ดู สเปกตรัมเชิงสเปกตรัม ของโซลูชันแสงนี้ แต่มีแค่ “CRI 95+” เลยรู้สึกเสียดาย
    https://www.youtube.com/watch?v=lH_owRxupC0
    วิดีโอนี้อธิบายข้อจำกัดของ CRI ได้ดี และลงรายละเอียดเรื่อง CRI, extended CRI, TLCI, TM-30, SSI ความสว่างและอุณหภูมิสีเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของแสงเท่านั้น อยากให้คนจำนวนมากขึ้นเห็นประโยชน์ของการวัดสเปกตรัมด้วยตัวเองเพื่อหาแสงที่เหมาะกับตนเอง เพื่อน ๆ มีการกระจายสเปกตรัมที่ชอบหรือไม่ชอบแตกต่างกันมาก แต่ขาดทั้งภาษาและประสบการณ์ในการระบุหรือถ่ายทอดรสนิยม นอกเหนือจากการพูดว่า “หลอดนี้ดี/ไม่ดี” ผมใช้หลอด LED เป็นหลักเพื่อลดความร้อน เพราะที่ Houston ต้องจ่ายค่าใช้จ่ายสองรอบ คือรอบหนึ่งตอนสร้างความร้อน และอีกรอบตอนกำจัดมันด้วยแอร์ ถึงอย่างนั้นก็ยังผสมหลอดไส้หรือฮาโลเจน 2400~3000K เข้าไปเล็กน้อย เพื่อเติมเต็ม การแผ่รังสีวัตถุดำแบบเต็มสเปกตรัม ให้มองเห็นสีสันต่าง ๆ ของโลกได้ครบ

    • อยากรู้วิธีทำ การวัดสเปกตรัม ที่บ้านด้วยงบต่ำกว่า 1,000 ยูโร ใน datasheet มักมีแค่ CRI และอยากรู้ด้วยว่าควรเลือกซัพพลายเออร์ผู้ผลิต LED อย่างไร
    • LED บางตัว โดยเฉพาะ LED แสงขาวอุ่น ให้ ความรู้สึกประดิษฐ์ ที่อธิบายเป็นคำพูดยาก รู้สึกเหมือนสภาพแวดล้อมรอบตัวถูกสร้างขึ้นมาอย่างใดอย่างหนึ่ง ไอเดียการผสมใช้กับแหล่งกำเนิดแสงอื่นน่าสนใจ เลยคิดว่าจะลองดู
    • คนส่วนใหญ่แยกความต่างระหว่างแสงอุ่นกับแสงเย็นได้เป็นอย่างน้อย ซึ่งก็ช่วยได้มาก แต่ส่วนที่เหลือเห็นด้วย พออ่านเรื่องนี้แล้วก็เริ่มตระหนักว่า แทบไม่มีคำศัพท์ สำหรับเขียนถึงหัวข้อนี้เลย เป็นประสบการณ์ที่ค่อนข้างแปลก
    • ที่นี่คือออสเตรเลีย หลอดไส้ ถูกห้ามใช้มาตั้งแต่หลายปีก่อนแล้ว แม้แต่หลอดคอมแพกต์ฟลูออเรสเซนต์ก็หายไปแล้ว

  • เจ๋งจริง ๆ กำลังทำโคมไฟที่ให้ระดับความสว่างเหมือนแสงกลางวันภายในอาคารอยู่ ไม่มี Rayleigh scattering หรือแสงคอลลิเมต แต่ในด้านความสว่างไม่ใช่ราว 4,500 ลูเมน แต่เป็น 50,000 ลูเมน https://getbrighter.com/

    • ดีใจที่ตัวเลือกไฟส่องสว่างในอาคารคุณภาพสูงมีเพิ่มขึ้น อยากรู้ว่าเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์นี้แล้วเป็นอย่างไร https://getchroma.co/products/skylight เคยใช้ผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ของทางนั้นอยู่สองสามชิ้น และโดยรวมพอใจ แต่ราคาค่อนข้างสูง
    • เคยมีโอกาสได้เห็นของจริง และก่อนจะได้เห็นก็ไม่เชื่อว่า แสงกลางวันในอาคาร จะเป็นไปได้
    • 500 วัตต์ เลยเหรอ เปิดอันนี้แล้วคงไม่ต้องใช้ฮีตเตอร์เพิ่มแล้ว เคยมีโคมไฟ LED matrix 10,000 ลูเมน ถ้านั่งอยู่ใต้ไฟนั้นนาน ๆ จังหวะธรรมชาติของร่างกายจะรวนไปหมด รู้สึกเหมือนเป็นเวลาเช้าตรู่ตลอดเวลา
    • นี่แหละผลิตภัณฑ์ที่ผมต้องการ ถ้าปรับอุณหภูมิสีอัตโนมัติตลอดทั้งวันได้ ผมอยากเปลี่ยนหลอด Hue ในบ้านทั้งหมดเป็นตัวนี้เลย อยากรู้ว่าทำได้ไหม
    • เจ๋งดี ทำให้นึกถึง ไฟ LED ปลูกต้นไม้ สำหรับปลูกพืช ซื้อแผงที่มี LED หลายร้อยดวงได้ในราคาราว 200 ดอลลาร์

  • เจ๋งก็จริง แต่ ฟิล์มเพิ่มความสว่าง หาซื้อใน AliExpress ได้ถูกมาก https://www.aliexpress.com/i/2255799825024246.html
    ฟิล์มเพิ่มความสว่างเป็นฟิล์มออปติคัลใส โครงสร้าง 3 ชั้น ด้านล่างซึ่งเป็นผิวรับแสงเข้าควรมี haze ในระดับหนึ่งจากการเคลือบด้านหลัง ตรงกลางเป็นชั้นฐาน PET ใส และด้านบนเป็นโครงสร้างไมโครปริซึม ชั้นไมโครปริซึมควบคุมการกระจายความเข้มแสงผ่านการหักเห การสะท้อนกลับหมด และการรวมแสง ขณะที่แสงผ่านโครงสร้างไมโครปริซึมบนผิวหน้า รวบรวมแสงที่กระเจิงจากแหล่งกำเนิดไปทางด้านหน้า และปล่อยให้แสงที่ไม่ถูกใช้ซึ่งอยู่นอกมุมมองผ่านไปด้วย ดังนั้นจึงคล้ายกับการออกแบบนี้ แต่ร่องมีขนาดเล็กมาก

  • DIY Perks ก็เคยพยายามทำ แสงอาทิตย์เทียม ที่บ้าน และเน้นองค์ประกอบอย่าง Rayleigh scattering เป็นวิดีโอที่ดูดี
    https://www.youtube.com/watch?v=6bqBsHSwPgw
    พออ่านบทความแล้วพบว่าต้นฉบับก็พูดถึง DIY Perks โดยตรงเช่นกัน การออกแบบในต้นฉบับมีขนาดเล็กกว่ามาก “ขนาดรวมคือ 19cm x 19cm x 9cm ซึ่งถือว่าค่อนข้างเล็กเมื่อคำนึงถึงระยะโฟกัส 5cm และพื้นที่ส่องสว่างที่ใช้งานได้ 18cm x 18cm การออกแบบแบบสะท้อนของวิดีโอ DIYPerks หรือผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์อย่าง CoeLux ไม่สามารถทำฟอร์มแฟกเตอร์แบบนี้ได้”

    • ถ้าต้องการเวอร์ชันที่หยาบกว่าแต่ถูกกว่า ก็มีเวอร์ชันราว 50 ดอลลาร์ https://worstplans.com/2021/05/10/led-artificial-skylight-fo...
      ใช้ถังขยะ หลอด LED ที่สว่างมาก และแว่นขยายหนังสือพลาสติก เคล็ดลับหลักคือสามารถหา เลนส์ Fresnel พลาสติกแบนขนาดเท่านิตยสารขนาดใหญ่ได้ในราว 10 ดอลลาร์ โซลูชันในต้นฉบับดีกว่าอย่างชัดเจน แต่ก็สามารถทำแบบถูก ๆ ได้โดยไม่ต้องใช้การพิมพ์ 3D หรือแทบไม่ต้องใช้ทักษะอะไรเลย

  • จากส่วนที่ว่า “ปัญหาความร้อนหลักเมื่อขยายขนาดน่าจะไม่ใช่ตัวโคมไฟ แต่เป็น การระบายความร้อนของแหล่งจ่ายไฟ” ถ้าจะทำอุปกรณ์นี้ให้ใหญ่ขึ้น ผมน่าจะพิจารณาใช้แหล่งจ่ายไฟ ATX
    มันค่อนข้างใหญ่ และปกติมีพัดลมระบายความร้อนในตัว จ่ายไฟที่ 12V ได้หลายร้อยวัตต์สบาย ๆ หลายรุ่นมีสวิตช์เปิด/ปิดด้านหลังด้วย ราคาค่อนข้างถูก และหาได้ทั่วไปตราบใดที่ไม่ได้เกิน 500W ไปมาก โดยทั่วไปแค่ต่อสาย PS_ON ลงกราวด์ ก็จะเปิดเมื่อมีไฟเข้า

    • ต่อขนานกันเพื่อให้ได้วัตต์มากขึ้นได้ไหม

  • มีสิ่งที่ทำซ้ำแสงอาทิตย์ได้ค่อนข้างดีอยู่แล้ว นั่นคือ Philips CDM เคยใช้ตอนปลูกกัญชา และได้พุ่มที่ดกที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา ดอกก็ 10/10
    เลิกผลิตไปพักหนึ่ง แต่ดีใจที่ดูเหมือนจะกลับมาผลิตอีกครั้ง
    https://www.futuregarden.co.uk/philips-ceramic-discharge-met...
    ถ้าการกินไฟไม่ใช่ปัญหา ผมจะเลือกหลอด CDM แทนทางเลือกอื่น ๆ รวมถึง LED ทุกครั้ง “หลอด Philips daylight CDM เป็นหลอดเซรามิกเมทัลฮาไลด์ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก และให้สเปกตรัมเอาต์พุตใกล้เคียงแสงอาทิตย์ธรรมชาติ ผลคือพืชจะแตกกิ่งข้างมากขึ้น ระยะปล้องสั้นลง มีจุดออกดอกเพิ่มขึ้น และระบบรากใหญ่ขึ้น นำไปสู่การเติบโตที่แข็งแรงและผลผลิตคุณภาพสูง หลอด Philips CDM คงเอาต์พุตสูงไว้ได้ตลอดอายุการใช้งานเฉลี่ย 30,000 ชั่วโมง”

    • อยากรู้ว่า อายุการใช้งาน จริง ๆ อยู่ได้นานแค่ไหนก่อนจะต้องเปลี่ยน

  • สงสัยว่าทำไมถึงใช้ ลายวงจรเดินสาย แทนที่จะเป็นแผ่นทองแดงกว้าง ๆ ดูเหมือนว่าต่อบอร์ดจะมีสัญญาณ 7 เส้น และทั้งหมดน่าจะตั้งใจให้มีอิมพีแดนซ์ต่ำ
    น่าจะเปิดหน้าทองแดงด้านหลังบอร์ดเพื่อใช้เป็นฮีตซิงก์ชั่วคราวได้โดยไม่เพิ่มต้นทุนด้วยซ้ำ คงไม่ต้องถึงขั้นกังวลเรื่องผลของลูปในวงจร แต่ลูปสามเหลี่ยมเล็ก ๆ แปลก ๆ ที่ด้านหลังนั้นสะดุดตาพอสมควร

    • ขอบคุณสำหรับฟีดแบ็ก การออกแบบ PCB ทั้งหมดเรียนเอง และยังเป็นมือใหม่มาก ๆ เลยคงมีจุดที่ต้องปรับปรุงอีกเยอะ
      การเดินสายจริงต่อบอร์ดมีแค่สองเส้นคือ VCC กับ GND ตอนแรกวางแผนจะใช้ขาเฮดเดอร์ SMD แต่สุดท้ายไม่ได้ใช้ แค่บัดกรีสายเข้ากับแพดที่เปิดไว้ก็พอแล้ว ผมวางแผนให้มีแพดเชื่อมต่อ 8 จุดต่อ PCB แต่ในการประกอบขั้นสุดท้ายใช้แค่ 2–4 จุด ดังนั้นดีไซน์ PCB ยังมีช่องให้ปรับปรุงอีกมากจริง ๆ และถ้าจะทำเวอร์ชัน 2 ที่มีกำลังสูงขึ้น คงต้องใช้เวลากับส่วนนี้

  • อยากเห็น สเปกตรัมเชิงแสง ของ LED ถ้าจะจำลองแสงอาทิตย์ ต้องใช้ LED แบบ full spectrum เช่นตระกูล Samsung LM301 ที่นิยมในไฟปลูกพืช
    LED ไม่ได้เหมือนกันหมด และแม้แต่ LED ในไฟ “ปลูกพืช” จำนวนมากก็อาจมีเพียงยอดแหลมสองจุดที่ความยาวคลื่นสีแดงกับสีน้ำเงิน LED แบบ full spectrum จะให้สีครอบคลุมตลอดช่วงแสงที่ตามองเห็น ดูด้วยตาเปล่าไม่รู้หรอก ดังนั้นควรซื้อผลิตภัณฑ์จากผู้ผลิตที่เชื่อถือได้ หรือทำสเปกโตรมิเตอร์เชิงแสงราคาถูกเองเหมือนที่ผมเคยทำ โดยใช้ Raspberry Pi ติดกล้องขนาดเล็ก เลนส์สเปกตรัม และโค้ด Python ถ้าสนใจ น่าจะค้นเว็บเจอคู่มือได้

    • เรื่องนี้ครอบคลุมได้ระดับหนึ่งด้วยค่า CRI 95+ อนึ่ง LM301 ที่กล่าวถึงมีดัชนีความถูกต้องของสีแค่ 70 เท่านั้น อาจมีความถี่บางช่วงที่สำคัญต่อการเติบโตของพืชก็ได้ แต่ CRI 70 ไม่ได้น่าประทับใจเลย
      ถ้าจะสร้างสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ให้แม่นยำ โดยพื้นฐานต้องจำลองสเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุดำที่อุณหภูมิผิว 5500°C แล้วหักแถบการดูดกลืนของไอน้ำและก๊าซในบรรยากาศที่อยู่ระหว่างดวงอาทิตย์กับเราออก อีกทั้งสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ยังต่อเนื่องเลยช่วงแสงที่ตามองเห็นไปทั้งด้านบนและด้านล่าง อินฟราเรดทำให้รู้สึกอุ่น ส่วนอัลตราไวโอเลตทำให้ผิวแทนและไหม้ได้ ในความเป็นจริง LED เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่มีสเปกตรัมแหลมเป็นหยัก ๆ มากเมื่อเทียบกับแสงอาทิตย์ การผสม LED หลายชนิดและเพิ่มฟิลเตอร์ช่วยแก้ได้บ้าง แต่วิธีแบบนี้มักใช้กับไฟภาพยนตร์ราคาแพงมากอย่าง Arri Skypanel
    • ในเอกสารข้อมูลของ LED มีกราฟกำลังแบบ normalize ทั่วไปตามความยาวคลื่น อยู่ในรูป 1h https://otmm.lumileds.com/adaptivemedia/832eef99dd3139f98fa9...