RGB LED készítőfa: 15 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A helyi gyártótér támogatott egy fát, amelyet a Fő utcán kell megjeleníteni december hónapban (2018). Az ötletgazdálkodásunk során arra az ötletre jutottunk, hogy a hagyományos dísztárgyak helyett nevetségesen sok LED -et helyezünk a fára. Mint gyártók, akik szeretnek kicsit túlzásba vinni dolgokat, gyorsan úgy döntöttünk, hogy egy fa, amely képes animációkat játszani, nemcsak szórakoztató lesz, hanem némi zümmögést is generál.

Kutattam néhány létező megoldást, amelyek dedikált LED -vezérlőket használtak, és úgy döntöttem, hogy a közeli forrás egyszerűen nem. Találtam egy kiváló oktatóanyagot az Adafruit -tól a "FadeCandy" LED vezérlőik használatáról. Ez az ügyes kis tábla számos Burning Man fellépést mutatott be, és rengeteg jó példát tartalmaz. A fa 24 szál egyénileg címezhető RGB LED -törzsből áll, amelyeket FadeCandy táblákkal vezérelnek, és egyetlen 5V 60A tápegységről táplálnak. A Raspberry Pi animációkat szolgáltat a FadeCandy táblákhoz mikro-USB kábelek segítségével, amelyek viszont csatlakoznak az egyes LED-szálakhoz. A szálak sugárirányban vannak elrendezve, hogy kúp / fa alakot alkossanak, ahogy fent látható.

Ennek a beállításnak az a szép dolga, hogy nem korlátozódik egyetlen használatra. A LED -szálak átrendezhetők, hogy sokféle alakot alkossanak, beleértve a szokásos régi rácsot is. Reméljük, hogy újra felhasználjuk ezt a beállítást, hogy interaktív kiállítást / játékot készítsünk tavasszal a következő Mini MakerFaire -hez.

1. lépés: Alkatrészlista

• 2x - 5V WS2811 LED szálak (20 szál x 50 képpont = 1000 képpont)
• 5x - 3 tűs vízálló csatlakozók (5 csomag)
• 24x - 12MM RGB rögzítőcsíkok
• 3x - Adafruit FadeCandy LED vezérlők
• 6x - Áramelosztó blokkok
• 1x - 5V 60A (300W) Tápegység
• 1x RJ-45 lyukasztó aljzat (10 csomag)
• 2x - 22 AWG tápkábel (65 láb)
• 1x - Anderson csatlakozó készlet
• 1x - 12 AWG soros biztosítéktartó
• 3x - 2x8 Crimp csatlakozóház
• 1x - 0,1 "női préscsap (100 csomag)
• 6x - Vízálló elektromos dobozok
• 3x - 20A biztosíték
• 1x - Számítógép tápkábel
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD kártya
• 24 láb - CAT5/CAT6 kábel
• 15 láb - 12 AWG vezeték (piros és fekete)
• 6x - RJ -45 krimpelő vége
• 2x - 4x8 lap 3/4 "rétegelt lemez
• 2x - 4 'szögvas
• 200x - cipzáras nyakkendők
• ~ 144x - Vízálló illesztési csatlakozók (opcionális, de óriási időmegtakarítás)
• Forrasztó
• Hőzsugorodás
• Tömítés

2. lépés: Az elektromos rendszer áttekintése

Amint az a fenti ábrán is látható, a fa elektromos rendszere több fő komponensre osztható: vezérlődoboz, tápellátó csatlakozódobozok, adatcsatlakozódobozok és LED -szálak. A vezérlődobozban található az 5V 60A tápegység és a Raspberry Pi. A Data Junction dobozok tartalmazzák a FadeCandy LED vezérlőket. A Power csatlakozódobozok buszsávokat tartalmaznak, amelyek elosztják az áramot (5V és GND) a LED -szálakon. Minden pár csatlakozódoboz (egy adat + egy tápellátás) nyolc LED szálat vezérel. Mivel ebben a projektben 24 szál LED -et használnak, három sorozatos doboz van (összesen hat).

*Hiba van a fenti ábrán, a CAT6 kábel 0 (0-7 szál) legyen (0-3 szál) és a CAT6 kábel 1 (7-15 szál) legyen (4-7 szál).

Lépés: Csatlakoztassa a vízálló csatlakozókat

Mivel a fát kültéri használatra szánták, különös gondot fordítottak arra, hogy minden csatlakozás vízálló legyen. Azok számára, akik hasonló beltéri projektet szeretnének készíteni, a vízálló csatlakozók figyelmen kívül hagyhatók a LED -szálakhoz tartozó 3 tűs JST csatlakozók javára. Ennek a projektnek a sok munkája a vízálló csatlakozók forrasztására került a szálakra.

Beállításunkhoz levágtuk a meglévő JST csatlakozót a LED szálról, és egy 3 tűs vízálló csatlakozót rögzítettünk a helyére. Ügyelni kell arra, hogy a csatlakozót a LED -szál "bemeneti" oldalán helyezze el, az adatcsatlakozás a LED -szálakon irányított. Megállapítottuk, hogy minden LED kis nyíllal jelzi az adatok irányát. Kezdetben mindhárom vezetéket a LED szál oldalán rögzítettük forrasztással, hőzsugorodással és tömítéssel. Végül áttértünk ezekre a vízálló illesztési csatlakozókra, amelyek óriási időmegtakarításnak bizonyultak.

A táp/adat oldalon (azaz azon az oldalon, amelyhez a LED szálak csatlakoznak), 22 AWG vezetéket használtunk a tápellátáshoz/földeléshez, és CAT6 kábelt az adat/földeléshez. Minden CAT6 kábel négy csavart érpárt tartalmaz, így négy LED szálat csatlakoztathatunk egyetlen CAT6 kábelhez. A fenti ábra azt mutatja, hogy a 3 tűs LED -szál hogyan szakad ki 4 vezetékre (5V, GND, adatok). Négy vezeték három vezetékhez való csatlakoztatása zavarosnak tűnt a projekt összeállításakor. A legfontosabb elvétel az, hogy a két alap (Data + Power) kombinálva van a vízálló csatlakozónál.

Minden CAT6 kábel RJ-45 csatlakozóval volt lezárva, amely egy FadeCandy kártyához csatlakoztatott RJ-45 hüvelyházba volt csatlakoztatva. A CAT6 vezetékeket közvetlenül a FadeCandy táblákhoz forraszthatták volna, de úgy döntöttünk, hogy csatlakozókat adunk hozzá, hogy szükség esetén könnyebb legyen a javítás. Az összes vezetékünket 48 hüvelyk hosszúvá tettük, hogy rugalmasságot biztosítsunk magunknak a fa fizikai összeszerelésekor.

4. lépés: Csatlakoztassa a csatlakozókat a FadeCandy táblákhoz

Az általunk vásárolt FadeCandy táblákhoz nem tartoztak fejlécek, hanem két sornyi, 0,1 "távolságban lévő vias volt. Végül úgy döntöttünk, hogy a FadeCandys szabványos RJ-45" lyukasztó "aljzatok segítségével csatlakozik a CAT6 kábelekhez. Abban az esetben, ha ki kellett cserélnünk egy FadeCandy -t (kiderült, hogy megtettük!), minden egyes FadeCandy táblához 0,1 "-os csapokat is hozzáadtunk. Az RJ-45 lyukasztó aljzathoz csatlakoztatott nyolc vezeték mindegyikéhez női préselt csapokat rögzítettünk a 0,1 "-os fejlécekhez való csatlakozáshoz. Amellett, hogy a csapokat minden egyes vezetékhez bepréseljük, egy kis forrasztást is hozzáadtam, hogy megakadályozzam a csapokat Természetesen csak akkor fedeztem fel ezt a forrasztási "trükköt", miután a csipeszek felét, amelyeket krimpeltem, félreértettem, tanultam.

5. lépés: Helyezze be a LED -eket a távtartó szalagokba

Miután elolvastam néhány fórumbejegyzést, és megnéztem néhány videót másoktól, akik hasonló „fákat” készítettek, a műanyag távtartók használata visszatérő elemnek tűnt. A csíkok lehetővé teszik a LED -ek távolságának beállítását az egyéni igényeknek megfelelően, és lehetővé teszik a LED -szálak megfeszítését a felső és az alsó fagyűrű között. A LED méretének meg kell egyeznie a távtartó lyukak méretével (esetünkben 12 mm), hogy minden egyes LED szorosan illeszkedjen a távtartók lyukaiba. Úgy döntöttünk, hogy a LED-eink cikcakkosak, úgy, hogy 24 szál LED 48 oszlopot képez a fa körül.

Hibát követtünk el ezen a ponton, ami arra kényszerített minket, hogy további "lyukakat" hozzunk létre a LED -ek számára. A csíkokat félbevágtuk, hogy 48 hosszú távtartónk legyen. Amit felfedeztünk, az volt, hogy minden nyolclábú távtartó 96 lyukat tartalmaz (minden centiméterenként egyet), és egy lyukon félbevágva azt jelenti, hogy LED szálonként négy lyuk van. Vegye figyelembe a hibánkat, és számolja el ezt előre! Végül lézerrel vágunk néhány "kiterjesztést" a hiányzó lyukak hozzáadásához.

A bővítőkonzolok lézeres kivágásához használt vektoros fájl az alábbiakban található ("TreeLightBracket.eps")

6. lépés: Szerelje össze az elektromos csatlakozódobozokat

A három áramelosztó dobozban egy -egy buszsáv található. Az első oszlop 5 V -ot, a másik pedig GND -t oszt. Mivel a fánkat a szabadban mutatták be, úgy döntöttünk, hogy vízálló elektromos dobozokat használunk a buszrácsok elhelyezésére. Mindegyik rudat a helyükre rögzítettük forró ragasztóval, és minden rúd és a tok között egy manila mappa törmelékét helyeztük el, hogy megakadályozzuk a rövidzárlatot. Minden tápcsatlakozó doboz nyolc LED -szálhoz csatlakozik a korábban leírt 22 AWG vezetékkel. Mindegyik doboz 12 AWG vezetékkel csatlakozik a fő tápegységhez, és "Anderson" csatlakozóval rendelkezik a könnyebb szállítás érdekében.

7. lépés: Az adatcsatlakozók összeállítása

Ugyanazokat a dobozokat használva, mint az áramellátó dobozokkal, három "adat" elosztódobozt készítettünk, amelyek mindegyikében egyetlen FadeCandy kártya található. A Raspberry Pi mikro USB-kábelei a dobozban található FadeCandy táblákhoz csatlakoznak, a CAT6 kábelek pedig az RJ-45 aljzatokhoz is. Mivel a FadeCandy táblák nem rendelkeznek nagy rögzítési lyukakkal, minden lapot cipzárral kötünk egy rétegelt lemezre. Ez a rétegelt lemez szigetelőként is funkcionált, hogy megakadályozza a tábla rövidzárlatát az elektromos doboz ellen.

8. lépés: Vezetékes tápegység

A megrendelt tápegység 5V 60A szörnyetege biztosítja az egész projekt áramellátását. Mindhárom tápcsatlakozó doboz 12 AWG vezetékkel csatlakozik ehhez a tápegységhez. Minden csatlakozódoboz saját pár Anderson csatlakozóval és 20A -es biztosítékkal rendelkezik a rövidzárlatok elkülönítésére. A Raspberry Pi is kap áramot ebből a tápegységből, amit úgy értem el, hogy elvágtam egy USB -kábelt, és a táp/földelő vezetékeket a tápegység csatlakozóihoz csatlakoztattam. Mivel ezek a vezetékek meglehetősen kicsik voltak, néhány cipzárat is hozzáadtam, hogy némi húzást csökkentsek ezeken a kapcsolatokon. A tápegységhez nem tartozék hálózati aljzat, ezért levágtam egy szabványos számítógép/monitor tápkábelt, és a csavaros csatlakozókhoz csatlakoztattam. Legyen különösen óvatos a színpadon, és háromszor ellenőrizze munkáját! Ezt az Adafruit projektet rendkívül hasznosnak találtam az áramellátás csatlakoztatásának megértésében.

9. lépés: A Raspberry Pi beállítása

Felállítottam egy microSD kártyát a Raspbian operációs rendszerrel, és beállítottam egy FadeCandy szervert az itt található utasítások alapján:

learn.adafruit.com/1500-neopixel-led-curta…

learn.adafruit.com/1500-neopixel-led-curta…

Azt tapasztaltam, hogy az OpenPixelControl lerakatban rengeteg példa található a FadeCandy szerverrel való interfészhez. Végül egy Python -szkriptet írtam, hogy animációkat hurkoljak a fán, amikor a Pi elindult. A videókat a célfelbontásunk szerint tölti be, képkockánként lépteti át a videót, és minden képkockához FadeCandy vezérlőtömböt küld. A FadeCandy konfigurációs fájl lehetővé teszi több tábla összekapcsolását, mintha egyetlen kártya lenne, és nagyon tiszta felületet biztosít. A fát vezérlő python -szkript úgy van beállítva, hogy fájlokat töltsön be egy adott mappából. Így az animációk beállítása olyan egyszerű, mint a videofájlok hozzáadása/eltávolítása az adott mappából.

A fa tesztelése során sikerült megrongálnom egy microSD kártyát. Ezt annak tulajdonítom, hogy a Pi -ből áramot szüntettem meg anélkül, hogy megfelelő leállást végeznék. A jövőbeni események elkerülése érdekében hozzáadtam egy nyomógombot, és úgy konfiguráltam, hogy biztonságosan kikapcsolja a Pi -t. Biztonsági mentést is készítettem az utolsó microSD kártyáról, minden esetre.

Mielőtt megkapta volna az összes fa alkatrészét, elágaztam az OpenPixelControl git hub tárházát, és felfedeztem egy ügyes LED szimulátort. Valójában ezzel a programmal teszteltem a fent említett animációs szkript nagy részét. A szimulátor konfigurációs fájlt vesz, amely jelzi az egyes LED -ek fizikai elhelyezését a térben (gondoljunk X, Y, Z), és ugyanazt a felületet használja, mint a FadeCandy szerverprogram.

10. lépés: Készítsen animációkat

A korábban linkelt Python -szkript bármilyen videó formátumot képes lejátszani a fán, amennyiben a felbontás 96x50. A fa felbontása 48x25, azonban a videók alacsonyabb felbontásra konvertálásához használt eszköz (kézifék) minimális pixelkorlátja 32 pixel volt. Ezért egyszerűen megdupláztam a fa tényleges felbontását, majd mintát vettem minden más pixelből a Python szkriptemben.

A legtöbb animáció során-g.webp

Az OpenPixelControl interfész használatával programozottan is létrehozhat mintákat. A kezdeti tesztelés során eléggé használtam a "raver_plaid.py" python szkriptet.

A fánkhoz használt animációk a "makerTreeAnimations.zip" alatt találhatók.

11. lépés: Elektromos rendszer tesztelése

Az összes főbb elektromos/szoftveres komponens csatlakoztatva volt, ideje mindent kipróbálni. Egy egyszerű fakeretet építettem a LED -szálak megfeszítésére, ami nagyon hasznosnak bizonyult annak azonosításában, hogy vannak -e szálak, amelyek nem működnek (több is volt). A fenti videók az OpenPixelControl konzervdemóját és az egyéni videolejátszó Python szkriptemet mutatják, amely Mario animációt futtat.

12. lépés: A keret létrehozása

Az összes LED szálat egy prototípus kerethez rögzítettük, amelyet PVC és pex csövekből építünk. A cipzárakat lazán hagytuk, hogy szükség esetén áthelyezhessük őket. Ez nagyszerű döntésnek bizonyult, mivel úgy döntöttünk, hogy a függőleges PVC túlságosan összetörte a LED -rácsot, és inkább CNC -s kialakításra váltott. A végső kialakítás alapvetően egy felső és egy alsó hurokból áll. Az alsó hurok a fa tövére van felszerelve, és nagyobb átmérővel rendelkezik, mint a felső hurok, ami (nem meglepő), a fa tetejére van felszerelve. A LED -szálak a felső és az alsó hurok között húzódnak, és így alakítják ki a kúp (vagy "fa") alakját.

Mindkét hurkot 3/4 "rétegelt lemezből vágták ki egy CNC útválasztón, a hurkok vektorfájlja alább található (" TreeMountingPlates.eps "). A felső és az alsó hurok két félkör alakú darabból áll, amelyek teljes A két darabból álló kialakítás lehetővé tette, hogy a két felét könnyedén rögzíthessük a fa körül anélkül, hogy károsítanánk az ágakat. Helyi CNC -gurunk kellemes hangulatot kölcsönzött azáltal, hogy a felső és az alsó keret hurkait hópelyhekké tette. Egy kis fehér festék és néhány csillogást is hozzáadtak a keret feldobásához.

13. lépés: Alsó tárcsa / rögzítő elektronika felépítése

Kivágunk két félkört egy másik rétegelt lemezből, amelynek átmérője megegyezik a korábban leírt alsó hurokkal, hogy az elektronikát (vezérlődobozt, csatlakozódobozokat) az alsó hurok alá szerelhessük. A felső és alsó hurokhoz hasonlóan két darabból készült, majd a középvonal mentén összekötve egy teljes kört alkot. A korongot zöldre festették, hogy könnyebben beleolvadjon és lezárja az esőtől. Az összes elektronikai dobozt a lemez alsó oldalára szereltük fel, így a lemez egyfajta esernyőt képezett az elektromos alkatrészekre. A túlzott huzalhosszakat becsomagolták és cipzárral kötötték erre a lemezre a tiszta megjelenés érdekében.

14. lépés: A keret rögzítése a fához

Amikor a felső és az alsó kerethurok megszáradtak, több hosszú szögvasat hajtottunk le a fa edényébe, hogy segítsünk stabilizálni a törzset. A szögvasaló rögzítési pontokat is biztosított a felső és az alsó kerethurokhoz, anélkül, hogy megterhelné a fizikai fát. Mivel a LED hurkok a felső hurokhoz vannak rögzítve, egy kötéldarabbal felfüggesztettük a felső gyűrű szerelvényt a mennyezetről. Azt találtuk, hogy könnyebb lassan leengedni a gyűrűt a fára, ahelyett, hogy kézzel próbálnánk a helyén tartani. Miután a felső gyűrű a helyén volt a szögvasalón, rögzítettük az alsó gyűrűt a fához, és a cipzár szorosan összekapcsolta a LED -szálakat az alsó hurokkal is. Az alsó (zöld) tárcsát közvetlenül az alsó hurok alá szerelték fel, az összes elektronikával együtt.

15. lépés: Szállítás (nem kötelező)

Most dőljön hátra, és élvezze munkánk gyümölcsét! A fánk december (2018) egész hónapjában ki lesz állítva North Little Rockban. Már azon gondolkodom, hogyan tehetjük a kijelzőt interaktívvá a tavaszi mini MakerFaire -hez.

Van kérdés? Kérdezd meg kommentben!

Második helyezett a Make it Glow versenyen 2018