RGB LED veidotāja koks: 15 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Mūsu vietējā ražotāja sponsorēja koku, kas tiks parādīts Galvenajā ielā decembra mēnesī (2018). Prāta vētras laikā mēs izdomājām ideju tradicionālā ornamenta vietā uz koka uzlikt smieklīgu daudzumu gaismas diodes. Būdami veidotāji, kuriem patīk kaut ko darīt pārāk ātri, mēs ātri nolēmām, ka koks, kas spēj atskaņot animācijas, būtu ne tikai jautri, bet arī radītu kādu buzz.

Es izpētīju dažus esošos risinājumus, kuros tika izmantoti īpaši LED kontrolieri, un nolēmu, ka tuvs avots vienkārši nedarīs. Es satiku lielisku Adafruit apmācību par to, kā izmantot viņu "FadeCandy" LED kontrolierus. Šī glītā mazā tāfele ir parādījusies vairākkārt Burning Man, un tajā ir daudz labu piemēru, no kuriem strādāt. Koks sastāv no 24 atsevišķiem adresējamiem RGB LED celmiem, kas tiek kontrolēti, izmantojot FadeCandy dēļus un ko darbina viens 5V 60A barošanas avots. Aveņu Pi nodrošina animācijas FadeCandy dēļiem, izmantojot mikro-USB kabeļus, kas savukārt savienojas ar atsevišķiem LED pavedieniem. Virzieni ir izvietoti radiāli, veidojot konusa / koka formu, kā redzams iepriekš.

Šī iestatījuma skaistā lieta ir tā, ka tā neaprobežojas tikai ar vienu lietošanu. LED šķiedras var pārkārtot, veidojot daudzas formas, ieskaitot parastu veco režģi. Mēs ceram atkārtoti izmantot šo iestatījumu, lai pavasarī izveidotu interaktīvu eksponātu / spēli mūsu nākamajam Mini MakerFaire.

1. darbība: detaļu saraksts

• 2x - 5V WS2811 LED šķiedras (20 šķipsnas x 50 pikseļi = 1000 pikseļi)
• 5x - 3 kontaktu ūdensnecaurlaidīgi savienotāji (5 iepakojumi)
• 24x - 12MM RGB stiprinājuma sloksnes
• 3x - Adafruit FadeCandy LED kontrolieri
• 6x - strāvas sadales bloki
• 1x - 5V 60A (300W) Barošanas avots
• 1x- RJ-45 perforējamās kontaktligzdas (10 iepakojumi)
• 2x - 22 AWG barošanas vads (65 pēdas)
• 1x - Andersona savienotāju komplekts
• 1x - 12 AWG inline drošinātāju turētāji
• 3x - 2x8 gofrētā savienotāja korpuss
• 1x - 0,1 "sieviešu gofrēšanas tapas (100 iepakojumi)
• 6x - ūdensnecaurlaidīgas elektriskās kastes
• 3x - 20A drošinātājs
• 1x - datora barošanas kabelis
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD karte
• 24 pēdas - CAT5/CAT6 kabelis
• 15 pēdas - 12 AWG vads (sarkans un melns)
• 6x - RJ -45 gofrēšanas gali
• 2x - 4x8 loksnes 3/4 collu saplāksnis
• 2x - 4 'leņķa gludeklis
• 200x - rāvējslēdzēji
• ~ 144x - ūdensnecaurlaidīgi savienojuma savienotāji (pēc izvēles, bet milzīgs laika ietaupījums)
• Lodēt
• Karstums
• Blīvēšana

2. darbība. Elektrisko sistēmu pārskats

Kā redzams iepriekš redzamajā diagrammā, koka elektrisko sistēmu var iedalīt vairākās galvenajās sastāvdaļās: vadības kārba, barošanas sadales kārbas, datu sadales kārbas un LED šķiedras. Vadības kārbā ir 5V 60A barošanas avots un Raspberry Pi. Datu savienojuma kastēs ir FadeCandy LED kontrolieri. Jaudas sadales kārbās ir kopņu stieņi, lai sadalītu jaudu (5V un GND) gaismas diodēm. Katrs sadales kārbu pāris (viens dati + viena jauda) kontrolē astoņas gaismas diodes. Tā kā šajā projektā tiek izmantotas 24 gaismas diodes, ir trīs sadales kārbu komplekti (kopā seši).

*Iepriekš parādītajā diagrammā ir kļūda, CAT6 kabelim 0 (0-7. Daļa) jābūt (0-3. Virzienam) un CAT6 kabelim 1 (7.

3. solis: pievienojiet ūdensnecaurlaidīgus savienotājus

Tā kā koks bija paredzēts izmantošanai ārpus telpām, tika īpaši rūpēts, lai visi savienojumi būtu ūdensizturīgi. Tiem, kas vēlas izveidot līdzīgu iekštelpu projektu, ūdensnecaurlaidīgos savienotājus var ignorēt par labu 3 kontaktu JST savienotājiem, kas ir komplektā ar LED pavedieniem. Šajā projektā tika ieguldīts liels darbs, lai lodētu ūdensizturīgos savienotājus pie dzīslām.

Mūsu uzstādīšanai mēs nogriezām esošo JST savienotāju no LED šķiedras un savā vietā pievienojām 3 kontaktu ūdensnecaurlaidīgu savienotāju. Jāuzmanās, lai pievienotu savienotāju LED šķiedras "ieejas" pusē, datu savienojums uz LED pavedieniem ir virziena virziens. Mēs atklājām, ka katrai gaismas diodei bija maza bultiņa, kas norāda datu virzienu. Sākumā mēs pievienojām katru no trim vadiem gaismas diodes pusē, izmantojot tehniku, kas ietver lodēšanu, termisko saraušanos un blīvēšanu. Galu galā mēs pārgājām izmantot šos ūdensnecaurlaidīgos savienojuma savienotājus, kas izrādījās milzīgs laika ietaupījums.

Strāvas/datu pusē (ti, pusē, ar kuru savienojas gaismas diodes), mēs izmantojām 22 AWG vadu barošanai/zemei un CAT6 kabeli datiem/zemei. Katrs CAT6 kabelis satur četrus savītus pārus, tāpēc mēs varētu savienot četrus LED pavedienus ar vienu CAT6 kabeli. Iepriekš redzamā diagramma parāda, kā 3 kontaktu gaismas diode sadalās 4 vados (5V, GND, dati). Saliekot šo projektu, šķita, ka četru vadu savienošana ar trim vadiem radīja neskaidrības. Galvenais risinājums ir tas, ka abi pamati (dati un jauda) ir apvienoti ūdensnecaurlaidīgajā savienotājā.

Katrs CAT6 kabelis tika pārtraukts ar RJ-45 savienotāju, kas pievienots RJ-45 sieviešu korpusam, kas savienots ar FadeCandy plati. CAT6 vadus varēja pielodēt tieši pie FadeCandy plāksnēm, taču mēs izvēlējāmies pievienot savienotājus, lai vajadzības gadījumā atvieglotu remontu. Mēs visu elektroinstalāciju izgatavojām 48 collas garu, lai dotu sev elastību, fiziski saliekot koku.

4. darbība. Pievienojiet savienotājus FadeCandy dēļiem

FadeCandy dēļiem, kurus mēs iegādājāmies, nebija pievienotas galvenes, drīzāk bija divas rindas ar 0,1 collu atstarpi. Galu galā mēs nolēmām, ka FadeCandys pieslēgsies CAT6 kabeļiem, izmantojot standarta RJ-45 "caururbšanas" ligzdas. gadījumā, kad mums vajadzēja nomainīt FadeCandy (izrādījās, ka mēs to izdarījām!), mēs arī pievienojām 0,1 collu tapas katrai FadeCandy tāfelei. Mēs pievienojām sieviešu gofrēšanas tapas katram no astoņiem vadiem, kas piestiprināti pie RJ-45 perforatora kontaktligzdas, lai izveidotu savienojumu ar 0,1 collu uzgaļiem. Papildus tapas gofrēšanai katrā vadā, es pievienoju arī nedaudz lodēšanas, lai novērstu tapas Protams, es atklāju šo lodēšanas "triku" tikai pēc tam, kad puse no gofrētajām tapām man neizdevās, gūta mācība.

5. darbība: ievietojiet gaismas diodes starplikas sloksnēs

Izlasot dažus foruma ierakstus un noskatoties dažus videoklipus no citiem cilvēkiem, kas veidojuši līdzīgus “kokus”, šķita, ka plastmasas starplikas tiek izmantotas atkārtoti. Sloksnes ļauj noregulēt gaismas diodes atstarpes, lai tās atbilstu individuālajām vajadzībām, un ļauj saspiest gaismas diodes starp augšējiem un apakšējiem koku gredzeniem. Gaismas diodes izmēram jāatbilst starpliku caurumu izmēriem (mūsu gadījumā 12 mm), lai katrs atsevišķais gaismas diodes cieši iekļautos starplikas caurumos. Mēs nolēmām, ka mūsu gaismas diodes ir līklocveida, tā ka 24 gaismas diodes veido 48 kolonnas ap koku.

Šajā brīdī mēs pieļāvām kļūdu, kas lika mums radīt papildu “caurumus” gaismas diodēm. Mēs pārgriezām sloksnes uz pusēm, lai mums būtu 48 starpliku garumi. Mēs atklājām, ka katrā astoņu pēdu starplikā bija 96 caurumi (viens katrā collā), un, pārgriežot tos uz pusēm caurumā, mums bija četri caurumi uz vienu LED pavedienu. Ievērojiet mūsu kļūdu un ņemiet to vērā pirms laika! Galu galā mēs ar lāzeru sagriežam dažus "pagarinājumus", lai pievienotu trūkstošos caurumus.

Tālāk ir pievienots vektora fails, ko izmanto pagarinājuma kronšteinu griešanai ar lāzeru ("TreeLightBracket.eps")

6. darbība: samontējiet barošanas sadales kārbas

Katrā no trim elektroenerģijas sadales kārbām ir pāris autobusu stieņu. Pirmā josla izplata 5V, bet otra - GND. Tā kā mūsu koks tika parādīts ārā, mēs izvēlējāmies izmantot ūdensnecaurlaidīgas elektriskās kastes, lai izvietotu autobusu stieņus. Mēs piestiprinājām katru stieni vietā, izmantojot karstu līmi, un starp katru stieni un korpusu pievienojām Manilas mapes atgriezumus, lai novērstu šortus. Katra strāvas sadales kārba savienojas ar astoņām gaismas diodēm, izmantojot iepriekš aprakstīto 22 AWG vadu. Katra kaste tiek pievienota galvenajam barošanas avotam, izmantojot 12 AWG vadu, un tai ir "Anderson" savienotājs, kas atvieglo transportēšanu.

7. darbība: salieciet datu sadales kārbas

Izmantojot tādas pašas kastes kā strāvas sadales kārbās, mēs izveidojām trīs "datu" sadales kārbas, kurās katrā bija viena FadeCandy plate. Mikro USB kabeļi no Raspberry Pi tiek savienoti ar FadeCandy plāksnēm šīs kastes iekšpusē, un CAT6 kabeļi tiek savienoti arī ar RJ-45 sieviešu ligzdām. Tā kā FadeCandy dēļiem nav lielu montāžas atveru, mēs katru plāksni ar rāvējslēdzēju piestiprinām pie saplākšņa lūžņiem. Šis saplāksnis darbojās arī kā izolators, lai novērstu dēļa īssavienojumu pret elektrisko kārbu.

8. solis: vadu barošanas avots

Mūsu pasūtītais barošanas bloka 5V 60A monstrs nodrošina enerģiju visam projektam. Katra no trim strāvas sadales kārbām ir savienota ar šo galveno barošanu ar 12 AWG vadu. Katrai sadales kārbai ir savs Andersona savienotāju pāris un iebūvēts 20A drošinātājs, lai izolētu visus šortus. Raspberry Pi saņem strāvu arī no šī barošanas avota, ko es paveicu, pārgriežot USB kabeli un pievienojot strāvas/zemes vadus barošanas avota spailēm. Tā kā šie vadi bija diezgan mazi, es pievienoju arī pāris rāvējslēdzējus, lai šiem savienojumiem pievienotu nedaudz spriedzes. Barošanas avotam nebija maiņstrāvas kontaktdakšas, tāpēc es pārgriezu standarta datora/monitora strāvas kabeli un pievienoju to pieskrūvējamajiem spailēm. Esiet īpaši uzmanīgs pie skatuves un trīsreiz pārbaudiet savu darbu! Es atklāju, ka šis Adafruit projekts ir ārkārtīgi noderīgs, lai saprastu, kā strāva ir savienota.

9. darbība: iestatiet Raspberry Pi

Es iestatīju microSD karti ar operētājsistēmu Raspbian un iestatīju FadeCandy serveri, izmantojot šeit sniegtos norādījumus:

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

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

Es atklāju, ka OpenPixelControl krātuvē bija lielisks piemēru kopums saskarnei ar FadeCandy serveri. Galu galā es uzrakstīju Python skriptu, lai cilnē animētu cilpu, kad sākās Pi. Tas ielādē videoklipus ar mūsu mērķa izšķirtspēju, soļus pa kadriem pa video un nosūta FadeCandy vadības masīvu katram kadram. FadeCandy konfigurācijas fails ļauj saslēgt vairākus dēļus tā, it kā tie būtu viena tāfele, un nodrošina ļoti tīru saskarni. Python skripts, kas kontrolē koku, ir iestatīts, lai ielādētu failus no konkrētas mapes. Animāciju pielāgošana ir tikpat vienkārša kā video failu pievienošana/noņemšana no šīs mapes.

Koka pārbaudes procesā man izdevās sabojāt microSD karti. Es to attiecinu uz jaudas noņemšanu no Pi, neveicot pienācīgu izslēgšanu. Lai izvairītos no turpmākiem incidentiem, es pievienoju spiedpogu un konfigurēju to, lai droši izslēgtu Pi. Katram gadījumam es arī izveidoju vairākas dublējumkopijas no pēdējās microSD kartes.

Pirms visu faktiskā koka detaļu saņemšanas es atdalīju OpenPixelControl git hub krātuvi un atklāju glītu LED simulatoru. Es faktiski izmantoju šo programmu, lai pārbaudītu lielu daļu no iepriekšminētā animācijas skripta. Simulators paņem konfigurācijas failu, kas norāda katras gaismas diodes fizisko izvietojumu telpā (domā X, Y, Z), un izmanto to pašu saskarni kā FadeCandy servera programma.

10. darbība: izveidojiet animācijas

Iepriekš saistītais Python skripts kokā var atskaņot jebkuru video formātu, ja vien izšķirtspēja ir 96x50. Koka izšķirtspēja ir 48x25, tomēr rīks, kuru izmantoju, lai pārvērstu video par zemāku izšķirtspēju (rokas bremze), minimālais pikseļu ierobežojums bija 32 pikseļi. Šī iemesla dēļ es vienkārši dubultoju koka faktisko izšķirtspēju un pēc tam izlasīju visus pārējos pikseļus savā Python skriptā.

Process, ko izmantoju lielākajā daļā animāciju, bija atrast vai ģenerēt GIF, pēc tam to apgriezt (izmantojot rokas bremzi), līdz malu attiecība bija 1,92: 1. Pēc tam es mainītu izvades izšķirtspēju uz mērķi 96x50 un sāktu konvertēšanu. Daži-g.webp

Izmantojot OpenPixelControl saskarni, jūs varat arī ģenerēt modeļus programmatiski. Sākotnējās pārbaudes laikā es diezgan daudz izmantoju python skriptu "raver_plaid.py".

Mūsu kokam izmantotās animācijas ir pievienotas zem "makerTreeAnimations.zip".

11. darbība: elektriskās sistēmas pārbaude

Kad bija pievienoti visi galvenie elektriskie/programmatūras komponenti, bija pienācis laiks visu pārbaudīt. Es uzbūvēju vienkāršu koka rāmi, lai sasprindzinātu LED pavedienus, kas izrādījās ļoti noderīgi, lai noteiktu, vai kāds pavediens nav kārtībā (to bija vairāki). Iepriekš redzamajos videoklipos redzama konservēta demonstrācija no OpenPixelControl un mans pielāgotais video atskaņotāja Python skripts, kurā darbojas Mario animācija.

12. solis: izveidojiet rāmi

Mēs pievienojām visas LED šķiedras prototipa rāmim, ko veidojām no PVC un pex caurulēm. Mēs atstājām vaļā rāvējslēdzējus, lai vajadzības gadījumā varētu tos pārvietot. Tas izrādījās lielisks lēmums, jo mēs nolēmām, ka vertikālais PVC pārāk daudz izjauca LED režģi un tā vietā pārgāja uz CNC dizainu. Galīgais dizains pamatā sastāv no augšējās cilpas un apakšējās cilpas. Apakšējā cilpa ir uzstādīta koka pamatnē, un tās diametrs ir lielāks nekā augšējā cilpa, kas ir (nav pārsteigums), kas uzstādīta koka augšpusē. LED šķipsnas atrodas starp augšējo un apakšējo cilpu, veidojot konusa (vai "koka" formu) formu.

Abas cilpas tika izgrieztas no 3/4 collu saplākšņa uz CNC maršrutētāja, cilpu vektora fails ir pievienots zemāk ("TreeMountingPlates.eps"). Augšējā un apakšējā cilpa katra sastāv no diviem pusapaļiem gabaliem, kas veido pilnīgu cilpa. Divu gabalu dizains bija tāds, lai mēs varētu viegli piestiprināt abas puses ap koku, nesabojājot zarus. Mūsu vietējais CNC guru pievienoja jauku nojautu, padarot augšējā un apakšējā rāmja cilpas sniegpārsliņās. Baltas krāsas pieskāriens un daži spīdumi tika pievienoti arī rāmja uzcelšanai.

13. solis: konstruējiet apakšējo disku / stiprinājuma elektroniku

Mēs izgriezām divus puslokas no cita saplākšņa gabala, kura diametrs ir tāds pats kā iepriekš aprakstītajai apakšējai cilpai, lai zem apakšējās cilpas uzstādītu elektroniku (vadības kārbu, sadales kārbas). Tāpat kā augšējās un apakšējās cilpas, tas tika izgatavots divos gabalos, pēc tam savienots gar centra līniju, lai izveidotu pilnu apli. Disks tika nokrāsots zaļā krāsā, lai palīdzētu tam saplūst un pasargātu to no lietus. Mēs uzstādījām visas elektronikas kastes šī diska apakšpusē tā, ka disks veidoja elektrisko komponentu lietussargu. Pārmērīgs stieples garums tika iesaiņots un rāvējslēdzējs piesiets pie šī diska, lai saglabātu tīru izskatu.

14. solis: pievienojiet rāmi kokam

Kad augšējā un apakšējā rāmja cilpas bija izžuvušas, mēs koka katlā iebraucām vairākus garus leņķa dzelzs gabalus, lai palīdzētu stabilizēt stumbru. Leņķa gludeklis nodrošināja arī stiprinājuma punktus augšējā un apakšējā rāmja cilpām, nepievienojot fiziskajam kokam spriedzi. Kad visas gaismas diodes bija piestiprinātas augšējai cilpai, mēs izmantojām virves gabalu, lai apturētu augšējā gredzena komplektu no griestiem. Mēs atklājām, ka bija vieglāk lēnām nolaist gredzenu uz koka, nevis mēģināt to turēt ar rokām. Kad augšējais gredzens bija novietots uz leņķa dzelzs, mēs piestiprinājām apakšējo gredzenu pie koka un ar rāvējslēdzēju cieši sasaistījām LED šķipsnas arī ar apakšējo cilpu. Apakšējais (zaļais) disks tika uzstādīts tieši zem apakšējās cilpas ar pievienotu visu elektroniku.

15. darbība: piegāde (pēc izvēles)

Tagad sēdiet un baudiet mūsu (mūsu) darba augļus! Mūsu koks būs apskatāms North Little Rock visu decembri (2018). Es jau domāju, kā mēs pavasarī varam padarīt displeju interaktīvu mūsu mini MakerFaire.

Vai jums ir kādi jautājumi? Jautājiet komentāros!

Otrās vietas ieguvējs konkursā Make it Glow 2018