Arborele RGB LED Maker: 15 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Makerspace-ul nostru local a sponsorizat un copac care să fie afișat pe Main Street pentru luna decembrie (2018). În timpul sesiunii noastre de brainstorming, am venit cu ideea de a pune o cantitate ridicolă de LED-uri pe copac în locul ornamentelor tradiționale. În calitate de producători cărora le place să facă lucrurile puțin peste cap, am decis repede că un copac care ar putea reda animații nu numai că va fi distractiv, ci va genera și ceva buzz.

Am cercetat câteva soluții existente care foloseau controlere LED dedicate și am decis că sursa apropiată nu va face. Am dat peste un tutorial excelent de la Adafruit despre utilizarea controlerelor LED „FadeCandy”. Acest mic tablou îngrijit a făcut o serie de apariții ale lui Burning Man și are o mulțime de exemple bune din care să lucreze. Arborele este format din 24 de fire de tulpini LED RGB adresabile individual controlate cu ajutorul plăcilor FadeCandy și alimentate de o singură sursă de alimentare 5V 60A. Un Raspberry Pi servește animații pe plăcile FadeCandy prin cabluri micro-USB, care la rândul lor se conectează la firele LED individuale. Suvitele sunt dispuse radial pentru a forma o formă de con / copac așa cum se vede mai sus.

Lucrul îngrijit la această configurare este că nu se limitează la o singură utilizare. Suvitele cu LED-uri pot fi rearanjate pentru a forma multe forme, inclusiv o rețea veche obișnuită. Sperăm să refolosim această configurație pentru a crea o expoziție / joc interactiv pentru următoarea noastră Mini MakerFaire din primăvară.

Pasul 1: Lista pieselor

• Suvite LED 2x - 5V WS2811 (20 șuvițe x 50 pixeli = 1000 pixeli)
• 5x - Conectori impermeabili cu 3 pini (pachet de 5)
• Benzi de montare RGB 24x - 12MM
• 3x - Controlere LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Blocuri de distribuție a energiei
• 1x - 5V 60A (300W) Alimentare
• 1x- Socluri RJ-45 Punch Down (pachet de 10)
• Sârmă de alimentare 2x - 22 AWG (65 ft)
• 1x - Kit conector Anderson
• 1x - 12 suporturi de siguranțe AWG în linie
• Carcasa conectorului de sertizare 3x - 2x8
• 1x - 0,1 "Femei Pinii de sertizare (pachet de 100)
• 6x - Cutii electrice impermeabile
• Siguranță 3x - 20A
• 1x - Cablu de alimentare al computerului
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - Card MicroSD
• 24 picioare - cablu CAT5 / CAT6
• Sârmă de 15 picioare - 12 AWG (roșu și negru)
• 6x - capetele de sertizare RJ-45
• Placaj 2x - 4x8 foi 3/4"
• 2x - 4 'unghi de fier
• 200x - Cravate cu fermoar
• ~ 144x - Conectori impermeabili impermeabili (opțional, dar economisesc foarte mult timp)
• Solder
• Termoretractare
• Calfat

Pasul 2: Prezentare generală a sistemului electric

După cum se vede în diagrama de mai sus, sistemul electric al arborelui poate fi împărțit în mai multe componente majore: cutie de control, cutii de joncțiune electrică, cutii de joncțiune de date și șuvițe LED. Cutia de control găzduiește sursa de alimentare 5V 60A și Raspberry Pi. Casetele Data Junction conțin controlerele LED FadeCandy. Cutiile de joncțiune Power conțin bare de magistrală pentru a distribui puterea (5V și GND) către firele LED. Fiecare pereche de cutii de joncțiune (o dată + o putere) controlează opt fire LED. Deoarece există 24 de fire de LED-uri utilizate în acest proiect, există trei seturi de cutii de joncțiune (șase în total).

* Există o eroare în diagrama prezentată mai sus, cablul CAT6 0 (șiruri 0-7) ar trebui să fie (șiruri 0-3) și cablul CAT6 1 (șir 7-15) ar trebui să fie (șirurile 4-7).

Pasul 3: Atașați conectori impermeabili

Deoarece arborele a fost destinat utilizării în exterior, s-a acordat o atenție deosebită pentru a se asigura că toate conexiunile sunt impermeabile. Pentru cei care doresc să facă un proiect de interior similar, conectorii impermeabili pot fi ignorați în favoarea conectorilor JST cu 3 pini care vin cu șuvițele cu LED-uri. O mulțime de forță de muncă din acest proiect a intrat în lipirea conectorilor impermeabili pe fire.

Pentru configurarea noastră, am tăiat conectorul JST existent de pe firul LED și am atașat un conector impermeabil cu 3 pini în locul său. Ar trebui să aveți grijă să adăugați conectorul pe partea de "intrare" a șuviței cu LED-uri, conexiunea de date pe șuvițele cu LED-uri este direcțională. Am constatat că fiecare LED avea o mică săgeată care indica direcția datelor. Am atașat inițial fiecare dintre cele trei fire de pe partea LED-ului, folosind o tehnică care implică lipire, termocontractare și cofraj. În cele din urmă am trecut la utilizarea acestor conectori impermeabili, care s-au dovedit a fi un economisitor de timp imens.

Partea de alimentare / date (adică partea la care se conectează șuvițele LED), am folosit un fir de 22 AWG pentru alimentare / împământare și cablu CAT6 pentru date / masă. Fiecare cablu CAT6 conține patru perechi răsucite, astfel încât am putea conecta patru fire LED la un singur cablu CAT6. Diagrama de mai sus arată modul în care firul LED cu 3 pini se rupe în 4 fire (5V, GND, Date). Conectarea a patru fire la trei fire a părut a fi un punct de confuzie la asamblarea acestui proiect. Obiectivul cheie este acela că cele două motive (Date + Power) sunt combinate la conectorul impermeabil.

Fiecare cablu CAT6 a fost terminat cu un conector RJ-45 care a fost conectat la o carcasă feminină RJ-45 conectată la o placă FadeCandy. Sârmele CAT6 ar fi putut fi lipite direct pe plăcile FadeCandy, dar am ales să adăugăm conectori pentru a permite reparații mai ușoare, dacă este necesar. Am realizat toate cablurile noastre de 48 de centimetri lungime pentru a ne oferi o anumită flexibilitate atunci când asamblăm fizic arborele.

Pasul 4: Atașați conectorii la plăcile FadeCandy

Plăcile FadeCandy pe care le-am cumpărat nu au venit cu anteturi atașate, ci mai degrabă erau două rânduri de 0,1 "distanțate via. În cele din urmă am decis că FadeCandys se vor conecta la cablurile CAT6 folosind prize standard RJ-45" punch-down ". În în cazul în care aveam nevoie să înlocuim un FadeCandy (se pare că am făcut-o!), am adăugat, de asemenea, 0,1 "pini la fiecare placă FadeCandy. Am atașat știfturi feminine la fiecare dintre cele opt fire atașate la mufa RJ-45 pentru a ne conecta la capetele de 0,1 ". Pe lângă sertizarea știfturilor la fiecare sârmă, am adăugat și un pic de lipit pentru a preveni știfturile Desigur, am descoperit acest „truc” de lipit numai după ce jumătate din știfturile pe care le-am încordat nu mi-au eșuat, lecția învățată.

Pasul 5: Introduceți LED-urile în benzile de distanțare

După ce am citit câteva postări pe forum și am vizionat câteva videoclipuri de la alți oameni care au făcut „copaci” similari, utilizarea distanțierilor din plastic părea să fie un element recurent. Fâșiile permit reglarea distanței dintre LED-uri pentru a se potrivi nevoilor individuale și permit tensionarea șuvițelor LED între inelele superioare și inferioare ale copacilor. Dimensiunea LED-ului trebuie să se potrivească cu dimensiunea găurilor de distanțare (în cazul nostru de 12 mm), astfel încât fiecare LED individual să se potrivească perfect în găurile din distanțieri. Am decis să avem LED-urile noastre în zig-zag, astfel încât 24 de fire de LED-uri să formeze 48 de coloane în jurul copacului.

Am făcut o greșeală în acest moment care ne-a forțat să generăm câteva „găuri” suplimentare pentru LED-uri. Tăiem benzile în jumătate, astfel încât să avem 48 de lungimi de distanțiere. Ceea ce am descoperit a fost că fiecare distanțier de opt picioare conținea 96 de găuri (unul la fiecare centimetru) și tăierea lor în jumătate pe o gaură însemna că am fost patru găuri scurte pe șuviță LED. Atenție la greșeala noastră și socoteală pentru aceasta din timp! În cele din urmă, tăiem cu laser niște „extensii” pentru a adăuga găurile lipsă.

Fișierul vector utilizat pentru tăierea cu laser a parantezelor de extensie este atașat mai jos („TreeLightBracket.eps”)

Pasul 6: Asamblați cutii de conexiune

Cele trei cutii de distribuție a energiei adăpostesc fiecare câte o pereche de bare de autobuz. Prima bară distribuie 5V, iar cealaltă distribuie GND. Întrucât arborele nostru a fost expus în aer liber, am ales să folosim cutii electrice impermeabile pentru a adăposti barele de autobuz. Am atașat fiecare bară în loc folosind adeziv fierbinte și am adăugat o bucată de folder manila între fiecare bară și carcasă pentru a preveni pantaloni scurți. Fiecare cutie de joncțiune electrică se conectează la opt fire LED prin firul 22 AWG descris anterior. Fiecare cutie se conectează la sursa principală de alimentare folosind 12 fire AWG și are un conector „Anderson” pentru a permite un transport mai ușor.

Pasul 7: Asamblați cutii de conexiune de date

Folosind aceleași casete ca și în cazul casetelor de distribuție a energiei, am creat trei cutii de distribuție „date” care adăpostesc câte o singură placă FadeCandy. Cablurile micro USB de la Raspberry Pi se conectează la plăcile FadeCandy din interiorul acestei cutii, iar cablurile CAT6 se conectează și la prizele feminine RJ-45. Deoarece plăcile FadeCandy nu au găuri mari de montare, am legat cu fermoar fiecare placă de o bucată de placaj. Acest placaj a funcționat și ca un izolator pentru a împiedica scurtcircuitul plăcii împotriva cutiei electrice.

Pasul 8: Alimentare cu fir

Monstrul de 5V 60A al unei surse de alimentare comandate de noi furnizează energie pentru întregul proiect. Fiecare dintre cele trei cutii de joncțiune electrică se conectează la această sursă principală cu fir de 12 AWG. Fiecare cutie de joncțiune are propria pereche de conectori Anderson și o siguranță în linie 20A pentru a izola orice scurtcircuit. Raspberry Pi primește energie și din această sursă, lucru pe care l-am realizat prin tăierea unui cablu USB și conectarea firelor de alimentare / masă la bornele sursei de alimentare. Deoarece aceste fire erau destul de mici, am adăugat și câteva cravate cu fermoar pentru a adăuga o ușurare a tensiunii pe aceste conexiuni. Sursa de alimentare nu a venit cu o priză de curent alternativ, așa că am tăiat un cablu de alimentare standard pentru computer / monitor și l-am atașat la bornele cu șurub. Fii foarte atent la scenă și verifică-ți triplu munca! Am găsit acest proiect Adafruit extrem de util în înțelegerea modului în care este conectată puterea.

Pasul 9: Configurați Raspberry Pi

Configurez un card microSD cu sistemul de operare Raspbian și configurez un server FadeCandy folosind instrucțiunile găsite aici:

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

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

Am constatat că depozitul OpenPixelControl avea un set excelent de exemple pentru interfața cu serverul FadeCandy. În cele din urmă am ajuns să scriu un script Python pentru a bucura animații pe copac când a pornit Pi. Încarcă videoclipuri la rezoluția noastră țintă, trece cadru cu cadru prin videoclip și trimite o matrice de control FadeCandy pentru fiecare cadru. Fișierul de configurare FadeCandy permite interfațarea mai multor plăci ca și cum ar fi o singură placă și asigură o interfață foarte curată. Scriptul python care controlează arborele este configurat pentru a încărca fișiere dintr-un anumit folder. Ca atare, ajustarea animațiilor este la fel de simplă ca adăugarea / eliminarea fișierelor video din acel folder.

În procesul de testare a arborelui, am reușit să corup un card microSD. Acest lucru îl atribuie îndepărtării puterii de pe Pi fără a face o oprire corespunzătoare. Pentru a evita incidentele viitoare, am adăugat un buton și l-am configurat pentru a opri în siguranță Pi. De asemenea, am făcut mai multe copii de rezervă ale cardului microSD final, pentru orice eventualitate.

Înainte de a primi toate părțile pentru arborele propriu-zis, am bifurcat depozitul hub OpenPixelControl git și am descoperit un simulator cu LED-uri îngrijite în interior. De fapt, am folosit acest program pentru a testa o mare parte din scriptul de animație menționat mai sus. Simulatorul preia un fișier de configurare care indică amplasarea fizică a fiecărui LED în spațiu (gândiți-vă la X, Y, Z) și utilizează aceeași interfață ca programul server FadeCandy.

Pasul 10: Faceți animații

Scriptul Python legat anterior poate reda orice format video pe copac, atât timp cât rezoluția este de 96x50. Rezoluția arborelui este de 48x25, totuși instrumentul pe care îl foloseam pentru a converti videoclipurile la rezoluție mai mică (Handbrake) avea o limită minimă de pixeli de 32 pixeli. Din acest motiv, am dublat pur și simplu rezoluția reală a arborelui și apoi am probat fiecare alt pixel din scriptul meu Python.

Procesul pe care l-am folosit pentru majoritatea animațiilor a fost să găsesc sau să generez un GIF, apoi să-l decupez (folosind frâna de mână) până când raportul de aspect a fost de 1,92: 1. Aș schimba apoi rezoluția de ieșire la ținta 96x50 și aș începe conversia. Unele fișiere-g.webp

Folosind interfața OpenPixelControl, puteți genera, de asemenea, modele la nivel de program. În timpul testării inițiale am folosit destul de puțin scriptul python „raver_plaid.py”.

Animațiile utilizate pentru arborele nostru sunt atașate mai jos „makerTreeAnimations.zip”.

Pasul 11: Testarea sistemului electric

Cu toate componentele electrice / software majore conectate, a venit timpul să testăm totul. Am construit un cadru simplu din lemn pentru a tensiona șuvițele cu LED-uri, ceea ce s-a dovedit foarte util pentru a identifica dacă vreun șuviți nu funcționează (care erau mai multe). Videoclipurile de mai sus arată o demonstrație predefinită de la OpenPixelControl și scriptul meu Python pentru playerul video personalizat care rulează o animație Mario.

Pasul 12: Construiți cadrul

Am atașat toate șuvițele LED la un cadru prototip pe care îl construim din tuburi din PVC și pex. Am lăsat fermoarele libere ca să le putem repoziționa dacă este necesar. Aceasta s-a dovedit a fi o decizie excelentă, deoarece am decis că PVC-ul vertical a rupt prea mult rețeaua LED și a trecut la un design CNC'd. Proiectul final constă practic dintr-o buclă superioară și o buclă inferioară. Bucla inferioară este montată la baza arborelui și are un diametru mai mare decât bucla superioară care este (fără surpriză), montată în partea superioară a arborelui. Suvitele LED se întind între buclele superioare și inferioare pentru a forma forma conului (sau „copacului”, dacă doriți).

Ambele bucle au fost decupate din placaj de 3/4 "pe un router CNC, fișierul vector pentru bucle este atașat mai jos (" TreeMountingPlates.eps "). Buclele superioare și inferioare constau fiecare din două piese semicirculare care formează o completă bucla. Designul din două piese a fost astfel încât să putem atașa cu ușurință cele două jumătăți din jurul copacului fără a deteriora ramurile. Guru-ul nostru CNC local a adăugat un pic frumos de fler făcând buclele cadrului superior și inferior în fulgi de zăpadă. O atingere de vopsea albă și s-au adăugat niște sclipici pentru a mula rama în sus.

Pasul 13: Construiți discul / montarea electronică inferioară

Decupăm două jumătăți de cerc dintr-o altă bucată de placaj cu același diametru ca bucla inferioară descrisă anterior pentru a monta electronica (cutie de control, cutii de joncțiune) sub bucla inferioară. Ca și în cazul buclelor superioare și inferioare, a fost realizat în două bucăți, apoi a fost alăturat de-a lungul liniei centrale pentru a forma un cerc complet. Discul a fost vopsit în verde pentru a-l ajuta să se amestece și să-l etanșeze de ploaie. Am montat toate cutiile electronice pe partea inferioară a acestui disc, astfel încât discul a format un fel de umbrelă pentru componentele electrice. Lungimile de sârmă în exces au fost înfășurate și lipite cu fermoar de acest disc pentru a menține un aspect curat.

Pasul 14: Atașați cadrul la copac

Când buclele cadrului superior și inferior au fost uscate, am condus câteva bucăți lungi de fier unghiular în vasul copacului pentru a ajuta la stabilizarea trunchiului. Unghiul de fier a furnizat, de asemenea, puncte de montare pentru buclele cadrului superior și inferior, fără a adăuga tensiune arborelui fizic. Cu toate firele LED atașate la bucla superioară, am folosit o bucată de frânghie pentru a suspenda ansamblul inelului superior de la tavan. Am constatat că a fost mai ușor să coborâm încet inelul pe copac în loc să încercăm să-l ținem cu mâna. Odată ce inelul superior a fost fixat pe unghiul de fier, am atașat inelul inferior de copac și am legat cu fermoar șuvițele de LED-uri și de bucla inferioară. Discul inferior (verde) a fost montat direct sub bucla inferioară cu toate componentele electronice atașate.

Pasul 15: Livrare (opțional)

Acum stai pe spate și bucură-te de roadele muncii tale (a noastră)! Arborele nostru va fi expus în North Little Rock pentru întreaga lună decembrie (2018). Mă gândesc deja la modul în care putem face afișajul interactiv pentru mini-ul nostru MakerFaire în primăvară.

Aveți întrebări? Întrebați în comentarii!

Locul doi în concursul Make it Glow 2018