RGB LED Maker Tree: 15 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Meie kohalik tegijaruum toetas detsembris (2018) puud, mida Main Streetil kuvada. Ajurünnaku ajal jõudsime ideeni panna traditsiooniliste kaunistuste asemele puu otsa naeruväärne kogus LED -e. Kuna tegijad, kellele meeldib asju natuke üle jõu teha, otsustasime kiiresti, et puu, mis suudab animatsioone mängida, pole mitte ainult lõbus, vaid tekitab ka suminat.

Uurisin mõningaid olemasolevaid lahendusi, mis kasutasid spetsiaalseid LED -kontrollereid, ja otsustasin, et lähiallikas seda lihtsalt ei tee. Sattusin Adafruit'i suurepärase õpetuse juurde nende "FadeCandy" LED -kontrollerite kasutamisel. See kena väike plaat on teinud mitmeid Burning Man esinemisi ja sellel on palju häid näiteid. Puu koosneb 24 kiust individuaalselt adresseeritavatest RGB LED -tüvedest, mida juhitakse FadeCandy tahvlite abil ja mille toiteallikaks on üks 5V 60A toiteallikas. Raspberry Pi teenib FadeCandy tahvlitele animatsioone mikro-USB-kaablite kaudu, mis omakorda ühenduvad üksikute LED-kiududega. Kiud on paigutatud radiaalselt, et moodustada koonus / puu kuju, nagu ülalpool näha.

Selle seadistuse kena asi on see, et see ei piirdu ühekordse kasutamisega. LED -kiude saab ümber kujundada, et moodustada palju kujundeid, sealhulgas tavaline tavaline võre. Loodame seda seadistust uuesti kasutada, et teha interaktiivne näitus / mäng meie järgmisele Mini MakerFaire'ile kevadel.

Samm: osade loend

• 2x - 5V WS2811 LED -kiud (20 kiudu x 50 pikslit = 1000 pikslit)
• 5x - 3 kontakti veekindlad pistikud (5 pakki)
• 24x - 12MM RGB kinnitusribad
• 3x - Adafruit FadeCandy LED -kontrollerid
• 6x - toitejaotusplokid
• 1x - 5V 60A (300W) toiteallikas
• 1x RJ-45 pistikupesad (10 pakki)
• 2x - 22 AWG toitejuhe (65 jalga)
• 1x - Andersoni pistikukomplekt
• 1x - 12 AWG kaitsmehoidjad
• 3x - 2x8 Crimp Connector korpus
• 1x - 0,1 "naissoost pressimisnõelad (100 pakki)
• 6x - veekindlad elektrikarbid
• 3x - 20A kaitsmed
• 1x - arvuti toitekaabel
• 1x - Vaarika Pi 3
• 1x - MicroSD -kaart
• 24 jalga - CAT5/CAT6 kaabel
• 15 jalga - 12 AWG traat (punane ja must)
• 6x - RJ -45 pressimisotsad
• 2x - 4x8 lehe 3/4 "vineer
• 2x - 4 'nurgaga triikraud
• 200x - tõmblukud
• ~ 144x - veekindlad liitekohad (valikuline, kuid tohutu aja kokkuhoid)
• Jootma
• Soojendus
• Tihendamine

2. samm: elektrisüsteemi ülevaade

Nagu ülaltoodud diagrammilt näha, võib puu elektrisüsteemi jagada mitmeks suureks komponendiks: juhtplokk, toiteühenduskarbid, andmesidejaotuskarbid ja LED -ahelad. Juhtkarbis on 5V 60A toiteallikas ja Raspberry Pi. Andmete jaotuskarbid sisaldavad LED -kontrollereid FadeCandy. Toite jaotuskarbid sisaldavad siini, mis jaotavad toite (5V ja GND) LED -kiududele. Iga paar jaotuskarbi (üks andmestik + üks võimsus) juhib kaheksat LED -ahelat. Kuna selles projektis kasutatakse 24 kiudu LED -e, on olemas kolm jaotuskarpide komplekti (kokku kuus).

*Ülaltoodud diagrammil on viga, CAT6 kaabel 0 (tegevussuunad 0-7) peaks olema (tegevussuunad 0-3) ja CAT6 kaabel 1 (suund 7-15) peaks olema (tegevussuunad 4-7).

Samm: kinnitage veekindlad pistikud

Kuna puu oli mõeldud välistingimustes kasutamiseks, jälgiti eriti hoolikalt, et kõik ühendused oleksid veekindlad. Neile, kes soovivad teha sarnast siseprojekti, võib veekindlaid pistikuid ignoreerida LED -ahelatega kaasasolevate 3 -kontaktiliste JST -pistikute kasuks. Suur osa sellest projektist kulus veekindlate pistikute jootmiseks kiududele.

Seadistamiseks lõikasime olemasoleva JST -pistiku LED -ahelast ära ja kinnitasime selle asemele 3 -kontaktilise veekindla pistiku. Tuleb olla ettevaatlik pistiku lisamisega LED -ahela "sisendi" poolele, LED -kiudude andmeühendus on suunatud. Leidsime, et igal LED -il oli väike nool, mis näitab andmete suunda. Algselt kinnitasime kõik kolm juhtmest LED -ahela küljele, kasutades tehnikat, mis hõlmas jootmist, kuumkahanemist ja tihendamist. Lõpuks läksime nende veekindlate liitmikeühenduste kasutamisele, mis osutus tohutuks aja kokkuhoiuks.

Toite-/andmeküljel (st küljel, millega LED -ahelad ühenduvad) kasutasime toite/maanduse jaoks 22 AWG juhet ja andmete/maa jaoks CAT6 -kaablit. Iga CAT6 -kaabel sisaldab nelja keerdpaari, nii et saaksime ühendada neli LED -kiudu ühe CAT6 -kaabliga. Ülaltoodud diagramm näitab, kuidas 3 -kontaktiline LED -ahel jaguneb 4 juhtmeks (5 V, GND, andmed). Nelja juhtme ühendamine kolme juhtmega tundus selle projekti kokkupanekul segadust tekitav. Peamine väljavõtmine on see, et need kaks alust (andmed + võimsus) on veekindla pistiku juures ühendatud.

Iga CAT6 kaabel lõpetati RJ-45 pistikuga, mis oli ühendatud FadeCandy plaadiga ühendatud RJ-45 naissoost korpusesse. CAT6 juhtmed oleks võinud joota otse FadeCandy tahvlitele, kuid otsustasime lisada pistikud, et vajadusel hõlbustada remonti. Tegime kogu juhtmestiku 48 tolli pikkuseks, et anda endale puu füüsilisel kokkupanekul paindlikkust.

Samm: ühendage pistikud FadeCandy tahvlitele

Meie ostetud FadeCandy tahvlitele ei olnud lisatud päiseid, pigem oli seal kaks rida 0,1-tolliste vahekaugustega. Lõpuks otsustasime, et FadeCandys ühendatakse CAT6-kaablitega, kasutades standardseid RJ-45 pistikupesasid. kui meil oli vaja FadeCandy välja vahetada (selgub, et tegime!), lisasime igale FadeCandy tahvlile ka 0,1 "tihvte. Kinnitasime naissoost pressimispoldid igale kaheksale juhtmele, mis olid kinnitatud RJ-45 stantsimispessa, et ühendada 0,1 "päistega. Lisaks tihvtide pressimisele igale juhtmele lisasin tihvtide vältimiseks ka natuke jootet Loomulikult avastasin selle joote "nipi" alles pärast seda, kui pooled kruvitud nööpnõelad mul ebaõnnestusid, õppetund.

Samm: sisestage valgusdioodid vaheribadesse

Pärast mõne foorumipostituse lugemist ja teiste videote vaatamist teistelt inimestelt, kes on teinud sarnaseid „puid”, tundus plastist vaherõngaste kasutamine korduv. Ribad võimaldavad reguleerida valgusdioodide vahekaugust vastavalt individuaalsetele vajadustele ja võimaldavad LED -kiude pingutada ülemise ja alumise puurõnga vahel. Valgusdioodi suurus peab vastama vahekauguse aukude suurusele (meie puhul 12 mm), nii et iga üksik LED sobib tihedalt vahekaugude aukudesse. Otsustasime, et meie LED-id on siksakilised, nii et 24 LED-kiudu moodustavad puu ümber 48 veergu.

Tegime sel hetkel vea, mis sundis meid LED -ide jaoks täiendavaid "auke" tekitama. Lõikasime ribad pooleks, nii et meil oleks 48 pikkust vahekaugust. Avastasime, et iga kaheksa jala vahekaugus sisaldas 96 auku (üks iga tolli kohta) ja nende pooleks lõikamine augule tähendas, et LED -ahela kohta oli meil neli auku. Pange tähele meie viga ja arvestage sellega enne tähtaega! Lõppkokkuvõttes lõikasime laseriga mõned "pikendused", et lisada puuduvad augud.

Pikendusklambrite laserlõikamiseks kasutatud vektorfail on lisatud allpool ("TreeLightBracket.eps")

6. toiming: pange kokku elektrikilbid

Kolmes elektri jaotuskarbis on paar bussiriba. Esimene riba jaotab 5 V ja teine GND. Kuna meie puu oli väljas väljas, otsustasime bussibaaride majutamiseks kasutada veekindlaid elektrikarpe. Kinnitasime iga kangi kuuma liimi abil oma kohale ja lisasime lühikeseks jäämise vältimiseks iga riba ja korpuse vahele Manila kausta jäägid. Iga toiteühenduskarp ühendatakse kaheksa LED -ahelaga eelnevalt kirjeldatud 22 AWG juhtme kaudu. Iga kast ühendatakse peamise toiteallikaga, kasutades 12 AWG juhet, ja sellel on Andersoni pistik, mis hõlbustab transportimist.

Samm 7: Andmete jaotuskarpide kokkupanek

Kasutades samu kaste nagu toitejaotuskastidega, lõime kolm "andmeside" jaotuskasti, mis sisaldavad ühte FadeCandy plaati. Raspberry Pi mikro-USB-kaablid ühendatakse selle karbi sees olevate FadeCandy-plaatidega ja CAT6-kaablid ühendatakse ka RJ-45 pistikupesadega. Kuna FadeCandy plaatidel pole suuri kinnitusavasid, seome iga plaadi tõmblukuga vineerijäätmete külge. See vineer toimis ka isolaatorina, et vältida plaadi lühistamist elektrikarbi vastu.

8. samm: juhtme toiteallikas

Meie tellitud toiteallika 5V 60A koletis annab kogu projekti jaoks toite. Kõik kolm toiteühenduskarbi ühendatakse selle põhitoiteallikaga 12 AWG juhtmega. Igal ühenduskarbil on oma paar Andersoni pistikut ja sisseehitatud 20A kaitse, mis eraldab kõik lühikesed. Raspberry Pi saab toite ka sellest toiteallikast, mille ma lõikasin, lõigates USB -kaabli üles ja ühendades toite-/maandusjuhtmed toiteallika klemmidega. Kuna need juhtmed olid üsna väikesed, lisasin ka paar tõmblukku, et lisada nendele ühendustele pingeid. Toiteallikaga ei olnud kaasas pistikupesa, nii et lõikasin tavalise arvuti/monitori toitekaabli lahti ja kinnitasin selle kruviklemmide külge. Olge laval eriti ettevaatlik ja kontrollige oma tööd kolm korda! Leidsin, et see Adafruit'i projekt on äärmiselt kasulik toite ühendamise mõistmisel.

Samm: seadistage Raspberry Pi

Seadistan microSD -kaardi Raspbiani operatsioonisüsteemiga ja seadistan FadeCandy serveri, kasutades siin toodud juhiseid:

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

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

Leidsin, et OpenPixelControli hoidlas oli palju näiteid FadeCandy serveriga liidestamiseks. Lõppkokkuvõttes kirjutasin Pi käivitamisel Pythoni skripti, et loopida puule animatsioone. See laadib videoid meie sihtresolutsiooniga, sammud kaaderhaaval läbi video ja saadab iga kaadri jaoks FadeCandy juhtimismassiivi. FadeCandy konfiguratsioonifail võimaldab mitut tahvlit liidestada nii, nagu need oleksid üks plaat, ja muudab liidese väga puhtaks. Puu juhtiv skript, mis juhib puud, on seadistatud laadima faile konkreetsest kaustast. Seetõttu on animatsioonide reguleerimine sama lihtne kui videofailide lisamine/eemaldamine sellest kaustast.

Puu testimise käigus õnnestus mul rikkuda microSD -kaart. Ma seostan seda Pi -lt toite eemaldamisega ilma korralikku väljalülitamist tegemata. Tulevaste vahejuhtumite vältimiseks lisasin nupu ja seadistasin selle Pi turvaliselt välja lülitama. Tegin igaks juhuks ka viimasest microSD -kaardist mitu varukoopiat.

Enne tegeliku puu kõigi osade kättesaamist harutasin OpenPixelControl git hub'i hoidlat ja avastasin selle seest kena LED -simulaatori. Ma kasutasin seda programmi tegelikult suure osa ülalmainitud animatsiooniskripti testimiseks. Simulaator võtab konfiguratsioonifaili, mis näitab iga LED -i füüsilist paigutust ruumis (mõtle X, Y, Z) ja kasutab sama liidest nagu FadeCandy serveriprogramm.

Samm: tehke animatsioone

Varem lingitud Pythoni skript võib mängida puul mis tahes videovormingut, kui eraldusvõime on 96x50. Puu eraldusvõime on 48x25, kuid tööriist, mida kasutasin videote teisendamiseks madalama eraldusvõimega (käsipidur), oli minimaalne pikslipiirang 32 pikslit. Sel põhjusel kahekordistasin puu tegeliku eraldusvõime ja proovisin seejärel oma Pythoni skripti kõiki teisi piksleid.

Enamiku animatsioonide puhul kasutasin-g.webp

Kasutades OpenPixelControl liidest, saate mustreid genereerida ka programmiliselt. Esialgse testimise ajal kasutasin python skripti "raver_plaid.py" üsna vähe.

Meie puu jaoks kasutatavad animatsioonid on lisatud "makerTreeAnimations.zip" alla.

11. samm: elektrisüsteemi test

Kui kõik peamised elektri-/tarkvarakomponendid olid ühendatud, oli aeg kõike testida. Ehitasin LED -kiudude pingutamiseks lihtsa puitraami, mis osutus väga kasulikuks, et tuvastada, kas mõni kiud on korrast ära (mida oli mitu). Ülaltoodud videod näitavad OpenPixelControli konserveeritud demot ja minu kohandatud videopleieri Pythoni skripti, mis käitab Mario animatsiooni.

12. samm: raami konstrueerimine

Kinnitasime kõik LED -kiud prototüüpraami külge, mille ehitasime PVC -st ja pex -torudest. Jätsime tõmblukud lahti, et saaksime neid vajadusel ümber paigutada. See osutus suurepäraseks otsuseks, kuna otsustasime, et vertikaalne PVC lõhkus LED -võrgu liiga palju ja läks selle asemel üle CNC -disainile. Lõplik disain koosneb põhimõtteliselt ülemisest ja alumisest silmusest. Alumine silmus on paigaldatud puu alusele ja selle läbimõõt on suurem kui ülemine silmus, mis on (pole üllatav), mis on paigaldatud puu otsa. LED -kiud ulatuvad ülemise ja alumise silmuse vahele, moodustades koonuse (või soovi korral "puu") kuju.

Mõlemad aasad lõigati 3/4 "vineerist välja CNC ruuteril, silmuste vektorfail on lisatud allpool (" TreeMountingPlates.eps "). Ülemised ja alumised aasad koosnevad kahest poolringikujulisest tükist, mis moodustavad tervikliku silmus. Kaheosaline disain oli selline, et saaksime hõlpsalt kinnitada mõlemad pooled puu ümber ilma okste kahjustamata. Meie kohalik CNC -guru lisas kena elegantsi, muutes ülemise ja alumise raami silmused lumehelbeteks. Valge värvi puudutus ja raami kuuskimiseks lisati ka natuke sära.

13. samm: ehitage alumine ketas / kinnitage elektroonika

Lõikasime teisest vineeritükist välja kaks poolringi, mille läbimõõt oli sama, nagu eelnevalt kirjeldatud alumise silmusega, et paigaldada elektroonika (juhtkast, jaotuskarbid) alumise silmuse alla. Nagu ülemise ja alumise silmuse puhul, tehti see kahes tükis, seejärel ühendati piki keskjoont, moodustades täieliku ringi. Ketas värviti roheliseks, et see saaks seguneda ja vihma eest tihendada. Paigaldasime kõik elektroonikakastid selle ketta alumisele küljele, nii et ketas moodustas elektrikomponentidele omamoodi vihmavarju. Liigne traatpikkus mähiti ja selle ketta külge kinnitati tõmblukk, et säilitada puhas välimus.

14. samm: raami kinnitamine puule

Kui ülemine ja alumine raami silmused olid kuivad, ajasime tüve stabiliseerimiseks puu potti alla mitu pikka nurgarauda. Nurgaraud pakkus ka ülemise ja alumise raami silmuste kinnituspunkte, lisamata füüsilisele puule koormust. Kui kõik LED -ahelad olid ülemise silmuse külge kinnitatud, kasutasime ülemise rõngasõlme laest riputamiseks trossi. Leidsime, et lihtsam oli rõngas aeglaselt puule langetada, selle asemel et seda käsitsi paigal hoida. Kui ülemine rõngas oli nurgaraudal paigas, kinnitasime alumise rõnga puu külge ja tõmblukk sidus LED -kiud tihedalt ka alumise silmuse külge. Alumine (roheline) ketas paigaldati otse alumise silmuse alla koos kogu elektroonikaga.

15. toiming: kohaletoimetamine (valikuline)

Nüüd istuge ja nautige oma (meie) töö vilju! Meie puu on North Little Rockis väljas kogu detsembri (2018). Ma juba mõtlen, kuidas saaksime oma mini MakerFaire'i ekraani kevadel interaktiivseks muuta.

Kas teil on küsimusi? Küsige kommentaarides!

Teise koha saanud konkursil Make it Glow 2018