Pema RGB LED Maker: 15 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:21

Hapësira jonë krijuese lokale sponsorizoi një pemë që do të shfaqet në Main Street për muajin Dhjetor (2018). Gjatë sesionit tonë të stuhisë së ideve, ne erdhëm me idenë e vendosjes së një sasie qesharake të LED -ve në pemë në vend të stolive tradicionale. Si krijues që duan të bëjnë gjëra pak më lart, ne shpejt vendosëm që një pemë që mund të luante animacione jo vetëm që do të ishte argëtuese, por gjithashtu do të krijonte një lëvizje.

Unë hulumtova disa zgjidhje ekzistuese që përdorën kontrollues të dedikuar LED dhe vendosa që burimi i afërt thjesht nuk do të bënte. Kam hasur në një mësim të shkëlqyer nga Adafruit për përdorimin e kontrolluesve të tyre LED "FadeCandy". Ky tabelë e vogël e pastër ka bërë një numër paraqitjesh të Burning Man dhe ka shumë shembuj të mirë për të punuar. Pema përbëhet nga 24 fije të llojeve të RGB -së të adresueshme individualisht të kontrolluara duke përdorur dërrasat FadeCandy dhe të mundësuar nga një furnizim i vetëm 5V 60A. Një Raspberry Pi u shërben animacioneve në bordet FadeCandy përmes kabllove mikro-USB, të cilat nga ana tjetër lidhen me fijet individuale LED. Fijet janë rregulluar në mënyrë radiale për të formuar një formë koni / peme siç shihet më sipër.

Gjëja e pastër në lidhje me këtë konfigurim është se nuk është i kufizuar në një përdorim të vetëm. Fijet e LED mund të riorganizohen për të formuar shumë forma, duke përfshirë një rrjet të rregullt të vjetër. Shpresojmë të ripërdorim këtë konfigurim për të bërë një ekspozitë / lojë interaktive për Mini MakerFaire tonë të ardhshëm në pranverë.

Hapi 1: Lista e Pjesëve

• Fijet LED 2x - 5V WS2811 (20 fije x 50 pixel = 1000 pixel)
• Lidhës 5x - 3 Pin të papërshkueshëm nga uji (5 pako)
• Shirita montimi 24x - 12MM RGB
• 3x - Kontrolluesit LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Blloqet e Shpërndarjes së Fuqisë
• Furnizimi me energji 1x - 5V 60A (300W)
• 1x- RJ-45 Socket Down Pocket (10 pako)
• Teli i energjisë 2x - 22 AWG (65 ft)
• 1x - Kompleti i lidhësit Anderson
• Mbajtës siguresash 1x - 12 AWG
• 3x - 2x8 Crimp Connector Strehimi
• 1x - 0.1 "Kunja Femërore Crimp (100 pako)
• 6x - Kuti elektrike të papërshkueshme nga uji
• 3x - Siguresa 20A
• 1x - Kabllo energjie kompjuterike
• 1x - mjedër Pi 3
• 1x - Kartë MicroSD
• 24 këmbë - kabllo CAT5/CAT6
• 15 këmbë - tela 12 AWG (kuq e zi)
• 6x - përfundon shtrëngimi RJ -45
• Kompensatë 2x - 4x8 fletë 3/4"
• Hekur me kënd 2x - 4 '
• 200x - Lidhëse zip
• ~ 144x - Lidhës të bashkimit të papërshkueshëm nga uji (opsionale, por një kursim i madh i kohës)
• Saldator
• Zvogëlimi i nxehtësisë
• Mbërthim

Hapi 2: Vështrim i përgjithshëm i sistemit elektrik

Siç shihet në diagramin e mësipërm, sistemi elektrik i pemës mund të ndahet në disa përbërës kryesorë: kutia e kontrollit, kutitë e bashkimit të energjisë, kutitë e bashkimit të të dhënave dhe fijet LED. Kutia e kontrollit strehon furnizimin me energji 5V 60A dhe Raspberry Pi. Kutitë e Data Junction përmbajnë kontrolluesit LED FadeCandy. Kutitë e bashkimit të energjisë përmbajnë shirita autobusi për të shpërndarë energjinë (5V & GND) në fijet LED. Çdo palë kuti bashkimi (një e dhënë + një fuqi) kontrollojnë tetë fije LED. Meqenëse janë 24 fije LED të përdorura në këtë projekt, ka tre grupe kutish bashkimi (gjashtë gjithsej).

*Ka një gabim në diagramin e treguar më sipër, CAT6 Cable 0 (Fijet 0-7) duhet të jetë (Fijet 0-3) dhe CAT6 Cable 1 (Strand 7-15) duhet të jetë (Fijet 4-7).

Hapi 3: Bashkoni lidhëset e papërshkueshëm nga uji

Meqenëse pema ishte menduar për përdorim në natyrë, u mor kujdes shtesë për të siguruar që të gjitha lidhjet të ishin të papërshkueshme nga uji. Për ata që duan të bëjnë një projekt të ngjashëm të brendshëm, lidhësit e papërshkueshëm nga uji mund të injorohen në favor të lidhësve JST me 3 kunja që vijnë me fijet LED. Shumë punë në këtë projekt shkuan në bashkimin e lidhësve të papërshkueshëm nga uji në fijet.

Për konfigurimin tonë, ne kemi prerë lidhësin ekzistues JST nga fillesa LED dhe ngjitëm një lidhës 3 -pin të papërshkueshëm nga uji në vendin e tij. Duhet pasur kujdes për të shtuar lidhësin në anën "hyrëse" të fijes LED, lidhja e të dhënave në fijet LED janë të drejtuara. Ne zbuluam se çdo LED kishte një shigjetë të vogël që tregon drejtimin e të dhënave. Ne fillimisht bashkangjitëm secilën nga tre telat në anën e fillesë LED duke përdorur një teknikë që përfshin lidhjen, tkurrjen e nxehtësisë dhe mbylljen. Përfundimisht ne kaluam në përdorimin e këtyre lidhësve të papërshkueshëm nga uji, të cilët rezultuan të ishin një kursimtar i madh i kohës.

Nga ana e fuqisë/të dhënave (p.sh., ana me të cilën lidhen fijet LED), ne përdorëm tela 22 AWG për fuqinë/tokëzimin dhe kabllon CAT6 për të dhënat/tokëzimin. Çdo kabllo CAT6 përmban katër çifte të përdredhur, kështu që ne mund të lidhim katër fije LED me një kabllo të vetme CAT6. Diagrami i mësipërm tregon se si fillesa LED me 3 kunja shpërthen në 4 tela (5V, GND, Të dhëna). Lidhja e katër telave me tre tela dukej se ishte një pikë konfuzioni kur montoni këtë projekt. Përfundimi kryesor është se dy bazat (Data + Power) kombinohen në lidhësin e papërshkueshëm nga uji.

Çdo kabllo CAT6 përfundoi me një lidhës RJ-45 i cili lidhej me një strehë femre RJ-45 të lidhur me një tabelë FadeCandy. Telat CAT6 mund të ishin bashkuar direkt në dërrasat FadeCandy, por ne zgjodhëm të shtonim lidhës për të lejuar riparime më të lehta nëse është e nevojshme. Ne i bëmë të gjitha telat tanë 48 inç të gjatë për t'i dhënë vetes një fleksibilitet kur montojmë fizikisht pemën.

Hapi 4: Bashkangjitni lidhëset në bordet FadeCandy

Tabelat e FadeCandy që kemi blerë nuk kanë ardhur me tituj të bashkangjitur, përkundrazi ka pasur dy rreshta prej viash të shpërndara 0.1 ". Përfundimisht vendosëm që FadeCandys do të lidhej me kabllot CAT6 duke përdorur bazat standarde RJ-45" punch-down ". Në ngjarja që na duhej për të zëvendësuar një FadeCandy (rezulton se e bëmë!), Ne gjithashtu shtuam 0.1 kunja në secilën tabelë të FadeCandy. Ne i bashkangjitëm kunjat e shtrëngimit femra në secilën prej tetë telave të bashkangjitur në prizën e grushtit RJ-45 për t'u lidhur me titujt 0.1 ". Përveç shtrëngimit të kunjave në secilën tel, shtova edhe pak saldim për të parandaluar kunjat Sigurisht, unë e zbulova këtë "truk" të bashkimit pasi gjysma e kunjave që shtypa më dështuan, mësimi i nxjerrë.

Hapi 5: Futni LED në brezat hapësirë

Pas leximit të disa postimeve të forumit dhe shikimit të disa videove nga njerëz të tjerë që kanë bërë 'pemë' të ngjashme, përdorimi i ndarësve plastikë dukej të ishte një artikull i përsëritur. Shiritat lejojnë që distanca e LED -ve të rregullohet për t'iu përshtatur nevojave individuale dhe lejon që fijet LED të tensionohen midis unazave të pemëve të sipërme dhe të poshtme. Madhësia e LED duhet të përputhet me madhësinë e vrimave të ndarësit (në rastin tonë 12 mm), në mënyrë që çdo LED individual të përshtatet fort në vrimat në ndarësit. Ne vendosëm që LED-et tona të jenë zig-zag, të tilla që 24 fije LED të formojnë 48 kolona rreth pemës.

Ne bëmë një gabim në këtë pikë që na detyroi të gjenerojmë disa "vrima" shtesë për LED. Ne i premë shiritat në gjysmë, kështu që do të kishim 48 gjatësi ndarësish. Ajo që zbuluam ishte se çdo distancë prej tetë këmbësh përmbante 96 vrima (një në çdo inç) dhe prerja e tyre në gjysmë në një vrimë do të thoshte se ishim katër vrima të shkurtra për një fije LED. Kini parasysh gabimin tonë dhe jepni llogari paraprakisht për këtë! Ne përfundimisht lazer prerë disa "zgjerime" për të shtuar vrimat që mungojnë.

Dosja vektoriale e përdorur për prerjen me lazer të kllapave shtesë është bashkangjitur më poshtë ("TreeLightBracket.eps")

Hapi 6: Mblidhni kutitë e kyçjes së energjisë

Tre kutitë e shpërndarjes së energjisë secila ka një palë shirita autobusi. Shiriti i parë shpërndan 5V dhe tjetri shpërndan GND. Ndërsa pema jonë u shfaq jashtë, ne zgjodhëm të përdorim kuti elektrike të papërshkueshëm nga uji për të vendosur shufrat e autobusëve. Ne ngjitëm secilën shirit në vend duke përdorur zam të nxehtë dhe shtuam një copëz të një dosje manila midis secilës shirit dhe kutisë për të parandaluar pantallona të shkurtra. Çdo kuti bashkimi energjie lidhet me tetë fije LED përmes telit 22 AWG të përshkruar më parë. Çdo kuti lidhet me furnizimin me energji kryesore duke përdorur tela 12 AWG dhe ka një lidhës "Anderson" për të lejuar transportin më të lehtë.

Hapi 7: Mblidhni kutitë e lidhjes së të dhënave

Duke përdorur të njëjtat kuti si me kutitë e shpërndarjes së energjisë, ne krijuam tre kuti shpërndarjeje "të dhënash" që strehojnë një tabelë të vetme FadeCandy në secilën. Kabllot mikro USB nga Raspberry Pi lidhen me bordet FadeCandy brenda kësaj kutie dhe kabllot CAT6 lidhen gjithashtu me bazat femra RJ-45. Meqenëse dërrasat FadeCandy nuk kanë vrima të mëdha montimi, secilën dërrasë e mbyllim me zinxhir në një copë kompensatë. Kjo kompensatë gjithashtu funksionoi si një izolant për të mbajtur bordin nga qarku i shkurtër kundër kutisë elektrike.

Hapi 8: Furnizimi me energji elektrike me tela

Përbindëshi 5V 60A i një furnizimi me energji që porositëm siguron energji për të gjithë projektin. Secila nga tre kutitë e kyçjes së energjisë lidhet me këtë furnizim kryesor me tela 12 AWG. Çdo kuti bashkimi ka palën e vet të lidhësve Anderson dhe një siguresë 20A për të izoluar çdo pantallona të shkurtra. Raspberry Pi merr energji edhe nga ky furnizim, të cilin e arrita duke prerë një kabllo USB dhe duke lidhur telat e energjisë/tokëzimit me terminalet e furnizimit me energji. Meqenëse këto tela ishin mjaft të vegjël, shtova gjithashtu disa lidhëse zip për të shtuar një lehtësim të tendosjes në këto lidhje. Furnizimi me energji elektrike nuk erdhi me një prizë AC, kështu që unë preva një kabllo standarde të kompjuterit/monitorit dhe e bashkova në terminalet e vidhos. Jini shumë të kujdesshëm në skenë dhe kontrolloni tre herë punën tuaj! E gjeta këtë projekt Adafruit jashtëzakonisht të dobishëm për të kuptuar se si lidhet fuqia.

Hapi 9: Konfiguroni Raspberry Pi

Unë vendos një kartë microSD me sistemin operativ Raspbian dhe vendos një server FadeCandy duke përdorur udhëzimet e gjetura këtu:

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

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

Kam gjetur se depoja OpenPixelControl kishte një grup të madh shembujsh për ndërlidhjen me serverin FadeCandy. Në fund përfundova duke shkruar një shkrim Python për të bërë animacione në pemë kur Pi filloi. Ngarkon video në rezolucionin tonë të synuar, hap kornizë për kuadër përmes videos dhe dërgon një grup kontrolli FadeCandy për çdo kornizë. Skedari i konfigurimit FadeCandy lejon që bordet e shumta të ndërfaqen sikur të ishin një tabelë e vetme dhe krijon një ndërfaqe shumë të pastër. Skripti python që kontrollon pemën është konfiguruar për të ngarkuar skedarë nga një dosje e caktuar. Si e tillë, rregullimi i animacioneve është aq i thjeshtë sa shtimi/heqja e skedarëve video nga ai dosje.

Në procesin e testimit të pemës, unë arrita të korruptoj një kartë microSD. Unë ia atribuoj këtë heqjes së energjisë nga Pi pa bërë një mbyllje të duhur. Për të shmangur incidentet në të ardhmen, shtova një buton shtypi dhe e konfigurova që të fikte me siguri Pi. Kam bërë gjithashtu disa kopje rezervë të kartës së fundit microSD, për çdo rast.

Para se të merrja të gjitha pjesët për pemën aktuale, unë shkova në depo OpenPixelControl git hub dhe zbulova një imitues të pastër LED brenda. Unë në fakt e përdor këtë program për të testuar një pjesë të madhe të skenarit të animacionit të përmendur më lart. Simulatori merr një skedar konfigurimi që tregon vendosjen fizike të secilës LED në hapësirë (mendoni X, Y, Z) dhe përdor të njëjtën ndërfaqe si programi i serverit FadeCandy.

Hapi 10: Bëni animacione

Skenari Python i lidhur më parë mund të luajë çdo format video në pemë, për sa kohë që rezolucioni është 96x50. Rezolucioni i pemës është 48x25, megjithatë mjeti që kam përdorur për të kthyer videot në rezolucion më të ulët (Frenat e dorës) kishte një kufi minimal pixel prej 32 piksele. Për këtë arsye, unë thjesht dyfishova zgjidhjen aktuale të pemës dhe pastaj provova çdo piksel tjetër në shkrimin tim Python.

Procesi që kam përdorur për shumicën e animacioneve ishte gjetja ose krijimi i një GIF, pastaj prerja e tij (duke përdorur frenat e dorës) derisa raporti i aspektit të ishte 1.92: 1. Pastaj do të ndryshoja rezolucionin e daljes në objektivin 96x50 dhe do të filloja konvertimin. Disa skedarë-g.webp

Duke përdorur ndërfaqen OpenPixelControl, gjithashtu mund të gjeneroni modele në mënyrë programore. Gjatë testimit fillestar kam përdorur mjaft shpesh shkrimin python "raver_plaid.py".

Animacionet e përdorura për pemën tonë janë bashkangjitur më poshtë "makerTreeAnimations.zip".

Hapi 11: Testimi i Sistemit Elektrik

Me të gjithë përbërësit kryesorë elektrikë/softuerë të lidhur, ishte koha për të provuar gjithçka. Unë ndërtova një kornizë të thjeshtë prej druri për të tendosur fijet LED, e cila doli shumë e dobishme për të identifikuar nëse ndonjë fije ishte jashtë funksionit (të cilat ishin disa). Videot e mësipërme tregojnë një demonstrim të konservuar nga OpenPixelControl dhe skenarin tim Pyjeton të personalizuar të videove që drejton një animacion Mario.

Hapi 12: Ndërtoni kornizën

Ne i lidhëm të gjitha fijet LED në një kornizë prototipi që ndërtojmë nga tuba PVC dhe pex. Ne i lamë lidhëset e zinxhirit të lirë në mënyrë që t'i rivendosim nëse është e nevojshme. Ky doli të ishte një vendim i shkëlqyeshëm pasi vendosëm që PVC vertikale prishi rrjetën LED shumë dhe kaloi në një model CNC'd. Dizajni përfundimtar në thelb përbëhet nga një lak i sipërm dhe një lak i poshtëm. Lakja e poshtme është montuar në bazën e pemës dhe ka një diametër më të madh se laku i sipërm që është (nuk është për t'u habitur), i montuar në majë të pemës. Fijet e LED -it shtrihen midis sytheve të sipërme dhe të poshtme për të formuar formën e konit (ose "pemës" nëse dëshironi).

Të dy sythe janë prerë nga kompensatë 3/4 "në një ruter CNC, skedari vektor për sythe janë bashkangjitur më poshtë (" TreeMountingPlates.eps "). Lakrat e sipërme dhe të poshtme secila përbëhen nga dy pjesë gjysmë-rrethore që formojnë një komplet lak. Dizajni i dy pjesëve ishte në mënyrë që të mund të bashkonim me lehtësi dy gjysmat rreth pemës pa dëmtuar degët. Guruja jonë lokale CNC shtoi njëfarë dhuntie të bukur duke i bërë sythe të kornizës së sipërme dhe të poshtme në flokë dëbore. Një prekje e bojës së bardhë dhe disa shkëlqim u shtuan gjithashtu për të zbukuruar kornizën.

Hapi 13: Ndërtoni një disk të poshtëm / montoni elektronikë

Ne prerë dy gjysmë rrathë nga një copë kompensatë tjetër me të njëjtin diametër si laku i poshtëm i përshkruar më parë për të montuar pajisjet elektronike (kutia e kontrollit, kutitë e kyçjes) nën lakun e poshtëm. Ashtu si me sythe të sipërme dhe të poshtme ajo u bë në dy pjesë, pastaj u bashkua përgjatë vijës qendrore për të formuar një rreth të plotë. Disku ishte pikturuar me ngjyrë të gjelbër për ta ndihmuar atë të përzihet dhe vuloset nga shiu. Ne i montuam të gjitha kutitë elektronike në pjesën e poshtme të këtij disku, ashtu që disku formoi një lloj ombrellë për përbërësit elektrikë. Gjatësitë e tepërta të telit u mbështollën dhe u lidhën me zinxhir në këtë disk për të mbajtur një pamje të pastër.

Hapi 14: Bashkëngjitni Kornizën Pemës

Kur sythet e sipërme dhe të poshtme të kornizës ishin tharë, ne hodhëm disa pjesë të gjata hekuri me kënd poshtë në tenxheren e pemës për të ndihmuar në stabilizimin e trungut. Hekuri me kënd siguroi gjithashtu pika montimi për sythe të kornizës së sipërme dhe të poshtme, pa shtuar tendosje në pemën fizike. Me të gjitha fijet LED të lidhura me lakin e sipërm, ne përdorëm një copë litar për të pezulluar montimin e unazës së sipërme nga tavani. Ne zbuluam se ishte më e lehtë të ulim ngadalë unazën në pemë në vend që të përpiqemi ta mbajmë në vend me dorë. Pasi unaza e sipërme ishte në vend në hekurin me kënd, ne e lidhëm unazën e poshtme në pemë dhe zip lidhëm fijet LED fort në lakun e poshtëm gjithashtu. Disku i poshtëm (jeshil) ishte montuar direkt nën lakin e poshtëm me të gjitha pajisjet elektronike të bashkangjitura.

Hapi 15: Dorëzimi (opsional)

Tani uluni dhe shijoni frytet e punës suaj (tonë)! Pema jonë do të jetë e shfaqur në North Little Rock për të gjithë muajin dhjetor (2018). Unë tashmë po mendoj se si mund ta bëjmë ekranin ndërveprues për mini MakerFaire tonë në pranverë.

A keni ndonjë pyetje? Pyesni në komentet!

Vendi i dytë në konkursin Make it Glow 2018