Strom RGB LED Maker: 15 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-13 06:58

Náš miestny makerspace sponzoroval strom, ktorý sa má zobraziť na Hlavnej ulici za mesiac december (2018). Počas nášho brainstormingu sme prišli s myšlienkou umiestniť na strome smiešne množstvo diód LED namiesto tradičných ozdôb. Ako tvorcovia, ktorí radi robia veci trochu nad rámec, sme sa rýchlo rozhodli, že strom, ktorý dokáže prehrávať animácie, bude nielen zábavný, ale bude tiež vytvárať určité zvuky.

Preskúmal som niektoré existujúce riešenia, ktoré používali vyhradené LED kontroléry, a rozhodol som sa, že blízky zdroj to jednoducho neurobí. Narazil som na vynikajúci návod spoločnosti Adafruit na používanie ich LED ovládačov „FadeCandy“. Táto úhľadná tabuľa sa zúčastnila mnohých vystúpení Burning Man a má veľa dobrých príkladov, z ktorých je možné pracovať. Strom pozostáva z 24 vlákien individuálne adresovateľných RGB LED kmeňov ovládaných pomocou dosiek FadeCandy a napájaných jediným 5V 60A zdrojom. Raspberry Pi poskytuje animácie na doskách FadeCandy prostredníctvom káblov micro-USB, ktoré sa zase pripájajú k jednotlivým vláknam LED. Pramene sú usporiadané radiálne, aby vytvorili tvar kužeľa / stromu, ako je vidieť vyššie.

Úhľadná vec na tomto nastavení je, že nie je obmedzená na jedno použitie. Pramene LED je možné prestavať tak, aby tvorili mnoho tvarov vrátane pravidelnej starej mriežky. Dúfame, že toto nastavenie znova použijeme na vytvorenie interaktívnej výstavy / hry pre naše ďalšie Mini MakerFaire na jar.

Krok 1: Zoznam dielov

• 2x - 5V WS2811 LED pramene (20 vlákien x 50 pixelov = 1000 pixelov)
• 5x - 3 -pinové vodotesné konektory (5 balení)
• 24x - 12MM montážne pásy RGB
• 3x - Adafruit FadeCandy LED ovládače
• 6x - Bloky distribúcie energie
• 1x - 5V 60A (300W) Napájanie
• 1x- RJ-45 dierovacie zásuvky (10 balení)
• Napájací kábel 2x - 22 AWG (65 stôp)
• 1x - Sada konektorov Anderson
• 1x - 12 AWG držiaky radových poistiek
• Puzdro krimpovacieho konektora 3x - 2x8
• 1x - 0,1 "ženské krimpovacie kolíky (100 balení)
• 6x - Vodotesné elektrické boxy
• Poistka 3x - 20A
• 1x - Napájací kábel počítača
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - karta MicroSD
• 24 stôp - kábel CAT5/CAT6
• 15 stôp - 12 AWG vodič (červený a čierny)
• 6x - Krimpovacie konce RJ -45
• 2x - 4x8 list 3/4 "preglejka
• Žehlička 2x - 4 '
• 200x - Viazanky na zips
• ~ 144x - Vodotesné spojovacie konektory (voliteľné, ale obrovská úspora času)
• Spájka
• Zmršťovacia
• Utesnenie

Krok 2: Prehľad elektrického systému

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného diagramu, elektrický systém stromu je možné rozdeliť na niekoľko hlavných komponentov: riadiaca skrinka, výkonové rozvodné skrine, dátové spojovacie skrinky a LED pramene. V ovládacom boxe je napájanie 5V 60A a Raspberry Pi. Boxy Data Junction obsahujú ovládače LED FadeCandy. Rozvodné skrinky Power obsahujú zbernice na distribúciu energie (5 V a GND) do prameňov LED. Každý pár rozvodných skriniek (jeden údaj + jedno napájanie) ovláda osem LED diód. Pretože v tomto projekte je použitých 24 vlákien LED, existujú tri sady spojovacích skriniek (celkom šesť).

*Na obrázku vyššie je chyba, kábel CAT6 0 (pramene 0-7) by mal byť (pramene 0-3) a kábel CAT6 1 (prameň 7-15) by mal byť (pramene 4-7).

Krok 3: Pripojte vodotesné konektory

Keďže strom bol určený na vonkajšie použitie, venovala sa mimoriadna pozornosť tomu, aby boli všetky spoje vodotesné. Pre tých, ktorí chcú urobiť podobný interiérový projekt, je možné vodotesné konektory ignorovať v prospech 3 -kolíkových konektorov JST, ktoré sa dodávajú s vláknami LED. Veľa práce na tomto projekte išlo na spájkovanie vodotesných konektorov s vláknami.

Pri našom nastavení sme odrezali existujúci konektor JST z vlákna LED a na jeho miesto pripevnili 3 -kolíkový vodotesný konektor. Je potrebné dávať pozor na pridanie konektora na „vstupnú“stranu LED vlákna, dátové pripojenie na LED vláknach je smerové. Zistili sme, že každá dióda LED mala malú šípku označujúcu smer údajov. Každý z troch drôtov na strane prameňa LED sme pôvodne pripevnili technikou spájkovania, zmršťovania teplom a tesnenia. Nakoniec sme prešli na používanie týchto vodotesných spojovacích konektorov, ktoré sa ukázali ako obrovská úspora času.

Na napájaciu/dátovú stranu (tj. Na stranu, ku ktorej sa pripájajú pramene LED) sme použili drôt 22 AWG na napájanie/uzemnenie a kábel CAT6 na dátové/uzemnenie. Každý kábel CAT6 obsahuje štyri skrútené páry, takže sme mohli k jednému káblu CAT6 pripojiť štyri vlákna LED. Vyššie uvedený diagram ukazuje, ako sa 3 -kolíkový reťazec LED rozdelí na 4 vodiče (5 V, GND, údaje). Pripojenie štyroch vodičov k trom vodičom sa zdalo byť zmätkom pri montáži tohto projektu. Kľúčom k tomu je, aby sa tieto dva dôvody (údaje + výkon) spojili vo vodotesnom konektore.

Každý kábel CAT6 bol zakončený konektorom RJ-45, ktorý bol zapojený do ženského puzdra RJ-45 pripojeného k doske FadeCandy. Vodiče CAT6 mohli byť spájkované priamo na dosky FadeCandy, ale rozhodli sme sa pridať konektory, ktoré v prípade potreby umožnia jednoduchšie opravy. Všetky naše káble sme urobili 48 palcov dlhé, aby sme si poskytli určitú flexibilitu pri fyzickom zostavovaní stromu.

Krok 4: Pripojte konektory k doskám FadeCandy

Zakúpené dosky FadeCandy neboli dodávané s pripojenými hlavičkami, ale boli tam dva rady prepojovacích priechodiek s priemerom 0,1 ". Nakoniec sme sa rozhodli, že FadeCandys sa k káblom CAT6 pripojí pomocou štandardných zásuviek RJ-45" punch-down ". V prípade, že sme potrebovali nahradiť FadeCandy (ukázalo sa, že sme to urobili!), Na každú dosku FadeCandy sme tiež pridali kolíky 0,1 ". Na každý z ôsmich drôtov pripojených k dierovacej zásuvke RJ-45 sme pripevnili samice krimpovacích kolíkov, aby sme sa mohli pripojiť k 0,1 "hlavičkám. Okrem toho, že som kolíky zalisoval na každý vodič, pridal som aj trochu spájky, aby sa pinom zabránilo Samozrejme, tento spájkovací „trik“som objavil až potom, keď na mňa zlyhala polovica kolíkov, ktoré som zvlnil.

Krok 5: Vložte diódy LED do dištančných pásikov

Po prečítaní niekoľkých príspevkov na fóre a sledovaní videí od iných ľudí, ktorí vytvorili podobné „stromy“, sa zdalo, že používanie plastových rozperiek je stále sa opakujúcim predmetom. Pásy umožňujú nastaviť rozstup LED diód tak, aby vyhovovali individuálnym potrebám, a umožňuje napnutie prameňov LED medzi horný a dolný letokruh. Veľkosť LED diódy sa musí zhodovať s veľkosťou dištančných otvorov (v našom prípade 12 mm) tak, aby každá jednotlivá dióda LED tesne zapadala do otvorov v dištančných vložkách. Rozhodli sme sa, že naše LED diódy budú cik-cak, takže 24 prameňov LED diód vytvorí okolo stromu 48 stĺpcov.

V tomto mieste sme urobili chybu, ktorá nás prinútila vygenerovať niekoľko ďalších „dier“pre diódy LED. Pásy prekrojíme na polovicu, aby nám zostalo 48 dĺžok rozperiek. Zistili sme, že každá osem stopová rozpierka obsahovala 96 otvorov (jeden na každý palec) a ich rozrezanie na polovicu na diere znamenalo, že nám na jeden prameň LED chýbali štyri otvory. Dbajte na našu chybu a zúčtujte to vopred! Nakoniec sme niektoré „rozšírenia“vyrezali laserom, aby sme doplnili chýbajúce otvory.

Vektorový súbor používaný na rezanie predlžovacích zátvoriek laserom je priložený nižšie („TreeLightBracket.eps“)

Krok 6: Zostavte rozvodné skrine

V troch rozvodných skriniach je každý pár zberníc. Prvá lišta rozdeľuje 5V a druhá rozdeľuje GND. Keď bol náš strom vystavený vonku, rozhodli sme sa použiť vodotesné elektrické boxy na umiestnenie autobusových tyčí. Každú lištu sme pripevnili pomocou horúceho lepidla na miesto a medzi každú lištu a puzdro sme pridali útržok manilského priečinka, aby sme predišli skratom. Každá rozvodná skrinka sa pripája k ôsmim vláknam LED pomocou predtým popísaného vodiča 22 AWG. Každý box sa pripája k hlavnému zdroju napájania pomocou 12 AWG drôtu a má konektor „Anderson“, ktorý umožňuje jednoduchšiu prepravu.

Krok 7: Zostavte dátové spojovacie boxy

Použitím rovnakých boxov ako u rozvodných skríň sme vytvorili tri „dátové“rozvodné skrine, v ktorých je umiestnená jedna doska FadeCandy. Káble micro USB z Raspberry Pi sa pripájajú k doskám FadeCandy vo vnútri tohto boxu a káble CAT6 sa pripájajú aj k zásuvkám RJ-45. Pretože dosky FadeCandy nemajú veľké montážne otvory, každú dosku sme zviazali zipsom do zvyšku preglejky. Táto preglejka fungovala aj ako izolátor, aby doska neskratovala elektrickú skrinku.

Krok 8: Napájanie drôtom

Monstrum 5V 60A napájania, ktoré sme si objednali, poskytuje energiu pre celý projekt. Každý z troch rozvodných boxov je pripojený k tomuto hlavnému zdroju vodičom 12 AWG. Každá spojovacia skrinka má svoj vlastný pár konektorov Anderson a vloženú 20A poistku na izoláciu akýchkoľvek skratov. Raspberry Pi získava energiu aj z tohto zdroja, čo som dosiahol prerušením kábla USB a pripojením napájacích/uzemňovacích vodičov k napájacím svorkám. Pretože tieto drôty boli dosť malé, pridal som aj pár zipsov, aby som týmto spojom trochu uľavil od napätia. Napájací zdroj nebol dodávaný so sieťovou zástrčkou, a tak som prerušil štandardný napájací kábel počítača/monitora a pripevnil ho k skrutkovacím svorkám. Vo fáze buďte obzvlášť opatrní a trikrát skontrolujte svoju prácu! Považoval som tento projekt Adafruit za veľmi nápomocný pri pochopení toho, ako je sila prepojená.

Krok 9: Nastavte Raspberry Pi

V operačnom systéme Raspbian som nainštaloval kartu microSD a nastavil server FadeCandy podľa pokynov uvedených tu:

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

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

Zistil som, že úložisko OpenPixelControl má veľký súbor príkladov na prepojenie so serverom FadeCandy. Nakoniec som skončil tým, že som pri štarte Pi písal skript Pythonu na slučkové animácie na strome. Načíta videá v našom cieľovom rozlíšení, krok za krokom video prechádza a pre každý rámec odosiela riadiace pole FadeCandy. Konfiguračný súbor FadeCandy umožňuje prepojenie viacerých dosiek, ako keby boli jednou doskou, a vytvára veľmi čisté rozhranie. Skript python, ktorý ovláda strom, je nastavený na načítanie súborov z konkrétneho priečinka. Úprava animácií je taká jednoduchá, ako pridávanie/odstraňovanie súborov videa z tohto priečinka.

V procese testovania stromu sa mi podarilo poškodiť kartu microSD. Pripisujem to odstráneniu napájania z Pi bez riadneho vypnutia. Aby sa predišlo budúcim incidentom, pridal som tlačidlo a nakonfiguroval ho na bezpečné vypnutie Pi. Tiež som pre istotu urobil niekoľko záloh konečnej karty microSD.

Pred prijatím všetkých častí pre aktuálny strom som rozdvojil úložisko rozbočovača OpenPixelControl git hub a objavil som vo vnútri úhľadný simulátor LED. Tento program som skutočne použil na testovanie veľkej časti vyššie uvedeného animačného skriptu. Simulátor vezme konfiguračný súbor, ktorý indikuje fyzické umiestnenie každej diódy LED v priestore (myslím X, Y, Z) a používa rovnaké rozhranie ako serverový program FadeCandy.

Krok 10: Vytvorte animácie

Predtým prepojený skript Python môže na strome prehrávať ľubovoľný formát videa, pokiaľ je rozlíšenie 96 x 50. Rozlíšenie stromu je 48 x 25, ale nástroj, ktorý som používal na prevádzanie videí na nižšie rozlíšenie (ručná brzda), mal minimálny počet pixelov 32 pixelov. Z tohto dôvodu som jednoducho zdvojnásobil skutočné rozlíšenie stromu a potom som vzorkoval každý ďalší pixel v mojom skripte Python.

Proces, ktorý som použil pri väčšine animácií, bol nájsť alebo vygenerovať-g.webp

Pomocou rozhrania OpenPixelControl môžete vzory generovať aj programovo. Počas počiatočného testovania som dosť používal pythonový skript „raver_plaid.py“.

Animácie použité pre náš strom sú priložené pod textom „makerTreeAnimations.zip“.

Krok 11: Test elektrického systému

Keď boli pripojené všetky hlavné elektrické/softvérové komponenty, bolo načase všetko otestovať. Postavil som jednoduchý drevený rám na napínanie LED prameňov, ktorý sa veľmi osvedčil pri identifikácii, či nie sú nejaké vlákna mimo prevádzky (ktorých bolo niekoľko). Vyššie uvedené videá zobrazujú ukážku z konzervy od OpenPixelControl a môjho vlastného skriptu prehrávača videa Python so spustenou animáciou Mario.

Krok 12: Zostrojte rám

Všetky pramene LED sme pripevnili k prototypovému rámu, ktorý staviame z hadíc z PVC a PEX. Zipsy sme nechali voľné, aby sme ich v prípade potreby mohli zmeniť. Ukázalo sa to ako skvelé rozhodnutie, pretože sme sa rozhodli, že vertikálne PVC príliš rozbilo mriežku LED a namiesto toho prešlo na dizajn CNC. Konečný dizajn v zásade pozostáva z hornej slučky a spodnej slučky. Spodná slučka je namontovaná na spodnej časti stromu a má väčší priemer ako horná slučka, ktorá je (žiadne prekvapenie) namontovaná v hornej časti stromu. LED pramene sa rozprestierajú medzi hornou a dolnou slučkou a vytvárajú tvar kužeľa (alebo „stromu“, ak chcete).

Obe slučky boli vyrezané z 3/4 "preglejky na CNC routeri, vektorový súbor slučiek je pripojený nižšie (" TreeMountingPlates.eps "). Horná a dolná slučka pozostávajú z dvoch polkruhových kúskov, ktoré tvoria kompletný slučka. Dvojdielny dizajn bol taký, aby sme mohli dve polovice ľahko prichytiť okolo stromu bez poškodenia konárov. Náš miestny guru CNC pridal pekný kúsok a urobil zo slučiek horného a dolného rámu snehové vločky. Dotyk bielej farby a tiež boli pridané nejaké trblietky na smrek rámu.

Krok 13: Zostrojte spodný kotúč / namontujte elektroniku

Z iného kusu preglejky rovnakého priemeru, ako mala predtým popísaná dolná slučka, sme vystrihli dva polkruhy, aby sme pod spodnú slučku namontovali elektroniku (ovládaciu skrinku, spojovacie skrinky). Rovnako ako u horných a dolných slučiek bolo vyrobené z dvoch kusov, potom spojené pozdĺž stredovej čiary a vytvoriť úplný kruh. Disk bol natretý na zeleno, aby mu pomohol splynúť a utesniť ho pred dažďom. Na spodnú stranu tohto disku sme namontovali všetky skrinky elektroniky tak, aby disk tvoril akýsi dáždnik k elektrickým komponentom. Prebytočné dĺžky drôtov boli omotané a na tento disk viazané na zips, aby bol zachovaný čistý vzhľad.

Krok 14: Pripojte rám k stromu

Keď boli horné a dolné slučky rámu suché, odviezli sme niekoľko dlhých kúskov uhlového železa do hrnca stromu, aby sme pomohli stabilizovať kmeň. Uhlová žehlička tiež poskytovala montážne body pre horné a dolné slučky rámu bez toho, aby dochádzalo k namáhaniu fyzického stromu. So všetkými vláknami LED pripevnenými k hornej slučke sme kus lana zavesili na zostavu horného prstenca zo stropu. Zistili sme, že bolo jednoduchšie pomaly spustiť prsteň na strom, namiesto toho, aby sme sa ho pokúšali držať na mieste ručne. Akonáhle bol horný krúžok na svojom mieste na uhlovej žehličke, pripevnili sme dolný krúžok k stromu a zips prúžky LED pevne priviazal aj k spodnej slučke. Spodný (zelený) kotúč bol namontovaný priamo pod spodnú slučku so všetkou pripojenou elektronikou.

Krok 15: Doručenie (voliteľné)

Teraz si sadnite a vychutnajte si plody svojej (našej) práce! Náš strom bude vystavený v North Little Rock celý mesiac december (2018). Už premýšľam, ako môžeme na jar urobiť displej interaktívnym pre náš mini MakerFaire.

Máte nejaké otázky? Pýtajte sa v komentároch!

Druhé miesto v súťaži Make it Glow Contest 2018