RGB LED kūrėjo medis: 15 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Mūsų vietinė kūrėjų erdvė rėmė medį, kuris bus rodomas pagrindinėje gatvėje gruodžio mėnesį (2018 m.). Smegenų šturmo metu sugalvojome vietoje tradicinių papuošalų ant medžio pastatyti juokingą šviesos diodų skaičių. Būdami kūrėjai, mėgstantys daryti viską šiek tiek per daug, greitai nusprendėme, kad medis, galintis atkurti animaciją, bus ne tik įdomus, bet ir sukels šurmulį.

Aš ištyriau kai kuriuos esamus sprendimus, kuriuose buvo naudojami specialūs LED valdikliai, ir nusprendžiau, kad artimas šaltinis to nepadarys. Aš susidūriau su puikia „Adafruit“pamoka apie jų „FadeCandy“LED valdiklių naudojimą. Ši tvarkinga maža lenta daug kartų pasirodė „Burning Man“ir turi daug gerų pavyzdžių. Medis susideda iš 24 krypčių individualiai adresuojamų RGB LED padermių, valdomų naudojant „FadeCandy“plokštes ir maitinamas vienu 5V 60A maitinimo šaltiniu. „Raspberry Pi“teikia animaciją „FadeCandy“plokštėms per „micro-USB“kabelius, kurie savo ruožtu jungiasi prie atskirų LED grandinių. Sruogos yra išdėstytos radialiai, kad suformuotų kūgio / medžio formą, kaip parodyta aukščiau.

Puikus šios sąrankos dalykas yra tai, kad jis neapsiriboja vienu naudojimu. Šviesos diodų sruogas galima pertvarkyti, kad sudarytų daugybę formų, įskaitant įprastą seną tinklelį. Tikimės pakartotinai panaudoti šią sąranką, kad pavasarį sukurtume interaktyvią parodą / žaidimą kitam mūsų „Mini MakerFaire“.

1 žingsnis: dalių sąrašas

• 2x - 5V WS2811 LED sruogos (20 gijų x 50 pikselių = 1000 pikselių)
• 5x - 3 kontaktų vandeniui atsparios jungtys (5 pakuotės)
• 24x - 12MM RGB tvirtinimo juostelės
• 3x - „Adafruit FadeCandy“LED valdikliai
• 6x - maitinimo paskirstymo blokai
• 1x - 5V 60A (300W) maitinimo šaltinis
• 1x RJ-45 perforavimo lizdai (10 pakuočių)
• 2x - 22 AWG maitinimo laidas (65 pėdų)
• 1x - „Anderson“jungčių rinkinys
• 1x - 12 AWG inline saugiklių laikikliai
• 3x - 2x8 gofruoto jungties korpusas
• 1x - 0,1 "moterų gofravimo smeigtukai (100 pakuočių)
• 6x - vandeniui atsparios elektros dėžės
• 3x - 20A saugiklis
• 1x - kompiuterio maitinimo kabelis
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - „MicroSD“kortelė
• 24 pėdos - CAT5/CAT6 kabelis
• 15 pėdų - 12 AWG viela (raudona ir juoda)
• 6x - RJ -45 gofravimo galai
• 2x - 4x8 lakštų 3/4 colių fanera
• 2x - 4 'kampinis lygintuvas
• 200x - užtrauktukai
• ~ 144x - vandeniui atsparios sujungimo jungtys (neprivaloma, bet sutaupo daug laiko)
• Lituoklis
• Šilumos susitraukimas
• Sandarinimas

2 žingsnis: Elektros sistemos apžvalga

Kaip parodyta aukščiau esančioje diagramoje, medžio elektros sistemą galima suskirstyti į kelis pagrindinius komponentus: valdymo dėžutę, maitinimo jungčių dėžes, duomenų jungčių dėžutes ir šviesos diodų grandines. Valdymo dėžutėje yra 5V 60A maitinimo šaltinis ir „Raspberry Pi“. „Data Junction“dėžutėse yra „FadeCandy“LED valdikliai. Maitinimo jungčių dėžėse yra magistralės, skirtos paskirstyti energiją (5 V ir GND) LED grandinėms. Kiekviena jungčių dėžių pora (vienas duomenų + vienas maitinimas) valdo aštuonias LED sruogas. Kadangi šiame projekte naudojamos 24 šviesos diodų sruogos, yra trys jungiamųjų dėžių rinkiniai (iš viso šeši).

*Aukščiau pateiktoje diagramoje yra klaida, CAT6 kabelis 0 (0-7 sruogos) turėtų būti (0-3 sritis), o CAT6 kabelis 1 (7-15 sritis) turėtų būti (4-7 sritis).

3 žingsnis: pritvirtinkite vandeniui atsparias jungtis

Kadangi medis buvo skirtas naudoti lauke, buvo ypač rūpinamasi, kad visos jungtys būtų atsparios vandeniui. Tiems, kurie nori atlikti panašų patalpų projektą, vandeniui nelaidžios jungtys gali būti ignoruojamos 3 kontaktų JST jungčių, tiekiamų su LED sruogomis, naudai. Daug darbo šiame projekte buvo skirta lituoti vandeniui atsparias jungtis prie sruogų.

Norėdami nustatyti, mes nutraukėme esamą JST jungtį nuo šviesos diodų sruogos ir vietoje jos pritvirtinome 3 kontaktų vandeniui atsparią jungtį. Reikėtų pasirūpinti, kad LED jungties „įvesties“pusėje būtų prijungta jungtis, duomenų jungtis ant LED sruogų yra kryptinė. Mes nustatėme, kad kiekvienas šviesos diodas turėjo mažą rodyklę, nurodančią duomenų kryptį. Iš pradžių mes prijungėme kiekvieną iš trijų laidų šviesos diodų sruogos pusėje, naudodami metodą, apimantį litavimą, šilumos susitraukimą ir glaistymą. Galų gale mes pradėjome naudoti šias vandeniui atsparias sujungimo jungtis, o tai pasirodė labai sutaupanti laiko.

Maitinimo/duomenų pusėje (ty pusėje, prie kurios jungiasi šviesos diodų sruogos), mes naudojome 22 AWG laidą maitinimui/įžeminimui ir CAT6 kabelį duomenims/įžeminimui. Kiekviename CAT6 kabelyje yra keturios susuktos poros, todėl prie vieno CAT6 kabelio galėtume prijungti keturias LED sruogas. Aukščiau pateiktoje diagramoje parodyta, kaip 3 kontaktų šviesos diodų grandinė suskaidoma į 4 laidus (5 V, GND, duomenys). Keturių laidų prijungimas prie trijų laidų, atrodo, sukėlė painiavą renkant šį projektą. Svarbiausia yra tai, kad du pagrindai („Data + Power“) yra sujungti vandeniui atsparioje jungtyje.

Kiekvienas CAT6 kabelis buvo nutrauktas su RJ-45 jungtimi, kuri buvo prijungta prie RJ-45 korpuso, prijungto prie „FadeCandy“plokštės. CAT6 laidai galėjo būti lituojami tiesiai prie „FadeCandy“plokščių, tačiau mes nusprendėme pridėti jungtis, kad prireikus būtų lengviau atlikti remontą. Visi laidai buvo pagaminti 48 colių ilgio, kad fiziškai surinkdami medį suteiktume tam tikro lankstumo.

4 veiksmas: pritvirtinkite jungtis prie „FadeCandy“plokščių

Į mūsų įsigytas „FadeCandy“plokštes nebuvo pridėtos antraštės, o buvo dvi eilutės su 0,1 colio tarpais. Galiausiai nusprendėme, kad „FadeCandys“prijungs prie CAT6 kabelių naudodami standartinius RJ-45 „perforavimo“lizdus. įvykį, kurį mums reikėjo pakeisti „FadeCandy“(pasirodo, mes tai padarėme!), prie kiekvienos „FadeCandy“plokštės taip pat pridėjome 0,1 colio kaiščius. Prie kiekvieno iš aštuonių laidų, pritvirtintų prie RJ-45 perforavimo lizdo, pritvirtinome moteriškus gofruotus kaiščius, kad galėtume prijungti prie 0,1 colio antgalių. Be to, kad prie kiekvieno laido prispaudžiami kaiščiai, taip pat pridėjau šiek tiek lituoklio, kad būtų išvengta kaiščių Žinoma, šį litavimo „triuką“atradau tik po to, kai pusei sugnybtų kaiščių man nepavyko, išmokta pamoka.

5 žingsnis: Įdėkite šviesos diodus į tarpines juosteles

Perskaičius keletą forumo įrašų ir pažiūrėjus vaizdo įrašus iš kitų žmonių, kurie sukūrė panašius „medžius“, plastikinių tarpiklių naudojimas atrodė pasikartojantis dalykas. Juostelės leidžia reguliuoti šviesos diodų tarpus, kad jie atitiktų individualius poreikius, ir leidžia įtempti šviesos diodų sruogas tarp viršutinio ir apatinio medžio žiedų. Šviesos diodo dydis turi atitikti tarpinių skylių dydį (mūsų atveju 12 mm), kad kiekvienas atskiras šviesos diodas tvirtai tilptų į tarpiklių skyles. Mes nusprendėme, kad mūsų šviesos diodai būtų zigzago formos, kad 24 šviesos diodų sruogos sudarytų 48 stulpelius aplink medį.

Mes padarėme klaidą, kuri privertė mus sukurti papildomų „skylių“šviesos diodams. Juostas perpjovėme per pusę, kad turėtume 48 ilgio tarpiklius. Mes sužinojome, kad kiekviename aštuoniame pėdų tarpiklyje buvo 96 skylės (po vieną kiekviename colyje), o perpjovus jas per pusę ant skylės reiškė, kad kiekvienoje LED grandinėje trūksta keturių skylių. Atkreipkite dėmesį į mūsų klaidą ir atsiminkite tai iš anksto! Galų gale lazeriu supjaustome keletą „plėtinių“, kad pridėtume trūkstamas skyles.

Toliau pridedamas vektorinis failas, naudojamas lazeriui iškirpti ilginimo skliaustus („TreeLightBracket.eps“)

6 žingsnis: Surinkite maitinimo jungčių dėžes

Kiekvienoje trijose elektros skirstymo dėžėse yra pora magistralinių strypų. Pirmasis strypas platina 5V, o kitas - GND. Kadangi mūsų medis buvo rodomas lauke, autobusų stulpams įrengti pasirinkome vandeniui atsparias elektros dėžes. Kiekvieną juostą pritvirtinome karštais klijais ir tarp kiekvienos juostos ir dėklo pridėjome Manilos aplanko laužą, kad išvengtume šortų. Kiekviena maitinimo jungčių dėžutė jungiama prie aštuonių šviesos diodų sruogų per anksčiau aprašytą 22 AWG laidą. Kiekviena dėžutė prijungiama prie pagrindinio maitinimo šaltinio naudojant 12 AWG laidą ir turi „Anderson“jungtį, kad būtų lengviau transportuoti.

7 žingsnis: Surinkite duomenų jungiamąsias dėžes

Naudodami tas pačias dėžes kaip ir maitinimo skirstomosiose dėžėse, sukūrėme tris „duomenų“skirstymo dėžutes, kuriose yra viena „FadeCandy“plokštė. „Raspberry Pi“mikro USB kabeliai jungiami prie „FadeCandy“plokščių, esančių šios dėžutės viduje, o CAT6 kabeliai-taip pat prie „RJ-45“lizdų. Kadangi „FadeCandy“plokštėse nėra didelių tvirtinimo angų, mes kiekvieną lentą užtrauktuku pririšame prie faneros. Ši fanera taip pat veikė kaip izoliatorius, kad plokštė nebūtų trumpai sujungta su elektros dėžute.

8 žingsnis: laidų maitinimas

Mūsų užsakytas maitinimo šaltinio 5V 60A monstras aprūpina energija visam projektui. Kiekviena iš trijų maitinimo jungčių dėžių prijungiama prie šio pagrindinio maitinimo šaltinio 12 AWG laidu. Kiekviena jungčių dėžutė turi savo „Anderson“jungčių porą ir 20A saugiklį, skirtą izoliuoti bet kokius šortus. „Raspberry Pi“taip pat gauna maitinimą iš šio maitinimo šaltinio, kurį aš padariau nutraukdamas USB kabelį ir prijungdamas maitinimo/įžeminimo laidus prie maitinimo šaltinio gnybtų. Kadangi šie laidai buvo gana maži, aš taip pat pridėjau keletą užtrauktukų, kad šioms jungtims būtų suteiktas tam tikras įtempimas. Maitinimo šaltinyje nebuvo kintamosios srovės kištuko kištuko, todėl nukirpiau standartinį kompiuterio/monitoriaus maitinimo kabelį ir prijungiau jį prie atsukamų gnybtų. Būkite ypač atsargūs scenoje ir trigubai patikrinkite savo darbą! Man pasirodė, kad šis „Adafruit“projektas labai padeda suprasti, kaip prijungta energija.

9 veiksmas: nustatykite „Raspberry Pi“

Aš sukonfigūravau „microSD“kortelę su „Raspbian“operacine sistema ir nustatiau „FadeCandy“serverį, naudodamas čia pateiktas instrukcijas:

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

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

Radau, kad „OpenPixelControl“saugykloje buvo daug sąsajų su „FadeCandy“serveriu pavyzdžių. Galų gale galiausiai parašiau „Python“scenarijų, kad animacija kilnotų ant medžio, kai „Pi“paleido. Jis įkelia vaizdo įrašus pagal mūsų tikslinę skiriamąją gebą, žingsnis po žingsnio perkelia vaizdo įrašą ir siunčia „FadeCandy“valdymo masyvą kiekvienam kadrui. „FadeCandy“konfigūracijos failas leidžia sujungti kelias plokštes taip, lyg jos būtų viena plokštė, ir sukuria labai švarią sąsają. Python scenarijus, valdantis medį, yra nustatytas įkelti failus iš konkretaus aplanko. Animacijų koregavimas yra toks pat paprastas kaip vaizdo failų pridėjimas/pašalinimas iš to aplanko.

Bandydamas medį, man pavyko sugadinti „microSD“kortelę. Aš tai priskiriu energijos pašalinimui iš „Pi“, tinkamai neišjungus. Kad išvengčiau incidentų ateityje, pridėjau mygtuką ir sukonfigūravau saugiai išjungti „Pi“. Aš taip pat padariau keletą galutinės „microSD“kortelės atsarginių kopijų.

Prieš gaudamas visas medžio dalis, aš išsišakojau „OpenPixelControl git hub“saugyklai ir atradau tvarkingą LED simuliatorių. Aš iš tikrųjų naudoju šią programą norėdamas išbandyti didelę animacijos scenarijaus dalį. Simuliatorius paima konfigūracijos failą, nurodantį fizinį kiekvieno šviesos diodo išdėstymą erdvėje (pagalvokite apie X, Y, Z) ir naudoja tą pačią sąsają kaip ir „FadeCandy“serverio programa.

10 veiksmas: sukurkite animaciją

Anksčiau susietas „Python“scenarijus gali atkurti bet kokį vaizdo įrašo formatą medyje, jei skiriamoji geba yra 96x50. Medžio skiriamoji geba yra 48x25, tačiau įrankis, kurį naudojau vaizdo įrašams konvertuoti į mažesnę skiriamąją gebą (rankinis stabdys), minimali pikselių riba buvo 32 pikseliai. Dėl šios priežasties aš tiesiog padvigubinau faktinę medžio skiriamąją gebą ir tada atrinkau visus kitus „Python“scenarijaus pikselius.

Daugumos animacijų procesas buvo surasti arba sugeneruoti GIF, tada apkarpyti (naudojant rankinį stabdį), kol kraštinių santykis buvo 1,92: 1. Tada pakeisčiau išvesties skiriamąją gebą į tikslinę 96x50 ir pradėčiau konversiją. Kai kurie-g.webp

Naudodami „OpenPixelControl“sąsają taip pat galite programiškai kurti modelius. Pradinio bandymo metu aš gana mažai naudojau „raver_plaid.py“python scenarijų.

Mūsų medžiui naudojamos animacijos pridedamos žemiau „makerTreeAnimations.zip“.

11 veiksmas: elektros sistemos bandymas

Prijungus visus pagrindinius elektros/programinės įrangos komponentus, atėjo laikas viską išbandyti. Aš sukūriau paprastą medinį rėmą, kad įtemptų LED sruogas, o tai pasirodė labai naudinga nustatant, ar kokios nors sruogos buvo netinkamos (jų buvo kelios). Aukščiau esančiuose vaizdo įrašuose rodoma konservuota „OpenPixelControl“demonstracinė versija ir mano pasirinktinis vaizdo grotuvo „Python“scenarijus, kuriame veikia „Mario“animacija.

12 žingsnis: Sukurkite rėmą

Mes pritvirtinome visas LED sruogas prie prototipo rėmo, kurį mes gaminame iš PVC ir pex vamzdžių. Mes palikome užtrauktukus, kad prireikus galėtume juos pakeisti. Tai pasirodė puikus sprendimas, nes nusprendėme, kad vertikalus PVC per daug išardė šviesos diodų tinklelį ir vietoj to perėjo prie CNC dizaino. Galutinį dizainą iš esmės sudaro viršutinė kilpa ir apatinė kilpa. Apatinė kilpa sumontuota medžio pagrinde ir yra didesnio skersmens nei viršutinė kilpa, kuri yra (nenuostabu), sumontuota medžio viršuje. Šviesos diodų sruogos driekiasi tarp viršutinės ir apatinės kilpų ir sudaro kūgio (arba „medžio“) formą.

Abi kilpos buvo iškirptos iš 3/4 colio faneros CNC maršrutizatoriuje, kilpų vektorinis failas pridedamas žemiau („TreeMountingPlates.eps“). Viršutinę ir apatinę kilpas sudaro dvi pusapvalės dalys, sudarančios visą kilpa. Dviejų dalių dizainas buvo toks, kad mes galėtume lengvai pritvirtinti abi puses aplink medį nepažeisdami šakų. Mūsų vietinis CNC guru pridėjo gražios nuojautos, viršutinį ir apatinį rėmo kilpas paversdamas snaigėmis. Baltų dažų prisilietimas taip pat buvo pridėta šiek tiek blizgučių, kad rėmas būtų aukštesnis.

13 žingsnis: sukurkite apatinį diską / tvirtinimo elektroniką

Iš kito faneros gabalo, kurio skersmuo yra toks pat kaip ir anksčiau aprašytos apatinės kilpos, iškirpome du apskritimus, kad po apatine kilpa būtų sumontuota elektronika (valdymo dėžutė, jungiamosios dėžės). Kaip ir viršutinė ir apatinė kilpos, ji buvo padaryta iš dviejų dalių, tada sujungta išilgai centrinės linijos, kad sudarytų visą apskritimą. Diskas buvo nudažytas žalia spalva, kad būtų lengviau susimaišyti ir apsaugoti nuo lietaus. Mes sumontavome visas elektronines dėžes šio disko apačioje, kad diskas sudarytų tam tikrą skėtį prie elektrinių komponentų. Perteklinis vielos ilgis buvo suvyniotas ir užsegamas užtrauktuku prie šio disko, kad būtų išlaikyta švari išvaizda.

14 žingsnis: pritvirtinkite rėmą prie medžio

Kai viršutinės ir apatinės rėmo kilpos buvo sausos, į medžio vazoną įvarėme kelis ilgus kampinius geležies gabalus, kad padėtų stabilizuoti kamieną. Kampinis lygintuvas taip pat suteikė tvirtinimo taškus viršutinei ir apatinei rėmo kilpoms, nepridedant įtampos fiziniam medžiui. Kai visos šviesos diodų sruogos buvo pritvirtintos prie viršutinės kilpos, mes panaudojome virvės gabalėlį, kad nuo lubų pakabintume viršutinį žiedo mazgą. Mes nustatėme, kad lengviau buvo lėtai nuleisti žiedą ant medžio, o ne bandyti jį laikyti ranka. Kai viršutinis žiedas buvo ant kampinio lygintuvo, mes pritvirtinome apatinį žiedą prie medžio ir užtrauktukas taip pat tvirtai surišo šviesos diodų sruogas prie apatinės kilpos. Apatinis (žalias) diskas buvo sumontuotas tiesiai po apatine kilpa, prijungus visą elektroniką.

15 veiksmas: pateikite (neprivaloma)

Dabar atsisėskite ir mėgaukitės savo (mūsų) darbo vaisiais! Mūsų medis bus rodomas Šiaurės Little Rock mieste visą gruodžio mėnesį (2018 m.). Aš jau galvoju, kaip pavasarį galime padaryti interaktyvų ekraną mūsų mini „MakerFaire“.

Turite klausimų? Klauskite komentaruose!

Antroji vieta konkurse „Padaryk švytėjimą 2018“