RGB LED Maker stablo: 15 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Naš lokalni proizvođački prostor sponzorirao je stablo koje će biti izloženo na glavnoj ulici u prosincu (2018.). Tijekom naše brainstorming sesije došli smo na ideju da postavimo smiješnu količinu LED dioda na drvo umjesto tradicionalnih ukrasa. Kao proizvođači koji vole raditi neke stvari s vrha, brzo smo odlučili da stablo koje može reproducirati animacije ne samo da će biti zabavno, već će i generirati buzz.

Istražio sam neka postojeća rješenja koja su koristila namjenske LED kontrolere i odlučio da bliski izvor jednostavno ne bi radio. Naišao sam na izvrstan Adafruit vodič o korištenju njihovih "FadeCandy" LED kontrolera. Ova uredna ploča stvorila je brojne nastupe Burning Man -a i ima puno dobrih primjera za rad. Drvo se sastoji od 24 niti pojedinačno adresiranih RGB LED sojeva kontroliranih pomoću FadeCandy ploča i napajanih jednim 5V 60A napajanjem. Raspberry Pi poslužuje animacije na FadeCandy pločama putem mikro-USB kabela, koji se zatim povezuju s pojedinačnim LED nitima. Pramenovi su radijalno raspoređeni tako da tvore oblik stošca / stabla kako se vidi gore.

Zgodna stvar kod ovog postavljanja je to što nije ograničeno na jednokratnu upotrebu. LED niti mogu se preurediti u različite oblike, uključujući redovitu staru mrežu. Nadamo se da ćemo ponovno upotrijebiti ovu postavku kako bismo na proljeće napravili interaktivnu izložbu / igru za naš sljedeći Mini MakerFaire.

Korak 1: Popis dijelova

• 2x - 5V WS2811 LED niti (20 niti x 50 piksela = 1000 piksela)
• 5x - 3 Pin vodootporni konektori (5 kom)
• 24x - 12 mm RGB montažne trake
• 3x - Adafruit FadeCandy LED kontroleri
• 6x - Blokovi za distribuciju energije
• 1x - 5V 60A (300W) Napajanje
• 1x utičnice za probijanje RJ-45 (10 pakiranja)
• 2x - 22 AWG kabel za napajanje (65 stopa)
• 1x - Anderson Konektorski komplet
• 1x - 12 AWG linijski držači osigurača
• 3x - 2x8 Kućište konektora za stezanje
• 1x - 0,1 "ženske igle za stiskanje (100 pakiranja)
• 6x - Vodootporne električne kutije
• 3x - 20A osigurač
• 1x - Kabel za napajanje računala
• 1x - malina Pi 3
• 1x - MicroSD kartica
• 24 stope - kabel CAT5/CAT6
• 15 stopa - 12 AWG žica (crvena i crna)
• 6x - presavijeni krajevi RJ -45
• 2x - 4x8 ploča 3/4 "šperploča
• Kutno glačalo 2x - 4 '
• 200x - Zip kravate
• ~ 144x - Vodootporni priključci za spajanje (opcionalno, ali štede vrijeme)
• Lem
• Hladnjak
• Zaptivanje

Korak 2: Pregled električnih sustava

Kao što se vidi na gornjem dijagramu, električni sustav stabla može se podijeliti na nekoliko glavnih komponenti: upravljačka kutija, razvodne kutije za napajanje, razvodne kutije za podatke i LED niti. U upravljačkoj kutiji nalazi se napajanje 5V 60A i Raspberry Pi. Okviri za spoj podataka sadrže FadeCandy LED kontrolere. Razvodne kutije za napajanje sadrže sabirnice za raspodjelu snage (5V i GND) na LED niti. Svaki par razvodnih kutija (jedan podatak + jedna snaga) kontrolira osam LED niti. Kako se u ovom projektu koriste 24 niti LED dioda, postoje tri seta razvodnih kutija (ukupno šest).

*Postoji greška u gore prikazanom dijagramu, kabel CAT6 0 (niti 0-7) trebao bi biti (niti 0-3), a kabel CAT6 1 (pramen 7-15) trebao bi biti (niti 4-7).

Korak 3: Pričvrstite vodootporne priključke

Budući da je stablo bilo predviđeno za vanjsku uporabu, dodatno se vodilo računa da svi spojevi budu vodootporni. Za one koji žele napraviti sličan unutarnji projekt, vodootporne konektore možete zanemariti u korist 3 -polnih JST konektora koji dolaze s LED nitima. Dosta je rada na ovom projektu uloženo u lemljenje vodootpornih konektora na niti.

Za naše postavljanje, izrezali smo postojeći JST konektor sa LED niti i na njegovo mjesto pričvrstili 3 -pinski vodootporni konektor. Treba voditi računa o dodavanju konektora na "ulaznoj" strani LED niti, podatkovna veza na LED žicama je usmjerena. Otkrili smo da svaka LED dioda ima malu strelicu koja pokazuje smjer podataka. U početku smo svaku od tri žice pričvrstili na LED diodu pomoću tehnike koja uključuje lemljenje, termoskupljanje i brtvljenje. Na kraju smo prešli na korištenje ovih vodootpornih spojnica, koje su pokazale veliku uštedu vremena.

Na strani napajanja/podataka (tj. Strani na koju se spajaju LED niti) koristili smo 22 AWG žicu za napajanje/uzemljenje i CAT6 kabel za prijenos podataka/uzemljenje. Svaki CAT6 kabel sadrži četiri upletena para, tako da bismo mogli spojiti četiri LED niti na jedan CAT6 kabel. Gornji dijagram prikazuje kako se 3 -polna LED nit raspada u 4 žice (5V, GND, podaci). Činilo se da je spajanje četiri žice na tri žice izazvalo zabunu pri sastavljanju ovog projekta. Ključni zaključak je da su dvije osnove (Data + Power) kombinirane na vodootpornom priključku.

Svaki CAT6 kabel bio je završen RJ-45 konektorom koji je bio priključen u žensko kućište RJ-45 spojeno na FadeCandy ploču. Žice CAT6 mogle su biti lemljene izravno na ploče FadeCandy, ali odlučili smo se dodati konektore kako bismo po potrebi omogućili lakše popravke. Svo ožičenje smo napravili duljinom od 48 inča kako bismo si dali fleksibilnost pri fizičkom sastavljanju stabla.

Korak 4: Priključite konektore na FadeCandy ploče

FadeCandy ploče koje smo kupili nisu dolazile sa zaglavljima, već su postojala dva reda razmaka od 0,1 ". Na kraju smo odlučili da će se FadeCandys spojiti na kabele CAT6 pomoću standardnih utičnica za probijanje RJ-45. U događaju koji smo trebali zamijeniti FadeCandy (ispostavilo se da jesmo!), dodali smo i pinove od 0,1 "na svaku ploču FadeCandy. Na svaku od osam žica pričvršćenih na utičnicu za probijanje RJ-45 pričvrstili smo ženske igle za pričvršćivanje na zaglavlje od 0,1 ". Osim što sam presavio iglice na svaku žicu, dodao sam i malo lemljenja kako bih spriječio igle Naravno, ovaj "trik" sa lemljenjem otkrio sam tek nakon što mi je polupačica koju sam presavio nije uspjela, naučila sam lekciju.

Korak 5: Umetnite LED diode u razmaknice

Nakon što ste pročitali nekoliko postova na forumu i pogledali neke videozapise drugih ljudi koji su napravili slična "stabla", činilo se da se upotreba plastičnih odstojnika ponavlja. Trake omogućuju podešavanje razmaka LED dioda prema individualnim potrebama i omogućuju napetost LED niti između gornjeg i donjeg prstena stabla. Veličina LED -a mora odgovarati veličini otvora za odstojnike (u našem slučaju 12 mm), tako da svaka pojedina LED dioda čvrsto pristaje u rupe u razmaknicama. Odlučili smo da naše LED diode budu cik-cak, tako da 24 niti LED dioda tvore 48 stupova oko stabla.

Napravili smo pogrešku u ovom trenutku koja nas je prisilila da generiramo dodatne rupe za LED diode. Prerezali smo trake na pola kako bismo imali 48 razmaka. Ono što smo otkrili je da svaki odstojnik od osam stopa sadrži 96 rupa (po jedan svaki centimetar), a njihovo rezanje na pola na rupi značilo je da imamo četiri rupe kratke po LED niti. Pazite na našu grešku i računajte s tim unaprijed! Na kraju smo laserski izrezali neke "nastavke" kako bismo dodali rupe koje nedostaju.

Vektorska datoteka koja se koristi za lasersko rezanje produžnih zagrada pričvršćena je ispod ("TreeLightBracket.eps")

Korak 6: Sastavite razvodne kutije za napajanje

U tri razvodne kutije nalazi se par sabirnica. Prva traka distribuira 5V, a druga distribuira GND. Kako je naše drvce bilo izloženo na otvorenom, odlučili smo se koristiti vodootporne električne kutije za postavljanje šipki za sabirnice. Pričvrstili smo svaku šipku na mjesto pomoću vrućeg ljepila i dodali komadić manila mape između svake šipke i kućišta kako bismo spriječili kratke hlače. Svaka razvodna kutija za napajanje spaja se na osam LED niti pomoću prethodno opisane žice od 22 AWG. Svaka kutija spaja se na glavno napajanje pomoću žice od 12 AWG i ima "Anderson" konektor za lakši transport.

Korak 7: Sastavite razvodne kutije podataka

Koristeći iste kutije kao i sa razvodnim kutijama, stvorili smo tri distribucijske kutije s "podacima" u kojima se nalazi po jedna FadeCandy ploča. Mikro USB kabeli iz Raspberry Pi-a spajaju se na FadeCandy ploče unutar ove kutije, a kabeli CAT6 također se spajaju na ženske utičnice RJ-45. Kako FadeCandy ploče nemaju velike rupe za pričvršćivanje, svaku smo ploču vezali patentnim zatvaračem za komad šperploče. Ova šperploča je također funkcionirala kao izolator kako bi spriječila kratki spoj ploče na električnoj kutiji.

Korak 8: Napajanje žicom

Čudovište 5V 60A napajanja koje smo naručili daje snagu za cijeli projekt. Svaka od tri razvodne kutije za napajanje spaja se na ovaj glavni izvor napajanja žicom od 12 AWG. Svaka razvodna kutija ima svoj par Andersonovih konektora i ugrađeni osigurač od 20A za izolaciju kratkih hlača. Raspberry Pi također dobiva napajanje iz ove opskrbe, što sam postigao rezanjem USB kabela i spajanjem žica za napajanje/uzemljenje na priključke za napajanje. Kako su ove žice bile prilično male, dodao sam i nekoliko patentnih zatvarača kako bih dodao malo rasterećenja na ovim spojevima. Napajanje nije dolazilo s utičnicom za izmjeničnu struju pa sam prerezao standardni kabel za napajanje računala/monitora i pričvrstio ga na vijčane stezaljke. Budite posebno oprezni na pozornici i triput provjerite svoj rad! Smatrao sam da je ovaj projekt Adafruit iznimno koristan u razumijevanju načina povezivanja napajanja.

Korak 9: Postavite Raspberry Pi

Postavljam microSD karticu s operativnim sustavom Raspbian i postavljam FadeCandy poslužitelj koristeći upute navedene ovdje:

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

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

Otkrio sam da spremište OpenPixelControl ima sjajan niz primjera za povezivanje s poslužiteljem FadeCandy. Na kraju sam napisao Python skriptu za petlje animacija na stablu kada se Pi pokrenuo. Učitava videozapise na našoj ciljnoj razlučivosti, korakom po kadar prolazi kroz videozapis i šalje kontrolni niz FadeCandy za svaki kadar. Konfiguracijska datoteka FadeCandy omogućuje povezivanje više ploča kao da su jedna ploča i čini vrlo čisto sučelje. Python skripta koja kontrolira stablo postavljena je za učitavanje datoteka iz određene mape. Kao takvo, podešavanje animacija jednostavno je poput dodavanja/uklanjanja video datoteka iz te mape.

U procesu testiranja stabla uspio sam oštetiti microSD karticu. To pripisujem uklanjanju napajanja iz Pi -a bez pravilnog isključivanja. Kako bih izbjegao buduće incidente, dodao sam gumb i konfigurirao ga za sigurno isključivanje Pi. Napravio sam i nekoliko sigurnosnih kopija posljednje microSD kartice, za svaki slučaj.

Prije nego što sam primio sve dijelove za stablo, rastavio sam spremište git hub OpenPixelControl i unutra otkrio uredan LED simulator. Zapravo sam koristio ovaj program za testiranje velikog dijela gore navedene animacijske skripte. Simulator uzima konfiguracijsku datoteku koja označava fizički položaj svake LED u prostoru (pomislite na X, Y, Z) i koristi isto sučelje kao i poslužiteljski program FadeCandy.

Korak 10: Napravite animacije

Prethodno povezana Python skripta može reproducirati bilo koji video format na stablu, sve dok je razlučivost 96x50. Razlučivost stabla je 48x25, međutim alat koji sam koristio za pretvaranje videozapisa u nižu rezoluciju (Ručna kočnica) imao je minimalno ograničenje piksela od 32 piksela. Iz tog razloga, jednostavno sam udvostručio stvarnu rezoluciju stabla, a zatim uzorkovao svaki drugi piksel u svom Python skriptu.

Postupak koji sam koristio za većinu animacija bio je pronaći ili generirati GIF, zatim ga obrezati (koristeći ručnu kočnicu) sve dok omjer slike nije bio 1,92: 1. Zatim bih promijenio izlaznu rezoluciju na ciljanih 96x50 i započeo pretvorbu. Neke-g.webp

Pomoću sučelja OpenPixelControl možete programski generirati uzorke. Tijekom početnog testiranja prilično sam koristio python skriptu "raver_plaid.py".

Animacije korištene za naše stablo priložene su ispod "makerTreeAnimations.zip".

Korak 11: Ispitivanje električnog sustava

Sa svim glavnim električnim/softverskim komponentama, došlo je vrijeme da se sve isproba. Izgradio sam jednostavan drveni okvir za zatezanje LED niti, što se pokazalo vrlo korisnim u identificiranju je li bilo koja niti u kvaru (kojih je bilo nekoliko). Gornji videozapisi prikazuju konzerviranu demo verziju OpenPixelControl -a i moju prilagođenu Python skriptu za reprodukciju video zapisa s Mario animacijom.

Korak 12: Konstruirajte okvir

Priključili smo sve LED niti na prototipni okvir koji smo izgradili od PVC -a i pex cijevi. Ostavili smo kopče za patentne zatvarače kako bismo ih mogli promijeniti ako je potrebno. Ovo se pokazalo kao sjajna odluka jer smo odlučili da je okomiti PVC previše razbio LED mrežu i umjesto toga prešao na CNC dizajn. Konačni dizajn u osnovi se sastoji od gornje petlje i donje petlje. Donja petlja montirana je u podnožju stabla i ima veći promjer od gornje petlje koja je (ne čudi), montirana na vrhu stabla. LED niti se protežu između gornje i donje petlje kako bi oblikovale stožac (ili "drvo" ako želite).

Obje su petlje izrezane od 3/4 "šperploče na CNC usmjerivaču, vektorska datoteka za petlje je pričvršćena ispod (" TreeMountingPlates.eps "). Svaka gornja i donja petlja sastoje se od dva polukružna komada koji tvore cjelinu petlje. Dvodijelni dizajn bio je takav da smo mogli lako pričvrstiti dvije polovice oko stabla bez oštećenja grana. Naš lokalni CNC guru dodao je lijep miris tako što je gornju i donju petlju okvira učinio pahuljicama. Dodir bijele boje a dodano je i malo svjetlucanja kako bi se oživio okvir.

Korak 13: Konstruirajte donji disk / montirajte elektroniku

Izrezali smo dva polukruga iz drugog komada šperploče istog promjera kao prethodno opisana donja petlja kako bismo elektroniku (upravljačku kutiju, razvodne kutije) montirali ispod donje petlje. Kao i kod gornje i donje petlje, napravljena je u dva dijela, a zatim spojena duž središnje linije tako da tvori potpuni krug. Disk je obojen u zeleno kako bi se lakše uklopio i zapečatio od kiše. Na donju stranu diska montirali smo sve elektroničke kutije, tako da je disk formirao svojevrsni kišobran na električne komponente. Višak duljine žice omotan je i zatvoren patentnim zatvaračem kako bi se održao čist izgled.

Korak 14: Pričvrstite okvir na stablo

Kad su se gornja i donja petlja okvira osušile, zabili smo nekoliko dugih komada kutnog željeza dolje u lonac stabla kako bismo pomogli stabilizaciji debla. Kutno glačalo također je osiguralo montažne točke za gornju i donju petlju okvira, bez dodatnog naprezanja fizičkog stabla. Sa svim LED nitima pričvršćenima na gornju petlju, upotrijebili smo komad užeta da objesimo gornji sklop prstena sa stropa. Otkrili smo da je bilo lakše polako spustiti prsten na drvo umjesto da ga pokušamo držati rukom. Nakon što je gornji prsten postavljen na kutnu peglu, donji smo prsten pričvrstili na stablo i patentnim zatvaračem čvrsto vezali LED niti za donju petlju. Donji (zeleni) disk postavljen je izravno ispod donje petlje sa svom elektronikom.

Korak 15: Isporuka (izborno)

Sada sjednite i uživajte u plodovima vašeg (našeg) rada! Naše drvo će biti izloženo u North Little Rocku cijeli mjesec prosinac (2018.). Već razmišljam kako možemo učiniti zaslon interaktivnim za naš mini MakerFaire na proljeće.

Imate li pitanja? Pitajte u komentarima!

Drugoplasirani na natjecanju Make it Glow 2018