Pokok Pembuat LED RGB: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Space maker tempatan kami menaja pokok yang akan dipamerkan di Main Street untuk bulan Disember (2018). Semasa sesi sumbang saran, kami mendapat idea untuk meletakkan sejumlah LED yang tidak masuk akal di atas pokok sebagai ganti hiasan tradisional. Sebagai pembuat yang suka melakukan sesuatu di atas, kami dengan cepat memutuskan bahawa pokok yang dapat memainkan animasi bukan hanya menyenangkan, tetapi juga akan menimbulkan kegembiraan.

Saya meneliti beberapa penyelesaian yang ada yang menggunakan pengawal LED khusus dan memutuskan bahawa sumber dekat tidak akan berjaya. Saya menemui tutorial yang sangat baik oleh Adafruit mengenai penggunaan alat kawalan LED "FadeCandy" mereka. Papan kecil yang rapi ini telah membuat sejumlah penampilan Burning Man dan mempunyai banyak contoh bagus untuk digunakan. Pokok ini terdiri daripada 24 helai strain LED RGB yang dapat diatasi secara individu yang dikendalikan menggunakan papan FadeCandy dan dikuasakan oleh satu bekalan kuasa 5V 60A. Raspberry Pi menghidupkan animasi ke papan FadeCandy melalui kabel mikro-USB, yang seterusnya menghubungkan ke helai LED individu. Helai disusun secara radikal untuk membentuk bentuk kerucut / pokok seperti yang dilihat di atas.

Perkara yang kemas mengenai persediaan ini adalah bahawa ia tidak terhad kepada satu penggunaan. Jalur LED dapat disusun semula untuk membentuk banyak bentuk, termasuk grid lama biasa. Kami berharap dapat menggunakan semula persediaan ini untuk membuat pameran / permainan interaktif untuk Mini MakerFaire kami yang seterusnya pada musim bunga.

Langkah 1: Senarai Bahagian

• Jalur LED 2x - 5V WS2811 (20 helai x 50 piksel = 1000 piksel)
• Penyambung Kalis Air 5x - 3 Pin (5 pek)
• Jalur Pemasangan 24x - 12MM RGB
• 3x - Pengawal LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Blok Pengagihan Kuasa
• Bekalan kuasa 1x - 5V 60A (300W)
• 1x- RJ-45 Punch Down Soket (10 pek)
• Wayar kuasa 2x - 22 AWG (65 kaki)
• 1x - Kit Penyambung Anderson
• 1x - 12 pemegang fius sebaris AWG
• Perumahan Penyambung Crimp 3x - 2x8
• Pin Crimp Wanita 1x - 0.1 "(100 pek)
• 6x - Kotak elektrik kalis air
• Fius 3x - 20A
• 1x - Kabel kuasa komputer
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - Kad MicroSD
• 24 kaki - kabel CAT5 / CAT6
• 15 kaki - 12 wayar AWG (merah & hitam)
• 6x - hujung kelim RJ-45
• Papan lapis 2x - 4x8 lembaran 3/4"
• Besi sudut 2x - 4 '
• 200x - Ikatan zip
• ~ 144x - Penyambung sambungan kalis air (pilihan tetapi penjimatan masa yang besar)
• Pateri
• Heatshrink
• Duduk

Langkah 2: Gambaran Keseluruhan Sistem Elektrik

Seperti yang dilihat dalam rajah di atas, sistem elektrik pokok dapat dibahagikan kepada beberapa komponen utama: kotak kawalan, kotak simpang kuasa, kotak simpang data dan helai LED. Kotak kawalan menempatkan bekalan kuasa 5V 60A dan Raspberry Pi. Kotak Data Junction mengandungi pengawal LED FadeCandy. Kotak persimpangan Power mengandungi bar bas untuk mengagihkan kuasa (5V & GND) ke helai LED. Setiap pasang kotak persimpangan (satu data + satu kuasa) mengawal lapan helai LED. Oleh kerana terdapat 24 helai LED yang digunakan dalam projek ini, terdapat tiga set kotak persimpangan (enam keseluruhan).

* Terdapat ralat dalam rajah yang ditunjukkan di atas, Kabel CAT6 0 (Strands 0-7) seharusnya (Strands 0-3) dan CAT6 Cable 1 (Strand 7-15) seharusnya (Strands 4-7).

Langkah 3: Pasang Penyambung Kalis Air

Oleh kerana pokok itu ditujukan untuk kegunaan luaran, penjagaan tambahan diambil untuk memastikan semua sambungannya kalis air. Bagi mereka yang ingin membuat projek dalaman yang serupa, penyambung kalis air boleh diabaikan berbanding penyambung JST 3 pin yang disertakan dengan helai LED. Sebilangan besar tenaga kerja dalam projek ini menyisipkan penyambung kalis air ke helai.

Untuk persediaan kami, kami memotong penyambung JST yang ada dari helai LED dan memasang penyambung kalis air 3 pin di tempatnya. Berhati-hati harus menambahkan penyambung di sisi "input" helai LED, sambungan data pada helai LED adalah arah. Kami mendapati bahawa setiap LED mempunyai anak panah kecil yang menunjukkan arah data. Pada mulanya kami memasang ketiga-tiga wayar pada sisi helai LED menggunakan teknik yang melibatkan pematerian, penyusutan panas dan caulking. Akhirnya kami beralih menggunakan penyambung sambungan kalis air ini, yang terbukti menjimatkan masa yang besar.

Di sisi kuasa / data (iaitu sisi yang disambungkan oleh helai LED), kami menggunakan 22 wayar AWG untuk kuasa / arde dan kabel CAT6 untuk data / arde. Setiap kabel CAT6 mengandungi empat pasangan berpintal, jadi kami dapat menghubungkan empat helai LED ke kabel CAT6 tunggal. Rajah di atas menunjukkan bagaimana helai LED 3 pin pecah menjadi 4 wayar (5V, GND, Data). Menyambungkan empat wayar ke tiga wayar nampaknya menjadi kebingungan ketika memasang projek ini. Pengambilan kunci adalah bahawa dua landasan (Data + Kuasa) digabungkan pada penyambung kalis air.

Setiap kabel CAT6 ditamatkan dengan penyambung RJ-45 yang dipasang ke perumahan wanita RJ-45 yang disambungkan ke papan FadeCandy. Kabel CAT6 mungkin disolder terus ke papan FadeCandy, tetapi kami memilih untuk menambahkan penyambung untuk membolehkan pembaikan lebih mudah jika diperlukan. Kami membuat semua pendawaian sepanjang 48 inci untuk memberi kelonggaran kepada diri sendiri semasa memasang pokok secara fizikal.

Langkah 4: Pasang Penyambung ke Papan FadeCandy

Papan FadeCandy yang kami beli tidak disertakan dengan header, tetapi terdapat dua baris dengan jarak jarak 0,1 ". Akhirnya kami memutuskan bahawa FadeCandys akan menyambung ke kabel CAT6 menggunakan soket" punch-down "RJ-45 standard. acara yang kami perlukan untuk mengganti FadeCandy (ternyata kami lakukan!), kami juga menambah pin 0.1 "pada setiap papan FadeCandy. Kami melekatkan pin kelim wanita pada setiap lapan wayar yang terpasang pada soket pukulan ke bawah RJ-45 untuk menyambung ke header 0.1 ". Selain mengepit pin ke setiap wayar, saya juga menambahkan sedikit pateri untuk mengelakkan pin daripada menarik diri. Sudah tentu, saya hanya menemui "helah" solder ini setelah separuh pin yang saya lengkapkan gagal pada saya, pelajaran dapat dipelajari.

Langkah 5: Masukkan LED ke Jalur Spacer

Setelah membaca beberapa catatan forum dan menonton beberapa video dari orang lain yang telah membuat 'pokok' serupa, penggunaan spacer plastik sepertinya merupakan item berulang. Jalur ini membolehkan jarak LED disesuaikan agar sesuai dengan keperluan individu dan membolehkan helai LED diregangkan di antara gelang pokok atas dan bawah. Ukuran LED mesti sepadan dengan ukuran lubang spacer (dalam kes kita 12mm), sehingga setiap LED individu sesuai dengan lubang ke spacer. Kami memutuskan untuk menggunakan LED zig-zag, sehingga 24 helai LED membentuk 48 lajur di sekitar pokok.

Kami membuat kesilapan ketika ini yang memaksa kami menghasilkan beberapa "lubang" tambahan untuk LED. Kami memotong helai menjadi dua sehingga kita mempunyai 48 spacer panjang. Apa yang kami dapati adalah bahawa setiap jarak 8 kaki berisi 96 lubang (satu setiap inci) dan memotongnya menjadi separuh pada lubang bermaksud kami kekurangan empat lubang setiap helai LED. Perhatikan kesilapan kita dan pertimbangkan ini lebih awal! Kami akhirnya memotong beberapa "peluasan" laser untuk menambah lubang yang hilang.

Fail vektor yang digunakan untuk memotong kurungan pelanjutan laser dilampirkan di bawah ("TreeLightBracket.eps")

Langkah 6: Pasang Kotak Persimpangan Kuasa

Tiga kotak pengedaran kuasa masing-masing menempatkan sepasang bar bas. Bar pertama mengedarkan 5V dan yang lain mengedarkan GND. Semasa pokok kami dipamerkan di luar rumah, kami memilih untuk menggunakan kotak elektrik kalis air untuk menempatkan bar bas. Kami memasang setiap bar di tempat menggunakan lem panas dan menambahkan sekeping folder manila di antara setiap bar dan kotak untuk mengelakkan seluar pendek. Setiap kotak persimpangan kuasa menyambung ke lapan helai LED melalui wayar 22 AWG yang telah dijelaskan sebelumnya. Setiap kotak menyambung ke bekalan kuasa utama menggunakan wayar 12 AWG dan mempunyai penyambung "Anderson" untuk memudahkan pengangkutan.

Langkah 7: Pasang Kotak Persimpangan Data

Dengan menggunakan kotak yang sama dengan kotak pengedaran kuasa, kami membuat tiga kotak pengedaran "data" yang menempatkan satu papan FadeCandy tunggal di setiap kotak. Kabel USB mikro dari Raspberry Pi menyambung ke papan FadeCandy di dalam kotak ini dan kabel CAT6 menyambung ke soket wanita RJ-45 juga. Oleh kerana papan FadeCandy tidak mempunyai lubang pemasangan yang besar, kami mengikat setiap papan pada sekeping papan lapis. Papan lapis ini juga berfungsi sebagai penebat untuk mengelakkan papan litar pintas ke kotak elektrik.

Langkah 8: Bekalan Kuasa Wayar

Raksasa 5V 60A bekalan kuasa yang kami pesan memberikan kuasa untuk keseluruhan projek. Masing-masing dari tiga kotak simpang kuasa menghubungkan ke bekalan utama ini dengan wayar 12 AWG. Setiap kotak persimpangan mempunyai sepasang penyambung Anderson sendiri dan sekering 20A sebaris untuk mengasingkan seluar pendek. Raspberry Pi mendapat kuasa dari bekalan ini juga, yang saya capai dengan memotong kabel USB dan menyambungkan kabel kuasa / arde ke terminal bekalan kuasa. Oleh kerana wayar ini agak kecil, saya juga menambah beberapa ikatan zip untuk menambahkan sedikit ketegangan pada sambungan ini. Bekalan kuasa tidak disertakan dengan palam soket AC, jadi saya memotong kabel kuasa komputer / monitor standard dan memasangkannya ke terminal skru bawah. Berhati-hati di panggung dan periksa tiga kali kerja anda! Saya dapati projek Adafruit ini sangat membantu dalam memahami bagaimana daya dihubungkan.

Langkah 9: Sediakan Raspberry Pi

Saya menyediakan kad microSD dengan sistem operasi Raspbian dan menyediakan pelayan FadeCandy menggunakan arahan yang terdapat di sini:

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

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

Saya mendapati bahawa repositori OpenPixelControl mempunyai banyak contoh untuk berinteraksi dengan pelayan FadeCandy. Saya akhirnya menulis skrip Python untuk melingkarkan animasi di atas pokok ketika Pi boot. Ini memuat video pada resolusi sasaran kami, langkah demi langkah melalui video dan mengirimkan array kawalan FadeCandy untuk setiap bingkai. Fail konfigurasi FadeCandy membolehkan beberapa papan dihubungkan seolah-olah mereka adalah satu papan tunggal dan menjadikan antara muka yang sangat bersih. Skrip python yang mengendalikan pohon disiapkan untuk memuatkan fail dari folder tertentu. Oleh itu, menyesuaikan animasi semudah menambahkan / mengeluarkan fail video dari folder itu.

Dalam proses menguji pokok, saya berjaya merosakkan kad microSD. Saya mengaitkan ini dengan melepaskan kuasa dari Pi tanpa melakukan penutupan yang betul. Untuk mengelakkan kejadian di masa depan, saya menambah butang tekan dan mengkonfigurasinya untuk mematikan Pi dengan selamat. Saya juga membuat beberapa sandaran kad microSD terakhir, sekiranya berlaku.

Sebelum menerima semua bahagian untuk pokok yang sebenarnya, saya menggunakan repositori git hub OpenPixelControl dan menemui simulator LED yang kemas di dalamnya. Saya sebenarnya menggunakan program ini untuk menguji sebahagian besar skrip animasi yang disebutkan di atas. Simulator mengambil fail konfigurasi yang menunjukkan penempatan fizikal setiap LED di ruang (fikir X, Y, Z) dan menggunakan antara muka yang sama dengan program pelayan FadeCandy.

Langkah 10: Buat Animasi

Skrip Python yang dihubungkan sebelumnya boleh memainkan format video apa pun di pohon, asalkan resolusi 96x50. Resolusi pohon adalah 48x25, namun alat yang saya gunakan untuk menukar video ke resolusi yang lebih rendah (Handbrake) memiliki had piksel minimum 32 piksel. Atas sebab ini, saya hanya menggandakan resolusi pokok yang sebenarnya dan kemudian mengambil sampel setiap piksel lain dalam skrip Python saya.

Proses yang saya gunakan untuk kebanyakan animasi adalah mencari atau menjana GIF, kemudian memotongnya (menggunakan brek tangan) sehingga nisbah aspek adalah 1.92: 1. Saya kemudian akan menukar resolusi output ke sasaran 96x50 dan memulakan penukaran. Beberapa fail-g.webp

Dengan menggunakan antara muka OpenPixelControl, anda juga dapat menghasilkan corak secara terprogram. Semasa ujian awal saya menggunakan skrip python "raver_plaid.py" sedikit.

Animasi yang digunakan untuk pokok kami dilampirkan di bawah "makerTreeAnimations.zip".

Langkah 11: Ujian Sistem Elektrik

Dengan semua komponen elektrik / perisian utama disambungkan, sudah tiba masanya untuk menguji semuanya. Saya membina kerangka kayu sederhana untuk menegangkan helai LED, yang terbukti sangat berguna untuk mengenal pasti jika ada helai yang tidak sesuai (yang terdapat beberapa). Video di atas menunjukkan demo dalam tin dari OpenPixelControl dan skrip Python pemain video peribadi saya yang menjalankan animasi Mario.

Langkah 12: Rangka Binaan

Kami melekatkan semua helai LED pada kerangka prototaip yang kami bangun dari tiub PVC dan pex. Kami membiarkan ikatan zip longgar sehingga kami dapat meletakkannya semula jika perlu. Ini terbukti menjadi keputusan yang baik kerana kami memutuskan bahawa PVC menegak memecah grid LED terlalu banyak dan beralih ke reka bentuk CNC. Reka bentuk akhir pada dasarnya terdiri daripada gelung atas dan gelung bawah. Gelung bawah dipasang di pangkal pokok dan mempunyai diameter lebih besar daripada gelung atas yang (tidak mengejutkan), dipasang di bahagian atas pokok. Jalur LED menjangkau antara gelung atas dan bawah untuk membentuk kerucut (atau "pokok" jika anda mahu) bentuk.

Kedua-dua gelung dipotong dari papan lapis 3/4 "pada penghala CNC, fail vektor untuk gelung dilampirkan di bawah (" TreeMountingPlates.eps "). Gelung atas dan bawah masing-masing terdiri daripada dua kepingan separa bulat yang membentuk lengkap gelung. Reka bentuk dua keping itu supaya kita dapat dengan mudah melekatkan dua bahagian di sekitar pokok tanpa merosakkan dahan. Guru CNC tempatan kita menambah sedikit bakat dengan menjadikan gelung bingkai atas dan bawah menjadi kepingan salji. Sentuhan cat putih dan beberapa kilauan juga ditambahkan untuk merapikan bingkai ke atas.

Langkah 13: Bina Elektronik Cakera / Pemasangan Bawah

Kami memotong dua separuh bulatan dari sekeping papan lapis yang sama dengan gelung bawah yang dijelaskan sebelumnya untuk memasang elektronik (kotak kawalan, kotak persimpangan) di bawah gelung bawah. Seperti gelung atas dan bawah dibuat dalam dua kepingan, kemudian bergabung di sepanjang garis tengah untuk membentuk bulatan lengkap. Cakera dicat hijau untuk membantunya menyatu dan menutupnya dari hujan. Kami memasang semua kotak elektronik di bahagian bawah cakera ini, sehingga cakera membentuk sejenis payung ke komponen elektrik. Panjang wayar yang berlebihan dibungkus dan zip diikat pada cakera ini untuk mengekalkan penampilan yang bersih.

Langkah 14: Pasang Bingkai ke Pokok

Ketika gelung bingkai atas dan bawah kering, kami mendorong beberapa kepingan besi sudut panjang ke dalam periuk pokok untuk membantu menstabilkan batang. Besi sudut juga menyediakan titik pemasangan untuk gelung bingkai atas dan bawah, tanpa menambahkan regangan pada pokok fizikal. Dengan semua helai LED yang terpasang pada gelung atas, kami menggunakan sepotong tali untuk menangguhkan pemasangan cincin atas dari siling. Kami mendapati bahawa lebih mudah menurunkan cincin secara perlahan ke atas pokok daripada cuba memegangnya dengan tangan. Setelah cincin atas dipasang pada besi sudut, kami melekatkan cincin bawah ke pokok dan zip mengikat tali LED dengan erat ke gelung bawah juga. Cakera bawah (hijau) dipasang tepat di bawah gelung bawah dengan semua elektronik terpasang.

Langkah 15: Hantar (pilihan)

Sekarang duduk dan nikmati hasil kerja kita! Pokok kami akan dipamerkan di Little Little Rock sepanjang bulan Disember (2018). Saya sudah memikirkan bagaimana kita boleh menjadikan paparan interaktif untuk mini MakerFaire kami pada musim bunga.

Ada sebarang pertanyaan? Tanya di komen!

Naib Johan dalam Peraduan Make it Glow 2018