RGB LED Maker stablo: 15 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Naš lokalni proizvođački prostor sponzorisao je drvo koje će biti izloženo na glavnoj ulici u decembru (2018). Tokom 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 drvo koje može reproducirati animacije ne samo da će biti zabavno, već će i generirati neku buzz.

Istražio sam neka postojeća rješenja koja su koristila namjenske LED kontrolere i odlučio da bliski izvor jednostavno ne bi radio. Naišao sam na odličan Adafruit vodič o korištenju njihovih "FadeCandy" LED kontrolera. Ova uredna ploča stvorila je brojne nastupe Burning Man -a i ima mnogo 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 opslužuje animacije na FadeCandy pločama putem mikro-USB kabela, koji se zatim povezuju s pojedinačnim LED nitima. Pramenovi su radijalno raspoređeni da formiraju oblik stošca / stabla kao što je gore prikazano.

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

Korak 1: Lista dijelova

• 2x - 5V WS2811 LED niti (20 niti x 50 piksela = 1000 piksela)
• 5x - 3 Pin vodootporni konektori (5 kom)
• 24x - 12MM RGB montažne trake
• 3x - Adafruit FadeCandy LED kontroleri
• 6x - Blokovi za distribuciju energije
• 1x - 5V 60A (300W) Napajanje
• 1x- RJ-45 utične utičnice (10 kom)
• 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 stezanje (100 pakovanja)
• 6x - Vodootporne električne kutije
• 3x - 20A Osigurač
• 1x - Kabl za napajanje računara
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD kartica
• 24 stope - kabel CAT5/CAT6
• 15 stopa - 12 AWG žica (crvena i crna)
• 6x - RJ -45 presavijeni krajevi
• 2x - 4x8 ploča 3/4 "šperploča
• 2x - 4 'pegla pod uglom
• 200x - Zip kravate
• ~ 144x - Vodootporni spojnici (opcionalno, ali štede vrijeme)
• Solder
• Heatshrink
• Zaptivanje

Korak 2: Pregled električnih sistema

Kao što se vidi na gornjem dijagramu, električni sistem stabla može se podijeliti na nekoliko glavnih komponenti: kontrolna kutija, razvodne kutije za napajanje, razvodne kutije za podatke i LED niti. U upravljačkoj kutiji nalazi se napajanje 5V 60A i Raspberry Pi. Razvodne kutije 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).

*Došlo je do greške u gore prikazanom dijagramu, CAT6 kabel 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 konektore

Budući da je drvo bilo namijenjeno za vanjsku upotrebu, vodilo se računa o tome da svi spojevi budu vodootporni. Za one koji žele napraviti sličan projekt u zatvorenom prostoru, vodootporne konektore možete zanemariti u korist 3 -pinskih JST konektora koji dolaze sa LED nitima. Veliki dio rada na ovom projektu uložen je 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 stranu LED niti koristeći tehniku koja uključuje lemljenje, termoskupljanje i brtvljenje. Na kraju smo prešli na upotrebu 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 konektoru.

Svaki CAT6 kabel je završen RJ-45 konektorom koji je priključen u žensko kućište RJ-45 spojeno na FadeCandy ploču. Žice CAT6 mogle su biti lemljene direktno na FadeCandy ploče, ali smo se odlučili za dodavanje konektora kako bismo omogućili lakše popravke ako je potrebno. Svoje smo ožičenje učinili dugim 48 inča kako bismo sebi dali određenu 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 se FadeCandys spoji na CAT6 kablove koristeći standardne RJ-45 utične utičnice. događaju koji smo trebali zamijeniti FadeCandy (ispostavilo se da jesmo!), dodali smo i pinove od 0,1 "na svaku FadeCandy ploču. Na svaku od osam žica pričvršćenih na utičnicu za probijanje RJ-45 pričvrstili smo ženske igle za pričvršćivanje za priključivanje na zaglavlje od 0,1 ". Osim što sam pričvršćivao pinove na svaku žicu, dodao sam i malo lema kako bih spriječio igle Naravno, ovaj "trik" sa lemljenjem sam otkrio tek nakon što mi je naučila lekcija pola igle koje sam presavio.

Korak 5: Umetnite LED diode u razmaknice

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

Napravili smo grešku u ovom trenutku koja nas je prisilila da generiramo neke dodatne "rupe" za LED diode. Prerezali smo trake na pola tako da imamo 48 odstojnika. Ono što smo otkrili je da svaki odstojnik od osam stopa sadrži 96 rupa (po jedan svaki inč), 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 nedostajuće rupe.

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

Korak 6: Sastavite razvodne kutije za napajanje

Tri kutije za distribuciju električne energije sadrže po par sabirnica. Prva traka distribuira 5V, a druga distribuira GND. Kako je naše drvo bilo izloženo na otvorenom, odlučili smo se koristiti vodootporne električne kutije za postavljanje sabirnica. 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 se spaja 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 kutijama za distribuciju energije, stvorili smo tri distribucijske kutije "podataka" 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 montažu, 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 sa žicom od 12 AWG. Svaka razvodna kutija ima svoj par Andersonovih konektora i ugrađeni osigurač od 20A za izolaciju svih kratkih spojeva. Raspberry Pi se napaja i iz ovog napajanja, što sam postigao presjecanjem USB kabela i povezivanjem 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 ovih spojeva. Napajanje nije dolazilo s utičnicom za izmjeničnu struju, pa sam presjekao standardni kabel za napajanje računara/monitora i pričvrstio ga na stezne stezaljke. Budite posebno oprezni na pozornici i triput provjerite svoj rad! Smatrao sam da je ovaj projekt Adafruit izuzetno koristan u razumijevanju načina povezivanja napajanja.

Korak 9: Postavite Raspberry Pi

Postavljam microSD karticu sa operativnim sistemom Raspbian i postavljam FadeCandy server koristeći ovdje navedene upute:

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

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

Otkrio sam da spremište OpenPixelControl ima odličan skup primjera za povezivanje sa serverom FadeCandy. Na kraju sam napisao Python skriptu za petlje animacija na stablu kada se Pi pokrenuo. On učitava video zapise na našoj ciljnoj rezoluciji, koraka po kadar kroz video zapis 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 kao dodavanje/uklanjanje video datoteka iz te mape.

U procesu testiranja stabla uspio sam oštetiti microSD karticu. To pripisujem uklanjanju napajanja iz Pi -a bez pravilnog isključivanja. Da bih izbjegao buduće incidente, dodao sam dugme 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 OpenPixelControl git spremište i otkrio uredan LED simulator unutra. Zapravo sam koristio ovaj program za testiranje velikog dijela gore spomenute 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 FadeCandy server program.

Korak 10: Napravite animacije

Prethodno povezana Python skripta može reproducirati bilo koji video format na stablu, sve dok je rezolucija 96x50. Rezolucija 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.

Proces 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 konverziju. Neke-g.webp

Koristeći OpenPixelControl sučelje, možete i programski generirati uzorke. Tokom početnog testiranja prilično sam koristio python skriptu "raver_plaid.py".

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

Korak 11: Test električnog sistema

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 identifikaciji da li su neke niti u kvaru (kojih je bilo nekoliko). Gornji videozapisi prikazuju konzerviranu demo verziju OpenPixelControl -a i moju prilagođenu Python skriptu za reprodukciju video zapisa koja izvodi Mario animaciju.

Korak 12: Konstruirajte okvir

Priključili smo sve LED niti na prototipni okvir koji smo izgradili od PVC -a i pex cijevi. Ostavili smo patentne zatvarače kako bismo ih mogli premjestiti ako je potrebno. Ovo se pokazalo kao odlična 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 konus (ili "drvo" ako želite).

Obje petlje izrezane su 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 čine cjelinu Dvodijelni dizajn je bio takav da smo mogli lako pričvrstiti dvije polovice oko stabla bez oštećenja grana. Naš lokalni CNC guru dodao je lijep osjećaj tako što je gornju i donju petlju okvira učinio pahuljicama. Dodir bijele boje a dodano je i malo sjaja kako bi se uljepšao okvir.

Korak 13: Konstruirajte donji disk / montirajte elektroniku

Izrezali smo dva polukruga iz drugog komada šperploče istog promjera kao donja petlja koja je prethodno opisana kako bismo montirali elektroniku (kontrolna kutija, razvodne kutije) ispod donje petlje. Kao i gornja i donja petlja, napravljene su u dva dijela, a zatim spojene duž središnje linije tako da tvore 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 neku vrstu kišobrana na električnim komponentama. Višak duljine žice omotan je i zatvoren patentnim zatvaračem kako bi se održao čist izgled.

Korak 14: Pričvrstite okvir na drvo

Kad su se gornja i donja petlja okvira osušile, zabili smo nekoliko dugih komada kutnog željeza dolje u posudu za drvo kako bismo stabilizirali deblo. Kutno gvožđe je takođe obezbedilo montažne tačke za gornju i donju omču okvira, bez dodavanja naprezanja fizičkom drvetu. Sa svim LED nitima pričvršćenim na gornju petlju, upotrijebili smo komad užeta da objesimo gornji prsten sa stropa. Otkrili smo da je bilo lakše polako spustiti prsten na drvo umjesto da ga pokušavamo držati na mjestu. Nakon što je gornji prsten postavljen na kutnu peglu, pričvrstili smo donji prsten na drvo i patentnim zatvaračem čvrsto vezali LED niti za donju petlju. Donji (zeleni) disk montiran je neposredno ispod donje petlje sa svom elektronikom.

Korak 15: Isporuka (nije obavezno)

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

Imate li pitanja? Pitajte u komentarima!

Drugoplasirani na takmičenju Make it Glow 2018