RGB LED Maker Tree: 15 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ang aming lokal na gumagawa ay nag-sponsor ng isang puno na ipapakita sa Main Street para sa buwan ng Disyembre (2018). Sa panahon ng aming sesyon ng brainstorming, nakaisip kami ng ideya na maglagay ng isang katawa-tawa na dami ng mga LED sa puno bilang kapalit ng mga tradisyonal na burloloy. Tulad ng mga gumagawa na nais na gumawa ng mga bagay nang kaunti sa tuktok, mabilis kaming nagpasya na ang isang puno na maaaring maglaro ng mga animasyon ay hindi lamang magiging masaya, ngunit bubuo rin ng ilang buzz.

Sinaliksik ko ang ilang mga umiiral na solusyon na gumagamit ng mga nakatuon na LED Controller at nagpasyang hindi gagawin ng malapit na mapagkukunan. Natagpuan ko ang isang mahusay na tutorial ng Adafruit sa paggamit ng kanilang "FadeCandy" LED Controller. Ang maayos na maliit na board na ito ay gumawa ng maraming mga pagpapakita sa Burning Man at maraming magagandang halimbawa upang magtrabaho. Ang puno ay binubuo ng 24 na mga hibla ng isa-isa na address ng RGB LED strains na kinokontrol gamit ang FadeCandy boards at pinalakas ng isang solong 5V 60A power supply. Naghahain ang isang Raspberry Pi ng mga animasyon sa mga board ng FadeCandy sa pamamagitan ng mga micro-USB cable, na kumonekta naman sa mga indibidwal na LED strands. Ang mga hibla ay nakaayos nang radikal upang makabuo ng isang kono / hugis ng puno tulad ng nakikita sa itaas.

Ang maayos na bagay tungkol sa pag-setup na ito ay hindi ito limitado sa isang solong paggamit. Ang mga LED strand ay maaaring muling ayusin upang makabuo ng maraming mga hugis, kabilang ang isang regular na lumang grid. Inaasahan naming muling magamit ang setup na ito upang makagawa ng isang interactive na eksibit / laro para sa aming susunod na Mini MakerFaire sa tagsibol.

Hakbang 1: Listahan ng Mga Bahagi

• 2x - 5V WS2811 LED strands (20 strands x 50 pixel = 1000 pixel)
• 5x - 3 Pin Mga Waterproof na konektor (5 pack)
• 24x - 12MM RGB Mounting Strips
• 3x - Mga Controller ng Adafruit FadeCandy LED
• 6x - Mga Bloke ng Pamamahagi ng Power
• 1x - 5V 60A (300W) Suplay ng kuryente
• 1x- RJ-45 Punch Down Sockets (10 pack)
• 2x - 22 AWG power wire (65 ft)
• 1x - Anderson Connector Kit
• 1x - 12 mga may hawak na fline na inline na AWG
• 3x - 2x8 Crimp Connector na Pabahay
• 1x - 0.1 "Mga Babae Crimp Pins (100 pack)
• 6x - Hindi tinatagusan ng tubig na mga kahon ng kuryente
• 3x - 20A Fuse
• 1x - Computer power cable
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD Card
• 24 talampakan - CAT5 / CAT6 cable
• 15 talampakan - 12 AWG wire (pula at itim)
• 6x - RJ-45 crimp ay nagtatapos
• 2x - 4x8 sheet 3/4 "playwud
• 2x - 4 'anggulo na bakal
• 200x - Mga kurbatang zip
• ~ 144x - Hindi tinatagusan ng tubig na mga konektor ng splice (opsyonal ngunit isang malaking time saver)
• Panghinang
• Heatshrink
• Caulking

Hakbang 2: Pangkalahatang-ideya ng Sistema ng Elektrisiko

Tulad ng nakikita sa diagram sa itaas, ang sistema ng elektrisidad ng puno ay maaaring nahahati sa maraming pangunahing mga bahagi: kahon ng kontrol, mga kahon ng kantong kantong kuryente, mga kahon ng kantong data at mga LED na hibla. Ang control box ay naglalaman ng 5V 60A power supply at ang Raspberry Pi. Ang mga kahon ng Data Junction ay naglalaman ng mga Controller ng FadeCandy LED. Naglalaman ang mga kahon ng Power junction ng mga bus bar upang ipamahagi ang lakas (5V & GND) sa mga LED strands. Ang bawat pares ng mga kahon ng kantong (isang data + isang lakas) ay kumokontrol sa walong mga LED strand. Tulad ng may 24 mga hibla ng LED na ginamit sa proyektong ito, mayroong tatlong mga hanay ng mga kahon ng kantong (anim na kabuuan).

* Mayroong isang error sa diagram na ipinakita sa itaas, ang CAT6 Cable 0 (Strands 0-7) ay dapat na (Strands 0-3) at CAT6 Cable 1 (Strand 7-15) ay dapat na (Strands 4-7).

Hakbang 3: Maglakip ng Mga Konektor na Hindi Tumatagal ng Tubig

Dahil ang puno ay inilaan para sa panlabas na paggamit, kinuha ang labis na pag-iingat upang matiyak na ang lahat ng mga koneksyon ay hindi tinatagusan ng tubig. Para sa mga nagnanais na gumawa ng isang katulad na panloob na proyekto, ang mga hindi tinatagusan ng tubig na konektor ay maaaring balewalain sa pabor ng 3 pin na mga konektor ng JST na kasama ng mga LED strands. Ang isang pulutong ng mga paggawa sa proyektong ito ay nagpunta sa paghihinang ng hindi tinatagusan ng tubig konektor sa mga hibla.

Para sa aming pag-set up, pinutol namin ang umiiral na konektor ng JST mula sa LED strand at nakakabit ng 3 pin na hindi tinatagusan ng tubig na konektor sa lugar nito. Dapat mag-ingat upang idagdag ang konektor sa "input" na bahagi ng LED strand, ang koneksyon ng data sa LED strands ay itinuro. Nalaman namin na ang bawat LED ay may isang maliit na arrow na nagpapahiwatig ng direksyon ng data. Una naming ikinabit ang bawat isa sa tatlong mga wires sa LED strand side gamit ang isang diskarteng kinasasangkutan ng solder, heat shrink at caulking. Sa paglaon ay lumipat kami sa paggamit ng mga hindi kinakalawang na konektor ng splice, na napatunayan na isang malaking tagatipid ng oras.

Ang panig ng lakas / data (ibig sabihin, ang panig kung saan kumokonekta ang mga LED strands), ginamit namin ang 22 AWG wire para sa power / ground at CAT6 cable para sa data / ground. Ang bawat CAT6 cable ay naglalaman ng apat na twisted pares, kaya maaari naming ikonekta ang apat na LED strand sa isang solong CAT6 cable. Ipinapakita ng diagram sa itaas kung paano masira ang 3 pin LED strand sa 4 na mga wire (5V, GND, Data). Ang pagkonekta ng apat na mga wire sa tatlong mga wires ay tila isang punto ng pagkalito sa pag-iipon ng proyektong ito. Ang pangunahing takeaway ay ang dalawang mga batayan (Data + Power) ay pinagsama sa hindi tinatagusan ng tubig konektor.

Ang bawat CAT6 cable ay winakasan ng isang RJ-45 na konektor na naka-plug sa isang RJ-45 na babaeng pabahay na konektado sa isang FadeCandy board. Ang mga CAT6 wires ay maaaring na-solder nang direkta sa mga board ng FadeCandy, ngunit pinili namin upang magdagdag ng mga konektor upang payagan ang mas madaling pag-aayos kung kinakailangan. Ginawa namin ang lahat ng aming mga kable na 48 pulgada ang haba upang bigyan ang aming mga sarili ng kakayahang umangkop kapag pisikal na tipunin ang puno.

Hakbang 4: Ikabit ang Mga Konektor sa Mga FadeCandy Board

Ang mga board na FadeCandy na binili namin ay hindi kasama ng mga header na nakakabit, sa halip mayroong dalawang hanay ng 0.1 "spaced vias. Sa huli ay napagpasyahan naming ang FadeCandys ay kumokonekta sa mga CAT6 cable gamit ang karaniwang RJ-45 na" punch-down "na sockets. ang kaganapan na kailangan namin upang palitan ang isang FadeCandy (lumalabas na ginawa namin!), Nagdagdag din kami ng 0.1 "na mga pin sa bawat board ng FadeCandy. Nag-attach kami ng mga babaeng crimp pin sa bawat walong wires na nakakabit sa RJ-45 punch down socket upang kumonekta sa mga header na 0.1. Bilang karagdagan sa pag-crimp ng mga pin sa bawat kawad, nagdagdag din ako ng kaunting solder upang maiwasan ang mga pin Siyempre, natuklasan ko lang ang solder na "trick" na ito matapos ang kalahati ng mga pin na crimped ko ay nabigo sa akin, natutunan ng aralin.

Hakbang 5: Ipasok ang mga LED Sa Spacer Strips

Matapos basahin ang ilang mga post sa forum at manuod ng ilang mga video mula sa iba pang mga tao na gumawa ng katulad na 'mga puno', ang paggamit ng mga plastik na spacer ay tila isang umuulit na item. Pinapayagan ng mga strips ang spacing ng mga LED na maiakma upang magkasya sa indibidwal na mga pangangailangan at pinapayagan ang mga LED strands na ma-igting sa pagitan ng pang-itaas at mas mababang mga singsing ng puno. Ang laki ng LED ay dapat na tumutugma sa laki ng mga butas ng spacer (sa aming kaso na 12mm), tulad ng bawat indibidwal na LED na akma nang mabilis sa mga butas sa mga spacer. Napagpasyahan naming ang aming mga LED zig-zag, tulad ng 24 na hibla ng LEDs ay bumubuo ng 48 haligi sa paligid ng puno.

Nagkamali kami sa puntong ito na pinilit kaming gumawa ng ilang karagdagang "butas" para sa mga LED. Pinutol namin ang mga piraso sa kalahati upang magkaroon kami ng 48 haba ng mga spacer. Ang natuklasan namin ay ang bawat walong talampakan na spacer ay naglalaman ng 96 na butas (isa bawat pulgada) at ang pagpuputol sa kanila sa kalahati sa isang butas ay nangangahulugang kami ay apat na butas sa bawat LED strand. Sundin ang aming pagkakamali at account para sa ito nang maaga! Sa huli ay pinutol namin ng laser ang ilang mga "extension" upang idagdag ang mga nawawalang butas.

Ang vector file na ginamit upang putulin ng laser ang mga bracket ng extension ay nakakabit sa ibaba ("TreeLightBracket.eps")

Hakbang 6: Magtipon ng Mga Power Box Junction

Ang tatlong mga kahon ng pamamahagi ng kuryente bawat bahay ay isang pares ng mga bus bar. Ang unang bar ay namamahagi ng 5V at ang iba ay namamahagi ng GND. Habang ang aming puno ay ipinapakita sa labas, pinili namin na gumamit ng hindi tinatagusan ng tubig na mga de-koryenteng kahon upang maitabi ang mga bus bar. Ikinabit namin ang bawat bar sa lugar gamit ang mainit na pandikit at nagdagdag ng isang scrap ng isang folder ng manila sa pagitan ng bawat bar at ng kaso upang maiwasan ang mga maiikling shorts. Ang bawat kahon ng power junction ay kumokonekta sa walong mga LED strand sa pamamagitan ng 22 AWG wire na dating inilarawan. Ang bawat kahon ay kumokonekta sa pangunahing supply ng kuryente gamit ang 12 AWG wire at mayroong isang "Anderson" na konektor upang payagan ang mas madaling transportasyon.

Hakbang 7: Magtipon ng Mga Box ng Junction ng Data

Gamit ang parehong mga kahon tulad ng sa mga kahon ng pamamahagi ng kuryente, lumikha kami ng tatlong "data" na mga kahon sa pamamahagi ng isang solong FadeCandy board sa bawat isa. Ang mga micro USB cable mula sa Raspberry Pi ay kumokonekta sa mga board ng FadeCandy sa loob ng kahon na ito at ang mga CAT6 cable ay kumonekta rin sa mga RJ-45 na babaeng socket. Dahil ang mga board ng FadeCandy ay walang malalaking butas ng pag-mount, ini-zip namin ang bawat board sa isang scrap ng playwud. Ang playwud na ito ay gumana rin bilang isang insulator upang mapanatili ang board mula sa maikling pag-ikot laban sa de-koryenteng kahon.

Hakbang 8: Pagtustos ng Wire Power

Ang 5V 60A halimaw ng isang power supply na inorder namin ay nagbibigay ng lakas para sa buong proyekto. Ang bawat isa sa tatlong mga power junction box ay kumokonekta sa pangunahing supply na ito na may 12 AWG wire. Ang bawat kahon ng kantong ay mayroong sariling pares ng mga konektor ng Anderson at isang inline na 20A fuse upang ihiwalay ang anumang mga shorts. Ang Raspberry Pi ay nakakakuha rin ng kuryente mula sa supply na ito, na nagawa ko sa pamamagitan ng pagputol ng isang USB cable up at pagkonekta sa mga power / ground wires sa mga power supply terminal. Tulad ng mga wire na ito ay medyo maliit nagdagdag din ako ng isang ilang mga kurbatang zip upang magdagdag ng ilang kaluwagan sa mga koneksyon na ito. Ang suplay ng kuryente ay hindi dumating sa isang plug ng AC outlet, kaya't pinutol ko ang isang karaniwang computer / monitor power cable at ikinabit ito sa mga turnilyo na terminal. Maging labis na maingat sa entablado at triple suriin ang iyong trabaho! Natagpuan ko ang proyektong ito ng Adafruit na lubos na kapaki-pakinabang sa pag-unawa kung paano nakakonekta ang lakas.

Hakbang 9: I-setup ang Raspberry Pi

Nag-setup ako ng isang microSD card na may operating system ng Raspbian at nag-setup ng isang FadeCandy server gamit ang mga tagubiling matatagpuan dito:

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

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

Nalaman ko na ang OpenPixelControl repository ay may isang mahusay na hanay ng mga halimbawa para sa interfacing sa FadeCandy server. Natapos ko sa wakas ang pagsusulat ng isang script ng Python upang mag-loop ng mga animasyon sa puno nang mag-boot ang Pi. Naglo-load ito ng mga video sa aming target na resolusyon, mga hakbang sa pamamagitan ng frame sa pamamagitan ng video at nagpapadala ng isang FadeCandy control array para sa bawat frame. Pinapayagan ng file ng pagsasaayos ng FadeCandy ang maraming mga board upang ma-interfaced na parang sila ay isang solong board at gumagawa para sa isang napaka-malinis na interface. Ang script ng sawa na kumokontrol sa puno ay naka-setup upang mai-load ang mga file mula sa isang tukoy na folder. Tulad ng naturan, ang pagsasaayos ng mga animasyon ay kasing simple ng pagdaragdag / pag-aalis ng mga video file mula sa folder na iyon.

Sa proseso ng pagsubok ng puno, nagawa kong sirain ang isang microSD card. Inilalagay ko ito sa pag-alis ng lakas mula sa Pi nang hindi gumagawa ng wastong pag-shutdown. Upang maiwasan ang mga insidente sa hinaharap nagdagdag ako ng isang pindutan ng push at isinaayos ito upang ligtas na mapawalan ang Pi. Gumawa rin ako ng maraming mga pag-backup ng pangwakas na microSD card, kung sakali.

Bago matanggap ang lahat ng mga bahagi para sa aktwal na puno, tinidor ko ang OpenPixelControl git hub repository at natuklasan ang isang maayos na LED simulator sa loob. Talagang ginamit ko ang program na ito upang subukan ang isang malaking bahagi ng script ng animasyon na nabanggit sa itaas. Ang simulator ay tumatagal ng isang file ng pagsasaayos na nagpapahiwatig ng pisikal na paglalagay ng bawat LED sa kalawakan (isipin ang X, Y, Z) at ginagamit ang parehong interface tulad ng programa ng server ng FadeCandy.

Hakbang 10: Gumawa ng Mga Animation

Ang dati nang naka-link na Python script ay maaaring maglaro ng anumang format ng video sa puno, hangga't ang resolusyon ay 96x50. Ang resolusyon ng puno ay 48x25, subalit ang tool na ginagamit ko upang mai-convert ang mga video sa mas mababang resolusyon (Handbrake) ay may isang minimum na limitasyon ng pixel na 32 pixel. Para sa kadahilanang ito, dinoble ko lang ang aktwal na resolusyon ng puno at pagkatapos ay na-sample ang bawat iba pang pixel sa aking script sa Python.

Ang proseso na ginamit ko para sa karamihan ng mga animasyon ay upang makahanap o makabuo ng isang GIF, pagkatapos ay i-crop ito (gamit ang handbrake) hanggang sa ang ratio ng aspeto ay 1.92: 1. Pagkatapos ay babaguhin ko ang resolusyon ng output sa target na 96x50 at simulan ang conversion. Ang ilang mga file ng-g.webp

Gamit ang interface ng OpenPixelControl, maaari ka ring makabuo ng mga pattern nang program. Sa panahon ng paunang pagsubok ginamit ko ng kaunti ang "raver_plaid.py" script ng sawa.

Ang mga animasyong ginamit para sa aming puno ay nakakabit sa ibaba ng "makerTreeAnimations.zip".

Hakbang 11: Pagsubok sa Electrical System

Sa lahat ng mga pangunahing bahagi ng elektrikal / software na nakakonekta, oras na para subukan ang lahat. Nagtayo ako ng isang simpleng frame na gawa sa kahoy upang igting ang mga LED strand, na napatunayan na kapaki-pakinabang sa pagkilala kung ang anumang mga hibla ay wala sa kaayusan (na maraming). Ang mga video sa itaas ay nagpapakita ng isang naka-kahong demo mula sa OpenPixelControl at ang aking pasadyang video player na Python script na nagpapatakbo ng isang animasyon na Mario.

Hakbang 12: Bumuo ng Frame

Ikinabit namin ang lahat ng mga LED strand sa isang prototype frame na itinatayo namin sa labas ng PVC at pex tubing. Iniwan namin ang mga kurbatang zip na maluwag upang maaari naming muling iposisyon ang mga ito kung kinakailangan. Ito ay napatunayan na isang mahusay na desisyon nang napagpasyahan namin na ang patayong PVC ay sinira ang LED grid nang labis at lumipat sa isang disenyo ng CNC sa halip. Ang pangwakas na disenyo ay karaniwang binubuo ng isang itaas na loop at isang mas mababang loop. Ang ibabang loop ay naka-mount sa base ng puno at may isang mas malaking lapad kaysa sa itaas na loop na (walang sorpresa), na naka-mount sa tuktok ng puno. Ang mga LED strands ay umaabot sa pagitan ng itaas at mas mababang mga loop upang mabuo ang kono (o "puno" kung nais mo) na hugis.

Ang parehong mga loop ay pinutol ng 3/4 "playwud sa isang router ng CNC, ang vector file para sa mga loop ay nakakabit sa ibaba (" TreeMountingPlates.eps "). Ang itaas at mas mababang mga loop ay binubuo ng dalawang mga piraso ng semi-bilog na bumubuo ng isang kumpleto loop. Ang disenyo ng dalawang piraso ay upang madali naming mailakip ang dalawang halves sa paligid ng puno nang hindi napinsala ang mga sanga. Ang aming lokal na guru ng CNC ay nagdagdag ng isang mahusay na likas na talino sa pamamagitan ng paggawa ng mga loop sa itaas at ibabang frame sa mga snowflake. Isang hawakan ng puting pintura at ilang kislap din ang idinagdag upang pustura ang frame up.

Hakbang 13: Bumuo ng Mas Mababang Disc / Mount Electronics

Pinutol namin ang dalawang kalahating bilog mula sa isa pang piraso ng playwud na may parehong lapad tulad ng mas mababang loop na dati nang inilarawan upang mai-mount ang electronics (control box, junction box) sa ilalim ng ibabang loop. Tulad ng sa itaas at mas mababang mga loop ay ginawa ito sa dalawang piraso, pagkatapos ay sumali kasama ang gitnang linya upang makabuo ng isang kumpletong bilog. Ang disc ay ipininta berde upang matulungan itong pagsamahin at selyuhan ito mula sa ulan. Inilagay namin ang lahat ng mga kahon ng electronics sa ilalim ng disc na ito, tulad na ang disc ay bumuo ng isang uri ng payong sa mga de-koryenteng sangkap. Ang sobrang haba ng kawad ay nakabalot at naka-zip ang zip sa disc na ito upang mapanatili ang isang malinis na hitsura.

Hakbang 14: Ikabit ang Frame sa Tree

Kapag ang pang-itaas at ibabang mga loop ng frame ay tuyo, nagmaneho kami ng maraming mahahabang piraso ng anggulo na bakal pababa sa palayok ng puno upang makatulong na patatagin ang trunk. Nagbigay din ang anggulo ng bakal ng mga mounting point para sa itaas at mas mababang mga loop ng frame, nang hindi nagdaragdag ng pilay sa pisikal na puno. Sa lahat ng mga LED strand na nakakabit sa itaas na loop, gumamit kami ng isang piraso ng lubid upang masuspinde ang pagpupulong sa itaas na singsing mula sa kisame. Nalaman namin na mas madaling dahan-dahang ibababa ang singsing sa puno sa halip na subukang hawakan ito sa lugar sa pamamagitan ng kamay. Sa sandaling ang pang-itaas na singsing ay nasa lugar na ng anggulo na bakal, ikinabit namin ang ibabang singsing sa puno at zip na mahigpit na itinali ang mga LED strand sa ibabang loop din. Ang mas mababang (berde) na disc ay naka-mount nang direkta sa ibaba ng mas mababang loop na may lahat ng nakakabit na electronics.

Hakbang 15: Maghatid (opsyonal)

Umupo ka ngayon at tangkilikin ang mga bunga ng y (aming) paggawa! Ang aming puno ay ipapakita sa North Little Rock para sa buong buwan ng Disyembre (2018). Pinag-iisipan ko na kung paano namin magagawa ang display interactive para sa aming mini MakerFaire sa tagsibol.

May mga katanungan? Magtanong sa mga komento!

Runner Up sa Make it Glow Contest 2018