RGB LED Maker Tree: 15 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Naš lokalni makerspace je sponzoriral drevo, ki bo na decembru (2018) razstavljeno na glavni ulici. Med sejo možganskih viharjev smo prišli na idejo, da bi namesto tradicionalnih okraskov na drevo namestili smešno količino LED. Kot ustvarjalci, ki radi počnejo stvari na vrhu, smo se hitro odločili, da drevo, ki bi lahko predvajalo animacije, ne bi bilo samo zabavno, ampak bi tudi ustvarilo nekaj brenčanja.

Raziskal sem nekaj obstoječih rešitev, ki so uporabljale namenske LED krmilnike, in se odločil, da bližnji vir preprosto ne bo. Naletel sem na odlično vadnico Adafruit o uporabi LED krmilnikov "FadeCandy". Ta čedna deska se je pojavila v številnih Burning Man in ima veliko dobrih primerov za delo. Drevo je sestavljeno iz 24 pramenov posamezno naslovljivih RGB LED sevov, ki jih nadzorujejo plošče FadeCandy in jih napaja en sam napajalnik 5V 60A. Raspberry Pi posreduje animacije na plošče FadeCandy prek kablov mikro-USB, ki se nato povežejo s posameznimi prameni LED. Prameni so razporejeni radialno, da tvorijo obliko stožca / drevesa, kot je prikazano zgoraj.

Lepa stvar pri tej nastavitvi je, da ni omejena na enkratno uporabo. LED pramene lahko preuredite tako, da tvorijo številne oblike, vključno z običajno staro mrežo. Upamo, da bomo to nastavitev ponovno uporabili, da bomo spomladi naredili interaktivno razstavo / igro za naš naslednji Mini MakerFaire.

1. korak: Seznam delov

• 2x - 5V LED prameni WS2811 (20 pramenov x 50 slikovnih pik = 1000 slikovnih pik)
• 5x - 3 -pinski vodoodporni priključki (5 kosov)
• 24x - 12 mm RGB montažni trakovi
• 3x - krmilniki LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Bloki za distribucijo energije
• 1x - 5V 60A (300W) Napajanje
• 1x vtičnice za luknjanje RJ-45 (10 kosov)
• 2x - 22 AWG napajalna žica (65 čevljev)
• 1x - Komplet priključkov Anderson
• 1x - 12 AWG držala za varovalke
• 3x - 2x8 ohišje priključka za stiskanje
• 1x - 0,1 "ženski zatiči za stiskanje (100 pakiranj)
• 6x - Vodotesne električne omarice
• 3x - 20A varovalka
• 1x - napajalni kabel računalnika
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - kartica MicroSD
• 24 čevljev - kabel CAT5/CAT6
• 15 čevljev - 12 AWG žica (rdeča in črna)
• 6x - stisnjeni konci RJ -45
• 2x - 4x8 listov 3/4 "vezane plošče
• 2x - 4 'kotni likalnik
• 200x - Zip vezi
• ~ 144x - Vodotesni spojni priključki (neobvezno, vendar prihranijo veliko časa)
• Spajkanje
• Hladilnik
• Tesnjenje

2. korak: Pregled električnega sistema

Kot je prikazano na zgornjem diagramu, lahko električni sistem drevesa razdelimo na več glavnih sestavnih delov: krmilno omarico, napajalne spojne omarice, podatkovne spojne omarice in LED pramene. V krmilni omarici sta 5V 60A napajalnik in Raspberry Pi. Škatle Data Junction vsebujejo krmilnike LED FadeCandy. Razvodne omarice za napajanje vsebujejo vodila za porazdelitev moči (5 V in GND) na LED pramene. Vsak par razvodnih omar (en podatek + ena moč) nadzoruje osem LED pramenov. Ker je v tem projektu uporabljenih 24 nizov LED, obstajajo trije sklopi spojnih omar (skupaj šest).

*Na zgornjem diagramu je napaka, kabel CAT6 0 (prameni 0-7) mora biti (prameni 0-3) in kabel CAT6 1 (pramen 7-15) mora biti (prameni 4-7).

3. korak: pritrdite vodotesne priključke

Ker je bilo drevo namenjeno zunanji uporabi, je bilo še posebej pazljivo, da so vsi priključki vodotesni. Za tiste, ki želijo narediti podoben projekt v zaprtih prostorih, lahko vodoodporne konektorje zanemarimo v korist 3 -polnih konektorjev JST, ki so priloženi z LED prameni. Veliko dela pri tem projektu je bilo vloženo v spajkanje vodotesnih priključkov na pramene.

Za našo nastavitev smo obstoječi konektor JST odrezali s svetilke LED in namesto njega pritrdili 3 -polni vodoodporni konektor. Paziti je treba, da priključek priključite na "vhodno" stran verige LED, podatkovna povezava na pramenih LED je usmerjena. Ugotovili smo, da ima vsaka LED majhno puščico, ki označuje smer podatkov. Vsako od treh žic na strani LED -pramena smo sprva pritrdili s tehniko spajkanja, toplotnega krčenja in tesnjenja. Sčasoma smo prešli na uporabo teh vodotesnih spojnih spojev, kar se je izkazalo za ogromno prihranek časa.

Na strani napajanja/podatkov (tj. Strani, na katero se priključijo LED -prameni) smo uporabili žico 22 AWG za napajanje/ozemljitev in kabel CAT6 za podatke/ozemljitev. Vsak kabel CAT6 vsebuje štiri zvite pare, tako da lahko na en kabel CAT6 povežemo štiri LED pramene. Zgornji diagram prikazuje, kako se 3 -polna LED nit razbije na 4 žice (5V, GND, podatki). Povezovanje štirih žic s tremi žicami se je zdelo zmedo pri sestavljanju tega projekta. Ključni podatek je, da sta dva razloga (Data + Power) združena na vodotesnem priključku.

Vsak kabel CAT6 je bil zaključen s priključkom RJ-45, ki je bil priključen v žensko ohišje RJ-45, priključeno na ploščo FadeCandy. Žice CAT6 bi lahko bile spajkane neposredno na plošče FadeCandy, vendar smo se odločili za dodajanje priključkov, ki bi po potrebi olajšali popravila. Celotno ožičenje smo naredili dolžine 48 centimetrov, da smo si pri fizični montaži drevesa dali nekaj prožnosti.

4. korak: Pritrdite priključke na plošče FadeCandy

Plošče FadeCandy, ki smo jih kupili, niso bile priložene z glavo, ampak sta bili dve vrsti 0,1-palčnih razmikov. Na koncu smo se odločili, da se bodo FadeCandys priključili na kable CAT6 z uporabo standardnih vtičnic RJ-45. dogodku, ki smo ga potrebovali za zamenjavo FadeCandyja (izkazalo se je, da smo ga naredili!), smo vsaki plošči FadeCandy dodali tudi 0,1 -palčne zatiče. Na vsako od osmih žic, pritrjenih na vtičnico za luknjanje RJ-45, smo pritrdili ženska stiskalna zatiča za priključitev na 0,1-palčne glave. Poleg stiskanja zatičev na vsako žico sem dodal tudi malo spajkanja, da preprečim zatiče. Seveda sem ta spajkalni "trik" odkril šele potem, ko mi je polovica zatičev, ki sem jih stisnil, odpovedala.

5. korak: LED vstavite v distančnike

Ko sem prebral nekaj objav na forumu in si ogledal nekaj videoposnetkov drugih ljudi, ki so naredili podobna "drevesa", se je zdelo, da je uporaba plastičnih distančnikov ponavljajoča se zadeva. Trakovi omogočajo, da se razmik med LED diodami prilagodi individualnim potrebam in omogoča napenjanje pramenov LED med zgornjim in spodnjim drevesnim obročem. Velikost LED mora ustrezati velikosti lukenj za distančnike (v našem primeru 12 mm), tako da se vsaka posamezna LED prilega tesno v luknje v distančnikih. Odločili smo se, da bodo naše LED diode cik-cak, tako da 24 pramenov LED tvori 48 stolpcev okoli drevesa.

Na tej točki smo naredili napako, zaradi katere smo morali ustvariti nekaj dodatnih "lukenj" za LED. Trakove smo prerezali na pol, da bi imeli 48 distančnikov. Odkrili smo, da ima vsak osemstopenjski distančnik 96 lukenj (po eno na vsak centimeter), njihovo rezanje na pol na luknji pa je pomenilo, da imamo na luknjo LED kratke štiri luknje. Upoštevajte našo napako in to vnaprej upoštevajte! Na koncu smo lasersko izrezali nekaj "podaljškov", da bi dodali manjkajoče luknje.

Vektorska datoteka, ki se uporablja za lasersko rezanje podaljškov, je pritrjena spodaj ("TreeLightBracket.eps")

Korak 6: Sestavite razdelilne omarice

Po tri razdelilne omarice za električno energijo vsebujejo par vodilov. Prva vrstica distribuira 5V, druga pa GND. Ker je bilo naše drevo razstavljeno na prostem, smo se odločili za uporabo vodotesnih električnih omaric za namestitev avtobusnih palic. Vsako palico smo pritrdili na mesto z vročim lepilom in med vsako palico in ohišje dodali delček manilske mape, da preprečimo kratke hlače. Vsaka napajalna stikalna omarica se prek že opisanih žic 22 AWG poveže z osmimi nitmi LED. Vsaka škatla se priključi na glavno napajanje z žico 12 AWG in ima priključek "Anderson" za lažji transport.

7. korak: Sestavite razdelilne omarice za podatke

Z uporabo istih škatel kot pri razdelilnih omaricah smo ustvarili tri razdelilne omarice "podatkov", v katerih je vsaka po ena plošča FadeCandy. Kabli mikro USB iz Raspberry Pi se povežejo s ploščami FadeCandy znotraj te škatle, kabli CAT6 pa tudi z ženskimi vtičnicami RJ-45. Ker plošče FadeCandy nimajo velikih montažnih lukenj, smo vsako ploščo z zadrgo vezali na kos vezanega lesa. Ta vezana plošča je delovala tudi kot izolator, ki preprečuje kratek stik plošče proti električni omarici.

8. korak: Napajanje z žico

Pošast 5V 60A napajalnika, ki smo jo naročili, zagotavlja moč za celoten projekt. Vsaka od treh razdelilnih omar za napajanje se na ta glavni vir napajanja priključi z žico 12 AWG. Vsaka razdelilna omarica ima svoj par Andersonovih priključkov in vgrajeno varovalko 20A za izolacijo vseh kratkih hlač. Raspberry Pi dobi napajanje tudi iz tega napajanja, kar sem dosegel z rezanjem kabla USB in priključitvijo napajalnih/ozemljitvenih žic na priključke za napajanje. Ker so bile te žice precej majhne, sem dodal tudi nekaj zadrg, da bi tem povezavam dodal nekaj razbremenitve. Napajalniku ni priložena vtičnica za izmenični tok, zato sem prekinil standardni napajalni kabel računalnika/monitorja in ga pritrdil na vijačne sponke. Bodite še posebej previdni na odru in trikrat preverite svoje delo! Ta projekt Adafruit se mi je zdel zelo v pomoč pri razumevanju, kako je napajanje povezano.

9. korak: Namestite Raspberry Pi

Kartico microSD nastavim z operacijskim sistemom Raspbian in strežnik FadeCandy po navodilih, ki jih najdem tukaj:

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

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

Ugotovil sem, da ima skladišče OpenPixelControl odličen nabor primerov za povezavo s strežnikom FadeCandy. Na koncu sem napisal Pythonov skript za zanke animacij na drevesu, ko se je Pi zagnal. Nalaga videoposnetke pri naši ciljni ločljivosti, korake za sličico prenaša skozi videoposnetek in za vsak okvir pošlje kontrolno matriko FadeCandy. Konfiguracijska datoteka FadeCandy omogoča povezovanje več plošč, kot da gre za eno samo ploščo, in omogoča zelo čist vmesnik. Skript python, ki nadzoruje drevo, je nastavljen za nalaganje datotek iz določene mape. Tako je prilagajanje animacij tako preprosto, kot dodajanje/odstranjevanje video datotek iz te mape.

Med testiranjem drevesa mi je uspelo poškodovati kartico microSD. To pripisujem odstranitvi napajanja iz Pi brez ustreznega izklopa. Da bi se izognili prihodnjim incidentom, sem dodal gumb in ga konfiguriral za varno izklop Pi. Za vsak slučaj sem naredil tudi nekaj varnostnih kopij zadnje kartice microSD.

Preden sem prejel vse dele za dejansko drevo, sem razcepil skladišče vozlišča OpenPixelControl git in v notranjosti odkril čeden simulator LED. Pravzaprav sem s tem programom preizkusil velik del zgoraj omenjenega animacijskega skripta. Simulator vzame konfiguracijsko datoteko, ki prikazuje fizično postavitev vsake LED v vesolju (pomislite na X, Y, Z) in uporablja isti vmesnik kot strežniški program FadeCandy.

10. korak: Ustvarite animacije

Predhodno povezan skript Python lahko predvaja kateri koli video format na drevesu, če je ločljivost 96x50. Ločljivost drevesa je 48x25, vendar je orodje, ki sem ga uporabljal za pretvorbo videoposnetkov v nižjo ločljivost (ročna zavora), imelo najmanjšo omejitev slikovnih pik 32 slikovnih pik. Iz tega razloga sem preprosto podvojil dejansko ločljivost drevesa in nato vzorčil vse druge slikovne pike v svojem skriptu Python.

Postopek, ki sem ga uporabil pri večini animacij, je bil najti ali ustvariti GIF, nato pa ga obrezati (z ročno zavoro), dokler razmerje stranic ni bilo 1,92: 1. Nato bi spremenil izhodno ločljivost na ciljno 96x50 in začel pretvorbo. Nekatere datoteke-g.webp

Z vmesnikom OpenPixelControl lahko programsko ustvarite vzorce. Med začetnim testiranjem sem kar precej uporabljal skript python "raver_plaid.py".

Animacije, uporabljene za naše drevo, so priložene pod "makerTreeAnimations.zip".

11. korak: Preskus električnega sistema

Ko so bile vse glavne električne/programske komponente povezane, je bil čas, da vse preizkusimo. Zgradil sem preprost lesen okvir za napenjanje LED pramenov, kar se je izkazalo za zelo koristno pri ugotavljanju, ali so kakšni prameni v okvari (kar nekaj jih je bilo). Zgornji videoposnetki prikazujejo konzerviran demo programa OpenPixelControl in moj Python skript predvajalnika videoposnetkov po meri, ki izvaja animacijo Mario.

12. korak: Zgradite okvir

Vse pramene LED smo pritrdili na prototipni okvir, izdelan iz PVC in pex cevi. Zadrge smo pustili ohlapne, da jih lahko po potrebi prestavimo. To se je izkazalo za odlično odločitev, saj smo se odločili, da je navpični PVC preveč razbil LED mrežo in namesto tega prešel na CNC -obliko. Končna zasnova je v osnovi sestavljena iz zgornje zanke in spodnje zanke. Spodnja zanka je nameščena na dnu drevesa in ima večji premer kot zgornja zanka, ki je (ni presenetljivo), nameščena na vrhu drevesa. LED prameni segajo med zgornjo in spodnjo zanko, da tvorijo stožec (ali "drevo", če želite).

Obe zanki sta bili izrezani iz vezanega lesa 3/4 "na CNC usmerjevalniku, vektorska datoteka za zanke je pritrjena spodaj (" TreeMountingPlates.eps "). Vsaka zgornja in spodnja zanka sta sestavljena iz dveh polkrožnih kosov, ki tvorita celoto zanka. Dvodelna zasnova je bila takšna, da smo lahko zlahka pritrdili dve polovici okoli drevesa, ne da bi poškodovali veje. Naš lokalni CNU guru je dodal lep pridih, tako da je zgornjo in spodnjo zanko okvirja naredil v snežinke. Dotik bele barve in nekaj bleščic so dodali tudi za popestritev okvirja.

13. korak: Zgradite elektroniko spodnjega diska / nosilca

Iz drugega kosa vezanega lesa smo rezali dva polkroga enakega premera kot spodaj opisana spodnja zanka, da bi pod spodnjo zanko namestili elektroniko (krmilno omarico, spojne omarice). Tako kot pri zgornji in spodnji zanki sta bili narejeni v dveh delih, nato pa združeni vzdolž sredinske črte, da tvorijo celoten krog. Plošča je bila pobarvana v zeleno, da se je zlila in zaščitila pred dežjem. Na spodnjo stran tega diska smo namestili vse elektronske škatle, tako da je disk tvoril nekakšen dežnik na električne komponente. Preveč dolžine žice smo zavili in na zadrgo privezali na ta disk, da bi ohranili čist videz.

Korak 14: Pritrdite okvir na drevo

Ko sta se zgornja in spodnja zanka okvirja posušila, smo v drevesni lonec zabili nekaj dolgih kosov železa, da bi stabilizirali deblo. Kotni likalnik je zagotovil tudi pritrdilne točke za zgornje in spodnje zanke okvirja, ne da bi fizično drevo dodatno obremenil. Z vsemi LED prameni, pritrjenimi na zgornjo zanko, smo s kosom vrvi obesili zgornji sklop obroča s stropa. Ugotovili smo, da je bilo lažje počasi spustiti obroč na drevo, namesto da bi ga poskušali držati na mestu. Ko je bil zgornji obroč nameščen na kotnem likalniku, smo spodnji obroč pritrdili na drevo in z zadrgo LED pramene tesno privezali tudi na spodnjo zanko. Spodnji (zeleni) disk je bil nameščen neposredno pod spodnjo zanko z vso elektroniko.

15. korak: Dostava (neobvezno)

Zdaj sedite in uživajte v plodovih vašega (našega) dela! Naše drevo bo na ogled v North Little Rocku ves mesec december (2018). Že razmišljam, kako bi spomladi lahko naredili interaktivni zaslon za naš mini MakerFaire.

Imate vprašanja? Vprašajte v komentarjih!

Podprvak na tekmovanju Make it Glow 2018