Arbre del fabricant de LED RGB: 15 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El nostre makerspace local va patrocinar un arbre que es mostrarà a Main Street durant el mes de desembre (2018). Durant la nostra sessió de pluja d'idees, se'ns va ocórrer la idea de posar una quantitat ridícula de LEDs a l'arbre en lloc dels adorns tradicionals. Com a creadors que els agrada fer les coses una mica per sobre, vam decidir ràpidament que un arbre que pogués reproduir animacions no només seria divertit, sinó que també generaria una mica de moda.

Vaig investigar algunes solucions existents que utilitzaven controladors LED dedicats i vaig decidir que la font propera no ho faria. Vaig trobar un excel·lent tutorial d'Adafruit sobre l'ús dels seus controladors LED "FadeCandy". Aquest petit tauler elegant ha fet diverses aparicions de Burning Man i té molts bons exemples per treballar. L'arbre consta de 24 fils de soques LED RGB adreçables individualment controlades mitjançant plaques FadeCandy i alimentades per una única font d'alimentació de 5V 60A. Un Raspberry Pi ofereix animacions a les plaques FadeCandy mitjançant cables micro-USB, que al seu torn es connecten a les cadenes LED individuals. Les cadenes estan disposades radialment per formar una forma de con / arbre com es veu més amunt.

El millor d’aquesta configuració és que no es limita a un sol ús. Les cadenes LED es poden reordenar per formar moltes formes, inclosa una xarxa antiga regular. Esperem tornar a utilitzar aquesta configuració per fer una exposició / joc interactiu per a la nostra propera Mini MakerFaire a la primavera.

Pas 1: llista de peces

• Cadenes LED 2x - 5V WS2811 (20 cadenes x 50 píxels = 1000 píxels)
• 5x - Connectors impermeables de 3 pins (paquet de 5)
• Tires de muntatge RGB 24x - 12MM
• 3x - Controladors LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Blocs de distribució d'energia
• 1x - 5V 60A (300W) Font d'alimentació
• 1x- Prises cap avall RJ-45 (paquet de 10)
• Cable d'alimentació 2x - 22 AWG (65 peus)
• 1x - Kit de connectors Anderson
• Portafusibles en línia 1x - 12 AWG
• 3x - 2x8 Carcassa del connector de crimpat
• 1x - 0,1 "Femella Clavilles (paquet de 100)
• 6x - Caixes elèctriques impermeables
• Fusible de 3x - 20A
• 1x - Cable d'alimentació de l'ordinador
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x: targeta MicroSD
• 24 peus: cable CAT5 / CAT6
• Fil de 15 peus - 12 AWG (vermell i negre)
• 6x - Extrems de crimp RJ-45
• Fusta contraxapada de 2x - 4x8 fulls de 3/4"
• 2x - 4 'angle de ferro
• 200x - Corbates amb cremallera
• ~ 144x: connectors impermeables (opcionals, però un estalvi de temps enorme)
• Soldar
• Reducció de calor
• Calafatatge

Pas 2: Visió general del sistema elèctric

Com es veu al diagrama anterior, el sistema elèctric de l'arbre es pot dividir en diversos components principals: caixa de control, caixes de connexió de potència, caixes de connexió de dades i fils LED. La caixa de control allotja la font d’alimentació de 5V 60A i el Raspberry Pi. Les caixes Data Junction contenen els controladors LED FadeCandy. Les caixes de connexions de potència contenen barres de bus per distribuir energia (5V i GND) als fils LED. Cada parell de caixes de connexió (una dada + una potència) controlen vuit fils LED. Com que s’utilitzen 24 fils de LEDs en aquest projecte, hi ha tres conjunts de caixes de connexió (sis en total).

* Hi ha un error al diagrama que es mostra més amunt, el cable CAT6 0 (fils 0-7) hauria de ser (fils 0-3) i el cable CAT6 1 (fil 7-15) hauria de ser (fils 4-7).

Pas 3: connecteu els connectors impermeables

Com que l’arbre estava destinat a l’ús exterior, es va tenir molta cura de garantir que totes les connexions fossin impermeables. Per a aquells que vulguin fer un projecte interior similar, es poden ignorar els connectors impermeables a favor dels connectors JST de 3 pins que vénen amb els fils LED. Gran part de la mà d'obra d'aquest projecte es va destinar a soldar els connectors impermeables als brins.

Per a la nostra configuració, hem tallat el connector JST existent de la cadena LED i hem connectat un connector impermeable de 3 pins al seu lloc. S'ha de tenir precaució per afegir el connector al costat "d'entrada" de la cadena de LED, ja que la connexió de dades de les cadenes de LED és direccional. Vam trobar que cada LED tenia una petita fletxa que indicava la direcció de les dades. Inicialment, vam connectar cadascun dels tres cables al costat de la cadena de LED mitjançant una tècnica de soldadura, contracció de calor i calafatat. Finalment, vam passar a utilitzar aquests connectors d’empalme impermeables, que van demostrar ser un estalvi de temps enorme.

El costat d'alimentació / dades (és a dir, el costat al qual es connecten els fils LED), hem utilitzat un cable de 22 AWG per a alimentació / terra i un cable CAT6 per a dades / terra. Cada cable CAT6 conté quatre parells trenats, de manera que podríem connectar quatre fils LED a un sol cable CAT6. El diagrama anterior mostra com la cadena de LED de 3 pins es divideix en 4 cables (5V, GND, Data). Connectar quatre cables a tres cables semblava ser un punt de confusió en muntar aquest projecte. L’emportant clau és que les dues bases (Data + Power) es combinen al connector impermeable.

Cada cable CAT6 es va finalitzar amb un connector RJ-45 que es va connectar a una carcassa femella RJ-45 connectada a una placa FadeCandy. Els cables CAT6 podrien haver estat soldats directament a les plaques FadeCandy, però hem optat per afegir connectors per permetre reparacions més fàcils si cal. Vam fer tot el cablejat de 48 polzades de llarg per donar-nos certa flexibilitat a l’hora de muntar físicament l’arbre.

Pas 4: connecteu els connectors a les plaques FadeCandy

Les plaques FadeCandy que vam comprar no venien amb capçaleres connectades, sinó que hi havia dues files de vies espaiades de 0,1 ". En última instància, vam decidir que els FadeCandys es connectarien als cables CAT6 mitjançant endolls RJ-45 estàndard. en cas que necessitéssim substituir un FadeCandy (resulta que ho vam fer), també vam afegir pins de 0,1 "a cada tauler FadeCandy. Vam adjuntar pins d'emmagatzematge femenins a cadascun dels vuit cables connectats al sòcol RJ-45 per connectar-los a les capçaleres de 0,1 ". A més d'ajustar els pins a cada fil, també vaig afegir una mica de soldadura per evitar els pins Per descomptat, només vaig descobrir aquest "truc" de soldadura després que la meitat dels passadors que he encertat em fallessin, la lliçó après.

Pas 5: Inseriu LED a les tires separadores

Després de llegir algunes publicacions del fòrum i veure alguns vídeos d'altres persones que han fet "arbres" similars, l'ús de separadors de plàstic semblava ser un element recurrent. Les tires permeten ajustar l’espaiat dels LED per adaptar-se a les necessitats individuals i permeten tensar els fils LED entre els anells d’arbre superior i inferior. La mida del LED ha de coincidir amb la mida dels forats espaiadors (en el nostre cas de 12 mm), de manera que cada LED individual s’adapti perfectament als forats dels separadors. Vam decidir que els nostres LEDs zig-zag, de manera que 24 fils de LED formin 48 columnes al voltant de l'arbre.

En aquest punt vam cometre un error que ens va obligar a generar alguns "forats" addicionals per als LED. Tallem les tires per la meitat per tenir 48 llargs de separadors. El que vam descobrir va ser que cada separador de vuit peus contenia 96 forats (un per polzada) i tallar-los per la meitat en un forat significava que teníem quatre forats curts per cada fil LED. Compte amb el nostre error i expliqueu-ho abans d’hora. Finalment, tallem amb làser algunes "extensions" per afegir els forats que falten.

A continuació s’adjunta el fitxer vectorial utilitzat per tallar làser els suports d’extensió ("TreeLightBracket.eps")

Pas 6: Munteu les caixes de connexions elèctriques

Les tres caixes de distribució d’energia contenen un parell de barres d’autobús. La primera barra distribueix 5V i l’altra distribueix GND. Com que el nostre arbre es mostrava a l'exterior, vam optar per utilitzar caixes elèctriques impermeables per allotjar les barres d'autobús. Vam col·locar cada barra al seu lloc amb cola calenta i vam afegir un tros d’una carpeta de manila entre cada barra i la caixa per evitar curtmetratges. Cada caixa de connexions de potència es connecta a vuit fils LED mitjançant el cable de 22 AWG descrit anteriorment. Cada caixa es connecta a la font d'alimentació principal mitjançant un cable de 12 AWG i té un connector "Anderson" per facilitar el transport.

Pas 7: muntar quadres de connexió de dades

Utilitzant les mateixes caixes que amb les caixes de distribució d’energia, vam crear tres caixes de distribució de “dades” que contenien una sola placa FadeCandy a cada una. Els cables micro USB del Raspberry Pi es connecten a les plaques FadeCandy dins d’aquesta caixa i els cables CAT6 també es connecten als endolls femella RJ-45. Com que els taulers FadeCandy no tenen forats de muntatge grans, lligem cada tauler amb una cremallera a un tros de fusta contraxapada. Aquesta fusta contraxapada també funcionava com a aïllant per evitar que el tauler fes curtcircuits contra la caixa elèctrica.

Pas 8: alimentació per cable

El monstre de 5V 60A d’una font d’energia que vam demanar proporciona energia per a tot el projecte. Cadascuna de les tres caixes de connexió de potència es connecta a aquest subministrament principal amb filferro de 12 AWG. Cada caixa de connexions té el seu propi parell de connectors Anderson i un fusible 20A en línia per aïllar qualsevol curtmetratge. El Raspberry Pi també obté energia d’aquest subministrament, cosa que vaig aconseguir tallant un cable USB i connectant els cables d’alimentació / terra als terminals de la font d’alimentació. Com que aquests cables eren bastant petits, també he afegit un parell de tirants per afegir una mica de tensió en aquestes connexions. La font d'alimentació no venia amb un endoll de corrent altern, de manera que vaig tallar un cable d'alimentació estàndard per a ordinador / monitor i el vaig connectar als terminals de rosca. Tingueu molta precaució a l’escenari i comproveu el vostre treball. Em va semblar molt útil aquest projecte d’Adafruit per entendre com es connecta l’energia.

Pas 9: configureu Raspberry Pi

Configuro una targeta microSD amb el sistema operatiu Raspbian i configuro un servidor FadeCandy seguint les instruccions que es troben aquí:

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

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

Vaig trobar que el dipòsit OpenPixelControl tenia un gran conjunt d’exemples d’interfície amb el servidor FadeCandy. Al final, vaig acabar escrivint un script Python per animar bucles a l’arbre quan es va iniciar el Pi. Carrega els vídeos a la resolució objectiu, passa fotograma a fotograma pel vídeo i envia una matriu de control FadeCandy per a cada fotograma. El fitxer de configuració de FadeCandy permet la interfície de diverses taules com si fossin una sola placa i proporciona una interfície molt neta. L'escriptura python que controla l'arbre està configurat per carregar fitxers d'una carpeta específica. Com a tal, ajustar les animacions és tan senzill com afegir / eliminar fitxers de vídeo d’aquesta carpeta.

En el procés de prova de l'arbre, vaig aconseguir danyar una targeta microSD. Ho atribueixo a treure l'alimentació del Pi sense fer un apagat adequat. Per evitar futurs incidents, vaig afegir un polsador i el vaig configurar per apagar el Pi de manera segura. També he fet diverses còpies de seguretat de la targeta microSD final, per si de cas.

Abans de rebre totes les parts de l'arbre real, vaig bifurcar el dipòsit del concentrador git OpenPixelControl i vaig descobrir un simulador de LED ordenat al seu interior. De fet, he utilitzat aquest programa per provar una gran part del guió d’animació esmentat anteriorment. El simulador pren un fitxer de configuració que indica la ubicació física de cada LED a l'espai (penseu en X, Y, Z) i utilitza la mateixa interfície que el programa de servidor FadeCandy.

Pas 10: feu animacions

L'escriptura Python enllaçada anteriorment pot reproduir qualsevol format de vídeo a l'arbre, sempre que la resolució sigui de 96x50. La resolució de l'arbre és de 48x25, però l'eina que feia servir per convertir vídeos a resolució inferior (Handbrake) tenia un límit mínim de píxels de 32 píxels. Per aquest motiu, simplement vaig duplicar la resolució real de l'arbre i després vaig provar tots els altres píxels del meu script Python.

El procés que vaig utilitzar per a la majoria de les animacions va ser trobar o generar un-g.webp

Mitjançant la interfície OpenPixelControl, també podeu generar patrons per programació. Durant les proves inicials vaig utilitzar bastant l'escriptura python "raver_plaid.py".

Les animacions utilitzades per al nostre arbre s’adjunten a sota de "makerTreeAnimations.zip".

Pas 11: Prova del sistema elèctric

Amb tots els components elèctrics i de programari principals connectats, era hora de provar-ho tot. Vaig construir un marc senzill de fusta per tensar els fils LED, cosa que va resultar molt útil per identificar si algun fil estava fora de funcionament (que n’hi havia diversos). Els vídeos anteriors mostren una demostració predefinida d'OpenPixelControl i el meu script de reproductor de vídeo personalitzat Python que executa una animació Mario.

Pas 12: Construeix el marc

Hem unit tots els fils LED a un marc prototip que construïm amb tubs de PVC i pex. Deixem els tirants solts per poder reposicionar-los si cal. Això va resultar ser una gran decisió, ja que vam decidir que el PVC vertical va trencar massa la xarxa LED i va canviar a un disseny CNC. El disseny final consisteix bàsicament en un bucle superior i un bucle inferior. El bucle inferior es munta a la base de l'arbre i té un diàmetre més gran que el bucle superior que està (cap sorpresa), muntat a la part superior de l'arbre. Els fils LED s’estenen entre els llaços superior i inferior per formar la forma del con (o “arbre” si voleu).

Els dos bucles es van tallar de fusta contraxapada de 3/4 "en un encaminador CNC; el fitxer vectorial dels bucles s'adjunta a continuació (" TreeMountingPlates.eps "). Els bucles superior i inferior consisteixen cadascun en dues peces semicirculars que formen una El disseny de dues peces era de manera que podíem fixar fàcilment les dues meitats al voltant de l’arbre sense danyar les branques. El nostre gurú local del CNC va afegir una mica d’estil convertint els bucles del marc superior i inferior en flocs de neu. Un toc de pintura blanca. i també es van afegir algunes purpurines per avalar el marc.

Pas 13: Construïu un disc / muntatge electrònic inferior

Retallem dos mitjos cercles d'un altre tros de fusta contraxapada del mateix diàmetre que el bucle inferior descrit anteriorment per muntar l'electrònica (caixa de control, caixes de connexió) sota el bucle inferior. Igual que amb els llaços superior i inferior, es va fer en dues peces i es va unir al llarg de la línia central per formar un cercle complet. El disc es va pintar de verd per ajudar-lo a fondre’s i a segellar-lo de la pluja. Vam muntar totes les caixes d'electrònica a la part inferior d'aquest disc, de manera que el disc formava una mena de paraigua als components elèctrics. Es va embolicar l'excés de longitud de filferro i es va lligar amb cremallera a aquest disc per mantenir un aspecte net.

Pas 14: connecteu el marc a l'arbre

Quan els llaços del marc superior i inferior estaven secs, vam introduir diversos trossos llargs de ferro angular cap a l’olla de l’arbre per ajudar a estabilitzar el tronc. La planxa angular també proporcionava punts de muntatge per als bucles del marc superior i inferior, sense afegir tensió a l'arbre físic. Amb tots els fils LED connectats al bucle superior, hem utilitzat un tros de corda per suspendre el conjunt de l'anell superior del sostre. Vam trobar que era més fàcil baixar lentament l’anell sobre l’arbre en lloc d’intentar mantenir-lo al seu lloc amb la mà. Una vegada que l’anell superior estava al seu lloc a l’angle de planxa, vam fixar l’anell inferior a l’arbre i vam lligar amb cremallera els fils de LED també al bucle inferior. El disc inferior (verd) es va muntar directament per sota del bucle inferior amb tota l’electrònica connectada.

Pas 15: lliurament (opcional)

Ara seieu i gaudiu dels fruits del vostre treball. El nostre arbre estarà exposat a North Little Rock durant tot el mes de desembre (2018). Ja estic pensant com podem fer que la pantalla sigui interactiva per a la nostra mini MakerFaire a la primavera.

Tens alguna pregunta? Pregunteu als comentaris.

Accèssit al concurs Make it Glow 2018