RGB LED Maker Tree: 15 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Нашият местен производител спонсорира дърво, което да бъде изложено на главната улица за месец декември (2018 г.). По време на нашата мозъчна атака, ние стигнахме до идеята да поставим смешно количество светодиоди на дървото на мястото на традиционните орнаменти. Като производители, които обичат да вършат нещата на върха, бързо решихме, че дърво, което може да възпроизвежда анимации, не само ще бъде забавно, но и ще генерира някакъв шум.

Проучих някои съществуващи решения, които използваха специални LED контролери и реших, че близкият източник просто няма да стане. Попаднах на отличен урок от Adafruit за използването на техните "FadeCandy" LED контролери. Тази кокетна малка дъска направи редица участия на Burning Man и има много добри примери за работа. Дървото се състои от 24 нишки индивидуално адресируеми RGB LED щамове, контролирани с помощта на платки FadeCandy и захранвани от едно захранване 5V 60A. Raspberry Pi обслужва анимации към платките FadeCandy чрез микро-USB кабели, които от своя страна се свързват с отделните LED нишки. Нишките са подредени радиално, за да образуват форма на конус / дърво, както се вижда по -горе.

Хубавото при тази настройка е, че тя не се ограничава до еднократна употреба. LED нишките могат да бъдат пренаредени, за да образуват много форми, включително обикновена стара решетка. Надяваме се да използваме отново тази настройка, за да направим интерактивна изложба / игра за следващия ни Mini MakerFaire през пролетта.

Стъпка 1: Списък на частите

• 2x - 5V WS2811 LED нишки (20 нишки x 50 пиксела = 1000 пиксела)
• 5x - 3 пинови водоустойчиви съединители (5 опаковки)
• 24x - 12 мм RGB монтажни ленти
• 3x - LED контролери Adafruit FadeCandy
• 6x - Блокове за разпределение на мощността
• 1x - 5V 60A (300W) Захранване
• 1x- RJ-45 перфорирани гнезда (10 опаковки)
• 2x - 22 AWG захранващ проводник (65 фута)
• 1x - Anderson Connector Kit
• 1x - 12 AWG вградени държачи за предпазители
• 3x - 2x8 Корпус за съединител за кримпване
• 1x - 0.1 "женски щифтове (100 опаковки)
• 6x - Водоустойчиви електрически кутии
• 3x - 20A Предпазител
• 1x - Захранващ кабел на компютъра
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD карта
• 24 фута - кабел CAT5/CAT6
• 15 фута - 12 AWG тел (червено и черно)
• 6x - нагънати краища RJ -45
• 2x - 4x8 лист 3/4 "шперплат
• 2 - 4 'ъгъл ютия
• 200x - Връзки с цип
• ~ 144x - Водоустойчиви съединители за свързване (по избор, но спестяване на време)
• Припой
• Топлообменник
• Запечатване

Стъпка 2: Преглед на електрическата система

Както се вижда на диаграмата по -горе, електрическата система на дървото може да бъде разделена на няколко основни компонента: контролна кутия, разпределителни кутии за захранване, разпределителни кутии за данни и LED нишки. Кутията за управление съдържа 5V 60A захранване и Raspberry Pi. Кутиите за свързване на данни съдържат LED контролерите FadeCandy. Съединителните кутии за захранване съдържат шини за разпределение на мощността (5V & GND) към LED нишките. Всяка двойка разпределителни кутии (едно данни + едно захранване) контролират осем LED нишки. Тъй като в този проект са използвани 24 нишки светодиоди, има три комплекта разпределителни кутии (общо шест).

*Има грешка в диаграмата, показана по-горе, кабел CAT6 0 (нишки 0-7) трябва да бъде (нишки 0-3) и кабел CAT6 1 (нишка 7-15) трябва да бъде (нишки 4-7).

Стъпка 3: Прикрепете водоустойчиви съединители

Тъй като дървото е предназначено за външна употреба, се полагат допълнителни грижи, за да се гарантира, че всички връзки са водоустойчиви. За тези, които искат да направят подобен проект на закрито, водоустойчивите конектори могат да бъдат игнорирани в полза на 3 -пиновите JST конектори, които се доставят с LED нишките. Голяма част от труда по този проект отиде в запояване на водоустойчивите съединители към нишките.

За нашата настройка отрязахме съществуващия JST конектор от LED нишката и прикрепихме 3 -пинов водоустойчив конектор на негово място. Трябва да се внимава за добавяне на конектора от "входната" страна на LED нишката, връзката за данни на LED нишките е насочена. Открихме, че всеки светодиод има малка стрелка, показваща посоката на данните. Първоначално прикрепихме всеки от трите проводника от страната на LED нишката, използвайки техника, включваща спойка, термосвиване и уплътняване. В крайна сметка преминахме към използването на тези водоустойчиви съединители за снаждане, което се оказа огромна икономия на време.

Страната захранване/данни (т.е. страната, към която се свързват LED нишките), използвахме 22 AWG проводник за захранване/земя и кабел CAT6 за данни/земя. Всеки кабел CAT6 съдържа четири усукани двойки, така че можем да свържем четири LED нишки към един кабел CAT6. Диаграмата по -горе показва как 3 -пиновата LED нишка се разпада на 4 проводника (5V, GND, данни). Свързването на четири проводника към три проводника изглеждаше като точка на объркване при сглобяването на този проект. Основното решение е, че двете основи (Data + Power) са комбинирани във водоустойчивия конектор.

Всеки кабел CAT6 беше завършен с конектор RJ-45, който беше включен в женски корпус RJ-45, свързан към платка FadeCandy. Проводниците CAT6 можеха да бъдат запоени директно към платките на FadeCandy, но ние избрахме да добавим конектори, за да улесним ремонта, ако е необходимо. Направихме цялото си окабеляване с дължина 48 инча, за да си осигурим известна гъвкавост при физическото сглобяване на дървото.

Стъпка 4: Прикрепете конекторите към платките FadeCandy

Платките FadeCandy, които закупихме, не идваха с прикрепени заглавки, по-скоро имаше два реда с разстояния от 0,1 ". В крайна сметка решихме, че FadeCandys ще се свърже към кабелите CAT6, използвайки стандартни RJ-45" ударни "гнезда. събитието, което трябваше да сменим FadeCandy (оказва се, че го направихме!), ние също добавихме 0,1 "щифтове към всяка платка FadeCandy. Прикрепихме женски кримпващи щифтове към всеки от осемте проводника, прикрепени към гнездото за пробиване на RJ-45, за да се свържете към 0,1-инчовите хедери. В допълнение към кримпването на щифтовете към всеки проводник, добавих и малко спойка, за да предотвратя щифтовете Разбира се, аз открих този "трик" с припой само след като половината щифтове, които пресох, се провалиха при мен, научен урок.

Стъпка 5: Поставете светодиодите в разделителните ленти

След като прочетох няколко публикации във форума и изгледах някои видеоклипове от други хора, които са направили подобни „дървета“, използването на пластмасови дистанционни елементи изглежда се повтаря. Лентите позволяват разстоянието между светодиодите да се регулира според индивидуалните нужди и позволява да се опъват нишките на LED между горния и долния пръстен на дървото. Размерът на светодиода трябва да съответства на размера на дистанционните отвори (в нашия случай 12 мм), така че всеки отделен светодиод да приляга плътно в отворите в дистанционерите. Решихме нашите светодиоди да бъдат зиг-заг, така че 24 нишки от светодиоди образуват 48 колони около дървото.

Направихме грешка в този момент, която ни принуди да генерираме някои допълнителни „дупки“за светодиоди. Разрязваме лентите наполовина, така че да имаме 48 дължини дистанционни елементи. Това, което открихме, беше, че всеки дистанционер с осем фута съдържа 96 дупки (по един на всеки инч) и разрязването им наполовина на дупка означаваше, че имаме четири отвора къси на LED нишка. Внимавайте за грешката ни и отчетете това предварително! В крайна сметка лазерно изрязваме някои „разширения“, за да добавим липсващите дупки.

Векторният файл, използван за лазерно изрязване на удължителните скоби, е приложен по -долу ("TreeLightBracket.eps")

Стъпка 6: Сглобете разпределителните кутии за захранване

В трите разпределителни кутии за захранване се помещават чифт шини. Първата лента разпределя 5V, а другата разпределя GND. Тъй като дървото ни беше изложено на открито, решихме да използваме водоустойчиви електрически кутии за поставяне на шините. Прикрепихме всяка лента на място с помощта на горещо лепило и добавихме парче манила папка между всяка лента и калъфа, за да предотвратим къси панталони. Всяка разпределителна кутия за захранване се свързва с осем LED нишки чрез предварително описания проводник 22 AWG. Всяка кутия се свързва към основното захранване с помощта на проводник 12 AWG и има съединител "Anderson", който позволява по -лесно транспортиране.

Стъпка 7: Сглобете кутии за свързване на данни

Използвайки същите кутии, както при кутиите за разпределение на захранването, ние създадохме три разпределителни кутии "данни", съдържащи по една платка FadeCandy във всяка. Микро USB кабелите от Raspberry Pi се свързват към платките FadeCandy вътре в тази кутия, а кабелите CAT6 се свързват и към женските гнезда RJ-45. Тъй като дъските на FadeCandy нямат големи монтажни отвори, ние завързахме с цип всяка дъска за парче шперплат. Този шперплат функционира и като изолатор, за да предпази платката от късо съединение срещу електрическата кутия.

Стъпка 8: Захранване с кабел

Чудовището 5V 60A на захранване, което поръчахме, осигурява захранване за целия проект. Всяка от трите захранващи разпределителни кутии се свързва към това основно захранване с 12 AWG проводник. Всяка разпределителна кутия има своя собствена двойка Anderson конектори и вграден предпазител 20A за изолиране на къси панталони. Raspberry Pi се захранва и от това захранване, което постигнах, като отрязах USB кабел и свързах захранващите/заземяващите проводници към клемите за захранване. Тъй като тези проводници бяха доста малки, добавих и няколко цип връзки, за да добавя известно облекчение на напрежението върху тези връзки. Захранването не идва с щепсел за променлив ток, така че отрязах стандартен захранващ кабел за компютър/монитор и го прикрепих към винтовите клеми. Бъдете изключително внимателни на сцената и проверете тройно работата си! Намерих този проект Adafruit за изключително полезен при разбирането как е свързано захранването.

Стъпка 9: Настройка на Raspberry Pi

Настройвам microSD карта с операционната система Raspbian и настройвам сървър FadeCandy, като използвам инструкциите, намерени тук:

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

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

Открих, че хранилището на OpenPixelControl има голям набор от примери за взаимодействие със сървъра FadeCandy. В крайна сметка в крайна сметка написах скрипт на Python, за да циклирам анимации в дървото, когато Pi се стартира. Той зарежда видеоклипове с нашата целева резолюция, стъпка по кадър през видеоклипа и изпраща контролен масив FadeCandy за всеки кадър. Конфигурационният файл на FadeCandy позволява свързването на няколко дъски, сякаш са една единствена платка и прави много чист интерфейс. Скриптът на python, който контролира дървото, е настроен да зарежда файлове от определена папка. По този начин регулирането на анимациите е толкова просто, колкото добавянето/премахването на видео файлове от тази папка.

В процеса на тестване на дървото успях да повредя microSD карта. Приписвам това на премахване на захранването от Pi, без да правим правилно изключване. За да избегна бъдещи инциденти, добавих бутон и го конфигурирах за безопасно изключване на Pi. Направих и няколко резервни копия на последната microSD карта, за всеки случай.

Преди да получа всички части за действителното дърво, раздвоих хранилището на git hub на OpenPixelControl и открих вътре чист LED симулатор. Всъщност използвах тази програма, за да тествам голяма част от анимационния скрипт, споменат по -горе. Симулаторът взема конфигурационен файл, който показва физическото разположение на всеки светодиод в пространството (помислете за X, Y, Z) и използва същия интерфейс като сървърната програма FadeCandy.

Стъпка 10: Направете анимации

Свързаният преди това скрипт на Python може да възпроизвежда всеки видео формат в дървото, стига разделителната способност да е 96x50. Разделителната способност на дървото е 48x25, но инструментът, който използвах за преобразуване на видеоклипове в по -ниска разделителна способност (ръчна спирачка), имаше минимален пиксел от 32 пиксела. Поради тази причина просто удвоих действителната разделителна способност на дървото и след това взех проба от всеки друг пиксел в моя скрипт на Python.

Процесът, който използвах за повечето анимации, беше да намеря или генерирам GIF, след което да го изрежа (с помощта на ръчна спирачка), докато съотношението на страните е 1,92: 1. След това бих променил изходната разделителна способност на целевите 96x50 и започнах преобразуването. Някои-g.webp

Използвайки интерфейса OpenPixelControl, можете също така да генерирате модели програмно. По време на първоначалното тестване доста използвах скрипта на python „raver_plaid.py“.

Анимациите, използвани за нашето дърво, са приложени по -долу „makerTreeAnimations.zip“.

Стъпка 11: Тест на електрическата система

С всички основни електрически/софтуерни компоненти беше време да тестваме всичко. Изградих обикновена дървена рамка за опъване на LED нишките, което се оказа много полезно за идентифициране дали някои нишки са в неизправност (които бяха няколко). Горните видеоклипове показват консервирана демонстрация от OpenPixelControl и моя персонализиран скрипт на Python за видеоплейър, изпълняващ анимация на Mario.

Стъпка 12: Конструиране на рамка

Прикрепихме всички LED нишки към прототипна рамка, която изграждаме от PVC и тръби от пекс. Оставихме циповите връзки разхлабени, за да можем да ги разменим, ако е необходимо. Това се оказа чудесно решение, тъй като решихме, че вертикалният PVC разчупи твърде много LED решетката и вместо това премина към CNC -дизайн. Крайният дизайн се състои основно от горен контур и долен контур. Долният контур е монтиран в основата на дървото и има по -голям диаметър от горния контур, който е (няма изненада), монтиран в горната част на дървото. Светодиодните нишки се простират между горния и долния контур, за да оформят конуса (или "дърво", ако искате).

И двата контура са изрязани от 3/4 "шперплат на CNC рутер, векторният файл за бримките е прикрепен по-долу (" TreeMountingPlates.eps "). Горният и долният контур всеки се състои от две полукръгли парчета, които образуват цялостна цикъл. Двукомпонентният дизайн беше така, че да можем лесно да прикрепим двете половини около дървото, без да повредим клоните. Нашият местен гуру с ЦПУ добави приятно усещане, като направи горната и долната рамка в снежинки. Докосване на бяла боя и малко блясък също бяха добавени, за да изпъстрят рамката.

Стъпка 13: Конструирайте електроника на долния диск / монтаж

Изрязахме два полукръга от друго парче шперплат със същия диаметър като долния контур, описан по -горе, за да монтираме електрониката (контролната кутия, разпределителните кутии) под долния контур. Както при горния и долния контур, той беше направен на две части, след което се съедини по централната линия, за да образува пълен кръг. Дискът беше боядисан в зелено, за да се слее и да го запечата от дъжд. Монтирахме всички електронни кутии от долната страна на този диск, така че дискът да образува един вид чадър към електрическите компоненти. Излишните дължини на проводниците бяха увити и завързани с цип към този диск, за да се поддържа чист външен вид.

Стъпка 14: Прикрепете рамката към дърво

Когато горната и долната рамка на рамката бяха изсъхнали, забихме няколко дълги парчета ъглово желязо надолу в саксията на дървото, за да стабилизираме ствола. Ъгловото желязо също осигурява точки за монтаж на горната и долната рамка, без да натоварва физическото дърво. С всички LED нишки, прикрепени към горния контур, използвахме парче въже, за да окачим горния пръстен от тавана. Открихме, че е по -лесно бавно да спуснем пръстена върху дървото, вместо да се опитваме да го държим на място с ръка. След като горният пръстен беше на мястото си върху ъгловото желязо, ние прикрепихме долния пръстен към дървото и закрепихме с цип светодиодните нишки плътно към долния контур. Долният (зелен) диск е монтиран директно под долния контур с цялата свързана електроника.

Стъпка 15: Доставка (по избор)

Сега седнете и се насладете на плодовете на вашия (нашия) труд! Нашето дърво ще бъде изложено в North Little Rock през целия месец декември (2018). Вече се замислям как можем да направим дисплея интерактивен за нашия мини MakerFaire през пролетта.

Имате ли въпроси? Питайте в коментарите!

Вицешампион в конкурса Make it Glow 2018