RGB LED Maker Tree: 15 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Vår lokale makerpace sponset et tre som skulle vises på Main Street i desember måned (2018). Under tankegangen vår kom vi på ideen om å sette en latterlig mengde lysdioder på treet i stedet for tradisjonelle ornamenter. Som produsenter som liker å gjøre ting litt over toppen, bestemte vi oss raskt for at et tre som kunne spille animasjoner ikke bare ville være morsomt, men også ville generere noe buzz.

Jeg undersøkte noen eksisterende løsninger som brukte dedikerte LED -kontrollere og bestemte meg for at nærkilden bare ikke ville gjøre det. Jeg kom over en utmerket opplæring av Adafruit om bruk av deres "FadeCandy" LED -kontrollere. Dette fine lille brettet har gjort en rekke Burning Man -opptredener og har mange gode eksempler å jobbe ut fra. Treet består av 24 tråder av individuelt adresserbare RGB LED -stammer som styres med FadeCandy -kort og drives av en enkelt 5V 60A strømforsyning. En Raspberry Pi serverer animasjoner til FadeCandy-kortene gjennom mikro-USB-kabler, som igjen kobles til de enkelte LED-strengene. Trådene er anordnet radielt for å danne en kjegle / treform som sett ovenfor.

Det fine med dette oppsettet er at det ikke er begrenset til en gangs bruk. LED -trådene kan omorganiseres til mange former, inkludert et vanlig gammelt rutenett. Vi håper å kunne bruke dette oppsettet til å lage en interaktiv utstilling / spill for vår neste Mini MakerFaire til våren.

Trinn 1: Deleliste

• 2x - 5V WS2811 LED -tråder (20 tråder x 50 piksler = 1000 piksler)
• 5x - 3 -pins vanntette kontakter (5 -pakning)
• 24x - 12MM RGB -monteringslister
• 3x - Adafruit FadeCandy LED -kontrollere
• 6x - Strømfordelingsblokker
• 1x - 5V 60A (300W) Strømforsyning
• 1x- RJ-45 nedstikkontakter (10 pakker)
• 2x - 22 AWG strømledning (65 fot)
• 1x - Anderson Connector Kit
• 1x - 12 AWG innebygde sikringsholdere
• 3x - 2x8 krympekontakthus
• 1x - 0,1 "kvinnelige krympepinner (100 pakker)
• 6x - Vanntette elektriske bokser
• 3x - 20A sikring
• 1x - Datakabel
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD -kort
• 24 fot - CAT5/CAT6 kabel
• 15 fot - 12 AWG ledning (rød og svart)
• 6x - RJ -45 krympeender
• 2x - 4x8 ark 3/4 "kryssfiner
• 2x - 4 'vinkeljern
• 200x - Glidelås
• ~ 144x - Vanntette skjøtekontakter (valgfritt, men en enorm tidsbesparelse)
• Lodding
• Varmekrymping
• Tetting

Trinn 2: Oversikt over det elektriske systemet

Som vist i diagrammet ovenfor, kan treets elektriske system deles inn i flere hovedkomponenter: kontrollboks, strømkryssbokser, datakryssbokser og LED -tråder. Kontrollboksen inneholder 5V 60A strømforsyning og Raspberry Pi. Data Junction -boksene inneholder FadeCandy LED -kontrollere. Power -koblingsboksene inneholder samleskinner for å distribuere strøm (5V og GND) til LED -strengene. Hvert par koblingsbokser (én data + en strøm) styrer åtte LED -tråder. Siden det er 24 leddstråler som brukes i dette prosjektet, er det tre sett med koblingsbokser (seks totalt).

*Det er en feil i diagrammet vist ovenfor, CAT6-kabel 0 (strengene 0-7) skal være (strengene 0-3) og CAT6-kabel 1 (streng 7-15) skal være (strengene 4-7).

Trinn 3: Fest vanntette kontakter

Ettersom treet var beregnet på utendørs bruk, ble det tatt ekstra hensyn til at alle tilkoblingene var vanntette. For de som ønsker å lage et lignende innendørs prosjekt, kan de vanntette kontaktene ignoreres til fordel for de 3 -pinners JST -kontaktene som følger med LED -trådene. Mye av arbeidet med dette prosjektet gikk ut på å lodde de vanntette kontaktene til trådene.

For oppsettet vårt, kuttet vi den eksisterende JST -kontakten av LED -strengen og festet en 3 -pinners vanntett kontakt i stedet. Det bør utvises forsiktighet for å legge til kontakten på "inngangssiden" av LED -strengen, datatilkoblingen på LED -strengene er retningsbestemt. Vi fant ut at hver LED hadde en liten pil som indikerer dataretningen. Vi festet opprinnelig hver av de tre ledningene på LED -strengens side ved å bruke en teknikk som involverer lodding, varmekrymping og tetning. Etter hvert gikk vi over til å bruke disse vanntette spleisekontaktene, noe som viste seg å være en enorm tidsbesparelse.

På strøm-/datasiden (dvs. siden som LED -strengene kobles til), brukte vi 22 AWG -ledning for strøm/jord og CAT6 -kabel for data/jord. Hver CAT6 -kabel inneholder fire snoede par, slik at vi kan koble fire LED -tråder til en enkelt CAT6 -kabel. Diagrammet ovenfor viser hvordan 3 -pinners LED -streng brytes ut i 4 ledninger (5V, GND, Data). Å koble fire ledninger til tre ledninger syntes å være et forvirringspunkt når du monterte dette prosjektet. Den viktigste takeaway er at de to grunnene (Data + Power) er kombinert ved den vanntette kontakten.

Hver CAT6-kabel ble avsluttet med en RJ-45-kontakt som ble plugget inn i et RJ-45 hunnhus koblet til et FadeCandy-kort. CAT6 -ledningene kunne vært loddet direkte til FadeCandy -kortene, men vi valgte å legge til kontakter for å muliggjøre enklere reparasjoner om nødvendig. Vi gjorde alle ledningene våre 48 tommer lange for å gi oss litt fleksibilitet når vi fysisk monterte treet.

Trinn 4: Fest kontakter til FadeCandy -kort

FadeCandy-brettene vi kjøpte kom ikke med overskrifter festet, snarere var det to rader med 0,1 "mellomrom. Til slutt bestemte vi oss for at FadeCandys ville koble seg til CAT6-kablene ved bruk av standard RJ-45" nedstikkbare "stikkontakter. hendelsen at vi trengte å erstatte en FadeCandy (det viser seg at vi gjorde det!), la vi også til 0,1 "pins til hvert FadeCandy -bord. Vi festet kvinnelige krympestifter til hver av de åtte ledningene som er festet til RJ-45-stikkontakten for å koble til 0,1 "-hodene. I tillegg til å krympe tappene til hver ledning, la jeg også til litt loddetinn for å forhindre tappene Selvfølgelig oppdaget jeg bare dette loddet "trikset" etter at halvparten av pinnene jeg klemte mislyktes på meg, lærte jeg.

Trinn 5: Sett lysdioder inn i avstandsstykker

Etter å ha lest noen foruminnlegg og sett på noen videoer fra andre som har laget lignende "trær", syntes bruken av plastavstandsstykker å være en gjenganger. Strimlene gjør at avstanden mellom lysdiodene kan justeres for å passe individuelt og gjør at LED -strengene kan strammes mellom de øvre og nedre treringene. Størrelsen på LED -en må samsvare med størrelsen på avstandshullene (i vårt tilfelle 12 mm), slik at hver enkelt LED passer godt inn i hullene i avstandsstykkene. Vi bestemte oss for å ha lysdiodene våre sikksakk, slik at 24 leddstråler danner 48 søyler rundt treet.

Vi gjorde en feil på dette tidspunktet som tvang oss til å generere noen ekstra "hull" for lysdioder. Vi kuttet strimlene i to slik at vi ville ha 48 lengder med avstandsstykker. Det vi oppdaget var at hver åtte fots avstandsstykke inneholdt 96 hull (ett hver tomme) og å kutte dem i to på et hull betydde at vi var fire hull korte per LED -streng. Vær oppmerksom på vår feil og redegjør for dette på forhånd! Til slutt laserskjærte vi noen "utvidelser" for å legge til de manglende hullene.

Vektorfilen som brukes til å laserskjære forlengelsesbrakettene er vedlagt nedenfor ("TreeLightBracket.eps")

Trinn 6: Monter strømkoblingsbokser

De tre strømfordelingsboksene huser hvert et par samleskinner. Den første linjen fordeler 5V og den andre distribuerer GND. Ettersom treet vårt ble vist utendørs, valgte vi å bruke vanntette elektriske bokser for å huse busslinjene. Vi festet hver stang på plass med varmt lim og la til et skrap av en manila -mappe mellom hver stang og saken for å forhindre shorts. Hver strømkoblingsboks kobles til åtte LED -tråder via 22 AWG -ledningen som tidligere er beskrevet. Hver boks kobles til hovedstrømforsyningen ved hjelp av 12 AWG -ledning og har en "Anderson" -kontakt for lettere transport.

Trinn 7: Monter dataforbindelsesbokser

Ved å bruke de samme boksene som med strømfordelingsboksene, opprettet vi tre "data" distribusjonsbokser som inneholder et enkelt FadeCandy -kort i hver. Mikro-USB-kablene fra Raspberry Pi kobles til FadeCandy-kortene inne i denne boksen, og CAT6-kablene kobles også til RJ-45 hunnkontaktene. Ettersom FadeCandy -brettene ikke har store monteringshull, fester vi hvert brett med et kryssfinér. Denne kryssfiner fungerte også som en isolator for å holde brettet fra kortslutning mot den elektriske boksen.

Trinn 8: Ledningsstrømforsyning

5V 60A monsteret til en strømforsyning vi bestilte gir strøm til hele prosjektet. Hver av de tre strømkoblingsboksene kobles til denne hovedforsyningen med 12 AWG -ledning. Hver koblingsboks har sitt eget par Anderson -kontakter og en innebygd 20A sikring for å isolere eventuelle shorts. Raspberry Pi får også strøm fra denne forsyningen, noe jeg oppnådde ved å kutte en USB -kabel og koble strøm-/jordledningene til strømforsyningsterminalene. Ettersom disse ledningene var ganske små, la jeg også til et par glidelåser for å legge til litt strekkavlastning på disse forbindelsene. Strømforsyningen kom ikke med en stikkontakt, så jeg kuttet opp en standard datamaskin/skjerm strømkabel og festet den til skruene. Vær ekstra forsiktig på scenen og trippelsjekk arbeidet ditt! Jeg fant dette Adafruit -prosjektet ekstremt nyttig for å forstå hvordan strømmen henger sammen.

Trinn 9: Konfigurer Raspberry Pi

Jeg konfigurerte et microSD -kort med Raspbian -operativsystemet og konfigurerte en FadeCandy -server ved å følge instruksjonene her:

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

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

Jeg fant ut at OpenPixelControl -depotet hadde et stort sett med eksempler for grensesnitt med FadeCandy -serveren. Til slutt endte jeg med å skrive et Python -skript for å sløyfe animasjoner på treet da Pi startet. Den laster inn videoer med måloppløsningen vår, trinn for bilde gjennom videoen og sender en FadeCandy -kontrollgruppe for hver ramme. FadeCandy -konfigurasjonsfilen gjør at flere kort kan grensesnittes som om de var ett enkelt kort og gir et veldig rent grensesnitt. Python -skriptet som styrer treet er konfigurert for å laste inn filer fra en bestemt mappe. Som sådan er justering av animasjonene like enkelt som å legge til/fjerne videofiler fra den mappen.

I prosessen med å teste treet klarte jeg å ødelegge et microSD -kort. Jeg tilskriver dette for å fjerne strøm fra Pi uten å gjøre en ordentlig nedleggelse. For å unngå fremtidige hendelser la jeg til en trykknapp og konfigurerte den til å slå av Pi trygt. Jeg har også tatt flere sikkerhetskopier av det siste microSD -kortet, for sikkerhets skyld.

Før jeg mottok alle delene til det faktiske treet, forklet jeg OpenPixelControl git -hub -depotet og oppdaget en pen LED -simulator inni. Jeg brukte faktisk dette programmet til å teste en stor del av animasjonsskriptet nevnt ovenfor. Simulatoren tar en konfigurasjonsfil som angir den fysiske plasseringen av hver LED i rommet (tenk X, Y, Z) og bruker det samme grensesnittet som FadeCandy -serverprogrammet.

Trinn 10: Lag animasjoner

Det tidligere koblede Python -skriptet kan spille av et hvilket som helst videoformat på treet, så lenge oppløsningen er 96x50. Oppløsningen på treet er 48x25, men verktøyet jeg brukte for å konvertere videoer til lavere oppløsning (håndbrems) hadde en minimum pikselgrense på 32 piksler. Av denne grunn doblet jeg ganske enkelt den faktiske oppløsningen til treet og deretter samplet hver annen piksel i mitt Python -skript.

Prosessen jeg brukte for de fleste animasjonene var å finne eller generere en GIF, deretter beskjære den (ved hjelp av håndbrems) til sideforholdet var 1,92: 1. Jeg ville deretter endre utgangsoppløsningen til målet 96x50 og begynne konverteringen. Noen-g.webp

Ved å bruke OpenPixelControl -grensesnittet kan du også generere mønstre programmatisk. Under den første testen brukte jeg python -skriptet "raver_plaid.py" ganske mye.

Animasjonene som brukes for treet vårt er vedlagt under "makerTreeAnimations.zip".

Trinn 11: Test av elektrisk system

Med alle de store elektriske/programvarekomponentene tilkoblet, var det på tide å teste alt ut. Jeg bygde en enkel treramme for å spenne LED -trådene, noe som viste seg veldig nyttig for å identifisere om noen tråder var ute av drift (som det var flere). Videoene ovenfor viser en hermetisk demo fra OpenPixelControl og mitt tilpassede videospillers Python -skript som kjører en Mario -animasjon.

Trinn 12: Konstruer ramme

Vi festet alle LED -trådene til en prototypramme vi bygger av PVC- og pex -rør. Vi lot glidelåsbåndene være løse, slik at vi kunne flytte dem om nødvendig. Dette viste seg å være en god avgjørelse da vi bestemte at den vertikale PVC brøt LED -rutenettet for mye og byttet til en CNC -design i stedet. Den endelige designen består i utgangspunktet av en øvre sløyfe og en nedre sløyfe. Den nedre løkken er montert på bunnen av treet og har en større diameter enn den øvre løkken som er (ingen overraskelse), montert på toppen av treet. LED -trådene strekker seg mellom de øvre og nedre løkkene for å danne kjeglen (eller "treet" hvis du vil).

Begge løkkene ble kuttet ut av 3/4 "kryssfiner på en CNC-ruter, vektorfilen for løkkene er festet nedenfor (" TreeMountingPlates.eps "). De øvre og nedre løkkene består hver av to halvsirkulære stykker som danner en komplett Den todelte designen var slik at vi enkelt kunne feste de to halvdelene rundt treet uten å skade grenene. Vår lokale CNC -guru la til en fin teft ved å gjøre den øvre og nedre rammen til snøfnugg. Et snev av hvit maling og litt glitter ble også lagt til for å pynte rammen opp.

Trinn 13: Konstruer nedre plate / monter elektronikk

Vi kutter to halvsirkler ut av et annet kryssfinerstykke med samme diameter som den nedre sløyfen som tidligere er beskrevet for å montere elektronikken (kontrollboks, koblingsbokser) under den nedre sløyfen. Som med de øvre og nedre løkkene ble den laget i to stykker, og ble deretter forbundet langs senterlinjen for å danne en komplett sirkel. Skiven ble malt grønn for å hjelpe den med å blande seg inn og forsegle den for regn. Vi monterte alle elektronikkbokser på undersiden av denne platen, slik at platen dannet en slags paraply til de elektriske komponentene. Overskytende trådlengder ble pakket inn og festet med glidelås til denne platen for å opprettholde et rent utseende.

Trinn 14: Fest rammen til treet

Når de øvre og nedre rammeløkkene var tørre, kjørte vi flere lange biter av vinkeljern ned i trekrukken for å stabilisere stammen. Vinkeljernet ga også monteringspunkter for de øvre og nedre rammesløyfene, uten å legge belastning på det fysiske treet. Med alle LED -trådene festet til den øvre sløyfen, brukte vi et tau for å hengge den øvre ringmonteringen fra taket. Vi fant ut at det var lettere å sakte senke ringen på treet i stedet for å prøve å holde den på plass for hånd. Når den øvre ringen var på plass på vinkeljernet, festet vi den nedre ringen til treet og glidelås også LED -strengene tett til den nedre løkken. Den nedre (grønne) skiven ble montert rett under den nedre sløyfen med all elektronikken festet.

Trinn 15: Lever (valgfritt)

Len deg tilbake og nyt fruktene av y (vårt) arbeid! Treet vårt vil bli vist i North Little Rock i hele desember måned (2018). Jeg tenker allerede på hvordan vi kan gjøre skjermen interaktiv for vår mini MakerFaire til våren.

Har du spørsmål? Spør i kommentarene!

Runner Up i Make it Glow Contest 2018