Strom RGB LED Maker: 15 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Náš místní makerspace sponzoroval strom, který bude vystaven na Main Street za měsíc prosinec (2018). Během našeho brainstormingu jsme přišli s nápadem umístit na strom na místo tradičních ozdob směšné množství LED diod. Jako tvůrci, kteří rádi dělají věci trochu nad rámec, jsme se rychle rozhodli, že strom, který dokáže přehrávat animace, bude nejen zábavný, ale také bude generovat určité buzzy.

Zkoumal jsem některá stávající řešení, která používají vyhrazené LED ovladače, a rozhodl jsem se, že blízký zdroj to prostě neudělá. Narazil jsem na vynikající tutoriál od Adafruit o používání jejich LED ovladačů "FadeCandy". Tato úhledná tabule má za sebou řadu vystoupení Burning Man a má spoustu dobrých příkladů, ze kterých je možné pracovat. Strom se skládá z 24 vláken jednotlivě adresovatelných RGB LED kmenů ovládaných pomocí desek FadeCandy a napájených jediným 5V 60A napájecím zdrojem. Raspberry Pi obsluhuje animace na deskách FadeCandy pomocí kabelů micro-USB, které se zase připojují k jednotlivým vláknům LED. Prameny jsou uspořádány radiálně, aby vytvořily tvar kužele / stromu, jak je vidět výše.

Úhledná věc na tomto nastavení je, že není omezena na jedno použití. LED prameny lze přestavět do mnoha tvarů, včetně běžné staré mřížky. Doufáme, že toto nastavení znovu použijeme k vytvoření interaktivní výstavy / hry pro naše další Mini MakerFaire na jaře.

Krok 1: Seznam dílů

• 2x - 5V WS2811 LED prameny (20 vláken x 50 pixelů = 1000 pixelů)
• 5x - 3kolíkové vodotěsné konektory (5 kusů)
• 24x - 12MM montážní pásky RGB
• 3x - Adafruit FadeCandy LED ovladače
• 6x - Bloky distribuce energie
• 1x - 5V 60A (300W) Napájení
• 1x- RJ-45 Punch Down Sockets (10 balení)
• 2x - 22 AWG napájecí vodič (65 ft)
• 1x - Sada konektorů Anderson
• 1x - 12 řadových držáků pojistek AWG
• Pouzdro krimpovacího konektoru 3x - 2x8
• 1x - 0,1 "ženské krimpovací kolíky (100 balení)
• 6x - Vodotěsné elektrické boxy
• Pojistka 3x - 20A
• 1x - Napájecí kabel počítače
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - karta MicroSD
• 24 stop - kabel CAT5/CAT6
• 15 stop - 12 AWG drát (červený a černý)
• 6x - Krimpovací konce RJ -45
• 2x - 4x8 list 3/4 "překližka
• 2x - 4 'úhlová žehlička
• 200x - Vázací pásky na zip
• ~ 144x - Vodotěsné spojovací konektory (volitelně, ale obrovská úspora času)
• Pájka
• Heatshrink
• Těsnění

Krok 2: Přehled elektrického systému

Jak je vidět na výše uvedeném diagramu, elektrický systém stromu lze rozdělit na několik hlavních komponent: řídicí skříň, napájecí spojovací skříně, datové spojovací skříně a LED prameny. Řídicí jednotka obsahuje napájecí zdroj 5 V 60 A a Raspberry Pi. Krabice Data Junction obsahují ovladače FadeCandy LED. Spojovací skříně Power obsahují sběrnice pro distribuci energie (5V a GND) do LED diod. Každý pár spojovacích boxů (jedno datové + jedno napájení) ovládá osm LED diod. Protože v tomto projektu je použito 24 vláken LED, existují tři sady spojovacích krabic (celkem šest).

*Ve výše uvedeném schématu je chyba, kabel CAT6 0 (prameny 0-7) by měl být (prameny 0-3) a kabel CAT6 1 (pramen 7-15) by měl být (prameny 4-7).

Krok 3: Připojte vodotěsné konektory

Vzhledem k tomu, že strom byl určen pro venkovní použití, byla věnována mimořádná péče tomu, aby všechna spojení byla vodotěsná. Pro ty, kteří chtějí provést podobný vnitřní projekt, mohou být vodotěsné konektory ignorovány ve prospěch 3kolíkových konektorů JST, které jsou dodávány s vlákny LED. Velká část práce na tomto projektu šla do pájení vodotěsných konektorů k pramenům.

Pro naše nastavení jsme odřízli stávající konektor JST z vlákna LED a na jeho místo připojili 3pinový vodotěsný konektor. Je třeba dát pozor na přidání konektoru na „vstupní“stranu LED drátu, datové připojení na LED diodách je směrové. Zjistili jsme, že každá LED měla malou šipku označující směr dat. Nejprve jsme připojili každý ze tří vodičů na straně LED drátu pomocí techniky zahrnující pájku, smršťování a tmelení. Nakonec jsme přešli na používání těchto vodotěsných spojovacích konektorů, což se ukázalo jako obrovská úspora času.

Na straně napájení/dat (tj. Straně, ke které se připojují LED diody) jsme použili drát 22 AWG pro napájení/zem a kabel CAT6 pro data/zem. Každý kabel CAT6 obsahuje čtyři kroucené páry, takže jsme mohli připojit čtyři LED diody k jednomu kabelu CAT6. Výše uvedený diagram ukazuje, jak se 3pinový LED vodič rozdělí na 4 vodiče (5V, GND, data). Zdálo se, že připojení čtyř vodičů ke třem vodičům bylo při sestavování tohoto projektu místem zmatku. Klíčem je, že na vodotěsném konektoru jsou spojeny dva důvody (Data + Power).

Každý kabel CAT6 byl zakončen konektorem RJ-45, který byl zapojen do pouzdra RJ-45 samice připojeného k desce FadeCandy. Dráty CAT6 mohly být připájeny přímo na desky FadeCandy, ale rozhodli jsme se přidat konektory, které v případě potřeby umožní snadnější opravy. Udělali jsme všechny naše kabely dlouhé 48 palců, abychom si poskytli určitou flexibilitu při fyzické montáži stromu.

Krok 4: Připojte konektory k deskám FadeCandy

Desky FadeCandy, které jsme zakoupili, nebyly dodávány s připojenými záhlavími, ale byly tam dvě řady propojených průchodek 0,1 ". Nakonec jsme se rozhodli, že se FadeCandys připojí ke kabelům CAT6 pomocí standardních RJ-45" punch-down "zásuvek. v případě, že jsme potřebovali vyměnit FadeCandy (ukázalo se, že jsme to udělali!), také jsme přidali 0,1 "piny na každou desku FadeCandy. Ke každému z osmi vodičů připojených k děrovací zásuvce RJ-45 jsme připojili samice krimpovacích kolíků pro připojení k 0,1 "hlavičkám. Kromě krimpování kolíků na každý vodič jsem také přidal trochu pájky, aby se zabránilo pinům Samozřejmě, že jsem tento „trik“pájky objevil až poté, co na mě selhala polovina pinů, které jsem krimpoval.

Krok 5: Vložte LED diody do distančních pásků

Po přečtení několika příspěvků na fóru a sledování videí od jiných lidí, kteří vytvořili podobné „stromy“, se zdálo, že použití plastových rozpěr je opakující se položka. Pásy umožňují upravit rozteč LED diod tak, aby vyhovovaly individuálním potřebám, a umožňuje napnutí pramenů LED mezi horní a dolní letokruhy. Velikost LED musí odpovídat velikosti distančních otvorů (v našem případě 12 mm), takže každá jednotlivá LED se pohodlně vejde do otvorů v distančních vložkách. Rozhodli jsme se, že naše LED diody budou klikaté, takže 24 vláken LED vytvoří 48 sloupců kolem stromu.

V tomto bodě jsme udělali chybu, která nás donutila vygenerovat nějaké další „otvory“pro LED diody. Pásy rozstřihneme na polovinu, takže bychom měli 48 délek mezikusů. Zjistili jsme, že každý osm stopový rozpěrný díl obsahoval 96 otvorů (jeden na každý palec) a jejich rozříznutí na polovinu na díře znamenalo, že jsme měli čtyři otvory krátké na LED vlákno. Dbejte na naši chybu a vysvětlete to předem! Nakonec jsme některé „prodloužení“vyřízli laserem, abychom přidali chybějící otvory.

Vektorový soubor použitý k řezání prodlužovacích závorek laserem je připojen níže („TreeLightBracket.eps“)

Krok 6: Sestavte rozvodné skříně

Tři rozvodné skříně obsahují vždy pár přípojnic. První tyč distribuuje 5V a druhá distribuuje GND. Když byl náš strom vystaven venku, rozhodli jsme se použít vodotěsné elektrické boxy k umístění přípojnic. Každou lištu jsme připevnili na místo pomocí horkého lepidla a mezi každou lištu a pouzdro jsme přidali kousek manilské složky, abychom zabránili zkratům. Každý napájecí rozvodný box se připojuje k osmi LED diodám pomocí dříve popsaného vodiče 22 AWG. Každý box se připojuje k hlavnímu napájecímu zdroji pomocí kabelu 12 AWG a má konektor „Anderson“, který umožňuje snadnější přepravu.

Krok 7: Sestavte datové spojovací boxy

Pomocí stejných boxů jako u boxů pro distribuci energie jsme vytvořili tři „datové“distribuční boxy, v nichž je umístěna jedna deska FadeCandy. Kabely micro USB od Raspberry Pi se připojují k deskám FadeCandy uvnitř tohoto boxu a kabely CAT6 se připojují také k zásuvkám RJ-45. Jelikož desky FadeCandy nemají velké montážní otvory, zavázali jsme každou desku zipem do šrotu překližky. Tato překližka také fungovala jako izolátor, aby se deska nezkratovala proti elektrické skříni.

Krok 8: Drátové napájení

Monstrum 5V 60A námi objednaného napájecího zdroje poskytuje energii pro celý projekt. Každý ze tří napájecích rozvodných boxů se připojuje k tomuto hlavnímu zdroji vodičem 12 AWG. Každá spojovací skříňka má svůj vlastní pár konektorů Anderson a vloženou 20A pojistku, která izoluje všechny zkraty. Raspberry Pi také získává energii z tohoto zdroje, což jsem dosáhl přerušením kabelu USB a připojením napájecích/uzemňovacích vodičů ke svorkám napájecího zdroje. Protože tyto dráty byly docela malé, přidal jsem také pár zipových pásků, aby se na těchto spojích uvolnilo napětí. Zdroj nebyl dodáván se zástrčkou střídavého proudu, a tak jsem přerušil standardní napájecí kabel počítače/monitoru a připojil jej ke šroubovacím svorkám. Ve fázi buďte mimořádně opatrní a třikrát zkontrolujte svou práci! Zjistil jsem, že tento projekt Adafruit je velmi užitečný pro pochopení toho, jak je síla připojena.

Krok 9: Nastavení Raspberry Pi

Nastavil jsem kartu microSD s operačním systémem Raspbian a nastavil server FadeCandy podle zde uvedených pokynů:

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

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

Zjistil jsem, že úložiště OpenPixelControl má skvělou sadu příkladů pro propojení se serverem FadeCandy. Nakonec jsem skončil psaním skriptu Pythonu pro smyčkové animace na stromě při spuštění Pi. Načte videa v našem cílovém rozlišení, krok za krokem video a odešle kontrolní pole FadeCandy pro každý snímek. Konfigurační soubor FadeCandy umožňuje propojení více desek, jako by to byla jedna deska, a vytváří velmi čisté rozhraní. Skript python, který ovládá strom, je nastaven tak, aby načítal soubory z konkrétní složky. Úprava animací je tak jednoduchá jako přidávání/odebírání souborů videa z této složky.

V průběhu testování stromu se mi podařilo poškodit kartu microSD. Přičítám to odstranění napájení z Pi, aniž bych provedl řádné vypnutí. Aby se předešlo budoucím incidentům, přidal jsem tlačítko a nakonfiguroval jej tak, aby bezpečně vypnul Pi. Pro jistotu jsem také provedl několik záloh finální karty microSD.

Před obdržením všech částí pro skutečný strom jsem rozdvojil úložiště git hub OpenPixelControl a uvnitř jsem objevil úhledný simulátor LED. Ve skutečnosti jsem tento program použil k testování velké části výše uvedeného animačního skriptu. Simulátor převezme konfigurační soubor, který indikuje fyzické umístění každé diody LED v prostoru (uvažujte X, Y, Z) a používá stejné rozhraní jako serverový program FadeCandy.

Krok 10: Vytvářejte animace

Dříve propojený skript Pythonu může ve stromu přehrávat jakýkoli formát videa, pokud je rozlišení 96x50. Rozlišení stromu je 48x25, nicméně nástroj, který jsem používal k převodu videí na nižší rozlišení (ruční brzda), měl minimální počet pixelů 32 pixelů. Z tohoto důvodu jsem jednoduše zdvojnásobil skutečné rozlišení stromu a poté vzorkoval každý další pixel v mém skriptu Python.

Proces, který jsem použil pro většinu animací, byl najít nebo vygenerovat-g.webp

Pomocí rozhraní OpenPixelControl můžete také generovat vzory programově. Během počátečního testování jsem docela dost používal skript pythonu „raver_plaid.py“.

Animace použité pro náš strom jsou připojeny pod „makerTreeAnimations.zip“.

Krok 11: Test elektrického systému

Když byly připojeny všechny hlavní elektrické/softwarové komponenty, bylo na čase vše vyzkoušet. Postavil jsem jednoduchý dřevěný rám pro napnutí LED diod, což se ukázalo jako velmi užitečné při zjišťování, zda některá vlákna nejsou v pořádku (kterých bylo několik). Výše uvedená videa ukazují ukázku z konzervy od OpenPixelControl a mého vlastního skriptu pro video přehrávač Python se spuštěnou animací Mario.

Krok 12: Sestavte rám

Všechny vlákna LED jsme připojili k prototypovému rámu, který jsme postavili z PVC a pexových trubek. Zipy jsme nechali volné, abychom je mohli v případě potřeby přemístit. To se ukázalo jako skvělé rozhodnutí, protože jsme se rozhodli, že svislé PVC příliš rozbilo mřížku LED a místo toho přešlo na konstrukci CNC. Konečný design se v zásadě skládá z horní smyčky a spodní smyčky. Spodní smyčka je namontována na základně stromu a má větší průměr než horní smyčka, která je (žádné překvapení), namontovaná v horní části stromu. LED prameny se rozprostírají mezi horní a dolní smyčkou a vytvářejí tvar kužele (nebo „stromu“, chcete -li).

Obě smyčky byly vyříznuty z 3/4 "překližky na CNC routeru, vektorový soubor smyček je připojen níže (" TreeMountingPlates.eps "). Horní a dolní smyčka se skládá ze dvou půlkruhových kusů, které tvoří kompletní smyčka. Dvoudílný design byl navržen tak, abychom mohli snadno připevnit obě poloviny kolem stromu, aniž bychom poškodili větve. Náš místní guru CNC přidal pěknou atmosféru tím, že z horního a dolního rámečku vytvořil smyčky do sněhových vloček. Dotek bílé barvy a také byly přidány nějaké třpytky, aby se rámeček smrčil.

Krok 13: Konstrukce spodního disku / montáž elektroniky

Z dalšího kusu překližky se stejným průměrem, jako má spodní smyčka dříve popsaná, jsme vyřízli dva půlkruhy, abychom elektroniku (ovládací skříňku, spojovací skříňky) namontovali pod spodní smyčku. Stejně jako u horních a dolních smyček byl vyroben ze dvou kusů, poté spojen podél středové linie a vytvořil úplný kruh. Disk byl natřen zelenou barvou, aby mu pomohl splynout a utěsnit ho před deštěm. Namontovali jsme všechny krabice elektroniky na spodní stranu tohoto disku, takže disk tvořil jakýsi deštník k elektrickým součástem. Přebytečné délky drátu byly omotány a na disk připevněny zipem, aby byl zachován čistý vzhled.

Krok 14: Připojte rámeček ke stromu

Když byly smyčky horního a dolního rámu suché, jeli jsme několik dlouhých kusů úhlového železa dolů do květináče, abychom pomohli stabilizovat kmen. Úhlová žehlička také poskytovala montážní body pro horní a dolní smyčky rámu, aniž by to fyzickému stromu přidávalo napětí. Se všemi vlákny LED připevněnými k horní smyčce jsme pomocí kusu lana zavěsili sestavu horního prstence ze stropu. Zjistili jsme, že bylo snazší pomalu spustit prsten na strom, místo abychom se ho pokoušeli držet na místě ručně. Jakmile byl horní kroužek na svém místě na úhlové žehličce, připevnili jsme spodní prstenec ke stromu a zip také pevně svázal LED prameny se spodní smyčkou. Spodní (zelený) kotouč byl namontován přímo pod spodní smyčku s připojenou veškerou elektronikou.

Krok 15: Doručit (volitelně)

Nyní si sedněte a užívejte si ovoce své (naší) práce! Náš strom bude k vidění v North Little Rock po celý měsíc prosinec (2018). Už přemýšlím, jak můžeme na jaře udělat displej interaktivní pro náš mini MakerFaire.

Máte nějaké otázky? Zeptejte se v komentářích!

Vítěz soutěže Make it Glow Contest 2018