RGB LED Maker Tree: 15 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Vores lokale makerspace sponsorerede et træ, der skulle vises på Main Street i december måned (2018). Under vores brainstorming -session kom vi på ideen om at sætte en latterlig mængde lysdioder på træet i stedet for traditionelle ornamenter. Som producenter, der kan lide at gøre tingene lidt over toppen, besluttede vi hurtigt, at et træ, der kunne afspille animationer, ikke kun ville være sjovt, men også ville generere noget brummer.

Jeg undersøgte nogle eksisterende løsninger, der brugte dedikerede LED -controllere og besluttede, at tæt kilde bare ikke ville gøre det. Jeg stødte på en glimrende vejledning af Adafruit om brug af deres "FadeCandy" LED -controllere. Denne pæne lille tavle har gjort en række Burning Man -optrædener og har masser af gode eksempler at arbejde ud fra. Træet består af 24 tråde af individuelt adresserbare RGB LED -stammer, der styres ved hjælp af FadeCandy -kort og drives af en enkelt 5V 60A strømforsyning. En Raspberry Pi serverer animationer til FadeCandy-kortene via mikro-USB-kabler, som igen tilsluttes de enkelte LED-tråde. Trådene er arrangeret radialt for at danne en kegle / træform som set ovenfor.

Det pæne ved denne opsætning er, at den ikke er begrænset til en enkelt brug. LED -strengene kan omarrangeres til mange former, herunder et almindeligt gammelt gitter. Vi håber at kunne genbruge denne opsætning til at lave en interaktiv udstilling / spil til vores næste Mini MakerFaire i foråret.

Trin 1: Deleliste

• 2x - 5V WS2811 LED -tråde (20 tråde x 50 pixels = 1000 pixels)
• 5x - 3 Pin vandtætte stik (5 stk.)
• 24x - 12MM RGB -monteringslister
• 3x - Adafruit FadeCandy LED -controllere
• 6x - Strømfordelingsblokke
• 1x - 5V 60A (300W) Strømforsyning
• 1x- RJ-45 Punch Down Sockets (10 stk.)
• 2x - 22 AWG strømledning (65 fod)
• 1x - Anderson Connector Kit
• 1x - 12 AWG inline sikringsholdere
• 3x - 2x8 krympestikhus
• 1x - 0,1 "kvindelige krympestifter (100 stk.)
• 6x - Vandtætte elbokse
• 3x - 20A sikring
• 1x - Computerens strømkabel
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD -kort
• 24 fod - CAT5/CAT6 kabel
• 15 fod - 12 AWG -ledning (rød og sort)
• 6x - RJ -45 krympeender
• 2x - 4x8 ark 3/4 "krydsfiner
• 2x - 4 'vinkeljern
• 200x - Lynlåsbinder
• ~ 144x - Vandtætte splejsestik (valgfrit men en enorm tidsbesparelse)
• Lodde
• Varme krympe
• Tætning

Trin 2: Oversigt over det elektriske system

Som det ses i diagrammet ovenfor, kan træets elektriske system opdeles i flere hovedkomponenter: kontrolboks, strømkrydsningsbokse, dataforbindelsesbokse og LED -tråde. Kontrolboksen rummer 5V 60A strømforsyningen og Raspberry Pi. Data Junction -boksene indeholder FadeCandy LED -controllere. Strømforbindelsesbokse indeholder samleskinner til distribution af strøm (5V & GND) til LED -strengene. Hvert par forbindelsesbokse (en data + en strøm) styrer otte LED -tråde. Da der er 24 strenge LED'er, der bruges i dette projekt, er der tre sæt forbindelsesbokse (seks i alt).

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

Trin 3: Fastgør vandtætte stik

Da træet var beregnet til udendørs brug, blev der taget ekstra omhu for at sikre, at alle forbindelser var vandtætte. For dem, der ønsker at lave et lignende indendørs projekt, kan de vandtætte stik ignoreres til fordel for de 3 -benede JST -stik, der følger med LED -strengene. Meget af arbejdet på dette projekt gik til lodning af de vandtætte stik til trådene.

Til vores opsætning afbrød vi det eksisterende JST -stik af LED -strengen og fastgjorde et 3 -pins vandtæt stik i stedet. Der skal udvises omhu for at tilføje stikket på "input" -siden af LED -strengen, dataforbindelsen på LED -strengene er retningsbestemt. Vi fandt ud af, at hver LED havde en lille pil, der angiver dataretningen. Vi fastgjorde oprindeligt hver af de tre ledninger på LED -strengens side ved hjælp af en teknik, der involverer lodning, varmekrympning og tætning. Til sidst skiftede vi til at bruge disse vandtætte splejsestik, hvilket viste sig at være en enorm tidsbesparelse.

På strøm-/datasiden (dvs. siden, som LED -strengene tilsluttes), brugte vi 22 AWG -ledning til strøm/jord og CAT6 -kabel til data/jord. Hvert CAT6 -kabel indeholder fire snoede par, så vi kunne forbinde fire LED -tråde til et enkelt CAT6 -kabel. Diagrammet ovenfor viser, hvordan den 3 -pins LED -streng bryder ud i 4 ledninger (5V, GND, Data). Tilslutning af fire ledninger til tre ledninger syntes at være et forvirringspunkt, når dette projekt blev samlet. Den vigtigste takeaway er, at de to grunde (Data + Power) kombineres ved det vandtætte stik.

Hvert CAT6-kabel blev afsluttet med et RJ-45-stik, der blev tilsluttet et RJ-45-hunhus forbundet til et FadeCandy-kort. CAT6 -ledningerne kunne have været loddet direkte på FadeCandy -kortene, men vi valgte at tilføje stik for at muliggøre lettere reparationer, hvis det er nødvendigt. Vi lavede alle vores ledninger 48 tommer lange for at give os selv en vis fleksibilitet, når vi fysisk samler træet.

Trin 4: Fastgør stik til FadeCandy -plader

De FadeCandy-tavler, vi købte, fulgte ikke med header vedhæftet, der var snarere to rækker med 0,1 "mellemrum. I sidste ende besluttede vi, at FadeCandys ville forbinde til CAT6-kablerne ved hjælp af standard RJ-45" punch-down "-stik. i tilfælde af at vi havde brug for at udskifte en FadeCandy (det viser sig, at vi gjorde det!), tilføjede vi også 0,1 "pins til hvert FadeCandy -bord. Vi fastgjorde kvindelige krympestifter til hver af de otte ledninger, der var fastgjort til RJ-45-stikkontakten for at forbinde til 0,1 "-hovederne. Ud over at krympe stifterne til hver ledning, tilføjede jeg også en lille smule loddetin for at forhindre stifterne Selvfølgelig opdagede jeg kun dette loddet "trick", efter at halvdelen af stifterne, jeg krympede, mislykkedes mig, lært af lektien.

Trin 5: Indsæt lysdioder i afstandsstykker

Efter at have læst et par forumindlæg og set nogle videoer fra andre mennesker, der har lavet lignende 'træer', syntes brugen af plastafstandsstykker at være en tilbagevendende vare. Strimlerne gør det muligt at justere afstanden mellem lysdioderne, så de passer til individuelle behov og gør det muligt at spænde LED -strengene mellem de øvre og nedre træringe. Størrelsen på LED'en skal matche størrelsen på afstandshullerne (i vores tilfælde 12mm), således at hver enkelt LED passer godt ind i hullerne i afstandsstykkerne. Vi besluttede at have vores lysdioder zig-zag, således at 24 tråde af lysdioder danner 48 kolonner rundt om træet.

Vi begik en fejl på dette tidspunkt, der tvang os til at generere nogle ekstra "huller" til lysdioder. Vi skar strimlerne i to, så vi ville have 48 længder af afstandsstykker. Hvad vi opdagede var, at hver otte fod afstandsstykke indeholdt 96 huller (et hver tomme) og at skære dem halvt på et hul betød, at vi var fire huller korte pr. LED -streng. Læg mærke til vores fejl og redegør for dette på forhånd! Vi skærer i sidste ende nogle "extensions" for at tilføje de manglende huller.

Vektorfilen, der bruges til laserskæring af udvidelsesbeslagene, er vedhæftet nedenfor ("TreeLightBracket.eps")

Trin 6: Saml Power Junction Boxes

De tre strømfordelingsbokse huser hver et par busstænger. Den første bar fordeler 5V og den anden distribuerer GND. Da vores træ blev vist udendørs, valgte vi at bruge vandtætte elbokse til at huse busstængerne. Vi fastgjorde hver bar på plads ved hjælp af varm lim og tilføjede et skrot af en manila -mappe mellem hver bar og kassen for at forhindre shorts. Hver strømforbindelsesboks tilsluttes otte LED -tråde via 22 AWG -ledningen, der tidligere er beskrevet. Hver boks tilsluttes hovedstrømforsyningen ved hjælp af 12 AWG -ledning og har et "Anderson" -stik, der gør det lettere at transportere.

Trin 7: Saml dataforbindelsesbokse

Ved hjælp af de samme kasser som med strømfordelingsboksene oprettede vi tre "data" -distributionsbokse, der indeholder et enkelt FadeCandy -kort i hver. Mikro-USB-kablerne fra Raspberry Pi tilsluttes FadeCandy-kortene inde i denne boks, og CAT6-kablerne forbindes også til RJ-45-hunstikkontakterne. Da FadeCandy -pladerne ikke har store monteringshuller, lynede vi hvert bord med et stykke krydsfiner. Denne krydsfiner fungerede også som en isolator for at forhindre tavlen i at kortslutte mod elboksen.

Trin 8: Ledningsforsyning

5V 60A monsteret af en strømforsyning, vi bestilte, leverer strøm til hele projektet. Hver af de tre strømforbindelsesbokse tilsluttes denne hovedforsyning med 12 AWG -ledning. Hver forbindelsesboks har sit eget par Anderson -stik og en inline 20A -sikring til at isolere eventuelle shorts. Raspberry Pi får også strøm fra denne forsyning, hvilket jeg opnåede ved at skære et USB -kabel op og tilslutte strøm-/jordledningerne til strømforsyningsterminalerne. Da disse ledninger var ganske små, tilføjede jeg også et par lynlåsbånd for at tilføje en vis aflastning på disse forbindelser. Strømforsyningen fulgte ikke med en stikkontakt, så jeg skar et standard computer-/skærmstrømkabel op og fastgjorde det til skruerne. Vær ekstra forsigtig på stadiet og tredobbelt tjek dit arbejde! Jeg fandt dette Adafruit -projekt yderst nyttigt til at forstå, hvordan strømmen er forbundet.

Trin 9: Konfigurer Raspberry Pi

Jeg opsætter et microSD -kort med Raspbian -operativsystemet og opsætter en FadeCandy -server ved hjælp af instruktionerne her:

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

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

Jeg fandt ud af, at OpenPixelControl -depotet havde et stort sæt eksempler på grænseflade med FadeCandy -serveren. Jeg endte i sidste ende med at skrive et Python -script til at loop animationer på træet, da Pi startede. Den indlæser videoer i vores målopløsning, trin for trin gennem videoen og sender et FadeCandy -kontrolarray til hvert billede. FadeCandy -konfigurationsfilen gør det muligt at grænseflade mellem flere boards, som om de var et enkelt bord, og giver en meget ren grænseflade. Python -scriptet, der styrer træet, er konfigureret til at indlæse filer fra en bestemt mappe. Som sådan er justering af animationerne lige så enkelt som at tilføje/fjerne videofiler fra den mappe.

I processen med at teste træet lykkedes det mig at ødelægge et microSD -kort. Jeg tilskriver dette til at fjerne strøm fra Pi uden at foretage en ordentlig nedlukning. For at undgå fremtidige hændelser tilføjede jeg en trykknap og konfigurerede den til sikkert at slukke Pi. Jeg lavede også flere sikkerhedskopier af det sidste microSD -kort, for en sikkerheds skyld.

Inden jeg modtog alle delene til det egentlige træ, gaflede jeg OpenPixelControl git -hub -depotet og opdagede en pæn LED -simulator indeni. Jeg brugte faktisk dette program til at teste en stor del af animations scriptet nævnt ovenfor. Simulatoren tager en konfigurationsfil, der angiver den fysiske placering af hver LED i rummet (tænk X, Y, Z) og bruger den samme grænseflade som FadeCandy -serverprogrammet.

Trin 10: Lav animationer

Det tidligere linkede Python -script kan afspille ethvert videoformat på træet, så længe opløsningen er 96x50. Træets opløsning er 48x25, men værktøjet jeg brugte til at konvertere videoer til lavere opløsning (håndbremse) havde en minimum pixelgrænse på 32 pixels. Af denne grund har jeg simpelthen fordoblet den faktiske opløsning af træet og derefter samplet hver anden pixel i mit Python -script.

Den proces, jeg brugte til de fleste animationer, var at finde eller generere en-g.webp

Ved hjælp af OpenPixelControl -grænsefladen kan du også generere mønstre programmatisk. Under den første test brugte jeg python -scriptet "raver_plaid.py" ret meget.

De animationer, der bruges til vores træ, er vedhæftet nedenfor "makerTreeAnimations.zip".

Trin 11: Test af elektrisk system

Med alle de store elektriske/softwarekomponenter tilsluttet, var det tid til at teste alt. Jeg byggede en simpel træramme til at spænde LED -strengene, hvilket viste sig meget nyttigt til at identificere, om der var nogen tråde (som der var flere). Videoerne ovenfor viser en dåse demo fra OpenPixelControl og mit brugerdefinerede videospiller Python -script, der kører en Mario -animation.

Trin 12: Konstruer ramme

Vi fastgjorde alle LED -strengene til en prototype -ramme, vi bygger af PVC- og pex -rør. Vi efterlod lynlåsbåndene løse, så vi kunne flytte dem om nødvendigt. Dette viste sig at være en stor beslutning, da vi besluttede, at den lodrette PVC brød for meget LED -nettet op og skiftede til et CNC'd -design i stedet. Det endelige design består dybest set af en øvre sløjfe og en nedre sløjfe. Den nederste sløjfe er monteret i bunden af træet og har en større diameter end den øverste sløjfe, der er (ingen overraskelse), monteret på toppen af træet. LED -strengene spænder mellem de øvre og nedre sløjfer for at danne keglen (eller "træet" hvis du vil) form.

Begge sløjfer blev skåret ud af 3/4 "krydsfiner på en CNC-router, vektorfilen til sløjferne er vedhæftet nedenfor (" TreeMountingPlates.eps "). De øvre og nedre sløjfer består hver af to halvcirkelformede stykker, der danner et komplet loop. Designet i to dele var, så vi let kunne fastgøre de to halvdele rundt om træet uden at beskadige grenene. Vores lokale CNC -guru tilføjede en pæn flair ved at gøre de øvre og nedre rammeløkker til snefnug. Et strejf af hvid maling og lidt glitter blev også tilføjet for at pifte rammen op.

Trin 13: Konstruer nedre skive / monter elektronik

Vi skærer to halve cirkler ud af et andet stykke krydsfiner med samme diameter som den nedre sløjfe, der tidligere er beskrevet for at montere elektronikken (kontrolboks, forbindelsesbokse) under den nederste sløjfe. Som med de øvre og nedre sløjfer blev den lavet i to stykker og derefter forbundet langs midterlinjen for at danne en komplet cirkel. Skiven blev malet grøn for at hjælpe den med at blande sig ind og forsegle den for regn. Vi monterede alle elektronikbokse på undersiden af denne disk, således at disken dannede en slags paraply til de elektriske komponenter. Overskydende trådlængder blev pakket ind og lynlåst fastgjort til denne skive for at opretholde et rent udseende.

Trin 14: Fastgør ramme til træ

Når de øvre og nedre rammeløkker var tørre, kørte vi flere lange stykker vinkeljern ned i træets gryde for at hjælpe med at stabilisere stammen. Vinkeljernet gav også monteringspunkter for de øvre og nedre rammeløkker uden at lægge belastning på det fysiske træ. Med alle LED -strengene fastgjort til den øvre sløjfe, brugte vi et stykke reb til at suspendere den øvre ringsamling fra loftet. Vi fandt ud af, at det var lettere at langsomt sænke ringen på træet i stedet for at forsøge at holde den på plads i hånden. Når den øverste ring var på plads på vinkeljernet, fastgjorde vi den nederste ring til træet og lynlåste LED -trådene også tæt til den nederste sløjfe. Den nederste (grønne) skive blev monteret direkte under den nederste sløjfe med al elektronikken påsat.

Trin 15: Lever (valgfrit)

Læn dig nu tilbage og nyd frugterne af y (vores) arbejde! Vores træ vil blive vist i North Little Rock i hele december måned (2018). Jeg overvejer allerede, hvordan vi kan gøre displayet interaktivt til vores mini MakerFaire i foråret.

Har du spørgsmål? Spørg i kommentarerne!

Runner Up i Make it Glow -konkurrencen 2018