RGB LED Maker Ağacı: 15 Adım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Yerli makerspace, dekabr ayında (2018) Main Streetdə nümayiş etdiriləcək bir ağaca sponsorluq etdi. Beyin fırtınası sessiyamızda, ağaca ənənəvi bəzəklərin yerinə gülünc miqdarda LED qoymaq fikri gəldik. Bir az yuxarıdan bir şeylər etməyi sevən istehsalçılar olaraq, tezliklə qərara gəldik ki, animasiya oynaya bilən bir ağac nəinki əyləncəli, həm də səs -küy yaradacaq.

Xüsusi LED nəzarətçiləri istifadə edən bəzi mövcud həlləri araşdırdım və yaxın mənbənin etməyəcəyinə qərar verdim. Adafruit tərəfindən "FadeCandy" LED idarəedicilərindən istifadə etməklə bağlı əla bir dərslə rastlaşdım. Bu səliqəli kiçik lövhə bir çox Burning Man görünüşü etdi və işləmək üçün yaxşı nümunələr çoxdur. Ağac, FadeCandy lövhələri istifadə edərək idarə olunan və tək 5V 60A enerji təchizatı ilə təchiz edilmiş 24 ayrı -ayrı ünvanlı RGB LED suşlarından ibarətdir. A Raspberry Pi, FadeCandy lövhələrinə mikro USB kabellər vasitəsilə animasiyalar təqdim edir və bu da fərdi LED tellərinə qoşulur. İplər, yuxarıda göründüyü kimi bir konus / ağac forması yaratmaq üçün radial şəkildə düzülmüşdür.

Bu quruluşun ən yaxşı tərəfi tək bir istifadə ilə məhdudlaşmamasıdır. LED telləri adi bir köhnə ızgara da daxil olmaqla bir çox forma yaratmaq üçün yenidən təşkil edilə bilər. Yaz aylarında növbəti Mini MakerFaire üçün interaktiv bir sərgi / oyun etmək üçün bu qurğudan yenidən istifadə edəcəyimizi ümid edirik.

Addım 1: Parça siyahısı

• 2x - 5V WS2811 LED telləri (20 tel x 50 piksel = 1000 piksel)
• 5x - 3 Pin Suya davamlı bağlayıcılar (5 paket)
• 24x - 12MM RGB montaj zolaqları
• 3x - Adafruit FadeCandy LED nəzarətçiləri
• 6x - Güc Dağıtım Blokları
• 1x - 5V 60A (300W) Enerji təchizatı
• 1x- RJ-45 Punch Down Soket (10 paket)
• 2x - 22 AWG güc teli (65 ft)
• 1x - Anderson Bağlayıcı Kit
• 1x - 12 AWG inline qoruyucu tutacaq
• 3x - 2x8 Qıvrım Bağlayıcı Gövdəsi
• 1x - 0,1 "Dişi Qıvrım Pimleri (100 paket)
• 6x - Su keçirməyən elektrik qutuları
• 3x - 20A qoruyucu
• 1x - Kompüterin elektrik kabeli
• 1x - Moruq Pi 3
• 1x - MicroSD Kartı
• 24 fut - CAT5/CAT6 kabeli
• 15 fut - 12 AWG tel (qırmızı və qara)
• 6x - RJ -45 kıvrım ucları
• 2x - 4x8 təbəqə 3/4 "kontrplak
• 2x - 4 'açılı dəmir
• 200x - Fermuar bağları
• ~ 144x - Suya davamlı birləşmə konnektorları (isteğe bağlı, lakin çox vaxt qənaət edir)
• Lehim
• İstilik daralması
• Doldurma

Addım 2: Elektrik Sisteminə Baxış

Yuxarıdakı diaqramda göründüyü kimi, ağacın elektrik sistemi bir neçə əsas komponentə bölünə bilər: idarəetmə qutusu, güc qovşaqları, məlumat qovluqları və LED telləri. İdarəetmə qutusunda 5V 60A enerji təchizatı və Raspberry Pi var. Məlumat qovşağında FadeCandy LED nəzarətçiləri var. Güc qovşaq qutuları, LED tellərinə enerji (5V və GND) paylamaq üçün avtobus çubuqları ehtiva edir. Hər cüt qovşaq qutusu (bir məlumat + bir güc) səkkiz LED telini idarə edir. Bu layihədə 24 LED şeridi istifadə edildiyindən, üç qovşaq qutusu (cəmi altı) var.

*Yuxarıda göstərilən diaqramda bir səhv var, CAT6 Kabel 0 (Strands 0-7) (Strands 0-3) və CAT6 Cable 1 (Strand 7-15) (Strands 4-7) olmalıdır.

Addım 3: Suya davamlı bağlayıcıları bağlayın

Ağac açıq havada istifadə üçün nəzərdə tutulduğundan, bütün əlaqələrin suya davamlı olmasını təmin etmək üçün əlavə qayğı göstərildi. Bənzər bir daxili layihə etmək istəyənlər üçün, su keçirməyən bağlayıcılar, LED telləri ilə gələn 3 pinli JST konnektorlarının xeyrinə nəzərə alınmır. Bu layihə üzərində çox iş, su keçirməyən bağlayıcıları tellərə lehimləməkdən keçdi.

Quraşdırma üçün, mövcud JST konnektorunu LED telindən kəsdik və yerinə 3 pinli su keçirməyən bir bağlayıcı bağladıq. LED şeridinin "giriş" tərəfindəki konnektorun əlavə edilməsinə diqqət yetirilməlidir, LED tellərindəki məlumat bağlantısı istiqamətlidir. Hər bir LED -in məlumatların istiqamətini göstərən kiçik bir oxu olduğunu gördük. Əvvəlcə lehimləmə, istiliyin azaldılması və doldurulması ilə əlaqədar bir texnikadan istifadə edərək üç telin hər birini LED şerid tərəfinə bağladıq. Nəhayət, böyük bir vaxt qənaətçiliyi olan bu suya davamlı bağlayıcıların istifadəsinə keçdik.

Güc/məlumat tərəfi (yəni, LED tellərinin bağlandığı tərəf), güc/torpaq üçün 22 AWG teli və məlumat/torpaq üçün CAT6 kabelindən istifadə etdik. Hər CAT6 kabeli dörd bükülmüş cütdən ibarətdir, buna görə də bir LED kabelini bir CAT6 kabelinə qoşa bilərik. Yuxarıdakı diaqram, 3 pinli LED telinin 4 telə (5V, GND, Məlumat) necə ayrıldığını göstərir. Dörd teli üç telə bağlamaq, bu layihəni qurarkən bir qarışıqlıq nöqtəsi kimi görünürdü. Əsas götürmə yolu, iki əsasın (Data + Power) su keçirməyən bağlayıcıda birləşdirilməsidir.

Hər CAT6 kabeli, FadeCandy lövhəsinə qoşulmuş RJ-45 qadın yuvasına qoşulmuş bir RJ-45 konnektoru ilə sona çatdı. CAT6 telləri birbaşa FadeCandy lövhələrinə lehimlənə bilərdi, amma lazım olduqda təmiri asanlaşdırmaq üçün bağlayıcılar əlavə etməyi seçdik. Ağacı fiziki olaraq yığarkən özümüzə bir az rahatlıq vermək üçün bütün tellərimizi 48 düym uzunluğunda etdik.

Addım 4: Bağlayıcıları FadeCandy lövhələrinə bağlayın

Aldığımız FadeCandy lövhələri başlıqlar əlavə edilməmişdi, əksinə 0,1 "aralığında iki sıra var idi. Nəticədə FadeCandys-in CAT6 kabellərinə standart RJ-45" aşağı açılan "yuvalarından istifadə etməsinə qərar verdik. FadeCandy -ni əvəz etməyimiz lazım olan hadisə (etdiyimiz ortaya çıxdı!), biz də hər FadeCandy lövhəsinə 0,1 "pin əlavə etdik. 0,1 "başlıqlara qoşulmaq üçün RJ-45 zımba yuvasına qoşulmuş səkkiz telin hər birinə dişi qıvrım sancaqları bağladıq. Hər telə sancaqlar sıxmaqla yanaşı, sancaqların qarşısını almaq üçün bir az lehim də əlavə etdim. Əlbəttə ki, bu lehim "hiyləsini" kıvırdığım sancaqların yarısı mənim üzərimə düşmədikdən sonra öyrəndim.

Addım 5: LEDləri boşluq şeridlərinə daxil edin

Bir neçə forum yazısını oxuduqdan və oxşar "ağaclar" düzəltmiş digər insanların bəzi videolarını izlədikdən sonra plastik boşluqların istifadəsi təkrarlanan bir maddə kimi görünürdü. Şeritler, LED -lərin aralığının fərdi ehtiyaclara uyğun olaraq tənzimlənməsinə imkan verir və LED tellərinin ağacın yuxarı və aşağı üzükləri arasında gərginləşməsinə imkan verir. LED -in ölçüsü aralıq deliklərin ölçüsünə uyğun olmalıdır (bizim vəziyyətimizdə 12 mm), belə ki, hər bir fərdi LED boşluqların deliklərinə rahatca oturur. LEDlərimizin ziq-zaqına sahib olmaq qərarına gəldik ki, 24 LED şeridi ağacın ətrafında 48 sütun təşkil etsin.

LED -lər üçün əlavə "deşiklər" yaratmağa məcbur edən bir anda səhv etdik. Şeritləri yarıya böldük, beləliklə 48 uzunluqlu arakəsmələrə sahib olduq. Kəşf etdiyimiz şey, hər səkkiz ayaq aralığının 96 delikdən (hər biri bir düym) ibarət olması və onları bir çuxurda yarıya bölmək, hər LED şeridi üçün dörd dəlik qısa olduğumuz idi. Səhvimizə diqqət yetirin və bunun hesabını vaxtından əvvəl verin! Nəhayət, itkin delikləri əlavə etmək üçün bəzi "uzantıları" kəsdik.

Uzatma mötərizələrini lazerlə kəsmək üçün istifadə olunan vektor faylı aşağıda əlavə edilmişdir ("TreeLightBracket.eps")

Addım 6: Güc qovşaq qutularını yığın

Üç enerji paylama qutusunda hər biri bir cüt avtobus çubuğu var. Birinci bar 5V, digəri isə GND paylayır. Ağacımız açıq havada göründüyü üçün avtobus barlarını yerləşdirmək üçün su keçirməyən elektrik qutularından istifadə etməyi seçdik. İsti yapışqan istifadə edərək hər bir çubuğu yerə bağladıq və şortların qarşısını almaq üçün hər çubuqla qutunun arasına manila qovluğunun bir parçasını əlavə etdik. Hər bir güc qovşağı qutusu əvvəllər təsvir olunan 22 AWG teli vasitəsilə səkkiz LED telinə qoşulur. Hər bir qutu 12 AWG teli istifadə edərək əsas enerji təchizatına qoşulur və nəqliyyatı asanlaşdırmaq üçün "Anderson" bağlayıcısına malikdir.

Addım 7: Məlumat qovşaqlarını yığın

Güc paylama qutuları ilə eyni qutuları istifadə edərək, hər birində bir FadeCandy lövhəsi olan üç "məlumat" paylama qutusu yaratdıq. Raspberry Pi-dən gələn mikro USB kabelləri bu qutunun içindəki FadeCandy lövhələrinə, CAT6 kabelləri də RJ-45 dişi prizlərinə qoşulur. FadeCandy lövhələrində böyük montaj delikləri olmadığından, hər bir lövhəni bir kontrplak parçasına bağlayırıq. Bu kontrplak, lövhənin elektrik qutusuna qarşı qısa qapanmaması üçün izolyator kimi də fəaliyyət göstərmişdir.

Addım 8: Tel Güc Təchizatı

Sifariş verdiyimiz 5V 60A enerji təchizatı canavarı bütün layihəni enerji ilə təmin edir. Üç güc qovşağının hər biri bu əsas təchizata 12 AWG teli ilə qoşulur. Hər bir qovluq qutusunun öz cüt Anderson konnektoru və hər hansı bir şortu təcrid etmək üçün 20A daxili xətti var. Raspberry Pi, USB kabelini kəsərək və güc/topraklama tellərini enerji təchizatı terminallarına bağlamaqla əldə etdiyim bu təchizatdan da güc alır. Bu tellər olduqca kiçik olduğu üçün bu əlaqələrə bir az gərginlik əlavə etmək üçün bir neçə fermuar bağladım. Enerji təchizatı AC priz ilə gəlmədi, buna görə standart bir kompüter/monitorun elektrik kabelini kəsdim və vidalı terminallara bağladım. Səhnədə çox diqqətli olun və işinizi üç dəfə yoxlayın! Bu Adafruit layihəsinin gücün necə bağlı olduğunu anlamaqda son dərəcə faydalı olduğunu gördüm.

Addım 9: Raspberry Pi qurun

Raspbian əməliyyat sistemi ilə bir microSD kartı qururam və burada olan təlimatları istifadə edərək bir FadeCandy serverini qururam:

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

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

OpenPixelControl anbarının FadeCandy serveri ilə əlaqə qurmaq üçün əla nümunələr topladığını gördüm. Nəhayət, Pi açıldıqda ağacın üzərində animasiyalar yaratmaq üçün bir Python skript yazmağa son qoydum. Videonu hədəf qətnaməmizdə yükləyir, kadrlar arasına addım -addım atır və hər çərçivə üçün FadeCandy nəzarət silsiləsi göndərir. FadeCandy konfiqurasiya faylı, birdən çox lövhənin sanki tək bir lövhə kimi birləşdirilməsinə imkan verir və çox təmiz bir interfeys yaradır. Ağacı idarə edən python skript, faylları müəyyən bir qovluqdan yükləmək üçün qurulmuşdur. Bu səbəbdən, animasiyaların tənzimlənməsi o qovluğa video faylları əlavə etmək/silmək qədər sadədir.

Ağacı sınayarkən bir microSD kartını korlamağı bacardım. Bunu düzgün bir bağlama etmədən Pi -dən gücün çıxarılması ilə əlaqələndirirəm. Gələcək hadisələrin qarşısını almaq üçün bir düymə əlavə etdim və Pi -ni etibarlı şəkildə söndürmək üçün konfiqurasiya etdim. Hər ehtimala qarşı son microSD kartın bir neçə nüsxəsini çıxartdım.

Əsl ağac üçün bütün hissələri almadan əvvəl, OpenPixelControl git hub anbarını bağladım və içərisində səliqəli bir LED simulyatoru kəşf etdim. Əslində bu proqramı yuxarıda göstərilən animasiya skriptinin böyük bir hissəsini sınamaq üçün istifadə etdim. Simulyator, hər bir LED -in kosmosda fiziki yerləşdirilməsini göstərən bir konfiqurasiya faylını alır (X, Y, Z düşünün) və FadeCandy server proqramı ilə eyni interfeysdən istifadə edir.

Addım 10: Animasiyalar yaradın

Əvvəllər əlaqələndirilmiş Python skripti, qətnamə 96x50 olduğu müddətdə ağacda istənilən video formatını oynaya bilər. Ağacın qətnaməsi 48x25 -dir, lakin videoları daha aşağı qətnaməyə çevirmək üçün istifadə etdiyim alət (Əl əyləci) minimum 32 piksel piksel həddinə malik idi. Bu səbəbdən, ağacın həqiqi həllini ikiqat artırdım və sonra Python skriptimdəki digər pikselləri nümunə götürdüm.

Əksər animasiyalar üçün istifadə etdiyim proses-g.webp

OpenPixelControl interfeysindən istifadə edərək, nümunələri proqramla da yarada bilərsiniz. İlkin sınaq zamanı "raver_plaid.py" python skriptindən bir az istifadə etdim.

Ağacımız üçün istifadə edilən animasiyalar aşağıda "makerTreeAnimations.zip" ə əlavə olunur.

Addım 11: Elektrik Sistem Testi

Bütün əsas elektrik/proqram komponentləri bağlı olduqda, hər şeyi sınamağın vaxtı gəldi. LED tellərini gərginləşdirmək üçün sadə bir taxta çərçivə qurdum ki, bu da hər hansı bir telin sıradan çıxdığını müəyyən etməkdə çox faydalı oldu (bir neçəsi var idi). Yuxarıdakı videolarda OpenPixelControl -dan konservləşdirilmiş bir demo və Mario animasiyası ilə işləyən xüsusi video pleyerim Python skript göstərilir.

Addım 12: Çərçivə qurun

Bütün LED tellərini PVC və pex borulardan qurduğumuz bir prototip çərçivəyə bağladıq. Fermuar bağlarını boş buraxdıq ki, lazım gələrsə yerlərini dəyişək. Şaquli PVC -nin LED ızgarasını çox parçaladığına və bunun yerinə CNC dizaynına keçdiyinə qərar verdiyimiz zaman bu böyük bir qərar oldu. Son dizayn əsasən yuxarı döngədən və aşağıdan ibarətdir. Aşağı döngə ağacın dibinə quraşdırılmışdır və ağacın yuxarı hissəsində quraşdırılmış (təəccüblü deyil) yuxarı döngədən daha böyük bir diametrə malikdir. LED şeritləri, yuxarı və aşağı döngələr arasında uzanır və koni (və ya "ağac") şəklini yaradır.

Hər iki döngə bir CNC yönlendiricideki 3/4 düymlük kontrplakdan kəsilmiş, döngələr üçün vektor faylı aşağıda əlavə edilmişdir ("TreeMountingPlates.eps"). Üst və alt döngələrin hər biri tam yaranan iki yarı dairəvi parçadan ibarətdir. İki hissəli dizayn, budaqlara zərər vermədən ağacın iki yarısını asanlıqla bağlaya biləcəyimiz üçün idi. Yerli CNC ustamız, üst və alt çərçivə halqalarını qar yağışı halına gətirərək gözəl bir hiss əlavə etdi. Ağ rəngli bir toxunuş və çərçivəni bəzəmək üçün bir az parıltı da əlavə edildi.

Addım 13: Aşağı Disk / Montaj Elektronikası qurun

Elektronikanı (idarəetmə qutusu, qovşaq qutuları) aşağı döngənin altına yerləşdirmək üçün əvvəllər təsvir edilmiş alt döngə ilə eyni diametrdə olan başqa bir kontrplak parçasından iki yarım dairə kəsdik. Üst və alt döngələrdə olduğu kimi, iki hissədən hazırlanmış, sonra tam bir dairə yaratmaq üçün mərkəzi xətt boyunca birləşdirilmişdir. Diskin yağışa qarışması və möhürlənməsi üçün yaşıl rəngə boyanmışdır. Bütün elektronik qutuları bu diskin altına quraşdırdıq ki, disk elektrik komponentlərinə bir növ çətir əmələ gətirsin. Təmiz bir görünüş əldə etmək üçün artıq tel uzunluqları bükülmüş və bu diskə bağlanmışdır.

Addım 14: Çərçivəni Ağaca bağlayın

Üst və alt çərçivə döngələri qurudulduqda, gövdənin sabitləşməsinə kömək etmək üçün bir neçə uzun açılı dəmir parçasını ağacın qabına atdıq. Bucaqlı dəmir, fiziki ağaca gərginlik əlavə etmədən yuxarı və aşağı çərçivə döngələri üçün montaj nöqtələri də təmin etdi. Bütün LED telləri yuxarı döngəyə bağlandıqda, yuxarı halqa qurğusunu tavandan asmaq üçün bir ip parçası istifadə etdik. Üzüyü əllə tutmağa çalışmaq əvəzinə ağacın üzərinə yavaşca endirməyin daha asan olduğunu gördük. Üst halqa bucaqlı dəmir üzərində yerləşdikdən sonra alt halqanı ağaca bağladıq və LED iplərini alt döngəyə də möhkəm bağladıq. Aşağı (yaşıl) disk, bütün elektronikalar bağlı olaraq birbaşa aşağı döngənin altına quraşdırılmışdır.

Addım 15: Çatdırın (isteğe bağlı)

İndi oturun və zəhmətimizin bəhrəsindən zövq alın! Ağacımız bütün dekabr ayı üçün (2018) North Little Rock -da nümayiş olunacaq. Yazda mini MakerFaire üçün ekranı necə interaktiv edə biləcəyimizi düşünürəm.

Hər hansı bir sualınız varmı? Şərhlərdə soruşun!

"Make it Glow" Yarışmasında 2018 -ci ilin qalibi