Cây tạo đèn LED RGB: 15 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Không gian các nhà sản xuất địa phương của chúng tôi đã tài trợ một cái cây để trưng bày trên Phố Chính vào tháng 12 (2018). Trong phiên động não của mình, chúng tôi đã nảy ra ý tưởng đặt một lượng lớn đèn LED trên cây thay cho đồ trang trí truyền thống. Là những nhà sản xuất thích làm mọi thứ quá mức, chúng tôi nhanh chóng quyết định rằng một cái cây có thể phát hình ảnh động sẽ không chỉ thú vị mà còn tạo ra một số tiếng vang.

Tôi đã nghiên cứu một số giải pháp hiện có sử dụng bộ điều khiển LED chuyên dụng và quyết định rằng nguồn gần sẽ không làm được. Tôi đã xem qua một hướng dẫn tuyệt vời của Adafruit về cách sử dụng bộ điều khiển LED "FadeCandy" của họ. Bảng nhỏ gọn gàng này đã xuất hiện một số lần trong Burning Man và có rất nhiều ví dụ điển hình để làm việc. Cây gồm 24 dải LED RGB có địa chỉ riêng biệt được điều khiển bằng cách sử dụng bảng FadeCandy và được cấp nguồn bởi một nguồn điện 5V 60A duy nhất. Raspberry Pi cung cấp hình ảnh động cho bảng FadeCandy thông qua cáp micro-USB, lần lượt kết nối với các sợi LED riêng lẻ. Các sợi được sắp xếp xuyên tâm để tạo thành hình nón / hình cây như đã thấy ở trên.

Điều thú vị về thiết lập này là nó không giới hạn cho một lần sử dụng. Các sợi LED có thể được sắp xếp lại để tạo thành nhiều hình dạng, bao gồm cả một lưới cũ thông thường. Chúng tôi hy vọng sẽ sử dụng lại thiết lập này để thực hiện một cuộc triển lãm / trò chơi tương tác cho Mini MakerFaire tiếp theo của chúng tôi vào mùa xuân.

Bước 1: Danh sách bộ phận

• Các sợi LED 2x - 5V WS2811 (20 sợi x 50 pixel = 1000 pixel)
• Đầu nối chống thấm nước 5x - 3 Pin (5 gói)
• Dải gắn RGB 24x - 12MM
• 3x - Bộ điều khiển LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Khối phân phối điện
• Nguồn điện 1x - 5V 60A (300W)
• 1x- RJ-45 Punch Down Sockets (10 gói)
• Dây nguồn 2x - 22 AWG (65 ft)
• 1x - Bộ kết nối Anderson
• Giá đỡ cầu chì nội tuyến 1x - 12 AWG
• Nhà ở đầu nối uốn cong 3x - 2x8
• 1x - 0,1 "Ghim uốn nữ (gói 100)
• 6x - Hộp điện chống thấm
• Cầu chì 3x - 20A
• 1x - Cáp nguồn máy tính
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - Thẻ MicroSD
• 24 feet - cáp CAT5 / CAT6
• 15 feet - dây 12 AWG (đỏ và đen)
• 6x - RJ-45 kết thúc uốn
• 2x - 4x8 tấm ván ép 3/4"
• Sắt góc 2x - 4 '
• 200x - Quan hệ Zip
• ~ 144x - Đầu nối mối nối không thấm nước (tùy chọn nhưng tiết kiệm thời gian rất lớn)
• Hàn
• Heatshrink
• Caulking

Bước 2: Tổng quan về hệ thống điện

Như đã thấy trong sơ đồ trên, hệ thống điện của cây có thể được chia thành một số thành phần chính: hộp điều khiển, hộp nối nguồn, hộp nối dữ liệu và các sợi LED. Hộp điều khiển chứa nguồn điện 5V 60A và Raspberry Pi. Các hộp Data Junction chứa các bộ điều khiển LED FadeCandy. Hộp nối Nguồn chứa các thanh cái để phân phối điện (5V & GND) cho các sợi LED. Mỗi cặp hộp nối (một dữ liệu + một nguồn) điều khiển tám sợi LED. Vì có 24 sợi đèn LED được sử dụng trong dự án này, nên có ba bộ hộp nối (tổng số sáu).

* Có một lỗi trong sơ đồ hiển thị ở trên, Cáp CAT6 0 (Sợi 0-7) phải là (Sợi 0-3) và Cáp CAT6 1 (Sợi 7-15) phải là (Sợi 4-7).

Bước 3: Gắn các đầu nối chống thấm nước

Vì cây được thiết kế để sử dụng ngoài trời, nên cẩn thận hơn để đảm bảo rằng tất cả các kết nối không thấm nước. Đối với những người muốn thực hiện một dự án trong nhà tương tự, có thể bỏ qua các đầu nối chống thấm nước thay vì các đầu nối JST 3 chân đi kèm với các sợi LED. Rất nhiều lao động trong dự án này đã đi vào việc hàn các đầu nối chống thấm nước vào các sợi cáp.

Đối với thiết lập của chúng tôi, chúng tôi cắt đầu nối JST hiện có khỏi sợi LED và gắn một đầu nối chống thấm nước 3 chân vào vị trí của nó. Cần chú ý thêm đầu nối ở phía "đầu vào" của sợi LED, kết nối dữ liệu trên các sợi LED là hướng. Chúng tôi nhận thấy rằng mỗi đèn LED có một mũi tên nhỏ chỉ ra hướng của dữ liệu. Ban đầu, chúng tôi gắn từng dây trong số ba dây trên mặt sợi LED bằng cách sử dụng kỹ thuật liên quan đến hàn, co nhiệt và kết dính. Cuối cùng, chúng tôi chuyển sang sử dụng các đầu nối mối nối không thấm nước này, được chứng minh là tiết kiệm thời gian rất nhiều.

Bên nguồn / dữ liệu (tức là phía mà các sợi LED kết nối với), chúng tôi sử dụng dây 22 AWG cho nguồn / đất và cáp CAT6 cho dữ liệu / đất. Mỗi cáp CAT6 chứa bốn cặp xoắn, vì vậy chúng tôi có thể kết nối bốn sợi LED với một cáp CAT6 duy nhất. Sơ đồ trên cho thấy cách sợi LED 3 chân ngắt thành 4 dây (5V, GND, Data). Kết nối bốn dây với ba dây dường như là một điểm nhầm lẫn khi lắp ráp dự án này. Điểm mấu chốt là hai cơ sở (Dữ liệu + Nguồn) được kết hợp tại đầu nối chống thấm nước.

Mỗi cáp CAT6 được kết thúc bằng đầu nối RJ-45 cắm vào vỏ cái RJ-45 được kết nối với bo mạch FadeCandy. Các dây CAT6 có thể đã được hàn trực tiếp vào bảng FadeCandy, nhưng chúng tôi đã chọn thêm các đầu nối để cho phép sửa chữa dễ dàng hơn nếu cần. Chúng tôi làm tất cả hệ thống dây điện dài 48 inch để tạo sự linh hoạt khi lắp ráp cây.

Bước 4: Gắn kết nối vào bảng FadeCandy

Bảng FadeCandy mà chúng tôi mua không có tiêu đề đính kèm, thay vào đó có hai hàng vias cách nhau 0,1 ". Cuối cùng, chúng tôi quyết định rằng FadeCandy sẽ kết nối với cáp CAT6 bằng cách sử dụng ổ cắm" đục lỗ "RJ-45 tiêu chuẩn. Trong trường hợp chúng tôi cần thay thế một FadeCandy (hóa ra là chúng tôi đã làm!), chúng tôi cũng đã thêm các chân 0,1 "vào mỗi bảng FadeCandy. Chúng tôi đã gắn các chân uốn cái vào mỗi dây trong số tám dây được gắn vào ổ cắm đột lỗ RJ-45 để kết nối với các đầu nối 0,1 ". Ngoài việc uốn các chân cho mỗi dây, tôi cũng thêm một chút hàn để ngăn các chân Tất nhiên, tôi chỉ phát hiện ra "mánh khóe" hàn này sau khi một nửa số ghim tôi uốn không thành công, bài học rút ra.

Bước 5: Chèn đèn LED vào dải ngăn cách

Sau khi đọc một vài bài đăng trên diễn đàn và xem một số video từ những người khác đã làm 'cây' tương tự, việc sử dụng miếng đệm bằng nhựa dường như trở thành một mục đích lặp lại. Các dải cho phép điều chỉnh khoảng cách của các đèn LED để phù hợp với nhu cầu cá nhân và cho phép các sợi LED được căng giữa các vòng cây trên và dưới. Kích thước của đèn LED phải phù hợp với kích thước của các lỗ đệm (trong trường hợp của chúng tôi là 12mm), sao cho mỗi đèn LED riêng lẻ vừa khít với các lỗ trên miếng đệm. Chúng tôi quyết định bố trí đèn LED của chúng tôi theo kiểu zig-zag, sao cho 24 sợi đèn LED tạo thành 48 cột xung quanh cây.

Chúng tôi đã mắc sai lầm ở điểm này khiến chúng tôi buộc phải tạo ra một số "lỗ hổng" bổ sung cho đèn LED. Chúng tôi cắt các dải thành một nửa để chúng tôi có 48 chiều dài của miếng đệm. Những gì chúng tôi phát hiện ra là mỗi miếng đệm 8 foot chứa 96 lỗ (mỗi inch một lỗ) và việc cắt chúng làm đôi trên một lỗ có nghĩa là chúng tôi ngắn bốn lỗ trên mỗi sợi LED. Chú ý đến sai lầm của chúng tôi và giải trình cho điều này trước thời hạn! Cuối cùng chúng tôi cắt laser một số "phần mở rộng" để thêm các lỗ bị thiếu.

Tệp vectơ được sử dụng để cắt laze các dấu ngoặc mở rộng được đính kèm bên dưới ("TreeLightBracket.eps")

Bước 6: Lắp ráp các hộp nối nguồn

Ba hộp phân phối điện mỗi nhà một cặp thanh cái. Thanh đầu tiên phân phối 5V và thanh còn lại phân phối GND. Vì cây của chúng tôi được trưng bày ngoài trời, chúng tôi đã chọn sử dụng hộp điện không thấm nước để làm nơi chứa các thanh cái. Chúng tôi gắn từng thanh vào vị trí bằng cách sử dụng keo nóng và thêm một mẩu giấy vụn của một tập tài liệu manila giữa mỗi thanh và vỏ để ngăn ngừa quần đùi. Mỗi hộp nối nguồn kết nối với tám sợi LED thông qua dây 22 AWG đã được mô tả trước đây. Mỗi hộp kết nối với nguồn điện chính bằng dây 12 AWG và có đầu nối "Anderson" để cho phép vận chuyển dễ dàng hơn.

Bước 7: Lắp ráp các hộp nối dữ liệu

Sử dụng các hộp tương tự như với các hộp phân phối điện, chúng tôi tạo ra ba hộp phân phối "dữ liệu" chứa một bảng FadeCandy duy nhất trong mỗi hộp. Cáp micro USB từ Raspberry Pi kết nối với bảng FadeCandy bên trong hộp này và cáp CAT6 cũng kết nối với ổ cắm cái RJ-45. Vì bảng FadeCandy không có lỗ lắp lớn, chúng tôi buộc mỗi bảng vào một mảnh ván ép. Ván ép này cũng có chức năng như một chất cách điện để giữ cho bảng không bị đoản mạch so với hộp điện.

Bước 8: Cung cấp điện dây

Con quái vật 5V 60A của bộ nguồn chúng tôi đặt hàng cung cấp nguồn điện cho toàn bộ dự án. Mỗi hộp trong số ba hộp nối nguồn kết nối với nguồn cung cấp chính này bằng dây 12 AWG. Mỗi hộp nối có một cặp đầu nối Anderson riêng và một cầu chì 20A nội tuyến để cách ly bất kỳ quần ngắn nào. Raspberry Pi cũng nhận được nguồn điện từ nguồn cung cấp này, điều mà tôi đã thực hiện bằng cách cắt cáp USB và kết nối dây nguồn / dây đất với các đầu nối nguồn điện. Vì những dây này khá nhỏ nên tôi cũng đã thêm một vài dây buộc zip để giảm bớt căng thẳng cho các kết nối này. Nguồn điện không đi kèm với phích cắm ổ cắm AC, vì vậy tôi đã cắt cáp nguồn máy tính / màn hình tiêu chuẩn và gắn nó vào các đầu cuối vít xuống. Hãy cẩn thận hơn ở giai đoạn này và kiểm tra ba lần công việc của bạn! Tôi thấy dự án Adafruit này cực kỳ hữu ích trong việc hiểu cách kết nối nguồn điện.

Bước 9: Thiết lập Raspberry Pi

Tôi thiết lập thẻ nhớ microSD với hệ điều hành Raspbian và thiết lập máy chủ FadeCandy bằng cách sử dụng các hướng dẫn có ở đây:

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

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

Tôi thấy rằng kho lưu trữ OpenPixelControl có một tập hợp các ví dụ tuyệt vời để giao tiếp với máy chủ FadeCandy. Cuối cùng, tôi đã viết một tập lệnh Python để lặp lại các hoạt ảnh trên cây khi Pi khởi động. Nó tải video ở độ phân giải mục tiêu của chúng tôi, từng bước từng khung hình qua video và gửi một mảng điều khiển FadeCandy cho mọi khung hình. Tệp cấu hình FadeCandy cho phép nhiều bo mạch được giao tiếp như thể chúng là một bo mạch duy nhất và tạo ra một giao diện rất rõ ràng. Tập lệnh python điều khiển cây được thiết lập để tải tệp từ một thư mục cụ thể. Như vậy, việc điều chỉnh các hình ảnh động cũng đơn giản như việc thêm / xóa các tệp video khỏi thư mục đó.

Trong quá trình kiểm tra cây, tôi đã tìm cách làm hỏng thẻ nhớ microSD. Tôi cho rằng điều này là do loại bỏ nguồn điện khỏi Pi mà không thực hiện tắt máy đúng cách. Để tránh các sự cố trong tương lai, tôi đã thêm một nút nhấn và định cấu hình nó để tắt nguồn Pi một cách an toàn. Tôi cũng đã thực hiện một số bản sao lưu của thẻ microSD cuối cùng, đề phòng.

Trước khi nhận tất cả các bộ phận của cây thực tế, tôi đã tách kho lưu trữ git trung tâm OpenPixelControl và phát hiện ra một bộ mô phỏng LED gọn gàng bên trong. Tôi thực sự đã sử dụng chương trình này để kiểm tra một phần lớn tập lệnh hoạt hình được đề cập ở trên. Trình mô phỏng lấy một tệp cấu hình cho biết vị trí vật lý của mỗi đèn LED trong không gian (nghĩ X, Y, Z) và sử dụng giao diện tương tự như chương trình máy chủ FadeCandy.

Bước 10: Tạo hoạt ảnh

Tập lệnh Python được liên kết trước đó có thể phát bất kỳ định dạng video nào trên cây, miễn là độ phân giải là 96x50. Độ phân giải của cây là 48x25, tuy nhiên công cụ tôi đang sử dụng để chuyển đổi video sang độ phân giải thấp hơn (Handbrake) có giới hạn pixel tối thiểu là 32 pixel. Vì lý do này, tôi chỉ cần tăng gấp đôi độ phân giải thực của cây và sau đó lấy mẫu mọi pixel khác trong tập lệnh Python của tôi.

Quá trình tôi sử dụng cho hầu hết các hình ảnh động là tìm hoặc tạo ảnh GIF, sau đó cắt nó (sử dụng phanh tay) cho đến khi tỷ lệ khung hình là 1,92: 1. Sau đó, tôi sẽ thay đổi độ phân giải đầu ra thành 96x50 mục tiêu và bắt đầu chuyển đổi. Đối với tôi, một số tệp-g.webp

Sử dụng giao diện OpenPixelControl, bạn cũng có thể tạo các mẫu theo chương trình. Trong quá trình thử nghiệm ban đầu, tôi đã sử dụng khá nhiều tập lệnh python "raver_plaid.py".

Các hình ảnh động được sử dụng cho cây của chúng tôi được đính kèm bên dưới "makerTreeAnimations.zip".

Bước 11: Kiểm tra hệ thống điện

Với tất cả các thành phần điện / phần mềm chính được kết nối, đã đến lúc kiểm tra mọi thứ. Tôi đã xây dựng một khung gỗ đơn giản để căng các sợi LED, điều này tỏ ra rất hữu ích trong việc xác định xem có sợi nào không theo trật tự hay không (có một số sợi). Các video ở trên hiển thị bản trình diễn đóng hộp từ OpenPixelControl và tập lệnh Python của trình phát video tùy chỉnh của tôi chạy hoạt ảnh Mario.

Bước 12: Xây dựng khung

Chúng tôi đã gắn tất cả các sợi LED vào một khung nguyên mẫu mà chúng tôi tạo ra từ PVC và ống pex. Chúng tôi để lỏng các dây buộc zip để chúng tôi có thể đặt lại vị trí của chúng nếu cần thiết. Điều này được chứng minh là một quyết định tuyệt vời khi chúng tôi quyết định rằng PVC thẳng đứng đã phá vỡ lưới LED quá nhiều và thay vào đó chuyển sang thiết kế CNC. Thiết kế cuối cùng về cơ bản bao gồm một vòng lặp trên và một vòng lặp dưới. Vòng dưới được gắn ở gốc cây và có đường kính lớn hơn vòng trên (không có gì ngạc nhiên), được gắn ở đỉnh của cây. Các sợi LED trải dài giữa vòng trên và vòng dưới để tạo thành hình nón (hoặc "cây" nếu bạn muốn).

Cả hai vòng đều được cắt ra từ ván ép 3/4 "trên bộ định tuyến CNC, tệp vectơ cho các vòng được đính kèm bên dưới (" TreeMountingPlates.eps "). Mỗi vòng trên và dưới bao gồm hai miếng hình bán nguyệt tạo thành một vòng lặp. Thiết kế hai mảnh để chúng tôi có thể dễ dàng gắn hai nửa xung quanh cây mà không làm hỏng cành cây. Chuyên gia CNC địa phương của chúng tôi đã thêm một chút tinh tế bằng cách làm cho khung trên và khung dưới thành các vòng hoa tuyết. Một chút sơn trắng và một số lấp lánh cũng được thêm vào để làm nổi bật khung hình.

Bước 13: Xây dựng Đĩa dưới / Gắn Điện tử

Chúng tôi cắt hai nửa hình tròn từ một miếng ván ép khác có cùng đường kính với vòng tròn dưới đã mô tả trước đó để gắn các thiết bị điện tử (hộp điều khiển, hộp nối) bên dưới vòng tròn dưới. Như với các vòng trên và dưới, nó được làm thành hai mảnh, sau đó nối dọc theo đường tâm để tạo thành một vòng tròn hoàn chỉnh. Đĩa được sơn màu xanh lá cây để giúp nó có thể hòa trộn và bịt kín nó khỏi mưa. Chúng tôi gắn tất cả các hộp điện tử ở mặt dưới của đĩa này, sao cho đĩa này tạo thành một loại ô che cho các thành phần điện. Các chiều dài dây thừa được quấn và buộc zip vào đĩa này để duy trì vẻ ngoài sạch sẽ.

Bước 14: Gắn khung vào cây

Khi các vòng khung trên và khung dưới đã khô, chúng tôi lùa nhiều đoạn sắt dài dài xuống chậu cây để giúp thân cây ổn định. Bàn ủi góc cũng cung cấp các điểm lắp cho các vòng khung trên và dưới mà không làm tăng thêm sức căng cho cây vật lý. Với tất cả các sợi LED được gắn vào vòng trên, chúng tôi sử dụng một đoạn dây để treo cụm vòng trên khỏi trần nhà. Chúng tôi thấy rằng từ từ hạ chiếc nhẫn xuống cây thay vì cố gắng giữ nó bằng tay sẽ dễ dàng hơn. Khi vòng trên đã vào đúng vị trí trên bàn ủi góc, chúng tôi gắn vòng dưới vào cây và dùng dây zip buộc chặt các sợi LED vào vòng dưới. Đĩa dưới (màu xanh lá cây) được gắn ngay bên dưới vòng lặp dưới với tất cả các thiết bị điện tử được gắn vào.

Bước 15: Giao hàng (tùy chọn)

Bây giờ hãy ngồi lại và tận hưởng thành quả lao động của y (chúng ta)! Cây của chúng tôi sẽ được trưng bày ở North Little Rock trong cả tháng 12 (2018). Tôi đang cân nhắc cách chúng tôi có thể làm cho màn hình tương tác cho MakerFaire mini của chúng tôi vào mùa xuân.

Có bất kỳ câu hỏi? Hỏi trong các ý kiến!

Về nhì trong Cuộc thi Make it Glow 2018