Cây sợi quang LED RGB (hay còn gọi là Project Sparkle): 6 bước

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

Thấy phòng của bạn hơi buồn tẻ? Bạn muốn thêm một chút lấp lánh vào nó? Đọc ở đây cách sử dụng đèn LED RGB, thêm một số dây cáp quang và làm cho nó TỎA SÁNG!

Mục tiêu cơ bản của Project Sparkle là sử dụng một đèn LED siêu sáng cộng với một số cáp quang phát sáng cuối và kết nối nó với arduino để tạo ra hiệu ứng ánh sáng đẹp mắt. Đây là sản phẩm nhái / ốp trần nhà bằng sợi quang hình sao nhưng được lắp thẳng đứng do không thể khoan vào trần của tôi và không sử dụng đèn rọi sản xuất sẵn để chiếu sáng các dây cáp quang. Vì vậy, đó thực sự là một cách để có được hiệu ứng cáp quang thú vị mà không cần đầu tư vào đèn chiếu sáng đắt tiền. Kết nối nó qua đèn LED với arduino cũng bổ sung cho bất kỳ loại tùy chỉnh và tinh chỉnh màu sắc nào! Tốt nhất của cả hai thế giới! Vật liệu: LED 10W - $ 5 - eBay. ** Cảnh báo, điều này rất sáng sủa. KHÔNG nhìn vào điều này trực tiếp khi bật. Dán nó dưới hộp để thử nghiệm hoặc một lớp phủ thích hợp khác ** Dây phát sáng đầu cuối bằng sợi quang - ~ $ 25-30 - Tôi đã mua nó trực tuyến từ TriNorthLighting. Cáp quang thường được bán theo chân với số lượng sợi khác nhau trong cáp. Càng ít sợi cáp trong cáp thường thì mỗi dây riêng lẻ càng dày, có nghĩa là tổng thể điểm cuối sáng hơn. Kiểm tra trang này để biết biểu đồ tiện dụng về số lượng cáp so với chiều rộng. Nguồn điện 12V, 2Amp - ~ $ 10 - Tôi đã có một cái nằm xung quanh. 5 đô la Bàn là hàn - Bất cứ nơi nào từ 10 đô la đến một đơn đặt hàng có cường độ cao hơn Các thành phần mạch - mỗi linh kiện chỉ có giá vài xu, vấn đề phức tạp hơn có lẽ là lấy chúng ở đâu hiện nay Dây, tuốt dây, máy cắt, v.v. Tulle - 5 đô la - mua từ một công ty thủ công cửa hàng. Đó là vật liệu tôi đã sử dụng để dệt các sợi cáp quang trên tường

Bước 1: Tổng quan về các thành phần mạch

Khác với dây cơ bản (và đèn LED), mạch của chúng tôi có hai thành phần chính: bóng bán dẫn và điện trở. Bóng bán dẫn Vì vậy, chúng tôi có một đèn LED 10W, cáp nguồn và arduino. Mục đích là nối dây LED vào breadboard và gắn arduino vào cùng breadboard để arduino có thể xuất ra một giá trị và đèn LED sẽ bật ở một độ sáng nhất định (tương ứng với giá trị mà arduino đưa ra). Vấn đề là, arduino chỉ có thể cung cấp 5V, nhưng đèn LED của chúng tôi cần 12V (lưu ý: điều này có thể thay đổi tùy thuộc vào đèn LED nguồn bạn đang sử dụng). Đây là nơi cung cấp năng lượng. "Làm thế nào chúng ta sẽ kết nối arduino, LED và nguồn điện với nhau?!" bạn có thể hỏi. Câu trả lời là ma thuật. Sự kỳ diệu của TRANSISTORS! Nói một cách đơn giản, bóng bán dẫn là một bộ khuếch đại hoặc một công tắc. Trong trường hợp này, chúng tôi đang sử dụng nó như một công tắc. Nó sẽ được kết nối ở một chân với arduino, một chân khác với nguồn điện và một chân thứ ba với đèn LED. Khi arduino gửi dòng điện qua một ngưỡng cụ thể, bóng bán dẫn sẽ 'bật' và để điện áp cung cấp điện chạy qua nó, làm sáng đèn LED. Khi không có đủ dòng điện từ arduino, bóng bán dẫn sẽ không cho phép nguồn điện chạy qua nó và đèn LED sẽ tắt. Loại chuyển mạch của bóng bán dẫn được gọi là bóng bán dẫn chuyển mạch hoặc bóng bán dẫn đường giao nhau. Có nhiều loại khác nhau có sẵn có các đặc tính khác nhau như điện áp cần thiết trên các chân của nó, độ lợi, v.v. Tôi khuyến khích bất kỳ ai quan tâm đến việc đọc thêm về bóng bán dẫn để hiểu rõ hơn về chúng. Đèn LED 10W có tổng cộng bốn chân, một bên là mặt đất và bên kia là một chân cho mỗi màu. Nếu chúng ta muốn có thể điều khiển từng màu riêng biệt (để có thể hiển thị bất kỳ tổ hợp màu nào của RGB), mỗi màu phải có bóng bán dẫn riêng, vì vậy chúng ta cần tổng cộng ba bóng bán dẫn. Thông tin chi tiết hơn về các bóng bán dẫn được sử dụng sẽ có trong bước tiếp theo. Tất cả sức mạnh này không nhất thiết là một điều tốt! Chúng tôi không muốn làm tắt đèn LED, vì vậy cần phải thêm điện trở vào nó. Trong số bốn chân trên đèn LED, chân nối đất không cần điện trở vì nó chỉ tiếp đất. Nhưng ba chân màu sẽ cần ít nhất một điện trở và vì các màu khác nhau tạo ra các điện áp khác nhau nên chúng không nhất thiết phải có điện trở giống nhau. "Làm thế nào chúng ta sẽ tìm ra những giá trị này?!" bạn có thể hỏi. Vâng câu trả lời là MAGIC. Sự kỳ diệu của TOÁN HỌC! (đọc về nó đáng giá, tôi hứa…)

Bước 2: Tính toán các thành phần mạch

Loại bóng bán dẫn Như đã nói ở bước trước, các bóng bán dẫn được sử dụng ở đây là loại chuyển mạch. Loại bóng bán dẫn cụ thể nào là cần thiết trong một mạch phụ thuộc vào những gì mạch yêu cầu, nhưng trong mạch này, một bóng bán dẫn 2N2219 là phù hợp. Lưu ý, bạn có thể sử dụng bóng bán dẫn không phải là 2N2219, miễn là nó có thông số kỹ thuật phù hợp với mạch mà bạn đang làm việc. (Bóng bán dẫn 2N2222 phổ biến hơn cũng nên phù hợp) Tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn, ba chân trên bóng bán dẫn sẽ là "cực phát, chân đế, cực thu" hoặc "cổng, nguồn, cống." Loại 2N2219 là loại cũ. Có nhiều loại thân bóng bán dẫn, vì vậy để xác định chân nào tương ứng với bộ phát, đế và bộ thu, đã đến lúc tham khảo bảng thông số kỹ thuật của bạn! Bóng bán dẫn cũng cần hai điện trở. Một kết nối đế của bóng bán dẫn với arduino - giá trị này có thể là bất kỳ giá trị nào, thường là khoảng 1kΩ. Điều này được sử dụng để bất kỳ dòng điện giả nào từ arduino sẽ không làm cho bóng bán dẫn kích hoạt và vô tình làm bật đèn. Điện trở thứ hai cần thiết để kết nối đế với đất và nói chung là một giá trị lớn như 10kΩ Các loại điện trở Để kết nối bộ nguồn với đèn LED, chúng ta phải sử dụng một số điện trở. Mỗi màu trên đèn LED có một đầu vào điện áp yêu cầu khác nhau. Các giá trị cụ thể phụ thuộc vào đèn LED của bạn được sử dụng, nhưng đối với đèn LED 10W tiêu chuẩn, các giá trị này có thể nằm trong phạm vi phù hợp: Đỏ - 6-8 V Xanh lá - 9-12 V Xanh lam - 9-11 V Dòng điện theo yêu cầu của đèn LED: 3 mm (mA) Điện áp nguồn: 12 V Vì vậy, tình huống là: chúng ta đang sử dụng nguồn điện 12 V để cấp nguồn cho đèn LED và mỗi màu sẽ nhận được điện áp nhỏ hơn thế. Chúng ta cần sử dụng điện trở để giảm điện áp mỗi màu trên đèn LED thực tế nhìn thấy. Để xác định giá trị của điện trở cần thiết, đã đến lúc tham khảo Định luật Ohm. Ví dụ đối với màu đỏ: Điện áp = Dòng điện * Điện trở…. Viết lại thành Điện trở = Điện áp (giảm) / Điện trở hiện tại = 4 V / 0,3 A = 13,3Ω (Giá trị của 4 V là từ 12V (nguồn điện) - tối đa của dải màu đỏ (8 V)) Tuy nhiên, chúng tôi vẫn chưa hoàn thành. Tùy thuộc vào loại điện trở của bạn (tức là kích thước của nó), chỉ một lượng điện năng nhất định có thể bị tiêu tán bởi nó. Nếu chúng ta sử dụng các điện trở không thể tiêu thụ đủ điện, chúng ta sẽ đốt cháy chúng. Công thức tính công suất trên điện trở xuất phát từ định luật Ohm: đó là Công suất = Điện áp * Dòng điện. Công suất = 4V * 0,3 A = 1,2 W Điều này có nghĩa là chúng ta cần một điện trở 13,3Ω, 1,2 W (ít nhất) để đảm bảo đèn LED của chúng ta an toàn. Vấn đề là, hầu hết các điện trở phổ biến có từ 1/4 W trở xuống. Làm gì ?! Sử dụng phép thuật của việc thiết lập các điện trở song song, chúng tôi có thể khắc phục sự cố. Bằng cách kết hợp song song bốn điện trở (1/4 W), tổng mức tiêu hao công suất sẽ tăng thêm tới 1 W. (Lý tưởng nhất là chúng ta nên thêm năm điện trở song song, nhưng vì 1,2W sẽ chỉ được nhìn thấy khi nó sáng đến mức tối đa và gen chúng tôi đang sử dụng ít hơn một chút). Việc thêm điện trở song song làm cho điện trở của chúng giảm theo tỷ lệ (có nghĩa là nếu chúng ta kết hợp song song bốn điện trở 13,3 Ω thì tổng điện trở sẽ chỉ còn ~ 3 Ω) Để có được điện trở phù hợp và công suất tiêu thụ, chúng ta có thể kết hợp bốn điện trở 68 Ω 1 / 4W trong song song. Chúng tôi nhận được con số này bằng cách nhân 13,3Ω với bốn, là ~ 53Ω và sau đó lấy giá trị tiêu chuẩn cao nhất tiếp theo cho một điện trở. Nhìn chung: để cấp nguồn cho màu đỏ, chúng ta cần sử dụng một điện trở 13,3Ω 1W hoặc bốn điện trở 68Ω 1 / 4W song song. Để tính toán điện trở cần thiết cho các màu khác, sử dụng quy trình tương tự. Tóm tắt các thành phần mạch yêu cầu: 3 bóng bán dẫn 2N2219 điện trở 3 x 1kΩ Điện trở 3 x 10 kΩ Màu đỏ: 4 x 68Ω Điện trở 1/4 W Màu xanh: 4 x 27Ω 1 / Điện trở 4W Màu xanh lá cây: Điện trở 4 x 27 Ω 1 / 4W

Bước 3: Sơ đồ mạch / Cấu tạo mạch

Sau khi thực hiện toán học và thu thập tất cả các phần được yêu cầu, đã đến lúc ghép chúng lại với nhau!

Trước tiên, hãy lấy nguồn điện của bạn và cắt bất kỳ kết nối nào mà nó có ở cuối và cô lập nguồn điện và dây nối đất. Thêm dây nối đất vào một trong các đường ray của breadboard. Hàn dây nguồn với hàn các điện trở cần thiết vào đèn LED. Sau đó xây dựng mạch như chỉ dẫn trên sơ đồ mạch. Lưu ý rằng tất cả các mặt đất trong mạch (mặt đất arduino, mặt đất bóng bán dẫn, mặt đất cung cấp điện), phải được kết nối với nhau theo một cách nào đó.

Bước 4: Mã Arduino

Chúng ta gần đến rồi! Đã đến lúc kết nối mạch của chúng ta với arduino.

Mã ở đây chỉ chạy đèn LED RGB thông qua một chu kỳ màu (tức là kiểm tra toàn bộ cầu vồng). Nếu bạn đã quen với arduino thì điều này không quá phức tạp. Mã này ban đầu không phải do tôi viết nhưng thành thật mà nói thì tôi không thể nhớ mình đã tải nó xuống từ đâu; nó là mã nguồn mở. Nếu tôi nhớ hoặc nếu ai đó biết nguồn, tôi sẵn lòng trích dẫn. Bản phác thảo được dán bên dưới. Chỉ cần đảm bảo các giá trị chân trong bản phác thảo tương ứng với các chân trên arduino được sử dụng để kết nối với đèn LED. Tất cả những gì mã làm là gửi một giá trị riêng lẻ (từ 0 đến 255) đến mỗi chân màu của đèn LED. Nếu bạn muốn một màu cụ thể xuất hiện, hãy xem biểu đồ màu RGB // Chạy đèn LED RGB thông qua chu kỳ bánh xe màu int morning = 0; // độ sáng của đèn LED. Giá trị lớn nhất là 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup () {// khai báo các chân là đầu ra: pinMode (RED, OUTPUT); pinMode (XANH LÁ, ĐẦU RA); pinMode (BLUE, OUTPUT); } // từ 0 đến 127 void displayColor (uint16_t WheelPos) {byte r, g, b; switch (WheelPos / 128) {case 0: r = 127 - WheelPos% 128; // Giảm màu đỏ g = WheelPos% 128; // Lên xanh b = 0; // ngắt màu xanh lam; trường hợp 1: g = 127 - WheelPos% 128; // xanh xuống b = WheelPos% 128; // màu xanh lên r = 0; // red off break; trường hợp 2: b = 127 - WheelPos% 128; // màu xanh lam xuống r = WheelPos% 128; // đỏ lên g = 0; // màu xanh lá cây tắt break; } analogWrite (RED, r * 2); analogWrite (XANH, g * 2); analogWrite (BLUE, b * 2); } void loop () {displayColor (rad); chậm trễ (40); rad = (rad + 1)% 384; }

Bước 5: Thêm dây cáp quang

Ngay cả khi bạn không hoàn thành bước này, điều tuyệt vời là bây giờ chúng ta đã có một đèn LED RGB tuyệt vời, sáng sủa, hoàn toàn có thể tùy chỉnh. Tôi đã chọn kết hợp nó với sợi quang học, nhưng thực sự bạn có thể làm bất cứ điều gì bạn muốn! Tạo điểm nhấn ngọt ngào? Thắp một quả bóng disco? Rất nhiều khả năng!

Ban đầu tôi mua 5 feet sợi 50 sợi, 10 feet sợi 12 sợi và 5 feet sợi 25 sợi. Tôi đã cắt chiều dài một nửa để tôi có nhiều điểm hơn mặc dù bản thân các dây ngắn hơn. Tôi đã chọn làm một cái cây vì tôi không thể gắn chúng qua tường. Vải tuyn được dán trên tường bằng xi măng cao su (vải tuyn khá nhẹ nên có thể dùng băng dính). Các sợi được luồn qua vải tuyn thành một cây giống như hoa văn. Sử dụng một lon nước ngọt đã cạn / cạn, đèn LED được đặt ở dưới cùng và các sợi được thêm vào trên cùng của nó. Vấn đề lớn nhất ở thời điểm này là cố gắng đảm bảo ánh sáng đi xuyên qua các sợi thay vì chỉ đi qua đầu lon nước ngọt. Gói chặt các sợi trong giấy bạc có thể hữu ích, nhưng tôi khuyên bạn nên thử bất kỳ thiết lập nào bạn nghĩ có thể hoạt động. Đặt tất cả những mảnh này lại với nhau và chúng ta có cây của mình!

Bước 6: Giờ Tiệc

Không còn gì để làm ngoài việc làm mờ đèn, cấp nguồn cho arduino và đắm mình trong ánh sáng rực rỡ của thiết lập cáp quang mới của chúng tôi!

Tôi cũng đã đính kèm một video về quá trình thiết lập. Nó trông đẹp hơn khi nhìn trực tiếp, nhưng bạn có thể thấy nó từ từ di chuyển qua bánh xe màu.