RGB LED Maker Tree: 15 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Vår lokala makerspace sponsrade ett träd som ska visas på Main Street under december månad (2018). Under vår brainstorming kom vi på idén att sätta en löjlig mängd lysdioder på trädet istället för traditionella ornament. Som tillverkare som gillar att göra saker lite överst, bestämde vi oss snabbt för att ett träd som kunde spela animationer inte bara skulle vara roligt, utan också skulle generera lite surr.

Jag undersökte några befintliga lösningar som använde dedikerade LED -styrenheter och bestämde mig för att nära källa bara inte skulle göra det. Jag kom över en utmärkt handledning av Adafruit om hur man använder deras "FadeCandy" LED -kontroller. Denna snygga lilla bräda har gjort ett antal Burning Man -framträdanden och har många bra exempel att arbeta utifrån. Trädet består av 24 strängar av individuellt adresserbara RGB LED -stammar som styrs med FadeCandy -kort och drivs av en enda 5V 60A strömförsörjning. En Raspberry Pi serverar animationer till FadeCandy-korten via mikro-USB-kablar, som i sin tur ansluts till de enskilda LED-strängarna. Strängarna är anordnade radiellt för att bilda en kon / trädform som sett ovan.

Det fina med den här installationen är att den inte är begränsad till en enda användning. LED -strängarna kan ordnas om i många former, inklusive ett vanligt gammalt rutnät. Vi hoppas kunna återanvända denna inställning för att göra en interaktiv utställning / spel för vår nästa Mini MakerFaire under våren.

Steg 1: Dellista

• 2x - 5V WS2811 LED -strängar (20 trådar x 50 pixlar = 1000 pixlar)
• 5x - 3 -poliga vattentäta kontakter (5 -pack)
• 24x - 12MM RGB -monteringsremsor
• 3x - Adafruit FadeCandy LED -styrenheter
• 6x - Strömfördelningsblock
• 1x - 5V 60A (300W) Strömförsörjning
• 1x- RJ-45 Punch Down Sockets (10 pack)
• 2x - 22 AWG strömkabel (65 fot)
• 1x - Anderson Connector Kit
• 1x - 12 AWG inline säkringshållare
• 3x - 2x8 Crimp Connector Housing
• 1x - 0,1 "kvinnliga presspinnar (100 -pack)
• 6x - Vattentäta elboxar
• 3x - 20A säkring
• 1x - Datorkraftkabel
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - MicroSD -kort
• 24 fot - CAT5/CAT6 -kabel
• 15 fot - 12 AWG -tråd (röd och svart)
• 6x - RJ -45 krympändar
• 2x - 4x8 ark 3/4 "plywood
• 2x - 4 'vinkeljärn
• 200x - Dragkedja
• ~ 144x - Vattentäta skarvkontakter (valfritt men en enorm tidsbesparing)
• Löda
• Värmekrymp
• Tätning

Steg 2: Översikt över elsystem

Som framgår av diagrammet ovan kan trädets elektriska system delas in i flera huvudkomponenter: kontrollbox, kraftkopplingsboxar, datakopplingsboxar och LED -strängar. Kontrollboxen rymmer 5V 60A strömförsörjning och Raspberry Pi. Data Junction -lådorna innehåller FadeCandy LED -styrenheter. Strömkopplingsboxarna innehåller bussstänger för att fördela ström (5V & GND) till LED -strängarna. Varje par kopplingsdosor (en data + en effekt) styr åtta LED -strängar. Eftersom det finns 24 strängar av lysdioder som används i detta projekt, finns det tre uppsättningar kopplingsdosor (sex totalt).

*Det finns ett fel i diagrammet som visas ovan, CAT6-kabel 0 (strängar 0-7) ska vara (strängar 0-3) och CAT6-kabel 1 (sträng 7-15) ska vara (strängar 4-7).

Steg 3: Fäst vattentäta kontakter

Eftersom trädet var avsett för utomhusbruk, var extra noga med att se till att alla anslutningar var vattentäta. För dem som vill göra ett liknande inomhusprojekt kan de vattentäta kontakterna ignoreras till förmån för de 3 -stifts JST -kontakterna som följer med LED -strängarna. Mycket av arbetet med detta projekt gick till att lödda de vattentäta kontakterna till trådarna.

För vår installation klippte vi bort den befintliga JST -kontakten från LED -strängen och fäst en 3 -polig vattentät kontakt i stället. Var noga med att lägga till kontakten på "ingång" -sidan av LED -strängen, dataanslutningen på LED -strängarna är riktad. Vi fann att varje lysdiod hade en liten pil som indikerade datariktningen. Vi kopplade inledningsvis var och en av de tre ledningarna på LED -strängsidan med hjälp av en teknik som innefattar lod, värmekrympning och tätning. Så småningom gick vi över till att använda dessa vattentäta skarvkontakter, vilket visade sig vara en enorm tidsbesparing.

På ström-/datasidan (dvs. sidan som LED -strängarna ansluter till) använde vi 22 AWG -kabel för ström/jord och CAT6 -kabel för data/jord. Varje CAT6 -kabel innehåller fyra tvinnade par, så vi kunde ansluta fyra LED -trådar till en enda CAT6 -kabel. Diagrammet ovan visar hur den 3 -stifts LED -strängen bryts ut i 4 ledningar (5V, GND, Data). Att ansluta fyra ledningar till tre ledningar verkade vara en förvirring när man monterade detta projekt. Den viktigaste takeawayen är att de två grunderna (Data + Power) kombineras vid den vattentäta kontakten.

Varje CAT6-kabel avslutades med en RJ-45-kontakt som ansluts till ett RJ-45-hölje anslutet till ett FadeCandy-kort. CAT6 -kablarna kunde ha lödts direkt på FadeCandy -korten, men vi valde att lägga till kontakter för att möjliggöra enklare reparationer om det behövs. Vi gjorde alla våra ledningar 48 tum långa för att ge oss viss flexibilitet när vi fysiskt sätter ihop trädet.

Steg 4: Anslut kontakter till FadeCandy -kort

FadeCandy-brädorna som vi köpte kom inte med sidhuvuden fästa, snarare fanns det två rader med 0,1 "mellanrum. I slutändan bestämde vi oss för att FadeCandys skulle ansluta till CAT6-kablarna med standard RJ-45" punch-down "-uttag. i händelse av att vi behövde byta ut en FadeCandy (det visar sig att vi gjorde det!), lade vi också till 0,1 "stift till varje FadeCandy -kort. Vi fäst honkontaktstiften på var och en av de åtta trådarna som var fästa vid RJ-45-hylsan för att ansluta till 0,1 "-huvudena. Förutom att pressa stiften på varje tråd, lade jag också till lite lödning för att förhindra stiften Självklart upptäckte jag bara detta lödtrick efter att halva stiften jag krympt misslyckades med mig, lärde jag mig.

Steg 5: Sätt in lysdioder i distansremsor

Efter att ha läst några foruminlägg och tittat på några videor från andra människor som har gjort liknande "träd" verkade användningen av plastdistanser vara en återkommande artikel. Remsorna gör att avståndet mellan lysdioderna kan justeras för att passa individuellt behov och gör att LED -strängarna kan spännas mellan de övre och nedre trädringarna. Storleken på lysdioden måste matcha storleken på distanshålen (i vårt fall 12 mm), så att varje enskild lysdiod passar snyggt in i hålen i distanserna. Vi bestämde oss för att ha våra lysdioder i sicksack, så att 24 strängar av lysdioder bildar 48 kolumner runt trädet.

Vi gjorde ett misstag vid denna tidpunkt som tvingade oss att skapa ytterligare "hål" för lysdioder. Vi skär remsorna på mitten så vi skulle ha 48 längder med distanser. Vad vi upptäckte var att varje åtta fot distanshållare innehöll 96 hål (ett varje tum) och skär dem på mitten på ett hål innebar att vi var fyra hål korta per LED -sträng. Lyssna på våra misstag och redogör för detta i förväg! Vi slutligen laserskär några "förlängningar" för att lägga till de saknade hålen.

Vektorfilen som används för laserskärning av förlängningsfästena bifogas nedan ("TreeLightBracket.eps")

Steg 6: Montera kraftuttagslådor

De tre kraftfördelningslådorna rymmer vardera ett par bussstänger. Den första stapeln fördelar 5V och den andra distribuerar GND. När vårt träd visades utomhus valde vi att använda vattentäta elboxar för att hysa bussstängerna. Vi fäst varje stång på plats med varmt lim och lade till ett skrot av en manila -mapp mellan varje stapel och fodralet för att förhindra shorts. Varje kopplingsdosa kopplas till åtta LED -strängar via 22 AWG -kabeln som tidigare beskrivits. Varje låda ansluts till huvudströmförsörjningen med hjälp av 12 AWG -kabel och har en "Anderson" -kontakt för enklare transport.

Steg 7: Montera datakopplingsboxar

Genom att använda samma lådor som med kraftdistributionsboxarna skapade vi tre "data" -distributionslådor med ett enda FadeCandy -kort i varje. Mikro-USB-kablarna från Raspberry Pi ansluts till FadeCandy-korten inuti denna låda och CAT6-kablarna ansluts också till RJ-45-honuttagen. Eftersom FadeCandy -brädorna inte har stora monteringshål, har vi dragit ihop varje bräda till ett plywoodskrot. Denna plywood fungerade också som en isolator för att förhindra kortslutning mot elboxen.

Steg 8: Kabeldragning

5V 60A -monstret för en strömförsörjning vi beställde ger ström till hela projektet. Var och en av de tre kraftuttagslådorna ansluter till denna huvudförsörjning med 12 AWG -kabel. Varje kopplingsdosa har sitt eget par Anderson -kontakter och en inline 20A säkring för att isolera eventuella shorts. Raspberry Pi får också ström från denna strömförsörjning, vilket jag åstadkom genom att klippa upp en USB -kabel och ansluta ström/jordledningarna till strömförsörjningsterminalerna. Eftersom dessa trådar var ganska små lade jag också till ett par dragkedjor för att lägga till lite dragavlastning på dessa anslutningar. Strömförsörjningen kom inte med ett vägguttag, så jag klippte upp en vanlig dator/bildskärmskabel och fäst den på skruvkontakterna. Var extra försiktig på scenen och trippelkolla ditt arbete! Jag tyckte att detta Adafruit -projekt var oerhört hjälpsamt för att förstå hur kraften är ansluten.

Steg 9: Konfigurera Raspberry Pi

Jag installerar ett microSD -kort med Raspbian -operativsystemet och konfigurerar en FadeCandy -server med hjälp av instruktionerna som finns här:

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

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

Jag fann att OpenPixelControl -förvaret hade en bra uppsättning exempel för gränssnitt med FadeCandy -servern. Jag slutade med att skriva ett Python -skript för att slinga animationer på trädet när Pi startade. Den laddar videor med vår målupplösning, steg för bild genom videon och skickar en FadeCandy -kontrollmatris för varje bildruta. FadeCandy -konfigurationsfilen gör att flera kort kan gränssnittas som om de vore ett enda kort och ger ett mycket rent gränssnitt. Python -skriptet som styr trädet är inställt för att ladda filer från en specifik mapp. Som sådan är justering av animationer lika enkelt som att lägga till/ta bort videofiler från den mappen.

När jag testade trädet lyckades jag skada ett microSD -kort. Jag tillskriver detta för att ta bort strömmen från Pi utan att göra en ordentlig avstängning. För att undvika framtida incidenter lade jag till en tryckknapp och konfigurerade den för att säkert stänga av Pi. Jag gjorde också flera säkerhetskopior av det sista microSD -kortet, för säkerhets skull.

Innan jag fick alla delar till det faktiska trädet, gafflade jag OpenPixelControl git -hub -förvaret och upptäckte en snygg LED -simulator inuti. Jag använde faktiskt detta program för att testa en stor del av animationsskriptet som nämns ovan. Simulatorn tar en konfigurationsfil som anger den fysiska placeringen av varje LED i rymden (tänk X, Y, Z) och använder samma gränssnitt som FadeCandy -serverprogrammet.

Steg 10: Gör animationer

Det tidigare länkade Python -skriptet kan spela upp alla videoformat på trädet, så länge upplösningen är 96x50. Trädets upplösning är 48x25, men verktyget jag använde för att konvertera videor till lägre upplösning (Handbrake) hade en minsta pixelgräns på 32 pixlar. Av denna anledning fördubblade jag helt enkelt trädets faktiska upplösning och samplade sedan varannan pixel i mitt Python -skript.

Processen jag använde för de flesta animationerna var att hitta eller generera en GIF, sedan beskära den (med hjälp av handbroms) tills bildförhållandet var 1,92: 1. Jag skulle sedan ändra utgångsupplösningen till målet 96x50 och börja konverteringen. Vissa-g.webp

Med OpenPixelControl -gränssnittet kan du också generera mönster programmatiskt. Under första testet använde jag pythonskriptet "raver_plaid.py" ganska mycket.

Animationerna som används för vårt träd bifogas nedan "makerTreeAnimations.zip".

Steg 11: Test av elsystem

Med alla större elektriska/mjukvarukomponenter anslutna var det dags att testa allt. Jag byggde en enkel träram för att spänna LED -trådarna, vilket visade sig vara mycket användbart för att identifiera om några trådar var ur funktion (som det fanns flera). Videorna ovan visar en konserverad demo från OpenPixelControl och mitt anpassade videospelare Python -skript som kör en Mario -animation.

Steg 12: Konstruera ram

Vi fäst alla LED -trådar på en prototypram som vi bygger av PVC- och pexrör. Vi lämnade dragkedjorna lösa så att vi kunde flytta dem vid behov. Detta visade sig vara ett bra beslut eftersom vi bestämde att den vertikala PVC -enheten bröt upp LED -rutnätet för mycket och bytte till en CNC -design istället. Den slutliga designen består i princip av en övre slinga och en nedre slinga. Den nedre slingan är monterad vid basen av trädet och har en större diameter än den övre slingan som är (ingen överraskning), monterad på toppen av trädet. LED -strängarna sträcker sig mellan de övre och nedre öglorna för att bilda kon (eller "träd" om du vill) form.

Båda öglorna klipptes ur 3/4 "plywood på en CNC-router, vektorfilen för öglorna bifogas nedan (" TreeMountingPlates.eps "). De övre och nedre öglorna består var och en av två halvcirkelformade bitar som bildar en komplett Den tvådelade designen var så att vi enkelt kunde fästa de två halvorna runt trädet utan att skada grenarna. Vår lokala CNC -guru lade till en fin känsla genom att göra övre och nedre ramslingorna till snöflingor. En touch av vit färg och lite glitter tillsattes också för att piffa upp ramen.

Steg 13: Konstruera nedre skiva / montera elektronik

Vi skär två halva cirklar ur en annan plywoodbit med samma diameter som den nedre öglan som tidigare beskrivits för att montera elektroniken (kontrollbox, kopplingsdosor) under den nedre öglan. Precis som med de övre och nedre öglorna gjordes den i två delar och sammanfogades sedan längs mittlinjen för att bilda en komplett cirkel. Skivan målades grön för att hjälpa den att smälta in och täta den från regn. Vi monterade alla elektroniklådor på undersidan av denna skiva, så att skivan bildade ett slags paraply till de elektriska komponenterna. Överskott av trådlängder lindades och knöts med dragkedja till denna skiva för att bibehålla ett rent utseende.

Steg 14: Fäst ram på träd

När de övre och nedre ramslingorna var torra körde vi ner flera långa bitar av vinkeljärn ner i trädets kruka för att hjälpa till att stabilisera stammen. Vinkeljärnet gav också monteringspunkter för de övre och nedre ramslingorna, utan att lägga på det fysiska trädet. Med alla LED -strängar fästa vid den övre öglan använde vi ett rep för att hänga upp den övre ringsamlingen från taket. Vi fann att det var lättare att sakta sänka ringen på trädet istället för att försöka hålla den på plats för hand. När den övre ringen var på plats på vinkeljärnet, fästade vi den nedre ringen på trädet och dragkedjan knöt LED -trådarna tätt till den nedre öglan också. Den nedre (gröna) skivan monterades direkt under den nedre slingan med all elektronik ansluten.

Steg 15: Leverera (valfritt)

Luta dig nu tillbaka och njut av frukterna av y (vårt) arbete! Vårt träd kommer att visas i North Little Rock under hela december månad (2018). Jag funderar redan på hur vi kan göra displayen interaktiv för vår mini MakerFaire under våren.

Har några frågor? Fråga i kommentarerna!

Tvåa i Make it Glow Contest 2018