درخت RGB LED ساز: 15 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

فضای محلی ما از درختی برای نمایش در خیابان اصلی برای ماه دسامبر (2018) حمایت کرد. در طول جلسه طوفان فکری ، ما به این ایده رسیدیم که مقدار مضحکی از LED ها را به جای تزئینات سنتی روی درخت بگذاریم. به عنوان سازندگانی که دوست دارند کارها را کمی بالاتر انجام دهند ، ما به سرعت تصمیم گرفتیم که درختی که می تواند انیمیشن پخش کند نه تنها سرگرم کننده باشد ، بلکه باعث ایجاد سر و صدا نیز می شود.

من در مورد برخی از راه حل های موجود که از کنترلرهای اختصاصی LED استفاده می کردند تحقیق کردم و تصمیم گرفتم که منبع نزدیک این کار را نمی کند. من با یک آموزش عالی توسط Adafruit در مورد استفاده از کنترل کننده های LED "FadeCandy" روبرو شدم. این تخته کوچک مرتب تعدادی از بازی های Burning Man را ظاهر کرده است و نمونه های خوب زیادی برای کار کردن دارد. این درخت شامل 24 رشته از سویه های RGB LED قابل آدرس دهی جداگانه است که با استفاده از تخته های FadeCandy کنترل شده و توسط یک منبع تغذیه 5V 60A تغذیه می شوند. Raspberry Pi از طریق کابل های micro-USB انیمیشن هایی را به برد FadeCandy ارائه می دهد که به نوبه خود به رشته های LED جداگانه متصل می شوند. رشته ها به صورت شعاعی مرتب شده اند تا شکل مخروطی / درختی را همانطور که در بالا مشاهده می شود تشکیل دهند.

نکته مهم در مورد این تنظیمات این است که تنها به یکبار استفاده محدود نمی شود. رشته های LED را می توان مجدداً آرایش کرد تا اشکال مختلفی از جمله یک شبکه معمولی قدیمی ایجاد شود. امیدواریم از این راه اندازی مجدداً استفاده کنیم تا در بهار نمایشگاه / بازی تعاملی برای Mini MakerFaire بعدی خود بسازیم.

مرحله 1: لیست قطعات

• رشته های LED 2x - 5V WS2811 (20 رشته x 50 پیکسل = 1000 پیکسل)
• 5x - 3 پین اتصالات ضد آب (5 بسته)
• نوارهای نصب 24x - 12MM RGB
• 3x - کنترل کننده های LED Adafruit FadeCandy
• 6x - بلوک های توزیع قدرت
• منبع تغذیه 1x - 5V 60A (300W)
• 1x- سوکت های پانچ پایین RJ-45 (10 بسته)
• سیم برق 2x - 22 AWG (65 فوت)
• 1x - کیت اتصال اندرسون
• 1x - 12 دارنده فیوز خطی AWG
• 3x - 2x8 Crimp Connector Housing
• 1x - 0.1 اینچ سنجاق زن (100 بسته)
• 6x - جعبه های برقی ضد آب
• 3x - فیوز 20A
• 1x - کابل برق رایانه
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - کارت MicroSD
• 24 پا - کابل CAT5/CAT6
• 15 فوت - سیم AWG 12 (قرمز و سیاه)
• 6x - چین و چروک RJ -45 به پایان می رسد
• تخته سه لا 2x - 4x8 ورق 3/4 اینچ
• آهن زاویه 2x - 4 '
• 200x - کراوات زیپی
• 4 144x - اتصالات اتصال ضد آب (اختیاری اما صرفه جویی در زمان)
• لحیم کاری
• گرمازدگی
• چسباندن

مرحله 2: بررسی سیستم برق

همانطور که در نمودار بالا مشاهده می شود ، سیستم الکتریکی درخت را می توان به چندین جزء اصلی تقسیم کرد: جعبه کنترل ، جعبه اتصال قدرت ، جعبه اتصال داده و رشته های LED. جعبه کنترل منبع تغذیه 5V 60A و رزبری پای را در خود جای داده است. جعبه های Data Junction حاوی کنترل کننده های FadeCandy LED هستند. جعبه های اتصال Power دارای میله های باس برای توزیع برق (5V و GND) به رشته های LED هستند. هر جفت جعبه اتصال (یک داده + یک قدرت) هشت رشته LED را کنترل می کند. از آنجا که در این پروژه از 24 رشته LED استفاده شده است ، سه مجموعه جعبه اتصال (در مجموع 6 عدد) وجود دارد.

*خطایی در نمودار نشان داده شده در بالا وجود دارد ، کابل CAT6 0 (رشته های 0-7) باید (رشته های 0-3) و کابل CAT6 1 (رشته 7-15) باید (رشته های 4-7) باشد.

مرحله 3: اتصالات ضد آب را وصل کنید

از آنجا که درخت برای استفاده در فضای باز در نظر گرفته شده بود ، مراقبت بیشتری برای اطمینان از ضد آب بودن همه اتصالات انجام شد. برای کسانی که مایل به ساخت یک پروژه داخلی مشابه هستند ، اتصالات ضد آب را می توان به نفع اتصالات JST 3 پین که دارای رشته های LED هستند نادیده گرفت. هزینه زیادی در این پروژه صرف اتصال اتصالات ضد آب به رشته ها شد.

برای راه اندازی ما ، اتصال JST موجود را از رشته LED قطع کرده و یک اتصال 3 پین ضد آب را به جای آن وصل کردیم. باید دقت شود که اتصال دهنده در قسمت "ورودی" رشته LED اضافه شود ، اتصال داده در رشته های LED جهت دار است. ما دریافتیم که هر LED دارای یک پیکان کوچک است که جهت داده ها را نشان می دهد. ما ابتدا هریک از سه سیم را در قسمت LED با استفاده از تکنیکی که شامل لحیم کاری ، کوچک شدن حرارتی و چسباندن است ، متصل کردیم. در نهایت ما به استفاده از این اتصالات اسپلایس ضد آب روی آوردیم ، که ثابت شد در زمان بسیار صرفه جویی می کند.

از طرف قدرت/داده (یعنی طرفی که رشته های LED به آن متصل می شوند) ، ما از سیم AWG 22 برای برق/زمین و کابل CAT6 برای داده/زمین استفاده کردیم. هر کابل CAT6 شامل چهار جفت پیچ خورده است ، بنابراین ما می توانیم چهار رشته LED را به یک کابل CAT6 متصل کنیم. نمودار بالا نشان می دهد که چگونه رشته LED 3 پین به 4 سیم (5V ، GND ، Data) تقسیم می شود. به نظر می رسد هنگام مونتاژ این پروژه اتصال چهار سیم به سه سیم محل سردرگمی باشد. نکته مهم این است که دو زمینه (Data + Power) در اتصال ضد آب ترکیب شده اند.

هر کابل CAT6 با یک کانکتور RJ-45 متصل شد که به یک محفظه زن RJ-45 متصل به یک برد FadeCandy متصل شده بود. سیم های CAT6 را می توان مستقیماً به تخته های FadeCandy لحیم کرد ، اما ما ترجیح دادیم اتصالات را اضافه کنیم تا در صورت نیاز بتوان تعمیرات آسان تری را انجام داد. ما تمام سیم کشی های خود را 48 اینچ ساخته ایم تا هنگام جمع آوری فیزیکی درخت ، به خود انعطاف پذیری دهیم.

مرحله 4: اتصالات را به تخته های FadeCandy وصل کنید

تخته های FadeCandy که خریداری کردیم دارای سرصفحه نبودند ، بلکه دو ردیف فاصله بین 0.1 اینچی وجود داشت. در نهایت ما تصمیم گرفتیم که FadeCandys با استفاده از سوکت های استاندارد RJ-45 "پانچ پانچ" به کابل های CAT6 متصل شود. در صورت نیاز به جایگزینی FadeCandy (به نظر می رسد که انجام دادیم!) ، ما همچنین پین های 0.1 اینچی را به هر برد FadeCandy اضافه کردیم. برای اتصال به هدرهای 0.1 اینچ ، پین های چنگال زن را به هر یک از هشت سیم متصل به سوکت پانچ RJ-45 وصل کردیم. علاوه بر این که سوزن ها را به هر سیم می چسبانم ، برای جلوگیری از پین ها ، لحیم لحیم نیز اضافه کردم. البته ، من این ترفند لحیم کاری را تنها پس از آن فهمیدم که نیمی از سنجاق هایی که من روی آنها چسبیده بودم ، از من خارج شد.

مرحله 5: LED ها را در نوارهای فاصله قرار دهید

پس از خواندن چند پست انجمن و تماشای ویدئوهای دیگر افرادی که "درختان" مشابهی ایجاد کرده اند ، استفاده از جداکننده های پلاستیکی یک مورد تکراری به نظر می رسید. نوارها اجازه می دهند فاصله LED ها متناسب با نیازهای فردی تنظیم شود و اجازه می دهد تا رشته های LED بین حلقه های درختی بالا و پایین کشیده شود. اندازه LED باید با اندازه سوراخ های فاصله (در مورد ما 12 میلی متر) مطابقت داشته باشد ، به طوری که هر LED جداگانه به خوبی در سوراخ های فاصله دهنده جا می گیرد. ما تصمیم گرفتیم LED های خود را به صورت زیگزاگ داشته باشیم ، به طوری که 24 رشته LED 48 ستون در اطراف درخت ایجاد می کند.

ما در این مرحله اشتباهی کردیم که ما را مجبور به ایجاد "سوراخ" اضافی برای LED ها کرد. ما نوارها را از وسط نصف می کنیم تا 48 فاصله بین آنها وجود داشته باشد. چیزی که ما کشف کردیم این بود که هر فاصله هشت پا حاوی 96 سوراخ (یک سوراخ در هر اینچ) بود و برش آن ها در یک سوراخ به نصف به این معنی بود که ما در هر رشته LED چهار سوراخ کوتاه داریم. به اشتباه ما توجه کنید و زودتر این را حساب کنید! ما در نهایت برخی از "افزونه ها" را با لیزر برش می دهیم تا حفره های از دست رفته را اضافه کنیم.

فایل برداری که برای برش لیزری براکت های فرمت استفاده می شود در زیر ضمیمه شده است ("TreeLightBracket.eps")

مرحله 6: جمع آوری جعبه های اتصال قدرت

سه جعبه توزیع برق هر کدام دارای یک جفت میله اتوبوس هستند. نوار اول 5 ولت و دیگری GND را توزیع می کند. از آنجا که درخت ما در خارج از منزل نمایش داده می شد ، ما ترجیح دادیم از جعبه های برقی ضد آب برای قرار دادن میله های اتوبوس استفاده کنیم. ما هر میله را با استفاده از چسب حرارتی در جای خود وصل کرده و یک تکه از پوشه مانیل را بین هر نوار و کیف اضافه کرده ایم تا از ایجاد شورت جلوگیری شود. هر جعبه اتصال برق از طریق سیم 22 AWG که قبلاً توضیح داده شد به هشت رشته LED متصل می شود. هر جعبه با استفاده از سیم 12 AWG به منبع تغذیه اصلی متصل می شود و دارای یک کانکتور "Anderson" است تا حمل و نقل راحت تر انجام شود.

مرحله 7: جمع آوری جعبه های اتصال داده

با استفاده از جعبه های مشابه جعبه های توزیع برق ، ما سه جعبه توزیع "داده" ایجاد کردیم که در هر کدام یک برد FadeCandy قرار داشت. کابل های میکرو USB از Raspberry Pi به بردهای FadeCandy در داخل این جعبه متصل می شوند و کابل های CAT6 به سوکت های زن RJ-45 نیز متصل می شوند. از آنجا که تخته های FadeCandy سوراخ های بزرگ نصب ندارند ، هر تخته را به صورت زیپ به یک تکه تخته سه لا بسته می کنیم. این تخته سه لا همچنین به عنوان یک عایق عمل می کرد تا برد از اتصال کوتاه به جعبه برق جلوگیری کند.

مرحله 8: منبع تغذیه سیم

هیولای 5 ولت 60 آمپر منبع تغذیه ای که سفارش دادیم نیرو را برای کل پروژه تامین می کند. هر یک از سه جعبه اتصال برق با سیم AWG 12 به این منبع اصلی متصل می شوند. هر جعبه اتصال دارای یک جفت اتصال اندرسون و فیوز خطی 20A برای جدا کردن هر شورت است. رزبری پای از این منبع نیز تغذیه می کند ، که من این کار را با قطع کابل USB و اتصال سیم های برق/زمین به پایانه های منبع تغذیه انجام دادم. از آنجایی که این سیم ها بسیار کوچک بودند ، من یک جفت زیپ نیز برای اضافه کردن فشار به این اتصالات اضافه کردم. منبع تغذیه با یک پریز برق AC همراه نبود ، بنابراین یک کابل برق رایانه/مانیتور استاندارد را قطع کردم و آن را به پایانه های پیچ خورده وصل کردم. در مرحله بسیار مراقب باشید و کار خود را سه برابر بررسی کنید! من این پروژه Adafruit را برای درک نحوه اتصال برق بسیار مفید دیدم.

مرحله 9: رزبری پای را راه اندازی کنید

من یک کارت microSD با سیستم عامل Raspbian راه اندازی کرده و با استفاده از دستورالعمل های موجود در اینجا ، سرور FadeCandy را راه اندازی می کنم:

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

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

دریافتم که مخزن OpenPixelControl مجموعه ای عالی از مثالها برای ارتباط با سرور FadeCandy دارد. در نهایت من هنگام نوشتن Pi ، یک اسکریپت پایتون برای انیمیشن های حلقه ای روی درخت نوشتم. این ویدیوها را با وضوح موردنظر ما بارگذاری می کند ، فریم به فریم را از طریق ویدیو قدم می زند و یک آرایه کنترل FadeCandy برای هر فریم ارسال می کند. فایل پیکربندی FadeCandy به چندین تخته اجازه می دهد تا مانند یک برد واحد به یکدیگر متصل شوند و یک رابط بسیار تمیز ایجاد می کند. اسکریپت پایتون که درخت را کنترل می کند برای بارگیری پرونده ها از یک پوشه خاص تنظیم شده است. به این ترتیب ، تنظیم انیمیشن ها به سادگی افزودن/حذف فایل های ویدئویی از آن پوشه است.

در حین آزمایش درخت ، من موفق شدم کارت microSD را خراب کنم. من این را به حذف قدرت از Pi بدون انجام خاموش کردن مناسب نسبت می دهم. برای اجتناب از حوادث آینده ، من یک دکمه فشاری را اضافه کردم و آن را طوری تنظیم کردم که با خیال راحت Pi را خاموش کند. همچنین چندین کارت پشتیبان گیری از کارت نهایی microSD را تهیه کردم.

قبل از دریافت تمام قطعات درخت واقعی ، من مخزن OpenPixelControl git hub را جدا کردم و یک شبیه ساز LED منظم را در داخل آن کشف کردم. من در واقع از این برنامه برای آزمایش بخش بزرگی از فیلمنامه متحرکی که در بالا ذکر شد استفاده کردم. شبیه ساز یک فایل پیکربندی می گیرد که محل فیزیکی هر LED را در فضا نشان می دهد (X ، Y ، Z را در نظر بگیرید) و از همان رابط برنامه سرور FadeCandy استفاده می کند.

مرحله دهم: ایجاد انیمیشن

اسکریپت پایتون که قبلاً پیوند خورده است می تواند هر فرمت ویدئویی را روی درخت پخش کند ، تا زمانی که وضوح تصویر 96x50 باشد. وضوح درخت 48x25 است ، اما ابزاری که من برای تبدیل فیلم ها به وضوح پایین تر (Handbrake) استفاده می کردم دارای حداقل محدودیت پیکسل 32 پیکسل بود. به همین دلیل ، من به سادگی وضوح واقعی درخت را دو برابر کردم و سپس از هر پیکسل دیگر در اسکریپت پایتون خود نمونه برداری کردم.

روشی که من برای بیشتر انیمیشن ها استفاده می کردم ، پیدا کردن یا ایجاد-g.webp

با استفاده از رابط OpenPixelControl ، همچنین می توانید الگوها را به صورت برنامه نویسی ایجاد کنید. در طول آزمایش اولیه ، من از اسکریپت پایتون "raver_plaid.py" بسیار استفاده کردم.

انیمیشن های مورد استفاده برای درخت ما در زیر "makerTreeAnimations.zip" ضمیمه شده است.

مرحله 11: آزمایش سیستم برق

با اتصال همه اجزای اصلی برقی/نرم افزاری ، زمان آزمایش همه چیز فرا رسیده بود. من یک قاب چوبی ساده برای کشیدن رشته های LED ساختم ، که در تشخیص خرابی هر یک از رشته ها (که چندین مورد وجود داشت) بسیار مفید بود. ویدیوهای بالا یک نسخه ی نمایشی آماده از OpenPixelControl و اسکریپت پخش کننده ویدیوی سفارشی من Python را نشان می دهد که یک انیمیشن ماریو را اجرا می کند.

مرحله 12: ساختن قاب

ما تمام رشته های LED را به قاب اولیه ای که از لوله PVC و پیکس ساخته ایم متصل کردیم. بندهای زیپ را شل می گذاریم تا در صورت لزوم بتوانیم آنها را جابجا کنیم. این یک تصمیم عالی بود زیرا ما تصمیم گرفتیم که PVC عمودی شبکه LED را بیش از حد خراب کرده و به جای آن به طرح CNC'd تغییر کند. طرح نهایی اساساً شامل یک حلقه بالا و یک حلقه پایین است. حلقه پایینی در پایه درخت نصب شده است و قطر آن بیشتر از حلقه بالایی است که (جای تعجب نیست) ، در بالای درخت نصب شده است. رشته های LED بین حلقه های بالا و پایین ایجاد می شود تا شکل مخروطی (یا در صورت تمایل "درخت") ایجاد شود.

هر دو حلقه از تخته سه لا 3/4 "در روتر CNC بریده شده اند ، فایل بردار حلقه ها در زیر ضمیمه شده است (" TreeMountingPlates.eps "). حلقه های بالا و پایین هر کدام از دو قطعه نیمه دایره ای تشکیل شده اند حلقه. طراحی دو تکه به گونه ای بود که بتوانیم دو نیمه را بدون آسیب رساندن به شاخه ها به دور درخت وصل کنیم. مربی CNC محلی ما با ایجاد حلقه های قاب بالا و پایین به صورت دانه های برف ، استعداد خوبی را اضافه کرد. لمس رنگ سفید و مقداری زرق و برق نیز برای شکوفه زدن قاب به آن اضافه شد.

مرحله 13: دستگاه های الکترونیکی پایین دیسک / Mount را بسازید

ما دو نیم دایره از قطعه دیگر تخته سه لا به قطر حلقه پایینی که قبلاً توضیح داده شد ، برش می دهیم تا وسایل الکترونیکی (جعبه کنترل ، جعبه های اتصال) را در زیر حلقه پایینی نصب کنیم. همانطور که در حلقه های بالا و پایین آن را در دو قطعه ساخته شده ، سپس در امتداد خط مرکزی به هم متصل شده و یک دایره کامل را تشکیل می دهند. دیسک به رنگ سبز رنگ آمیزی شده است تا به آن کمک کند تا در برابر باران ترکیب شود و مهر و موم شود. ما تمام جعبه های لوازم الکترونیکی را در قسمت زیرین این دیسک نصب کردیم ، به طوری که دیسک نوعی چتر برای اجزای الکتریکی تشکیل داد. طول سیم های اضافی پیچیده شده و با زیپ به این دیسک بسته شده است تا ظاهر تمیزی داشته باشد.

مرحله 14: قاب را به درخت وصل کنید

وقتی حلقه های قاب فوقانی و پایینی خشک شدند ، چندین قطعه بلند آهن زاویه دار را داخل گلدان درخت انداختیم تا به ثبات تنه کمک کند. آهن زاویه ای نقاط اتصال را برای حلقه های قاب بالا و پایین بدون ایجاد فشار به درخت فیزیکی ارائه می دهد. با تمام رشته های LED متصل به حلقه فوقانی ، ما از یک قطعه طناب استفاده کردیم تا مجموعه حلقه فوقانی را از سقف معلق کنیم. ما دریافتیم که آسان تر است که حلقه را به آرامی روی درخت پایین بیاوریم به جای اینکه بخواهیم آن را با دست در جای خود نگه داریم. هنگامی که حلقه بالا روی آهن زاویه دار قرار گرفت ، حلقه پایینی را به درخت وصل کردیم و رشته های LED را با زیپ محکم به حلقه پایینی نیز محکم وصل کردیم. دیسک پایین (سبز) مستقیماً زیر حلقه پایینی با تمام وسایل الکترونیکی متصل شده بود.

مرحله 15: تحویل (اختیاری)

حالا بنشینید و از ثمرات زحمات (ما) لذت ببرید! درخت ما در ماه دسامبر (2018) در North Little Rock به نمایش گذاشته می شود. من در حال بررسی این موضوع هستم که چگونه می توانیم صفحه نمایش مینی MakerFaire خود را در بهار تعاملی کنیم.

آیا سوالی دارید؟ در نظرات بپرسید!

نفر دوم در مسابقه Make it Glow 2018