RGB LED Maker Ağacı: 15 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Yerel yapımcı alanımız, Aralık (2018) ayı için Ana Cadde'de sergilenecek bir ağaca sponsor oldu. Beyin fırtınası oturumumuz sırasında, geleneksel süslemeler yerine ağaca gülünç miktarda LED yerleştirme fikri ortaya çıktı. İşleri biraz abartılı yapmaktan hoşlanan yapımcılar olarak, hızlı bir şekilde animasyon oynatabilen bir ağacın sadece eğlenceli olmakla kalmayıp aynı zamanda biraz ses çıkaracağına karar verdik.

Özel LED denetleyicileri kullanan bazı mevcut çözümleri araştırdım ve yakın kaynağın işe yaramayacağına karar verdim. Adafruit'in "FadeCandy" LED denetleyicilerini kullanma konusunda mükemmel bir öğreticisine rastladım. Bu temiz küçük tahta, bir dizi Burning Man görünümü yaptı ve üzerinde çalışılacak çok sayıda iyi örnek var. Ağaç, FadeCandy kartları kullanılarak kontrol edilen ve tek bir 5V 60A güç kaynağı tarafından desteklenen 24 ayrı ayrı adreslenebilir RGB LED dizisinden oluşur. Bir Raspberry Pi, ayrı LED şeritlerine bağlanan mikro USB kabloları aracılığıyla FadeCandy kartlarına animasyonlar sunar. Teller, yukarıda görüldüğü gibi bir koni / ağaç şekli oluşturacak şekilde radyal olarak düzenlenmiştir.

Bu kurulumla ilgili en güzel şey, tek bir kullanımla sınırlı olmamasıdır. LED şeritleri, normal eski bir ızgara da dahil olmak üzere birçok şekil oluşturacak şekilde yeniden düzenlenebilir. İlkbahardaki bir sonraki Mini MakerFaire'imiz için etkileşimli bir sergi / oyun yapmak için bu kurulumu yeniden kullanmayı umuyoruz.

Adım 1: Parça Listesi

• 2x - 5V WS2811 LED şeritleri (20 şerit x 50 piksel = 1000 piksel)
• 5x - 3 Pinli Su Geçirmez konektörler (5 paket)
• 24x - 12MM RGB Montaj Şeritleri
• 3x - Adafruit FadeCandy LED kontrolörleri
• 6x - Güç Dağıtım Blokları
• 1x - 5V 60A (300W) Güç kaynağı
• 1x- RJ-45 Punch Down Soketler (10'lu paket)
• 2x - 22 AWG güç kablosu (65 ft)
• 1x - Anderson Bağlantı Kiti
• 1x - 12 AWG sıralı sigorta tutucular
• 3x - 2x8 Sıkmalı Konnektör Muhafazası
• 1x - 0.1" Dişi Sıkma Pimleri (100 paket)
• 6x - Su geçirmez elektrik kutuları
• 3x - 20A Sigorta
• 1x - Bilgisayar güç kablosu
• 1x - Ahududu Pi 3
• 1x - MicroSD Kart
• 24 fit - CAT5/CAT6 kablosu
• 15 fit - 12 AWG kablo (kırmızı ve siyah)
• 6x - RJ-45 kıvrımlı uçlar
• 2x - 4x8 levha 3/4" kontrplak
• 2x - 4' köşebent demir
• 200x - Zip bağları
• ~144x - Su geçirmez bağlantı konektörleri (isteğe bağlı ancak çok büyük bir zaman tasarrufu)
• Lehim
• ısı büzüşmesi
• kalafatlama

Adım 2: Elektrik Sistemine Genel Bakış

Yukarıdaki şemada görüldüğü gibi, ağacın elektrik sistemi birkaç ana bileşene ayrılabilir: kontrol kutusu, güç bağlantı kutuları, veri bağlantı kutuları ve LED şeritleri. Kontrol kutusu 5V 60A güç kaynağını ve Raspberry Pi'yi barındırır. Veri Bağlantı kutuları, FadeCandy LED denetleyicilerini içerir. Güç bağlantı kutuları, gücü (5V ve GND) LED şeritlerine dağıtmak için baralar içerir. Her bir bağlantı kutusu çifti (bir veri + bir güç) sekiz LED şeridini kontrol eder. Bu projede kullanılan 24 şerit LED olduğundan, üç set bağlantı kutusu vardır (toplam altı).

*Yukarıda gösterilen şemada bir hata var, CAT6 Kablo 0 (İplikler 0-7) (İplikler 0-3) ve CAT6 Kablo 1 (İpler 7-15) (İplikler 4-7) olmalıdır.

3. Adım: Su Geçirmez Konnektörleri Takın

Ağaç dış mekanda kullanılmak üzere tasarlandığından, tüm bağlantıların su geçirmez olmasına özen gösterildi. Benzer bir iç mekan projesi yapmak isteyenler için, LED şeritlerle birlikte gelen 3 pinli JST konektörler lehine su geçirmez konektörler göz ardı edilebilir. Bu projedeki emeğin çoğu, su geçirmez konektörlerin tellere lehimlenmesine gitti.

Kurulumumuz için, mevcut JST konektörünü LED şeridinden kestik ve yerine 3 pinli su geçirmez konektör taktık. LED dizisinin "giriş" tarafına konektörün eklenmesine dikkat edilmelidir, LED dizilerindeki veri bağlantısı yönlüdür. Her LED'in veri yönünü gösteren küçük bir ok olduğunu bulduk. İlk olarak lehim, ısıyla büzüşme ve kalafatlama içeren bir teknik kullanarak üç kablonun her birini LED şerit tarafına bağladık. Sonunda, büyük bir zaman tasarrufu sağladığı kanıtlanan bu su geçirmez bağlantı konektörlerini kullanmaya geçtik.

Güç/veri tarafı (yani, LED şeritlerinin bağlandığı taraf), güç/toprak için 22 AWG kablo ve veri/toprak için CAT6 kablo kullandık. Her CAT6 kablosu dört bükümlü çift içerir, böylece dört LED şeridini tek bir CAT6 kablosuna bağlayabiliriz. Yukarıdaki şema, 3 pinli LED şeridinin 4 kabloya (5V, GND, Data) nasıl ayrıldığını göstermektedir. Bu projeyi kurarken dört kabloyu üç kabloya bağlamak bir karışıklık noktası gibi görünüyordu. En önemli paket, iki zeminin (Veri + Güç) su geçirmez konektörde birleştirilmesidir.

Her CAT6 kablosu, bir FadeCandy kartına bağlı bir RJ-45 dişi muhafazaya takılan bir RJ-45 konektörü ile sonlandırıldı. CAT6 kabloları doğrudan FadeCandy kartlarına lehimlenmiş olabilirdi, ancak gerekirse daha kolay onarımlara izin vermek için konektörler eklemeyi seçtik. Ağacı fiziksel olarak monte ederken kendimize biraz esneklik kazandırmak için tüm kablolarımızı 48 inç uzunluğunda yaptık.

Adım 4: Konektörleri FadeCandy Panolarına Takın

Satın aldığımız FadeCandy kartları başlıklar takılı olarak gelmiyordu, bunun yerine iki sıra 0.1" aralıklı vias vardı. Sonunda FadeCandys'in CAT6 kablolarına standart RJ-45 "punch-down" soketlerini kullanarak bağlanmasına karar verdik. FadeCandy'yi değiştirmemiz gerektiğinde (yaptığımız ortaya çıktı!), ayrıca her FadeCandy panosuna 0,1" pin ekledik. 0,1" başlıklara bağlanmak için RJ-45 zımbalama soketine bağlı sekiz kablonun her birine dişi sıkma pimleri bağladık. Pimleri her bir kabloya kıvırmaya ek olarak, pimleri önlemek için biraz lehim ekledim Tabii ki, bu lehim "numarasını" ancak sıktığım pimlerin yarısı üzerimde başarısız olduktan sonra keşfettim, ders aldım.

Adım 5: LED'leri Ara Şeritlere Yerleştirin

Birkaç forum gönderisini okuduktan ve benzer 'ağaçlar' yapan diğer insanlardan bazı videoları izledikten sonra, plastik ayırıcıların kullanımı tekrar eden bir öğe gibi görünüyordu. Şeritler, LED'lerin aralığının bireysel ihtiyaçlara uyacak şekilde ayarlanmasına ve LED şeritlerinin üst ve alt ağaç halkaları arasında gerilmesine olanak tanır. LED'in boyutu, ara parça deliklerinin boyutuyla (bizim durumumuzda 12 mm) eşleşmelidir, öyle ki her bir LED, ara parçalardaki deliklere sıkıca oturacaktır. LED'lerimizi zikzak yapmaya karar verdik, öyle ki 24 şerit LED, ağacın etrafında 48 sütun oluşturacak.

Bu noktada bizi LED'ler için bazı ek "delikler" oluşturmaya zorlayan bir hata yaptık. Şeritleri ikiye böldük, böylece 48 uzunluk ara parçası elde ettik. Her sekiz fitlik ara parçasının 96 delik (her inçte bir tane) içerdiğini keşfettik ve bunları bir delikte yarıya indirmek, LED şeridi başına dört delik kısa olduğumuz anlamına geliyordu. Hatamızı dikkate alın ve bunun hesabını önceden verin! Sonunda, eksik delikleri eklemek için bazı "uzantıları" lazerle kestik.

Uzatma braketlerini lazerle kesmek için kullanılan vektör dosyası aşağıda eklenmiştir ("TreeLightBracket.eps")

Adım 6: Güç Bağlantı Kutularını Birleştirin

Üç güç dağıtım kutusunun her birinde bir çift bara bulunur. İlk çubuk 5V ve diğeri GND dağıtır. Ağacımız açık havada sergilendiğinden, baraları yerleştirmek için su geçirmez elektrik kutuları kullanmayı tercih ettik. Her bir çubuğu sıcak tutkal kullanarak yerine tutturduk ve şortları önlemek için her bir çubuk ile kasa arasına bir manila klasörü parçası ekledik. Her güç bağlantı kutusu, daha önce açıklanan 22 AWG kablosu aracılığıyla sekiz LED dizisine bağlanır. Her kutu, 12 AWG kablo kullanarak ana güç kaynağına bağlanır ve daha kolay taşımayı sağlamak için bir "Anderson" konektörüne sahiptir.

7. Adım: Veri Bağlantı Kutularını Birleştirin

Güç dağıtım kutuları ile aynı kutuları kullanarak, her birinde tek bir FadeCandy panosu barındıran üç "veri" dağıtım kutusu oluşturduk. Raspberry Pi'den gelen mikro USB kabloları bu kutunun içindeki FadeCandy kartlarına, CAT6 kabloları da RJ-45 dişi soketlere bağlanır. FadeCandy panolarının büyük montaj delikleri olmadığından, her bir panoyu bir kontrplak parçasına bağladık. Bu kontrplak, kartın elektrik kutusuna karşı kısa devre yapmasını önlemek için bir yalıtkan görevi de gördü.

Adım 8: Kablolu Güç Kaynağı

Sipariş ettiğimiz bir güç kaynağının 5V 60A canavarı, tüm proje için güç sağlıyor. Üç güç bağlantı kutusunun her biri bu ana kaynağa 12 AWG kablo ile bağlanır. Her bağlantı kutusunun kendi Anderson konnektör çifti ve herhangi bir kısa devreyi yalıtmak için bir sıralı 20A sigortası vardır. Raspberry Pi de bu kaynaktan güç alıyor, bunu bir USB kablosunu keserek ve güç/toprak kablolarını güç kaynağı terminallerine bağlayarak başardım. Bu teller oldukça küçük olduğu için, bu bağlantılara bir miktar gerilim azaltıcı eklemek için birkaç fermuarlı bağ da ekledim. Güç kaynağı bir AC çıkış fişiyle gelmedi, bu yüzden standart bir bilgisayar/monitör güç kablosunu kestim ve vidalı terminallere bağladım. Sahnede ekstra dikkatli olun ve işinizi üç kez kontrol edin! Bu Adafruit projesini, gücün nasıl bağlantılı olduğunu anlamada son derece yararlı buldum.

9. Adım: Raspberry Pi'yi Kurun

Raspbian işletim sistemiyle bir microSD kart kurdum ve burada bulunan talimatları kullanarak bir FadeCandy sunucusu kurdum:

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

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

OpenPixelControl deposunun FadeCandy sunucusuyla arabirim oluşturmak için harika bir dizi örneğe sahip olduğunu buldum. Sonunda, Pi başlatıldığında ağaçtaki animasyonları döngüye almak için bir Python betiği yazdım. Videoları hedef çözünürlüğümüzde yükler, video boyunca kare kare adımlar atar ve her kare için bir FadeCandy kontrol dizisi gönderir. FadeCandy konfigürasyon dosyası, birden fazla kartın tek bir kartmış gibi arayüzlenmesine izin verir ve çok temiz bir arayüz sağlar. Ağacı kontrol eden python betiği, belirli bir klasörden dosya yüklemek için ayarlanmıştır. Bu nedenle, animasyonları ayarlamak, o klasöre video dosyalarını eklemek/kaldırmak kadar basittir.

Ağacı test etme sürecinde bir microSD kartı bozmayı başardım. Bunu, düzgün bir kapatma yapmadan Pi'den gücü kesmeye bağlıyorum. Gelecekteki olayları önlemek için bir basma düğmesi ekledim ve onu Pi'yi güvenli bir şekilde kapatacak şekilde yapılandırdım. Her ihtimale karşı, son microSD kartın birkaç yedeğini de aldım.

Asıl ağacın tüm parçalarını almadan önce, OpenPixelControl git hub deposunu çatalladım ve içinde düzgün bir LED simülatörü keşfettim. Aslında bu programı, yukarıda bahsedilen animasyon komut dosyasının büyük bir bölümünü test etmek için kullandım. Simülatör, her bir LED'in uzaydaki fiziksel yerleşimini gösteren bir konfigürasyon dosyası alır (X, Y, Z'yi düşünün) ve FadeCandy sunucu programı ile aynı arayüzü kullanır.

Adım 10: Animasyonlar Yapın

Önceden bağlanmış Python betiği, çözünürlük 96x50 olduğu sürece ağaçta herhangi bir video formatını oynatabilir. Ağacın çözünürlüğü 48x25, ancak videoları daha düşük çözünürlüğe dönüştürmek için kullandığım aracın (El Freni) minimum piksel sınırı 32 pikseldi. Bu nedenle, ağacın gerçek çözünürlüğünü iki katına çıkardım ve ardından Python betiğimde diğer her pikseli örnekledim.

Animasyonların çoğu için kullandığım işlem, bir-g.webp

OpenPixelControl arabirimini kullanarak, desenleri programlı olarak da oluşturabilirsiniz. İlk testler sırasında "raver_plaid.py" python betiğini biraz kullandım.

Ağacımız için kullanılan animasyonlar "makerTreeAnimations.zip" altına eklenmiştir.

Adım 11: Elektrik Sistemi Testi

Tüm ana elektrik/yazılım bileşenleri bağlıyken, her şeyi test etme zamanı gelmişti. LED şeritlerini germek için basit bir ahşap çerçeve yaptım; bu, herhangi bir telin bozuk olup olmadığını (birkaç tane vardı) belirlemede çok faydalı oldu. Yukarıdaki videolar, OpenPixelControl'den hazır bir demoyu ve bir Mario animasyonu çalıştıran özel video oynatıcı Python komut dosyamı gösteriyor.

Adım 12: Çerçeve Oluşturun

Tüm LED şeritlerini PVC ve pex borulardan oluşturduğumuz bir prototip çerçeveye bağladık. Gerekirse yeniden yerleştirebilmek için fermuarları gevşek bıraktık. Dikey PVC'nin LED ızgarasını çok fazla kırdığına ve bunun yerine CNC'li bir tasarıma geçtiğine karar verdiğimiz için bu harika bir karar oldu. Nihai tasarım temel olarak bir üst döngü ve bir alt döngüden oluşur. Alt halka ağacın tabanına monte edilmiştir ve ağacın tepesine monte edilen üst halkadan (sürpriz değil) daha büyük bir çapa sahiptir. LED şeritleri, koni (veya isterseniz "ağaç") şeklini oluşturmak için üst ve alt döngüler arasında uzanır.

Her iki ilmek de bir CNC router'da 3/4" kontrplaktan kesilmiştir, ilmekler için vektör dosyası aşağıda eklenmiştir ("TreeMountingPlates.eps"). Üst ve alt ilmeklerin her biri, tam bir yapı oluşturan iki yarı dairesel parçadan oluşur. İki parçalı tasarım dallara zarar vermeden iki yarıyı ağacın etrafına kolayca tutturabilmemiz içindi. Yerli CNC gurumuz üst ve alt çerçeve halkalarını kar taneleri haline getirerek güzel bir yetenek kattı. Beyaz boya dokunuşu ve çerçeveyi süslemek için biraz parıltı da eklendi.

Adım 13: Alt Diski Oluşturun / Elektroniği Monte Edin

Elektronikleri (kontrol kutusu, bağlantı kutuları) alt döngünün altına monte etmek için daha önce açıklanan alt döngü ile aynı çapta başka bir kontrplaktan iki yarım daire kestik. Üst ve alt ilmeklerde olduğu gibi, iki parça halinde yapıldı, daha sonra tam bir daire oluşturmak için merkez çizgisi boyunca birleştirildi. Disk, uyum sağlamasına ve yağmurdan korunmasına yardımcı olmak için yeşile boyanmıştır. Tüm elektronik kutularını bu diskin alt kısmına öyle bir şekilde monte ettik ki disk elektrik aksamlarına bir nevi şemsiye oluşturmuştur. Temiz bir görünüm sağlamak için fazla kablo uzunlukları sarılmış ve bu diske fermuar bağlanmıştır.

Adım 14: Çerçeveyi Ağaca Bağlayın

Üst ve alt çerçeve halkaları kuruduğunda, gövdeyi dengelemeye yardımcı olmak için birkaç uzun köşebent parçasını ağacın saksısına indirdik. Köşebent ayrıca, fiziksel ağaca gerilim eklemeden üst ve alt çerçeve halkaları için montaj noktaları sağladı. Tüm LED şeritleri üst halkaya bağlıyken, üst halka tertibatını tavandan asmak için bir parça ip kullandık. Yüzüğü elle yerinde tutmaya çalışmak yerine yavaşça ağaca indirmenin daha kolay olduğunu gördük. Üst halka köşebent üzerine yerleştirildikten sonra, alt halkayı ağaca tutturduk ve LED şeritlerini alt halkaya da sıkıca bağladık. Alt (yeşil) disk, tüm elektronik aksamlar takılıyken doğrudan alt döngünün altına monte edildi.

Adım 15: Teslim Et (isteğe bağlı)

Şimdi arkanıza yaslanın ve emeğinizin meyvelerinin tadını çıkarın! Ağacımız, tüm Aralık ayı (2018) boyunca North Little Rock'ta sergilenecek. İlkbaharda mini MakerFaire'imiz için ekranı nasıl etkileşimli hale getirebileceğimizi şimdiden düşünüyorum.

Herhangi bir sorunuz mu var? Yorumlarda sorun!

Make it Glow Yarışması 2018'de İkincilik