עץ Maker LED RGB: 15 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

המרחב המקומי המקומי שלנו העניק חסות לעץ שיוצג ברחוב הראשי לחודש דצמבר (2018). במהלך מפגש סיעור המוחות שלנו, הגענו לרעיון לשים כמות מגוחכת של נוריות הלדים על העץ במקום קישוטים מסורתיים. בתור יוצרים שאוהבים לעשות דברים קצת יותר מדי, החלטנו במהירות שעץ שיכול לשחק אנימציות לא רק יהיה כיף, אלא גם יביא קצת באזז.

חקרתי כמה פתרונות קיימים שהשתמשו בבקרי LED ייעודיים והחלטתי שמקור קרוב פשוט לא יעשה זאת. נתקלתי בהדרכה מצוינת של Adafruit על השימוש בבקרי ה- LED "FadeCandy" שלהם. הלוח הקטן והמסודר הזה הופיע במספר הופעות של Burning Man ויש בו המון דוגמאות טובות שאפשר לעבוד מהן. העץ מורכב מ- 24 גדילים של זני RGB LED הניתנים להתייחסות בנפרד, הנשלטים באמצעות לוחות FadeCandy ומונעים על ידי ספק כוח יחיד של 5V 60A. פטל פטל מגיש אנימציות ללוחות FadeCandy באמצעות כבלי מיקרו USB, אשר בתורם מתחברים לחוטי ה- LED הבודדים. הגדילים מסודרים באופן רדיאלי ליצירת צורת חרוט / עץ כפי שניתן לראות למעלה.

הדבר המסודר בהתקנה זו הוא שהוא אינו מוגבל לשימוש יחיד. ניתן לסדר מחדש את קווצות הלד לצורות רבות, כולל רשת ישנה רגילה. אנו מקווים לעשות שימוש חוזר במערך זה כדי ליצור תערוכה / משחק אינטראקטיבי עבור ה- Mini MakerFaire הבא שלנו באביב.

שלב 1: רשימת חלקים

• 2x - 5V גדילים LED WS2811 (20 גדילים x 50 פיקסלים = 1000 פיקסלים)
• מחברים 5x - 3 פינים עמידים למים (חבילה 5)
• רצועות הרכבה 24x - 12MM RGB
• 3x - בקרי LED של Adafruit FadeCandy
• 6x - בלוקים לחלוקת חשמל
• 1x - 5V 60A (300W) ספק כוח
• 1x- RJ-45 שקעים למטה (10 חבילות)
• 2 - 22 חוט חשמל AWG (65 רגל)
• 1x - ערכת מחברים של אנדרסון
• 1x - 12 מחזיקי נתיכים מוטבעים AWG
• 3x - 2x8 דיור מחבר לחיצה
• 1x - 0.1 "סיכות לחיצה נקבות (100 חבילות)
• 6x - קופסאות חשמל עמידות במים
• נתיך 3x - 20A
• 1x - כבל חשמל למחשב
• 1x - פטל פאי 3
• 1x - כרטיס MicroSD
• 24 רגל - כבל CAT5/CAT6
• 15 רגל - 12 חוט AWG (אדום ושחור)
• 6x - קצות כיווץ RJ -45
• דיקט 2x - 4x8 יריעות 3/4 אינץ '
• 2x - 4 'ברזל זווית
• 200x - עניבות רוכסן
• ~ 144x - מחברי חיבור עמיד למים (אופציונלי אך חוסך זמן עצום)
• לְרַתֵך
• כיווץ חום
• אֲטִימָה

שלב 2: סקירת מערכת חשמל

כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, ניתן לחלק את מערכת החשמל של העץ למספר מרכיבים עיקריים: תיבת בקרה, תיבות צומת חשמל, תיבות צומת נתונים וחוטי LED. תיבת הבקרה מכילה את ספק הכוח 5V 60A ואת ה- Raspberry Pi. תיבות צומת הנתונים מכילות את בקרי ה- LED FadeCandy. קופסאות הצומת Power מכילות מוטות אוטובוס לחלוקת חשמל (5V ו- GND) לגדילי ה- LED. כל זוג קופסאות צומת (נתונים אחד + הספק אחד) שולט בשמונה גדילים LED. מכיוון שישנן 24 גדילים של נוריות LED המשמשות בפרויקט זה, ישנן שלוש קבוצות של קופסאות צומת (שש בסך הכל).

*יש שגיאה בתרשים המוצג לעיל, כבל CAT6 0 (גדילים 0-7) אמור להיות (Strands 0-3) וכבל CAT6 1 (Strand 7-15) צריך להיות (Strands 4-7).

שלב 3: חבר מחברים עמידים למים

מכיוון שהעץ נועד לשימוש חיצוני, נקטה בזהירות רבה יותר בכך שכל החיבורים יהיו עמידים למים. לאלו המעוניינים לבצע פרויקט מקורה דומה, ניתן להתעלם מהמחברים העמידים למים לטובת מחברי ה- 3 פינים JST המגיעים עם גדילים ה- LED. עמל רב בפרויקט זה הלך בהלחמת המחברים העמידים למים לחוטים.

לצורך ההתקנה שלנו, ניתקנו את מחבר ה- JST הקיים מחוט ה- LED וחיברנו במקומו מחבר עמיד למים עם 3 פינים. יש להקפיד להוסיף את המחבר בצד ה"קלט "של גדיל הלד, חיבור הנתונים בחוטי הלדים הוא כיווני. מצאנו שלכל LED יש חץ קטן המציין את כיוון הנתונים. תחילה חיברנו כל אחד משלושת החוטים בצד גדיל הלד באמצעות טכניקה הכוללת הלחמה, כיווץ חום ואיטום. בסופו של דבר עברנו להשתמש במחברי הספסל העמידים למים האלה, שהוכיחו כחוסך זמן עצום.

בצד החשמל/נתונים (כלומר, הצד שאליו חוטי הלד מתחברים), השתמשנו בחוט 22 AWG לחיבור חשמל/קרקע וכבל CAT6 לנתונים/קרקע. כל כבל CAT6 מכיל ארבעה זוגות מעוותים, כך שנוכל לחבר ארבעה גדילי LED לכבל CAT6 יחיד. התרשים לעיל מראה כיצד גדיל ה- LED בן 3 פינים פורץ ל -4 חוטים (5V, GND, Data). חיבור ארבעה חוטים לשלושה חוטים נראה כנקודת בלבול בעת הרכבת הפרויקט הזה. המפתח העיקרי הוא ששני השטח (Data + Power) משולבים במחבר העמיד למים.

כל כבל CAT6 הסתיים עם מחבר RJ-45 אשר התחבר לבית RJ-45 נקבה המחובר ללוח FadeCandy. ניתן היה להלחם את חוטי CAT6 ישירות ללוחות FadeCandy, אך בחרנו להוסיף מחברים על מנת לאפשר תיקונים קלים יותר במידת הצורך. עשינו את כל החיווט שלנו באורך 48 סנטימטרים כדי לתת לעצמנו גמישות מסוימת בעת הרכבת פיזית של העץ.

שלב 4: חבר מחברים ללוחות FadeCandy

לוחות ה- FadeCandy שרכשנו לא הגיעו עם כותרות מצורפות, אלא היו שתי שורות של ויאסות מרווחות של 0.1 אינץ '. בסופו של דבר החלטנו שה- FadeCandys יתחברו לכבלי CAT6 באמצעות שקעי רגילים מסוג "Punch-down" של RJ-45. ב במקרה שהיינו צריכים להחליף FadeCandy (מסתבר שכן!), הוספנו גם סיכות 0.1 אינץ 'לכל לוח FadeCandy. חיברנו סיכות לחיצה נקבות לכל אחד משמונת החוטים המחוברים לשקע החבטה RJ-45 לחיבור לכותרות של 0.1 אינץ '. בנוסף לחיתוך הסיכות לכל חוט, הוספתי גם מעט הלחמה למניעת הסיכות כמובן שגיליתי את "הטריק" ההלחמה הזה רק לאחר שחצי מהסיכות שחיבקתי נכשלו בי, נלמד הלקח.

שלב 5: הכנס נוריות לרצועות מרווח

לאחר שקראתי כמה הודעות בפורום וצפיתי בכמה סרטונים מאנשים אחרים שעשו "עצים" דומים, נראה היה כי השימוש במפרידי פלסטיק הוא פריט שחוזר על עצמו. הרצועות מאפשרות להתאים את המרווח בין נוריות הלדים לצרכים האישיים ומאפשרות מתיחת חוטי הלד בין טבעות העץ העליונות והתחתונות. גודל הנורית חייב להתאים לגודל חורי המרווח (במקרה שלנו 12 מ"מ), כך שכל נורית בודדת נכנסת היטב לחורים ברווחים. החלטנו לקבל את הלדים שלנו בזיג זג, כך ש- 24 קווצות של נוריות יוצרות 48 עמודים סביב העץ.

טעינו בשלב זה שאילץ אותנו ליצור כמה "חורים" נוספים עבור נוריות LED. חתכנו את הרצועות לשניים כך שיהיו לנו 48 אורך מרווחים. מה שגילינו הוא שכל מרווח של שמונה רגל מכיל 96 חורים (אחד בכל סנטימטר) וחיתוך אותם לשניים על חור פירושו שאנו קצרים בארבעה חורים לכל גדיל לד. שימו לב לטעות שלנו וחשבו על כך מבעוד מועד! בסופו של דבר חתכנו בלייזר כמה "הרחבות" כדי להוסיף את החורים החסרים.

קובץ הווקטור המשמש לחיתוך הלייזר בסוגריים ההרחבה מצורף למטה ("TreeLightBracket.eps")

שלב 6: הרכבת קופסאות צומת חשמל

שלוש קופסאות חלוקת החשמל כוללות זוג מוטות אוטובוס. הבר הראשון מפיץ 5V והשני מפיץ GND. מכיוון שהעץ שלנו הוצג בחוץ, בחרנו להשתמש בקופסאות חשמל עמידות למים כדי לשכן את מוטות האוטובוסים. חיברנו כל מוט במקום באמצעות דבק חם והוספנו פיסת תיקיית מנילה בין כל מוט למארז למניעת מכנסיים קצרים. כל תיבת צומת חשמל מתחברת לשמונה גדילי LED באמצעות חוט 22 AWG שתואר לעיל. כל קופסה מתחברת לספק הכוח הראשי באמצעות חוט 12 AWG ויש לה מחבר "אנדרסון" המאפשר הובלה קלה יותר.

שלב 7: הרכבת קופסאות צומת נתונים

באמצעות אותן קופסאות כמו בקופסאות חלוקת החשמל, יצרנו שלוש קופסאות הפצה של "נתונים" המכילות לוח FadeCandy אחד בכל אחת. כבלי המיקרו USB מ- Raspberry Pi מתחברים ללוחות ה- FadeCandy שבתוך תיבה זו וכבלי CAT6 מתחברים גם לשקעי הנשים RJ-45. מכיוון שללוחות ה- FadeCandy אין חורי הרכבה גדולים, אנו קושרים את כל הלוח לפרוט של דיקט. דיקט זה גם תפקד כמבודד כדי למנוע מהלוח לקצר חשמלי כנגד תיבת החשמל.

שלב 8: ספק כוח

מפלצת 5V 60A של ספק כוח שהזמנו מספקת כוח לפרויקט כולו. כל אחת משלוש קופסאות צומת החשמל מתחברת לספק הראשי הזה עם חוט 12 AWG. לכל קופסת חיבור יש זוג מחברי אנדרסון משלה ונתיך 20A מוטבע כדי לבודד כל מכנס קצר. ה- Raspberry Pi מקבל חשמל גם מהאספקה הזו, מה שהשגתי על ידי ניתוק כבל USB וחיבור כבלי החשמל/הארקה למסופי אספקת החשמל. מכיוון שהחוטים האלה היו קטנים למדי, הוספתי גם כמה קשרי רוכסן כדי להוסיף קצת הקלה במתח על החיבורים האלה. ספק הכוח לא הגיע עם תקע שקע חשמל, אז ניתקתי כבל חשמל רגיל של מחשב/צג וחיברתי אותו למסופי הברגים. היזהר במיוחד בשלב ובדוק את עבודתך משולשת! מצאתי שפרויקט Adafruit זה עזר מאוד בהבנת האופן שבו הכוח מחובר.

שלב 9: הגדרת פטל פטל

אני מגדיר כרטיס microSD עם מערכת ההפעלה Raspbian ומגדיר שרת FadeCandy לפי ההוראות המופיעות כאן:

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

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

גיליתי שבמאגר OpenPixelControl יש סט דוגמאות מצוין להתממשקות עם שרת FadeCandy. בסופו של דבר כתבתי סקריפט של פייתון כדי להפעיל אנימציות על העץ כאשר האתחול של הפי. הוא טוען קטעי וידאו ברזולוציית היעד שלנו, עובר מסגרת למסגרת דרך הסרטון ושולח מערך שליטה של FadeCandy לכל פריים. קובץ התצורה של FadeCandy מאפשר ממשק של מספר לוחות כאילו הם לוח אחד ויוצר ממשק נקי מאוד. סקריפט ה- Python השולט בעץ מוגדר לטעון קבצים מתיקיה מסוימת. ככזה, התאמת האנימציות היא פשוטה כמו הוספה/הסרה של קבצי וידאו מתיקיה זו.

בתהליך בדיקת העץ הצלחתי להשחית כרטיס microSD. אני מייחס זאת להסרת חשמל מה- Pi מבלי לבצע כיבוי תקין. כדי להימנע מאירועים עתידיים הוספתי כפתור לחיצה והגדרתי אותו להפעלה בטוחה של ה- Pi. עשיתי גם מספר גיבויים של כרטיס ה- microSD הסופי, ליתר ביטחון.

לפני שקיבלתי את כל החלקים לעץ בפועל, סיפלתי את מאגר ה- hub של git OpenPixelControl וגיליתי בתוכו סימולטור LED מסודר. למעשה השתמשתי בתוכנית זו כדי לבדוק חלק גדול מתסריט האנימציה שהוזכר לעיל. הסימולטור לוקח קובץ תצורה המציין את המיקום הפיזי של כל LED בחלל (חושב X, Y, Z) ומשתמש באותו ממשק כמו תוכנית שרת FadeCandy.

שלב 10: צור אנימציות

סקריפט Python המקושר בעבר יכול להפעיל כל פורמט וידאו על העץ, כל עוד הרזולוציה היא 96x50. הרזולוציה של העץ היא 48x25, אולם הכלי שבו השתמשתי להמרת סרטונים לרזולוציה נמוכה יותר (בלם יד) היה בעל מגבלת פיקסלים מינימלית של 32 פיקסלים. מסיבה זו, פשוט הכפלתי את הרזולוציה בפועל של העץ ואז דגמתי כל פיקסל אחר בתסריט ה- Python שלי.

התהליך שהשתמשתי בו ברוב האנימציות היה למצוא או ליצור-g.webp

באמצעות ממשק OpenPixelControl, תוכל גם ליצור דפוסים מבחינה תכנותית. במהלך הבדיקה הראשונית השתמשתי לא מעט בתסריט הפייתון "raver_plaid.py".

האנימציות המשמשות לעץ שלנו מצורפות למטה "makerTreeAnimations.zip".

שלב 11: בדיקת מערכת חשמל

עם כל רכיבי החשמל/תוכנה העיקריים מחוברים, הגיע הזמן לבדוק הכל. בניתי מסגרת עץ פשוטה למתיחת חוטי הלד, שהוכיחה את עצמה מאוד שימושית בזיהוי אם חוטים לא תקינים (שהיו כמה). הסרטונים למעלה מראים הדגמה משומרת מ- OpenPixelControl ותסריט ה- Python המותאם אישית שלי שמריץ אנימציה של מריו.

שלב 12: בנה מסגרת

חיברנו את כל חוטי הלד למסגרת אב טיפוס שאנו בונים מתוך צינורות PVC ו- pex. השארנו את עניבות הרוכסן רופפות כדי שנוכל למקם אותן במידת הצורך. זו הייתה החלטה מצוינת שכן החלטנו שה- PVC האנכי שבר את רשת ה- LED יותר מדי ועבר לעיצוב CNC. העיצוב הסופי מורכב בעצם מלולאה עליונה ולולאה תחתונה. הלולאה התחתונה מותקנת בבסיס העץ ובעלת קוטר גדול יותר מהלולאה העליונה שהיא (אין הפתעה), המותקנת בראש העץ. גדילי ה- LED משתרעים בין הלולאות העליונות והתחתונות ליצירת החרוט (או "עץ" אם תרצו).

שתי הלולאות נחתכו מתוך דיקט בגודל 3/4 אינץ 'בנתב CNC, קובץ הווקטור ללולאות מצורף למטה ("TreeMountingPlates.eps"). הלולאות העליונות והתחתונות מורכבות כל אחת משתי חלקים עגולים למחצה היוצרים שלם שלם הלולאה. עיצוב שני החלקים היה כך שנוכל לחבר בקלות את שני החצאים סביב העץ מבלי לפגוע בענפים. גורו ה- CNC המקומי שלנו הוסיף מעט כישרון על ידי הפיכת לולאות המסגרת העליונות והתחתונות לפתיתי שלג. נגיעה של צבע לבן. וכמה נצנצים נוספו גם כדי לשדרג את המסגרת למעלה.

שלב 13: בנה דיסק תחתון / הר אלקטרוניקה

אנו חותכים שני עיגולים מחתיכת דיקט נוספת בקוטר זהה לולאה התחתונה שתוארה לעיל על מנת להרכיב את האלקטרוניקה (תיבת בקרה, קופסאות צומת) מתחת ללולאה התחתונה. בדומה ללולאות העליונות והתחתונות הוא היה עשוי בשני חלקים, ואז הצטרף לאורך קו האמצע ליצירת עיגול שלם. הדיסק נצבע בירוק כדי לעזור לו להתמזג ולאטום אותו מפני גשם. הרכבנו את כל ארגזי האלקטרוניקה בצד התחתון של הדיסק הזה, כך שהדיסק יצר מעין מטריה לרכיבי החשמל. אורכי חוט עודפים היו עטופים ורוכסים עם רוכסן לדיסק זה כדי לשמור על מראה נקי.

שלב 14: צרף מסגרת לעץ

כאשר לולאות המסגרת העליונות והתחתונות היו יבשות, העברנו כמה חתיכות ארוכות של ברזל זווית למטה לתוך עציץ העץ כדי לסייע בייצוב הגזע. ברזל הזווית סיפק גם נקודות הרכבה ללולאות המסגרת העליונות והתחתונות, מבלי להוסיף עומס על העץ הפיזי. כאשר כל חוטי ה- LED מחוברים ללולאה העליונה, השתמשנו בחבל חבל כדי להשעות את מכלול הטבעת העליונה מהתקרה. גילינו שקל יותר להוריד את הטבעת לאט על העץ במקום לנסות להחזיק אותו במקומו ביד. לאחר שהטבעת העליונה הייתה במקומה על ברזל הזווית, חיברנו את הטבעת התחתונה לעץ וקפצנו את חוטי ה- LED היטב גם ללולאה התחתונה. הדיסק התחתון (הירוק) הורכב ישירות מתחת ללולאה התחתונה עם כל האלקטרוניקה מחוברת.

שלב 15: העברת (אופציונלי)

עכשיו שב ותהנה מפירות עבודתך (שלנו)! העץ שלנו יוצג בצפון ליטל רוק במשך כל חודש דצמבר (2018). אני כבר מהרהר כיצד אנו יכולים להפוך את התצוגה לאינטראקטיבית עבור ה- Mini MakerFaire שלנו באביב.

יש שאלות כל שהן? שאלו בתגובות!

סגנית בתחרות זוהר זוהר 2018