Pohon Pembuat LED RGB: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Makerspace lokal kami mensponsori sebuah pohon untuk dipajang di Main Street selama bulan Desember (2018). Selama sesi brainstorming kami, kami menemukan ide untuk menempatkan sejumlah besar LED di pohon sebagai pengganti ornamen tradisional. Sebagai pembuat yang suka melakukan hal-hal yang sedikit berlebihan, kami segera memutuskan bahwa pohon yang dapat memainkan animasi tidak hanya akan menyenangkan, tetapi juga akan menghasilkan beberapa gebrakan.

Saya meneliti beberapa solusi yang ada yang menggunakan pengontrol LED khusus dan memutuskan bahwa sumber dekat tidak akan berhasil. Saya menemukan tutorial luar biasa dari Adafruit tentang penggunaan pengontrol LED "FadeCandy" mereka. Papan kecil yang rapi ini telah membuat sejumlah penampilan Burning Man dan memiliki banyak contoh bagus untuk dikerjakan. Pohon ini terdiri dari 24 helai rangkaian LED RGB yang dapat dialamatkan secara individual yang dikontrol menggunakan papan FadeCandy dan ditenagai oleh catu daya 5V 60A tunggal. Raspberry Pi menyajikan animasi ke papan FadeCandy melalui kabel micro-USB, yang pada gilirannya terhubung ke untaian LED individu. Untaian tersebut disusun secara radial membentuk kerucut/bentuk pohon seperti terlihat di atas.

Hal yang rapi tentang pengaturan ini adalah tidak terbatas pada satu penggunaan. Untaian LED dapat diatur ulang untuk membentuk berbagai bentuk, termasuk kotak tua biasa. Kami berharap untuk menggunakan kembali pengaturan ini untuk membuat pameran / permainan interaktif untuk Mini MakerFaire kami berikutnya di musim semi.

Langkah 1: Daftar Bagian

• 2x - 5V WS2811 untaian LED (20 untai x 50 piksel = 1000 piksel)
• Konektor tahan air 5x - 3 Pin (5 pak)
• Strip Pemasangan 24x - 12MM RGB
• 3x - Pengontrol LED Adafruit FadeCandy
• 6x - Blok Distribusi Daya
• 1x - 5V 60A (300W) Catu daya
• 1x- RJ-45 Punch Down Soket (10 bungkus)
• 2x - 22 kabel daya AWG (65 kaki)
• 1x - Kit Konektor Anderson
• 1x - 12 pemegang sekering inline AWG
• 3x - 2x8 Rumah Konektor Crimp
• 1x - 0.1" Pin Crimp Wanita (100 pak)
• 6x - Kotak listrik tahan air
• 3x - 20A Sekering
• 1x - Kabel daya komputer
• 1x - Raspberry Pi 3
• 1x - Kartu MicroSD
• 24 kaki - kabel CAT5/CAT6
• 15 kaki - 12 kabel AWG (merah & hitam)
• 6x - ujung crimp RJ-45
• 2x - 4x8 lembar kayu lapis 3/4"
• 2x - 4' besi siku
• 200x - dasi ritsleting
• ~144x - Konektor sambungan tahan air (opsional tetapi sangat menghemat waktu)
• Pateri
• panas menyusut
• Gala

Langkah 2: Ikhtisar Sistem Kelistrikan

Seperti yang terlihat pada diagram di atas, sistem kelistrikan pohon dapat dibagi menjadi beberapa komponen utama: kotak kontrol, kotak sambungan daya, kotak sambungan data, dan untaian LED. Kotak kontrol menampung catu daya 5V 60A dan Raspberry Pi. Kotak Data Junction berisi pengontrol LED FadeCandy. Kotak sambungan daya berisi batang bus untuk mendistribusikan daya (5V & GND) ke untaian LED. Setiap pasang kotak sambungan (satu data + satu daya) mengontrol delapan untai LED. Karena ada 24 helai LED yang digunakan dalam proyek ini, ada tiga set kotak sambungan (total enam).

*Ada kesalahan pada diagram yang ditunjukkan di atas, Kabel CAT6 0 (Strand 0-7) seharusnya (Strand 0-3) dan Kabel CAT6 1 (Strand 7-15) seharusnya (Strand 4-7).

Langkah 3: Pasang Konektor Tahan Air

Karena pohon dimaksudkan untuk penggunaan di luar ruangan, perhatian ekstra dilakukan untuk memastikan bahwa semua sambungan tahan air. Bagi mereka yang ingin membuat proyek dalam ruangan serupa, konektor tahan air dapat diabaikan demi konektor JST 3 pin yang disertakan dengan untaian LED. Banyak pekerjaan dalam proyek ini dilakukan untuk menyolder konektor tahan air ke untaian.

Untuk pengaturan kami, kami memotong konektor JST yang ada dari untaian LED dan memasang konektor tahan air 3 pin di tempatnya. Perhatian harus diberikan untuk menambahkan konektor di sisi "input" untaian LED, koneksi data pada untaian LED terarah. Kami menemukan bahwa setiap LED memiliki panah kecil yang menunjukkan arah data. Kami awalnya memasang masing-masing dari tiga kabel di sisi untai LED menggunakan teknik yang melibatkan solder, panas menyusut dan mendempul. Akhirnya kami beralih menggunakan konektor sambungan tahan air ini, yang terbukti sangat menghemat waktu.

Sisi daya/data (yaitu, sisi yang terhubung dengan untaian LED), kami menggunakan kabel 22 AWG untuk daya/arde dan kabel CAT6 untuk data/arde. Setiap kabel CAT6 berisi empat pasangan bengkok, sehingga kami dapat menghubungkan empat untaian LED ke satu kabel CAT6. Diagram di atas menunjukkan bagaimana untai LED 3 pin pecah menjadi 4 kabel (5V, GND, Data). Menghubungkan empat kabel ke tiga kabel tampaknya menjadi titik kebingungan saat merakit proyek ini. Kuncinya adalah bahwa kedua ground (Data + Power) digabungkan pada konektor tahan air.

Setiap kabel CAT6 diakhiri dengan konektor RJ-45 yang dicolokkan ke rumahan wanita RJ-45 yang terhubung ke papan FadeCandy. Kabel CAT6 dapat disolder langsung ke papan FadeCandy, tetapi kami memilih untuk menambahkan konektor untuk memungkinkan perbaikan yang lebih mudah jika diperlukan. Kami membuat semua kabel sepanjang 48 inci untuk memberi kami beberapa fleksibilitas saat merakit pohon secara fisik.

Langkah 4: Pasang Konektor ke Papan FadeCandy

Papan FadeCandy yang kami beli tidak dilengkapi dengan header yang terpasang, melainkan ada dua baris vias dengan jarak 0,1". Akhirnya kami memutuskan bahwa FadeCandys akan terhubung ke kabel CAT6 menggunakan soket "punch-down" RJ-45 standar. jika kami perlu mengganti FadeCandy (ternyata kami melakukannya!), kami juga menambahkan pin 0,1" ke setiap papan FadeCandy. Kami memasang pin crimp betina ke masing-masing dari delapan kabel yang terpasang pada soket punch down RJ-45 untuk terhubung ke header 0,1". Selain mengeriting pin ke setiap kabel, saya juga menambahkan sedikit solder untuk mencegah pin dari melepas Tentu saja, saya hanya menemukan "trik" solder ini setelah setengah pin yang saya kerut gagal pada saya, pelajaran yang didapat.

Langkah 5: Masukkan LED Ke Strip Spacer

Setelah membaca beberapa posting forum dan menonton beberapa video dari orang lain yang membuat 'pohon' serupa, penggunaan spacer plastik sepertinya menjadi hal yang berulang. Strip memungkinkan jarak LED disesuaikan agar sesuai dengan kebutuhan individu dan memungkinkan untaian LED dikencangkan antara cincin pohon atas dan bawah. Ukuran LED harus sesuai dengan ukuran lubang spacer (dalam kasus kami 12mm), sehingga masing-masing LED pas dengan pas ke dalam lubang di spacer. Kami memutuskan untuk membuat LED kami zig-zag, sehingga 24 helai LED membentuk 48 kolom di sekitar pohon.

Kami membuat kesalahan pada titik ini yang memaksa kami untuk menghasilkan beberapa "lubang" tambahan untuk LED. Kami memotong strip menjadi dua sehingga kami memiliki 48 panjang spacer. Apa yang kami temukan adalah bahwa setiap spacer delapan kaki berisi 96 lubang (satu setiap inci) dan memotongnya menjadi dua pada satu lubang berarti kami kekurangan empat lubang per untai LED. Perhatikan kesalahan kami dan pertanggungjawabkan ini sebelumnya! Kami akhirnya memotong laser beberapa "ekstensi" untuk menambahkan lubang yang hilang.

File vektor yang digunakan untuk memotong tanda kurung ekstensi dilampirkan di bawah ("TreeLightBracket.eps")

Langkah 6: Merakit Kotak Power Junction

Tiga kotak distribusi listrik masing-masing menampung sepasang bus bar. Bar pertama mendistribusikan 5V dan yang lainnya mendistribusikan GND. Karena pohon kami dipajang di luar ruangan, kami memilih untuk menggunakan kotak listrik tahan air untuk menampung jeruji bus. Kami menempelkan setiap batang di tempatnya menggunakan lem panas dan menambahkan secarik map manila di antara setiap batang dan kasing untuk mencegah celana pendek. Setiap kotak sambungan daya terhubung ke delapan untai LED melalui kabel 22 AWG yang dijelaskan sebelumnya. Setiap kotak terhubung ke catu daya utama menggunakan kabel 12 AWG dan memiliki konektor "Anderson" untuk memudahkan transportasi.

Langkah 7: Merakit Kotak Persimpangan Data

Menggunakan kotak yang sama seperti kotak distribusi daya, kami membuat tiga kotak distribusi "data" yang menampung satu papan FadeCandy di masing-masing kotak. Kabel micro USB dari Raspberry Pi terhubung ke papan FadeCandy di dalam kotak ini dan kabel CAT6 juga terhubung ke soket wanita RJ-45. Karena papan FadeCandy tidak memiliki lubang pemasangan yang besar, kami mengikat setiap papan dengan ritsleting ke potongan kayu lapis. Kayu lapis ini juga berfungsi sebagai isolator untuk menjaga papan agar tidak korsleting terhadap kotak listrik.

Langkah 8: Catu Daya Kawat

Monster 5V 60A dari catu daya yang kami pesan menyediakan daya untuk seluruh proyek. Masing-masing dari tiga kotak sambungan daya terhubung ke suplai utama ini dengan 12 kabel AWG. Setiap kotak sambungan memiliki sepasang konektor Anderson sendiri dan sekering 20A inline untuk mengisolasi setiap celana pendek. Raspberry Pi mendapatkan daya dari catu ini juga, yang saya selesaikan dengan memotong kabel USB dan menghubungkan kabel daya/tanah ke terminal catu daya. Karena kabel ini cukup kecil, saya juga menambahkan beberapa ikatan zip untuk menambahkan sedikit kelegaan pada koneksi ini. Catu daya tidak dilengkapi dengan colokan stopkontak AC, jadi saya memotong kabel daya komputer/monitor standar dan memasangnya ke terminal sekrup. Berhati-hatilah di panggung dan periksa tiga kali pekerjaan Anda! Saya menemukan proyek Adafruit ini sangat membantu dalam memahami bagaimana daya terhubung.

Langkah 9: Siapkan Raspberry Pi

Saya menyiapkan kartu microSD dengan sistem operasi Raspbian dan menyiapkan server FadeCandy menggunakan instruksi yang ada di sini:

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

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

Saya menemukan bahwa repositori OpenPixelControl memiliki serangkaian contoh yang bagus untuk berinteraksi dengan server FadeCandy. Saya akhirnya menulis skrip Python untuk mengulang animasi di pohon ketika Pi boot. Ini memuat video pada resolusi target kami, melangkah bingkai demi bingkai melalui video dan mengirimkan array kontrol FadeCandy untuk setiap bingkai. File konfigurasi FadeCandy memungkinkan beberapa papan untuk dihubungkan seolah-olah mereka adalah satu papan tunggal dan membuat antarmuka yang sangat bersih. Skrip python yang mengontrol pohon diatur untuk memuat file dari folder tertentu. Dengan demikian, menyesuaikan animasi semudah menambahkan/menghapus file video dari folder itu.

Dalam proses pengujian pohon, saya berhasil merusak kartu microSD. Saya menghubungkan ini dengan menghapus daya dari Pi tanpa melakukan shutdown yang benar. Untuk menghindari insiden di masa mendatang, saya menambahkan tombol tekan dan mengonfigurasinya untuk mematikan Pi dengan aman. Saya juga membuat beberapa cadangan kartu microSD terakhir, untuk berjaga-jaga.

Sebelum menerima semua bagian untuk pohon sebenarnya, saya membuka repositori OpenPixelControl git hub dan menemukan simulator LED yang rapi di dalamnya. Saya sebenarnya menggunakan program ini untuk menguji sebagian besar skrip animasi yang disebutkan di atas. Simulator mengambil file konfigurasi yang menunjukkan penempatan fisik setiap LED di ruang (pikirkan X, Y, Z) dan menggunakan antarmuka yang sama dengan program server FadeCandy.

Langkah 10: Buat Animasi

Skrip Python yang ditautkan sebelumnya dapat memutar format video apa pun di pohon, selama resolusinya 96x50. Resolusi pohon adalah 48x25, namun alat yang saya gunakan untuk mengonversi video ke resolusi lebih rendah (Rem Tangan) memiliki batas piksel minimum 32 piksel. Untuk alasan ini, saya hanya menggandakan resolusi sebenarnya dari pohon dan kemudian mengambil sampel setiap piksel lainnya dalam skrip Python saya.

Proses yang saya gunakan untuk sebagian besar animasi adalah menemukan atau menghasilkan GIF, lalu memotongnya (menggunakan rem tangan) hingga rasio aspeknya menjadi 1,92:1. Saya kemudian akan mengubah resolusi output ke target 96x50 dan memulai konversi. Beberapa file-g.webp

Menggunakan antarmuka OpenPixelControl, Anda juga dapat membuat pola secara terprogram. Selama pengujian awal saya menggunakan skrip python "raver_plaid.py" cukup sedikit.

Animasi yang digunakan untuk pohon kita terlampir di bawah "makerTreeAnimations.zip".

Langkah 11: Uji Sistem Listrik

Dengan semua komponen listrik/perangkat lunak utama terhubung, sudah waktunya untuk menguji semuanya. Saya membuat bingkai kayu sederhana untuk mengencangkan untaian LED, yang terbukti sangat berguna dalam mengidentifikasi jika ada untaian yang rusak (yang ada beberapa). Video di atas menunjukkan demo kalengan dari OpenPixelControl dan skrip Python pemutar video kustom saya yang menjalankan animasi Mario.

Langkah 12: Bangun Bingkai

Kami memasang semua untaian LED ke bingkai prototipe yang kami buat dari pipa PVC dan pex. Kami membiarkan ikatan ritsletingnya longgar sehingga kami dapat memposisikannya kembali jika perlu. Ini terbukti menjadi keputusan yang bagus karena kami memutuskan bahwa PVC vertikal memecah grid LED terlalu banyak dan beralih ke desain CNC sebagai gantinya. Desain akhir pada dasarnya terdiri dari loop atas dan loop bawah. Lingkaran bawah dipasang di pangkal pohon dan memiliki diameter lebih besar daripada lingkaran atas (tidak mengherankan), dipasang di bagian atas pohon. Untaian LED membentang antara loop atas dan bawah untuk membentuk bentuk kerucut (atau "pohon" jika Anda mau).

Kedua loop dipotong dari kayu lapis 3/4" pada router CNC, file vektor untuk loop dilampirkan di bawah ("TreeMountingPlates.eps"). Loop atas dan bawah masing-masing terdiri dari dua bagian setengah lingkaran yang membentuk satu loop. Desain dua bagian adalah agar kami dapat dengan mudah memasang dua bagian di sekitar pohon tanpa merusak cabang. Guru CNC lokal kami menambahkan sedikit bakat dengan membuat loop bingkai atas dan bawah menjadi kepingan salju. Sentuhan cat putih dan beberapa glitter juga ditambahkan untuk merapikan bingkai.

Langkah 13: Bangun Cakram Bawah / Pasang Elektronik

Kami memotong dua setengah lingkaran dari sepotong kayu lapis lain dengan diameter yang sama seperti loop bawah yang dijelaskan sebelumnya untuk memasang elektronik (kotak kontrol, kotak persimpangan) di bawah loop bawah. Seperti halnya loop atas dan bawah, dibuat menjadi dua bagian, kemudian bergabung di sepanjang garis tengah untuk membentuk lingkaran lengkap. Disk dicat hijau untuk membantunya menyatu dan menyegelnya dari hujan. Kami memasang semua kotak elektronik di bagian bawah disk ini, sehingga disk membentuk semacam payung ke komponen listrik. Panjang kawat yang berlebih dibungkus dan diikat dengan ritsleting ke disk ini untuk mempertahankan tampilan yang bersih.

Langkah 14: Pasang Bingkai ke Pohon

Ketika loop rangka atas dan bawah kering, kami memasukkan beberapa potongan besi siku panjang ke bawah ke dalam pot pohon untuk membantu menstabilkan batang pohon. Besi siku juga menyediakan titik pemasangan untuk loop rangka atas dan bawah, tanpa menambah beban pada pohon fisik. Dengan semua untaian LED terpasang ke loop atas, kami menggunakan seutas tali untuk menahan rakitan cincin atas dari langit-langit. Kami menemukan bahwa lebih mudah menurunkan cincin secara perlahan ke pohon daripada mencoba menahannya dengan tangan. Setelah cincin atas terpasang pada besi sudut, kami memasang cincin bawah ke pohon dan ritsleting mengikat untaian LED dengan erat ke loop bawah juga. Disk bawah (hijau) dipasang langsung di bawah loop bawah dengan semua elektronik terpasang.

Langkah 15: Kirim (opsional)

Sekarang duduk dan nikmati hasil kerja Anda (kami)! Pohon kami akan dipajang di North Little Rock sepanjang bulan Desember (2018). Saya sudah memikirkan bagaimana kita bisa membuat tampilan interaktif untuk MakerFaire mini kita di musim semi.

Ada pertanyaan? Tanyakan di komentar!

Runner Up di Make it Glow Contest 2018