Drzewo z drutu RGB-LED: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Chcę podzielić się z wami moim drzewem z drutu RGB-LED. Pewnego wieczoru przypomniałem sobie, jak jako dziecko budowałem drzewa z drutu. Obecnie bardzo lubię budować małe projekty elektroniczne z mikrokontrolerami podobnymi do arduino, zwłaszcza z diodami LED. Pomyślałem więc, dlaczego nie połączyć obu i narodził się pomysł drzewa z drutu LED. Najpierw sprawdziłem, czy ktoś już coś takiego zrobił wcześniej, ale nie znalazłem tego, czego szukałem. Mogłem znaleźć głównie drzewa z drutu LED, które pokazują jeden kolor. Ponieważ uważam, że jednokolorowe diody LED są trochę nudne, chciałem mieć diodę z diodami RGB, aby drzewo drutowe pojawiało się we wszystkich kolorach tęczy. Więc sam zacząłem go budować. Wynik można zobaczyć na powyższym obrazku. Drzewo drutu, na którym oparłem tę instrukcję, jest moim trzecim. Mam nadzieję, że spodoba ci się mój instruktaż i mogę zmotywować niektórych z was do samodzielnego wykonania.

Kieszonkowe dzieci

Do samego projektu potrzebujesz tylko kilku materiałów eksploatacyjnych i narzędzi:

• 10 diod LED RGB (+ zapasowe w przypadku uszkodzenia jednej) lub więcej, jeśli chcesz
• przewód miedziany 0,14 mm² (lub grubszy, ale nie za gruby, bo trudno będzie go zapleść) z 3 różnokolorowymi izolacjami ok. 5 m na kolor (liczba diod x długość od 40 do 50 cm)
• drut srebrny 0,6 mm ok. 15 m (2 do 3 razy długość potrzebna dla każdego koloru)
• mikrokontroler, w moim przypadku Wemos D1 mini, ale w zasadzie każdy będzie działał tak długo, jak zmieści się w doniczce)
• Źródło zasilania (w przypadku Wemos D1 mini będzie działać dowolna ładowarka micro-usb do telefonu)
• 3 MOSFETy lub tranzystory (użyłem n-kanałowych mosfetów, ale możesz też użyć p-channel, jeśli dostosujesz obwód)
• Rezystory o różnych wartościach
• Rurki termokurczliwe lub taśma elektryczna
• Doniczka
• Gorący klej
• Kamienie
• Małe drewniane patyczki (np. patyczki z rakiet noworocznych)
• Cienka drewniana deska (np. dno drewnianych skrzynek, w których czasami sprzedawane są owoce)

Opcjonalny

• Nagłówki pinów (męskie i/lub żeńskie)
• Deska do krojenia chleba

Narzędzia

• Lutownica
• Przecinak do drutu
• Wiertarka
• Pęsety (opcjonalnie)
• Pomocna dłoń (opcjonalnie)
• Narzędzie do obracania (opcjonalne)

Większość potrzebnych rzeczy jest pokazana na jednym z powyższych obrazków. Możesz je zdobyć w sklepach z narzędziami, sklepach rzemieślniczych lub Amazon. Niektóre rzeczy mogą jednak przyjść za darmo: kamienie, które zabrałem z pobliskiego pola. A drewniana deska była odpadem, dopóki nie poddałem recyklingowi pudełka po owocach.

Krok 1: Przygotowania

Najpierw upewnij się, że wszystkie diody RGB-LED działają, ponieważ wymiana diody LED później jest naprawdę irytująca. Aby przetestować diody, wystarczy podłączyć je do źródła zasilania o napięciu od 3,3 do 5 V. Użyłem zasilacza laboratoryjnego ustawionego na 4 V. Jeśli ich nie masz, możesz użyć pinów napięciowych na płytce mikrokontrolera lub baterii. W przypadku wspólnej anody RGB-LED anodę (najdłuższą nogę), patrz rysunek 1, podłącz do napięcia (lub „+”), a jedną z pozostałych nóg do masy („-”). Dioda LED powinna teraz zaświecić się w jednym kolorze, zobacz zdjęcia 2 do 4. Jeśli masz wspólną katodową diodę LED RGB, jest odwrotnie. Zrób to dla wszystkich nóg eq. kolory i wszystkie diody LED. Możesz zdawać sobie sprawę, że przy stałym napięciu trzy różne kolory będą miały różną jasność. Musimy to rozważyć później.

W kolejnym kroku wycinasz wszystkie nóżki poza wspólną anodą RGB-LED tak, aby pozostało tylko kilka milimetrów. Jako orientacji użyłem małego wgniecenia, które widać na pierwszym zdjęciu na wszystkich czterech nogach, patrz zdjęcie 5.

Teraz musisz wybrać, które kolorowe przewody miedziane chcesz połączyć w drzewo z drutu. Podczas pisania tego przewodnika wykonałem trzy różne drzewa z drutu RGB-LED. W zależności od koloru doniczki łączyłam różne kolory. Do tego z czarniawą doniczką użyłam kolorów brązowego, żółtego i czarnego. Kiedy już zdecydujesz, jakich kolorów użyć, możesz zacząć przycinać druty miedziane na długość, rysunek 7. W moim przypadku przyciąłem je na długość 50 cm, gdy drzewo wyrosło około 30 cm z doniczki. Stracisz trochę długości podczas splatania kabli, a co ważniejsze, będziesz potrzebować trochę długości na połączenia elektryczne. Tak więc z reguły kable powinny być co najmniej 15 - 20 cm dłuższe niż wysokość, którą chcesz dla swojego drzewa. W zależności od wielkości doniczki możesz tutaj wybrać różne rozmiary.

Aby dać ci wyobrażenie o rozmiarach, których użyłem:

Pierwsze drzewo miało 20 cm wysokości w doniczce o wysokości 10 cm i średnicy. Pozostałe mają ok. 30 cm wysokości w doniczce o wysokości 12 cm i średnicy 13 cm.

Krok 2: Lutowanie drutów miedzianych

Aby przylutować przewody miedziane do diod RGB-LED, najpierw trzeba odkleić na końcu każdego przewodu około 3-5 mm i położyć na nim trochę lutu. Jeśli używasz plecionki tak jak ja, upewnij się, że pojedyncze warkocze są skręcone razem, aby nie wystawały. Ponieważ między nogami diod LED jest mało miejsca, przewody nie powinny się stykać. Bardzo ważne jest, aby kolory były zawsze lutowane w tej samej kolejności na diodzie, w przeciwnym razie późniejsze podłączenie diod do mikrokontrolera stanie się bardzo trudne.

Następnie możesz przylutować przewody do RGB-LED. Aby to zrobić, przycisnąłem diodę LED z wystającą długą nogą, wspólną anodą lub katodą, do pomocnej dłoni, jak widać na drugim zdjęciu. Powtórz to dla wszystkich diod LED. Upewnij się, że masz szczelne połączenie, poruszając miedzianymi przewodami.

Krok 3: Oplatanie drutów miedzianych

Po przylutowaniu przewodów miedzianych do diod LED czas na plecionkę. Jeśli nie wiesz, jak zaplatać warkocze, na youtube jest wiele samouczków. Po prostu wyszukaj „plecionka z 3 nici”. Do splotu przewodów ponownie użyłem pomocnej dłoni, aby trzymać dla mnie diody LED. W moim przypadku pomocna dłoń często wysuwała się do mnie podczas splatania, więc zaciskałem ją na biurku. Ponieważ oplatanie jest czasochłonne, najczęściej robiłem to przy oglądaniu jakiegoś serialu telewizyjnego. Powinieneś zostawić około 8-10 cm drutu miedzianego, który nie jest spleciony. Aby to zrobić, po prostu zawiąż przewody, gdy zbliżysz się do 8 cm na najkrótszym przewodzie. Dla wszystkich kawałków pozostała długość powinna być mniej więcej taka sama.

Krok 4: Lutowanie i skręcanie srebrnego drutu

Teraz możesz przylutować srebrny drut do pozostałej nogi diod LED. Aby to zrobić, musisz najpierw odciąć kawałek. Długość kawałka powinna być dwa razy większa od długości miedzianych drutów plus 20 cm, w zależności od tego, jak mocno go później skręcisz. Jeśli wykonasz więcej skrętu na cm niż oczywiście potrzebujesz większej długości drutu niż przy mniejszym skręcie na cm. W moim przypadku oznacza to 120 cm za sztukę. Aby mieć pewność, ile potrzebujesz, najpierw wytnij tylko jeden kawałek i zapamiętaj jego długość.

Następnie złóż srebrny drut na pół tworząc pętlę pośrodku, patrz rysunek 1. Następnie pętla jest przepychana przez pozostałą nogę diody LED, wspólną anodę (lub katodę). Aby to ułatwić, możesz zgiąć nogę nieco do góry, patrz rysunek 2. Następnie nałóż soder na pętlę z nogą znajdującą się w środku. Upewnij się, że jest dobre połączenie między srebrnym drutem a nogą. Następnie możesz odciąć wystającą część nogi i ewentualnie spiłować ostre krawędzie, które są dołączone do cięcia.

Po przylutowaniu srebrnego drutu na miejscu możesz zacząć skręcać go wokół plecionych drutów miedzianych, aż do węzła z poprzedniego kroku. Drut srebrny powinien być co najmniej tak długi jak druty miedziane, jak widać na rysunku 5. Część srebrnego drutu wystająca za węzłem stanie się później korzeniami drucianego drzewa. Nie ma znaczenia, czy niektóre druty srebrne są krótsze, ale większość powinna być tak długa jak druty miedziane. W zależności od wyniku możesz teraz dostosować długość kolejnych srebrnych drutów pochodzących z długości pierwszego drutu lub pozostawić go bez zmian. Teraz powtórz to dla wszystkich pozostałych diod LED. W końcu masz wiązkę tych „gałęzi”.

Krok 5: Montaż drucianego drzewa

Aby złożyć drzewo z drutu najpierw złóż wszystkie gałęzie razem tak, aby węzły na końcu plecionej części leżały obok siebie, jak widać na pierwszym zdjęciu. Następnie tymczasowo połącz je ze sobą i z grubsza zaprojektuj drzewo według własnego uznania. Aby zaprojektować drzewo wykonałem różne style gałęzi. Niektóre zostawiłem tak, jak są, a niektóre sparowałem, aby reprezentować widelce branche. Zaznaczyłem gałązki, które chciałem parami, maszynką do strzyżenia w miejscu, w którym chciałem je rozdzielić. Następnie ponownie demontuję druciane drzewo i owijam srebrny drut wokół gałęzi do łączenia w pary. Srebrny drut miał mniej więcej taką samą długość jak poprzednio, w moim przypadku około 120 cm. Ostatnim krokiem jest złożenie wszystkich gałęzi, sparowanych i pojedynczych, i ponowne skręcenie wokół siebie srebrnego drutu, zaczynając od punktu, w którym wszystkie się rozdzielą. Ten ostatni srebrny drut musi być najdłuższy, ponieważ pień ma teraz dość dużą średnicę. Poszedłem na 140 cm.

Krok 6: Sortowanie przewodów i lutowanie połączeń elektrycznych

Teraz, gdy skończyłeś pień drzewa, czas posortować przewody. Zacznij od srebrnych drutów, ponieważ są one najmniej ruchome. Najpierw umieść 3 do 4 najkrótszych srebrnych drutów prosto z pnia i skręć je razem. Pozostałe przewody powinny wygiąć się na zewnątrz i staną się później korzeniami. Wystające z dna skręcone druty skrócić na równą długość sięgającą co najmniej 2-3 cm poza pień drzewa. Następnie weź krótki (np. 10 cm) kawałek drutu do przylutowania do srebrnych drutów wystających z dołu drzewka. Srebrne okablowanie zostanie później podłączone do napięcia dodatniego. (Normalnie w elektronice czerwony przewód odpowiada dodatniemu napięciu (lub Vin) a czarny do ujemnemu (lub GND). Ale z diodami RGB zwykle rezerwuję czerwony przewód dla czerwonej diody LED, więc w tym przypadku używam pomarańczowego przewodu jako jest "najbliższy" czerwonemu.) Zdejmij jedną stronę przewodu na 1-2 cm i okręć go wokół srebrnych przewodów na dole, jak widać na rysunku 4 i przylutuj je na miejscu.

Następnie zacznij sortować różne kolory przewodów razem. Wydłużyć dziesięć według najkrótszego i rozebrać je wszystkie na 1 - 2 cm i skręcić ze sobą odsłonięte końcówki. Teraz ponownie przetestuj diody LED, przykładając napięcie dodatnie do srebrnego okablowania i pustych części z drutu miedzianego. Pamiętaj, który kolor odpowiada jakiemu ze światła czerwonego, zielonego czy niebieskiego. Teraz przylutuj zielony przewód do przewodów sterujących zielonymi diodami i tak dalej, w taki sam sposób, jak do srebrnego okablowania w powyższym akapicie. W ostatnim kroku na odsłonięte miedziane przewody należy nałożyć rurkę termokurczliwą lub taśmę elektryczną, aby izolować je przed stykaniem się, a tym samym zwarciem między sobą.

Aby później sterować drzewkiem przewodów RGB-LED, użyłem standardowego przełącznika przyciskowego. Odciąłem niepotrzebną nogę włącznika guzikowego i przylutowałem do przewodów przy pozostałych. Pamiętaj, aby użyć właściwych, ponieważ 2 nogi „połączą się” za pomocą „plastikowego pręta” na dole przełącznika są połączone ze sobą.

Krok 7: Sadzenie drzewa

Jak widać na zdjęciach, drzewo jest posadzone wewnątrz donicy na kawałku drewnianej deski i otoczone kamieniami.

Aby wykonać drewnianą deskę, najpierw zmierzyłem wewnętrzną średnicę doniczki. Następnie na kawałku kartonu rysuję okrąg i wycinam. Następnie sprawdziłem, czy tekturowe kółko mieści się na żądanej głębokości doniczki, a jeśli nie, to trochę je pomniejszyłem. Gdy byłem usatysfakcjonowany, przeniosłem tekturowy kształt na drewnianą deskę i wyciąłem. Do drewnianej deski użyłem dna drewnianego pomarańczowego pudełka z lokalnego supermarketu. Drewniana deska potrzebuje w środku otworu o średnicy 10 mm. Aby utrzymać drewnianą deskę na pożądanej wysokości, odciąłem 3 małe patyczki ze skrawków drewna, które leżały dookoła. W moim przypadku miały 7 cm długości.

Następnie wywierciłem otwór w dnie doniczki, aby przeprowadzić przez niego kabel zasilający, i wyszlifowałem kanał na kabel za pomocą obrotowego narzędzia wielofunkcyjnego wystarczająco głęboko, aby mój kabel mógł ułożyć doniczkę płasko na ziemi. Następnie nałożyłem trochę gorącego kleju na dwa końce patyczków, które wcześniej piłowałem i włożyłem je do doniczki, tworząc trójnóg, na którym można postawić drewnianą deskę.

Teraz, gdy drzewo można włożyć do doniczki, zacząłem układać kamienie wokół pnia drzewa. Nie jest ważne, aby całkowicie przykryć drewnianą deskę drzewami, ponieważ nawet z odległości pół metra nie widać tak głęboko w doniczce. Upewnij się, że zostawiłeś otwarte małe miejsce, w którym możesz umieścić i dotrzeć do przełącznika przyciskowego, aby sterować diodami LED. Kiedy byłem zadowolony z wyglądu, przykleiłem kamienie na gorąco, używając gorącego kleju. Następnie wywierciłem obok siebie dwa małe otwory, aby poprowadzić kable przylutowane do przełącznika przyciskowego i przykleiłem przycisk na miejscu.

Ostatnim krokiem jest zaprojektowanie korzeni. W tym celu skręciłem 2 lub więcej srebrnych drutów wystających razem z nimi od siebie w różnych odległościach jak widać na zdjęciu 11. Następnie zaginam korzenie wokół drewnianej deski jak na zdjęciu 12. Następnie uformowałem okrąg ze srebrnego drutu że założyłem je i zginałem korzenie wokół pierścienia, jak widać na zdjęciu 13 i stopniowo je dokręcałem. Ostatnim krokiem jest odcięcie wystających końcówek srebrnego drutu.

Krok 8: Obwód elektryczny i mikrokontroler

W ostatnim kroku połączyłem obwód elektryczny. Mikrokontroler steruje diodami LED RGB. Ponieważ GPIO mikrokontrolera dostarczają tylko 3,3 V, co nie wystarcza, aby niektóre diody świeciły jasno, podłączyłem mikrontroler do tranzystorów MOSFET, które mogą przełączać diody napięciem wejściowym mikrokontrolera, które wynosi 5 V. (Zamiast tego MOSFET-ów równie dobrze możesz użyć tranzystora, ale miałem MOSFET-y leżące z projektu futer, więc ich użyłem.) Jednak niektóre diody LED nie mogą wytrzymać 5 V, a różne kolory będą świecić z różną jasnością, gdy są podłączone do tego samego napięcia 5 V. Tutaj wkraczają rezystory. Wartości rezystorów muszą być obliczone dla każdego koloru diody RGB zgodnie z kartą katalogową i mogą się różnić w zależności od producenta. Lub możesz po prostu użyć wartości podanych na schemacie obwodu i sprawdzić, czy wartości działają dla Ciebie. Jeśli nie, możesz trochę majstrować przy wartościach rezystorów, podnosząc i obniżając wartości rezystorów, aż wszystkie kolory będą świecić równie jasno. Aby przycisk działał, musi być rezystor podciągający, w przeciwnym razie przycisk może zostać wykryty jako naciśnięcia na zawsze. W tym przypadku Wemos D1 mini ma wewnętrzne rezystory pullup, które można aktywować w kodzie. Jeśli używany mikrontroler tego nie obsługuje, potrzebny jest zewnętrzny rezystor podciągający.

Po dobraniu wartości rezystorów zlutowałem wszystkie części elektroniczne razem na płytce stykowej. Do podłączenia przewodów wychodzących z drzewa użyłem męskich pinheadów na płytce i żeńskich na przewodach, ale równie dobrze można je przylutować bezpośrednio do płytki. Przed połączeniem wszystkiego i włożeniem do doniczki należy wgrać program do mikrokontrolera. Załączyłem plik z kodem. Mam nadzieję, że zrobiłem wystarczająco dużo komentarzy w kodzie, aby każdy mógł zrozumieć, co się dzieje. W tej chwili kod jest bardzo prosty i być może w przyszłości dodam do niego nowe funkcje. Jeśli tak zrobię, opublikuję tu aktualizację i prawdopodobnie przeniosę kod na github. Po podłączeniu drzewo będzie migać na czerwono, zielono, niebiesko i biało, a następnie zacznie przechodzić przez spektrum kolorów odcieni. Możesz wtedy zmieniać tryby kolorów za pomocą naciśnięć przycisków.

Od teraz kod zawiera 3 tryby:

• 0: Wyłączony
• 1: tryb tęczy: jazda na rowerze przez spektrum kolorów odcienia
• 2: Tryb stałego koloru

Możesz przełączać się między trybami kolorów, przytrzymując przycisk przez ponad pół sekundy. Jeśli się powiedzie, drzewo zamiga na biało tyle razy, ile razy podano przed powyższym trybem. W trybie stałego koloru krótkie naciśnięcie przycisku (mniej niż pół sekundy) spowoduje przełączenie 7 różnych kolorów zdefiniowanych w kodzie. Jeśli naciśnięcie przycisku nie zostanie zaakceptowane (krótkie naciśnięcie przycisku działa tylko w trybie stałego koloru), drzewo będzie migać tak, jak przy pierwszym podłączeniu. Możesz zmienić kod według własnego uznania.

Krok 9: Ciesz się

Pozostało tylko znaleźć idealne miejsce na nowo wykonane drzewo z drutu RGB-LED i cieszyć się nim. W sumie zrobienie tego drzewa zajęło mi około 8-10 godzin rozłożonych na kilka dni. Niektóre z bardziej czasochłonnych rzeczy, takich jak splatanie i skręcanie srebrnego drutu wokół gałęzi, robiłem podczas oglądania telewizji.

Możesz się zastanawiać, dlaczego nie ma zdjęć drzewa świecącego na czerwono. Po prostu dlatego, że pisząc tę instrukcję czekam na dostawę elektroniki potrzebnej do zmontowania sterownika. Z tego powodu do zdjęć użyłem kontrolera z mojego pierwszego drzewa RGB-LED. Jednak diody LED w drzewie RGB-LED, na których oparłem tę instrukcję, wymagają niższych wartości rezystorów dla czerwonego, a zatem czerwone światło jest bardzo słabe.