Gwiazda bożonarodzeniowa z programowalnymi diodami LED: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Chciałem czegoś innego na moim bożonarodzeniowym wyświetlaczu w tym roku, więc zdecydowałem się kupić ciąg programowalnych diod LED RGB (czasami nazywanych diodami neopikselowymi) i stworzyć świąteczną gwiazdę. Te diody LED można indywidualnie zaprogramować na kolor i jasność za pomocą tylko jednego przewodu sterującego.

Krok 1: Materiał

WS2811 rozproszony cyfrowy ciąg LED RGB (5 V)

Płytka Arduino (źródeł jest WIELE)

Biblioteka FastLED Arduino

Zasilanie +5 V DC (500 ma lub więcej - może być „typu brodawek ściennych”)

Kabel rozgałęźnika zasilania

3-żyłowy kabel zasilający/sterujący

Zespół 3-pinowego złącza męskiego JST SM

Rurki termokurczliwe (3 sztuki o średnicy 3/16, długość 1 cala)

Wodoodporne plastikowe pudełko

Sklejka 2’ x 2’ x ¼”

Kawałek tektury 2 'x 2' (opcjonalnie)

Farba zewnętrzna

Przezroczysta taśma pakowa (lub przezroczysta taśma GorillaTM)

Złom drewna na półkę z elektroniką (opcjonalnie)

Klej do drewna (opcjonalnie)

lina pleciona ¼” (opcja)

Parcord (opcjonalnie)

Klipsy CommandTM Outdoor Light Clip (opcjonalnie - znalazłem je w Walmart)

Słupki namiotowe (opcjonalnie)

Krok 2: Narzędzia

Komputer do programowania Arduino

Wiertarka lub wiertarka

Wiertło 12 mm

Piła do drewna z drobnymi zębami (użyłem wyrzynarki)

Opalarka, zapalniczka lub zapałki do rurek termokurczliwych

Szydło lub szpikulec

Papier ścierny

Szlifierka elektryczna (opcja)

Krok 3: Proces budowania gwiazdy

Chciałem, aby moja gwiazda zmieściła się na 24-calowym kwadratowym kawałku sklejki, więc chciałem, aby najszerszy wymiar nie był większy niż 24 cale. Górny kąt trójkąta wierzchołkowego wynosi 36°. Pozostałe dwa kąty to 72°.

Chciałem, aby wzór światła w gwieździe był jak największy, więc planowałem, aby czubki gwiazdy nie dochodziły do pełnego wierzchołka. Każda noga gwiazdy jest identyczna, więc obliczyłem wymiary jednej nogi, jak pokazano na rysunku.

Następnie wydrukowałem pięć kopii wzoru i przystąpiłem do układania gwiazdy na kartonie.

Ponieważ mój ciąg LED ma 50 diod LED, potrzebowałem pięciu na każdą nogę w równych odstępach. Długość jednej nogi (z rysunku) wynosi 8.125 cala ÷ 5 = 1.625 cala (1-5/8”). Ponieważ miałem narysowany punkt gwiazdowy w Visio, zaznaczyłem każdą lokalizację LED na wzorze Visio, aby uniknąć konieczności mierzenia na układzie kartonu. Kliknij łącze na końcu tej sekcji, aby uzyskać pełnowymiarowy wzór punktu gwiazdy. UWAGA: Jeśli wydrukowany wzór nie odpowiada wskazaniom, konieczne może być dostosowanie ustawień marginesów drukarki. Ustawiłem mój na 0,15 cala ze wszystkich stron.

Następnie przykleiłem karton do kawałka sklejki i przebiłem tekturę szydłem w sklejce w każdym miejscu LED. Musiałem użyć sporego nacisku, aby uzyskać wystarczająco głębokie ślady w sklejce, aby móc je zobaczyć (być może dlatego, że moje szydło wymaga naostrzenia).

Oczywiście możesz ominąć wzór kartonu i wykonać układ bezpośrednio na sklejce, jeśli czujesz się komfortowo z procesem i masz pewność, że nie zniszczysz idealnie dobrego kawałka sklejki.

Wyjąłem kartonowy szablon i zmierzyłem prostopadle około cala od linii wiertła LED dookoła gwiazdy, aby uzyskać linię wycięcia. Uwaga: linia cięcia na zdjęciu jest pokazana na tekturze, ponieważ zanim zdecydowałem się na wykonanie tej instrukcji, już ukończyłem gwiazdę.

Po wycięciu gwiazdy przeszlifowałem wszystkie powierzchnie i nałożyłem dwie warstwy akrylowego podkładu zewnętrznego i dwie warstwy wykończeniowe akrylowej farby zewnętrznej. Malowałem przed wierceniem otworów, aby uniknąć dostania się farby do otworów.

Wywierciłem otwory na diody LED w każdym zaznaczonym przeze mnie miejscu wiertłem 12 mm, ale otwory były nieco za małe, więc musiałem cofnąć się i „wynurzyć” każdy otwór, obracając wiertłem pod kątem kołowym. Może się zdarzyć, że wiertło ½” będzie miało idealny rozmiar. Radzę wypróbować to na kawałku drewna i zobaczyć, jak dobrze działa. Diody LED muszą być dość ciasno dopasowane do sklejki, aby zapobiec ich wypadaniu. Po wierceniu wróciłem z małym pędzelkiem i pomalowałem miejsca, w których wiertło rozerwało sklejkę. Mimo że wierciłem z kopią zapasową, wciąż mam trochę łez.

Na zdjęciu wstępnym widać, że punkty na mojej gwieździe nie są identyczne. Wynika to z niewielkiego błędu w pomiarze i obliczeniu rozmiaru gwiazdy, ale tak naprawdę nie ma to żadnego znaczenia. Nikt nigdy o tym nie wspomniał i oczywiście nie widać tego w nocy.

Do skierowanych w dół punktów gwiazdy dodałem małe kawałki litego drewna o grubości 3/8 cala, dzięki czemu mogłem dodać śrubowe oczka, które pozwolą mi zakotwiczyć gwiazdę, aby nie wiała, ponieważ mieszkam w Oklahomie, gdzie „wiatr zamiata równinę”.

Zawiesiłem swoją gwiazdę między dwoma dużymi drzewami na moim podwórku. Przymocowałem dwa klipsy 3M CommandTM Outdoor Light Clip z tyłu gwiazdy i owinąłem je liną ¼”, którą rozpięłam między drzewami.

Zakotwiczyłem skierowane w dół czubki gwiazdy do ziemi za pomocą kołków namiotowych i paracordu. Rozważałem zamontowanie gwiazdy na szczycie nad garażem, ale montaż puszki z elektroniką w tym miejscu był dla mnie problematyczny.

Krok 4: Programowanie diod LED

Do sterowania diodami LED można użyć dowolnego mikrokontrolera, ale od kilku lat bawię się Arduino, więc poszedłem tą drogą. Jestem emerytowanym inżynierem elektronikiem, ale nie jestem programistą, więc byłem zachwycony, gdy znalazłem bibliotekę FastLED, dzięki której programowanie diod LED jest dziecinnie proste. AdaFruit również ma podobną bibliotekę, ale byłem już w FastLED, zanim to odkryłem. Dlatego nie mam zdania, która biblioteka jest lepsza.

Rozważałem różne pomysły na wzór światła, ale zdecydowałem się na proste zanikanie/zanikanie ze zmianami koloru w każdym cyklu dla mojej gwiazdy. Zauważyłem, że w ciemności diody LED były zbyt jasne, aby uzyskać pożądany efekt, więc ustawiłem maksymalny poziom jasności na 36. Diody LED są BARDZO jasne, gdy są oglądane bezpośrednio, ponieważ są umieszczone w tym projekcie.

Jeśli nie znasz mikrokontrolera Arduino, istnieje kilka bardzo pouczających instrukcji dla początkujących. Radziłbym je sprawdzić i zapoznać się z programowaniem Arduino przed podjęciem takiego projektu. Po prostu wyszukaj Arduino na stronie Instructable.

Kliknij poniższy link, aby zobaczyć szkic Arduino, który napisałem dla mojej gwiazdy.

Krok 5: Zasilanie Arduino i diod LED

Miałem już zasilacz 10A, +5V DC. To przesada dla tego projektu, ale po co kupować inny zasilacz? Użyłem kabla rozdzielacza zasilania na liście części, aby uzyskać zasilanie zarówno z łańcucha LED, jak i płyty Arduino z zasilacza. UWAGA: Łańcuchy LED są dostępne w wersjach 5V i 12V. Jeśli wybierzesz diody LED 12 V, będziesz musiał użyć oddzielnego zasilacza dla płyty Arduino lub użyć konwertera napięcia DC-DC obniżającego napięcie (lub, dla bardziej doświadczonych w elektronice, regulatora liniowego), aby zmniejszyć Arduino napięcie zasilania od 5V do 9V DC.

Do okablowania zasilania i sterowania w końcowej instalacji użyłem 3-żyłowego „przewodu termostatu”, który znalazłem u Lowe’s. Dwa przewody do zasilania i jeden przewód do sygnału sterującego. Czy to nie zdumiewające, że kolorem i jasnością 50 diod LED można sterować za pomocą JEDNEGO przewodu?! Jako inżynier elektronik w pełni rozumiem, jak to działa, ale nadal jestem pod BARDZO pod wrażeniem.

Przewód zasilania/sterowania musi być zakończony 3-pinowym zaciskiem JST. Przylutowałem przewody zespołu zacisków do 3-żyłowych przewodów kabla i pokryłem spawy rurkami termokurczliwymi. Taśma elektryczna zadziałałaby w mgnieniu oka, ale nie jest dobrze odporna na warunki atmosferyczne. Unikam tego, kiedy to możliwe.

Krok 6: Ochrona elektroniki

Oczywiście płytka Arduino i zasilacz nie są odporne na warunki atmosferyczne, dlatego należy je chronić. Użyłem „jednorazowego” plastikowego pudełka do przechowywania żywności. Aby podtrzymać pudełko, zbudowałem małą półkę, którą również pomalowałem zgodnie z opisem dla gwiazdy i przykręciłem ją do jednego z drzew. Wywierciłem otwór z boku pudełka przy dnie. Następnie wyciąłem szczelinę od otworu do górnej części pudełka, aby wsunąć przewody do otworu. Po umieszczeniu przewodów użyłem przezroczystej taśmy wewnątrz i na zewnątrz pudełka, aby uszczelnić szczelinę. Sama dziura nie musi być całkowicie uszczelniona, jeśli zastosujesz się do poniższej uwagi.

UWAGA: Otwór na przewód zasilający i przewód zasilający/sterujący do diod LED musi być umieszczony tak, aby woda nie dostała się do pudełka. Umieść otwór na dnie pudełka i uformuj pętlę z drutami, aby woda z drutów ściekła, a nie podążała za drutem do pudełka.

Poprowadziłem przewód zasilający/sterujący z pudełka do gwiazdy wzdłuż liny ¼”, na której zawieszona była gwiazda, używając opasek zaciskowych, aby przymocować przewód do liny.

Krok 7: Zobacz to w akcji

Oto nagranie mojej gwiazdy, kiedy na zewnątrz było zupełnie ciemno. Podoba mi się spokojny efekt blaknięcia kolorów.