Дерево проводов RGB-LED: 9 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Хочу поделиться с вами своим деревом проводов RGB-светодиодов. Однажды вечером я вспомнил, как в детстве строил деревья из проволоки. В настоящее время мне очень нравится создавать небольшие электронные проекты с микроконтроллерами, подобными Arduino, особенно со светодиодами. Поэтому я подумал, почему бы не объединить и то, и другое, и родилась идея дерева светодиодных проводов. Сначала я проверил, делал ли кто-то подобное раньше, но я не нашел то, что искал. В основном я мог найти деревья светодиодных проводов, которые показывают один цвет. Поскольку я считаю, что одноцветные светодиоды немного скучны, я хотел иметь один с RGB-светодиодами, чтобы дерево проводов отображалось во всех цветах радуги. Так что я начал строить сам. Результат вы можете увидеть на изображении выше. Дерево проводов, на котором я основал это руководство, является моим третьим. Надеюсь, вам понравятся мои инструкции, и я смогу мотивировать некоторых из вас сделать их самостоятельно.

Запасы

Для самого проекта вам понадобится всего несколько расходных материалов и инструментов:

• 10 RGB-светодиодов (+ запчасти на случай повреждения одного) или больше, если хотите
• медный провод 0, 14 мм² (или более толстый, но не слишком толстый, так как его будет трудно заплести) с изоляцией 3 разного цвета примерно по 5 м на цвет (количество светодиодов x длина от 40 до 50 см)
• серебряная проволока 0, 6 мм около 15 м (в 2-3 раза больше длины, необходимой для каждого цвета)
• микроконтроллер, в моем случае Wemos D1 mini, но в основном каждый будет работать, пока он помещается в цветочный горшок)
• Источник питания (в случае Wemos D1 mini подойдет любое зарядное устройство для телефона с micro-usb)
• 3 МОП-транзистора или транзистора (я использовал n-канальные МОП-транзисторы, но вы также можете использовать p-канал, если адаптируете схему)
• Резисторы разного номинала
• Термоусадочная трубка или изолента
• Цветочный горшок
• Горячий клей
• Камни
• Маленькие деревянные палочки (например, палочки от новогодних ракет)
• Тонкая деревянная доска (например, дно деревянных ящиков, в которых иногда продают фрукты)

По желанию

• Заголовки контактов (мужские и / или женские)
• Макетная плата

Инструменты

• Паяльник
• Кусачки
• Дрель
• Пинцет (по желанию)
• Рука помощи (необязательно)
• Инструмент вращения (необязательно)

Большинство вещей, которые вам нужны, показаны на одном из рисунков выше. Вы можете приобрести их в хозяйственных магазинах, магазинах товаров для рукоделия или на Amazon. Однако некоторые вещи можно получить бесплатно: камни, которые я взял с близлежащего поля. И деревянная доска была мусором, пока я не переработал коробку с фруктами.

Шаг 1. Подготовка

Во-первых, убедитесь, что все RGB-светодиоды работают, так как замена светодиода в дальнейшем действительно раздражает. Чтобы проверить светодиоды, просто подключите их к источнику питания с напряжением от 3,3 до 5 В. Я использовал лабораторный источник питания, настроенный на 4. V. Если у вас их нет, вы можете использовать выводы напряжения на плате микроконтроллера или батареях. В случае использования RGB-светодиода с общим анодом, подключите анод (самую длинную ножку), см. Рисунок 1, к напряжению (или «+»), а одну из оставшихся ножек - к земле («-»). Теперь светодиод должен загореться одним цветом, см. Рисунки 2–4. Если у вас обычный катодный RGB-светодиод, то все наоборот. Сделайте это для всех ног ур. цвета и все светодиоды. Вы можете понять, что при фиксированном напряжении три разных цвета будут иметь разную яркость. Мы должны учитывать это позже.

На следующем этапе вы обрезаете все ножки, кроме общего анода RGB-светодиода, чтобы осталось всего несколько миллиметров. Я использовал небольшую вмятину, которую вы видите на первом изображении на всех четырех ногах, в качестве ориентира, см. Рисунок 5.

Теперь вам нужно выбрать, какие цветные медные провода вы хотите объединить в дерево проводов. Во время написания этого руководства я сделал три разных дерева проводов RGB-светодиодов. В зависимости от цвета цветочного горшка я сочетала разные цвета. Для этого с черноватым цветочным горшком я использовал коричневый, желтый и черный цвета. Когда вы определились, какие цвета использовать, вы можете начать обрезать медные провода до нужной длины, рис. 7. В моем случае я отрезал их до длины 50 см, когда дерево немного возвышалось над цветочным горшком примерно на 30 см. Вы потеряете некоторую длину при плетении кабелей и, что более важно, вам понадобится немного длины для электрических соединений. Таким образом, как показывает практика, кабели должны быть как минимум на 15-20 см длиннее, чем высота, которую вы хотите для своего дерева. В зависимости от размера цветочного горшка вы можете выбрать разные размеры.

Чтобы дать вам представление о размерах, которые я использовал:

Первое дерево было высотой 20 см в цветочном горшке 10 см высотой и диаметром. Другие - высотой около 30 см в цветочном горшке высотой 12 см и диаметром 13 см.

Шаг 2: Пайка медных проводов

Чтобы припаять медные провода к RGB-светодиодам, сначала нужно зачистить конец каждого провода примерно на 3-5 мм и нанести на него припой. Если вы используете тесьму, как я, убедитесь, что отдельные косы скручены вместе, чтобы они не торчали. Так как между ножками светодиодов мало места и провода не должны касаться друг друга. Очень важно, чтобы цвета всегда паялись на светодиодах в одном и том же порядке, иначе подключение светодиодов к микроконтроллеру будет очень затруднено.

Далее можно припаять провода к RGB-светодиоду. Для этого я зажал светодиод с протяженной длинной ножкой, общим анодом или катодом, в руку помощи, как вы можете видеть на втором рисунке. Повторите это для всех светодиодов. Убедитесь, что у вас плотное соединение, покачивая медными проводами.

Шаг 3: плетение медных проводов

После того, как вы припаяли медные провода к светодиодам, самое время заплести оплетку. Если вы не знаете, как плести косу, на YouTube есть множество руководств. Просто выполните поиск по запросу "3-х прядная коса". Чтобы заплести провода, я снова использовал руку помощи, чтобы держать светодиоды для меня. В моем случае рука помощи часто скользила ко мне во время плетения, поэтому я прижимал ее к столу. Так как плетение отнимает много времени, больше всего я делал это во время просмотра некоторых сериалов. Вы должны оставить около 8-10 см медной проволоки без оплетки. Для этого просто завяжите провода, когда приблизитесь к 8 см на самом коротком проводе. Для всех частей оставшаяся длина должна быть примерно одинаковой.

Шаг 4: Пайка серебряной проволоки и скручивание

Теперь можно припаять серебряный провод к оставшейся ножке светодиодов. Для этого сначала нужно отрезать кусок. Длина детали должна быть вдвое больше длины медных проводов плюс 20 см, в зависимости от того, насколько сильно вы будете скручивать ее позже. Если вы делаете больше витков на сантиметр, чем, конечно, вам нужно больше длины проволоки, чем при меньшем количестве витков на см. В моем случае это 120 см за штуку. Чтобы точно знать, сколько вам нужно, сначала отрежьте только один кусок и запомните его длину.

После этого вы складываете серебряный провод пополам, создавая петлю посередине, см. Рисунок 1. Затем петля проталкивается через оставшуюся ножку светодиода, общий анод (или катод). Для облегчения можно немного согнуть ногу вверх, см. Рисунок 2. После этого наложить содер на петлю так, чтобы нога находилась внутри. Убедитесь, что серебряный провод и ножка надежно соединены. После этого вы можете отрезать торчащую часть ноги и, возможно, подпилить острые края, которые идут вместе с надрезом.

После того, как вы припаяли серебряную проволоку на место, вы можете начать скручивать ее вокруг медных проволок в оплетке, пока не получите узел из предыдущего шага. Серебряная проволока должна быть как минимум такой же длины, как и медная проволока, как вы можете видеть на рисунке 5. Часть серебряной проволоки, которая торчит за узлом, позже станет корнями проволочного дерева. Неважно, короче ли некоторые серебряные провода, но большинство должно быть такой же длины, как и медные. В зависимости от вашего результата теперь вы можете изменить длину следующих серебряных проводов, исходя из длины первого провода, или оставить все как есть. Теперь повторите это для всех остальных светодиодов. В итоге у вас есть связка этих «веток».

Шаг 5: Сборка проволочного дерева

Чтобы собрать дерево из проволоки, сначала соедините все ветви вместе так, чтобы узлы на конце плетеной части лежали рядом друг с другом, как показано на первом рисунке. Затем временно скрепите их вместе и примерно спроектируйте свое дерево по своему усмотрению. Чтобы спроектировать дерево, я сделал разные стили веток. Некоторые я оставил такими, какие они есть, а некоторые соединил в пары, чтобы представить ответвления. Я пометил ветви, которые хотел попарно, с помощью машинки для стрижки в том месте, где я хотел, чтобы они разделялись. Затем я снова разобрал проволочное дерево и обмотал ветви серебряной проволокой, чтобы соединить их попарно. Серебряная проволока имела примерно такую же длину, как и раньше, в моем случае примерно 120 см. Последний шаг - соединить все ветви, парные и одиночные, вместе и снова скрутить серебряную проволоку, начиная с точки, где они все разделяются. Эта последняя серебряная проволока должна быть самой длинной, так как ствол теперь имеет очень большой диаметр. Я пошел на 140 см.

Шаг 6: сортировка проводов и пайка электрических соединений

Теперь, когда вы закончили делать ствол дерева, пришло время отсортировать провода. Начните с серебряных проводов, так как они наименее подвижны. Сначала протяните 3–4 самых коротких серебряных провода прямо от ствола и скрутите их вместе. Остальные провода должны загнуться наружу и в дальнейшем станут корнями. Обрежьте скрученные провода, торчащие из нижней части, до одинаковой длины, выйдя из ствола дерева не менее чем на 2-3 см. Затем возьмите короткий (например, 10 см) кусок проволоки, который нужно припаять к серебряным проводам, торчащим из нижней части елки. Позже серебряная проводка будет подключена к положительному напряжению. (Обычно в электронике красный провод соответствует положительному напряжению (или Vin), а черный - отрицательному (или GND). Но с RGB-светодиодами я обычно резервирую красный провод для красного светодиода, поэтому в этом случае я использую оранжевый провод в качестве него. является «ближайшим» к красному.) Зачистите одну сторону провода на 1-2 см и оберните ее вокруг серебряных проводов внизу, как показано на рисунке 4, и припаяйте их на место.

Затем начните сортировку проводов разных цветов вместе. Вытяните десять по самому короткому, оголите все на 1-2 см и скрутите зачищенные концы вместе. Теперь снова проверьте светодиоды, подав положительное напряжение на серебряную проводку и пустые части медного провода. Запомните, какой из ваших цветов соответствует красному, зеленому или синему свету. Теперь припаяйте зеленый провод к проводам, управляющим зелеными светодиодами и так далее, точно так же, как для серебряной проводки в параграфе выше. На последнем этапе наденьте термоусадочную трубку или изоленту поверх оголенных медных проводов, чтобы изолировать их от соприкосновения и, следовательно, короткого замыкания.

Чтобы позже управлять деревом проводов RGB-светодиодов, я использовал стандартный кнопочный переключатель. Ненужную ножку кнопочного переключателя я отрезал и припаял к остальным проводам. Обязательно используйте правильные, так как две ножки, «соединенные» «пластиковой планкой» в нижней части переключателя, соединены вместе.

Шаг 7: посадка дерева

Как видно на фотографиях, дерево посажено внутри цветочного горшка на деревянной доске и окружено камнями.

Чтобы сделать деревянную доску, я сначала измерил внутренний диаметр цветочного горшка. Затем на куске картона рисую круг и вырезаю его. Затем я проверила, подходит ли картонный кружок нужной глубине цветочного горшка, а если нет, то обрезала его немного меньше. Когда я был удовлетворен, я перенес форму картона на деревянную доску и вырезал ее. Для деревянной доски я использовал дно деревянной оранжевой коробки из местного супермаркета. В деревянной доске необходимо отверстие посередине диаметром 10 мм. Чтобы удерживать деревянную доску на нужной высоте, я выпил 3 маленькие палочки из лежащих у меня деревянных обрезков. В моем случае они были длиной 7 см.

Затем я просверлил отверстие в дне цветочного горшка, чтобы пропустить через него силовой кабель, и проточил канал для кабеля с помощью вращающегося мультиинструмента, достаточно глубокий, чтобы мой кабель мог ровно стоять на земле. Затем я нанесла горячий клей на два конца палочек, которые я пил ранее, и положила их в цветочный горшок, образуя штатив для деревянной доски.

Теперь, когда дерево можно поместить в цветочный горшок, я начал раскладывать камни вокруг ствола дерева. Не важно полностью покрыть деревянную доску деревьями, так как даже если вы находитесь всего в полуметре, вы не сможете увидеть эту глубину в цветочном горшке. Убедитесь, что вы оставили небольшое открытое место, где вы можете поставить и дотянуться до кнопочного переключателя для управления светодиодами. Когда внешний вид меня удовлетворил, я приклеил камни на место горячим клеем. После этого я просверлил два маленьких отверстия рядом друг с другом, чтобы пропустить кабели, припаянные к кнопочному переключателю, и приклеил кнопочный переключатель на место.

Последний шаг - оформление корней. Для этого я скрутил 2 или более серебряных проволок, торчащих вместе, и их разделяли на разном расстоянии, как показано на рисунке 11. Затем я сгибаю корни вокруг деревянной доски, как на рисунке 12. Затем я сформировал круг из серебряной проволоки. что я накладываю на них и сгибаю корни вокруг кольца, как это видно на рисунке 13, и постепенно затягиваю их один за другим. Последний шаг - отрезать сильно торчащие концы серебряной проволоки.

Шаг 8: электрическая схема и микроконтроллер

На последнем этапе я собрал электрическую схему. Микроконтроллер управляет RGB-светодиодами. Поскольку GPIO микроконтроллера подают только 3,3 В, что недостаточно для яркого свечения некоторых светодиодов, я подключил микронтроллер к полевым МОП-транзисторам, которые могут переключать светодиоды с входным напряжением микроконтроллера, которое составляет 5 В. (Вместо этого Из MOSFET вы также можете использовать транзистор, но у меня были MOSFET из будущего проекта, поэтому я использовал их.) Однако некоторые светодиоды не выдерживают 5 В, и разные цвета будут светиться с разной яркостью, когда они приложены к одному и тому же напряжению. на 5 В. Вот где вступают в силу резисторы. Значения резисторов должны быть рассчитаны для каждого цвета RGB-светодиода в соответствии с таблицей данных и могут отличаться от производителя к производителю. Или вы можете просто использовать значения, представленные на принципиальной схеме, и проверить, работают ли они для вас. Если нет, вы можете немного повозиться со значениями резистора, увеличивая и уменьшая значения резистора до тех пор, пока все цвета не будут сиять одинаково ярко. Чтобы кнопка работала, необходим подтягивающий резистор, иначе кнопка может быть постоянно нажата. В этом случае Wemos D1 mini имеет внутренние подтягивающие резисторы, которые можно активировать с помощью кода. Если используемый микрокроллер этого не поддерживает, необходим внешний подтягивающий резистор.

После выбора номиналов резисторов я спаял все электронные части вместе на макетной плате. Для подключения проводов, идущих от дерева, я использовал штекерные разъемы на плате и розетки на проводах, но вы также можете припаять их прямо к плате. Перед тем, как соединить все вместе и положить в цветочный горшок, необходимо прошить программу на микроконтроллер. Прикрепил файл кода. Надеюсь, я сделал достаточно комментариев в коде, чтобы любой мог понять, что происходит. Прямо сейчас код очень простой, и в будущем я могу добавить к нему функции. Если я это сделаю, я опубликую здесь обновление и, возможно, перенесу код в github. Когда вы подключите дерево, оно будет мигать красным, зеленым, синим и белым, а затем начнет циклически перемещаться по цветовому спектру оттенков. Вы можете изменить цветовые режимы нажатием кнопки.

На данный момент код содержит 3 режима:

• 0: выкл.
• 1: Режим радуги: чередование цветового спектра оттенков
• 2: фиксированный цветовой режим

Вы можете переключаться между цветовыми режимами, удерживая кнопку более полсекунды. В случае успеха дерево будет мигать белым количество раз, указанное перед режимом выше. В режиме фиксированного цвета короткое нажатие кнопки (менее полсекунды) будет переключать 7 различных цветов, определенных в коде. Если нажатие кнопки не принимается (короткое нажатие кнопки работает только в фиксированном цветовом режиме), дерево будет мигать, как при первом подключении. Не стесняйтесь изменять код по своему усмотрению.

Шаг 9: наслаждайтесь

Осталось только найти золотую середину для вашего недавно сделанного дерева проводов RGB-светодиодов и наслаждаться им. В целом создание этого дерева заняло у меня около 8-10 часов в течение нескольких дней. Некоторые из более трудоемких вещей, такие как плетение и скручивание серебряной проволоки вокруг ветвей, я делал, когда смотрел телевизор.

Вы можете задаться вопросом, почему нет изображений дерева, сияющего красным. Просто потому, что пока я пишу это руководство, я жду партию электроники, которая нужна мне для сборки контроллера. Поэтому для изображений я использовал контроллер из моего первого дерева RGB-светодиодов. Однако светодиоды в дереве RGB-светодиодов, которые я основал на этих инструкциях, требуют более низких значений резистора для красного цвета, и поэтому красный свет очень тусклый.