Рождественская звезда с программируемыми светодиодами: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

В этом году я хотел чего-то другого для своего рождественского дисплея на открытом воздухе, поэтому решил купить ряд программируемых светодиодов RGB (иногда называемых неопиксельными светодиодами) и создать рождественскую звезду. Эти светодиоды можно индивидуально запрограммировать на цвет и яркость с помощью только одного провода управления.

Шаг 1: Материал

Цифровая светодиодная RGB-цепочка WS2811 (5 В)

Плата Arduino (есть МНОГО источников)

Библиотека FastLED Arduino

Источник питания +5 В постоянного тока (500 мА или больше - может быть «настенная бородавка»)

Кабель-разветвитель питания

3-жильный кабель питания / управления

3-контактный штекерный разъем JST SM в сборе

Термоусадочные трубки (3 штуки диаметром 3/16 дюйма, длиной 1 дюйм)

Водонепроницаемый пластиковый ящик

Фанера 2’x 2’ x ¼”

Кусок картона 2 х 2 фута (необязательно)

Внешняя краска

Прозрачная упаковочная лента (или прозрачная лента GorillaTM)

Древесный лом для полки для электроники (по желанию)

Клей для дерева (по желанию)

¼”плетеная веревка (опция)

Parcord (по желанию)

Зажимы CommandTM Outdoor Light Clips (необязательно - я нашел их в Walmart)

Столбы для палаток (по желанию)

Шаг 2: Инструменты

Компьютер для программирования Arduino

Электродрель или сверлильный станок

Сверло 12 мм

Пила по дереву с мелкими зубьями (я использовал лобзик)

Тепловой пистолет, зажигалка или спички для термоусадочной трубки

Шило или ледоруб

Наждачная бумага

Электрическая шлифовальная машинка (опция)

Шаг 3. Процесс сборки звездочки

Я хотел, чтобы моя звезда поместилась на 24-дюймовом квадратном куске фанеры, поэтому я хотел, чтобы самый широкий размер был не более 24 дюймов. Верхний угол острия треугольника составляет 36 °. Два других угла равны 72 °.

Я хотел, чтобы световой узор на звезде был как можно больше, поэтому я планировал, чтобы концы звезды не выходили на полную вершину. Каждая ножка звезды идентична, поэтому я рассчитал размеры одной ножки, как показано на рисунке.

Затем я распечатал пять копий выкройки и приступил к раскладке звезды на картоне.

Поскольку моя светодиодная гирлянда состоит из 50 светодиодов, мне нужно было по пять на каждую ногу, равномерно расположенных. Длина одной ножки (из рисунка) составляет 8,125 дюйма ÷ 5 = 1,625 дюйма (1-5 / 8 дюйма). Поскольку в Visio я нарисовал звезду, я пометил каждое положение светодиода на шаблоне Visio, чтобы не проводить измерения на картонном макете. Щелкните ссылку в конце этого раздела, чтобы увидеть полноразмерный образец звездочки. ПРИМЕЧАНИЕ. Если размеры напечатанного шаблона не соответствуют указанным, возможно, вам придется отрегулировать параметры полей вашего принтера. Я установил свою на 0,15 дюйма со всех сторон.

Затем я приклеил картон к листу фанеры и проткнул картон шилом в фанеру в местах расположения каждого светодиода. Мне пришлось немного надавить, чтобы получить достаточно глубокие отметины на фанере, чтобы их можно было увидеть (возможно, потому, что мое шило требует заточки).

Конечно, вы можете обойтись без картонного рисунка и выполнить макет прямо на фанере, если вам удобен процесс и вы уверены, что не испортите идеальный кусок фанеры.

Я удалил картонный шаблон и измерил перпендикуляр примерно на дюйма от светодиодной линии сверления вокруг звезды, чтобы получить линию выреза. Примечание: линия разреза на фотографии показана на картоне, потому что к тому времени, когда я решил сделать это руководство, я уже закончил звезду.

Вырезав звезду, я отшлифовал все поверхности и нанес два слоя акриловой грунтовки для наружных работ и два финишных слоя акриловой краски для наружных работ. Я красил перед сверлением отверстий, чтобы краска не попала внутрь отверстий.

Я просверлил отверстия для светодиодов в каждом отмеченном мною месте, используя сверло диаметром 12 мм, но отверстия были немного меньше размера, поэтому мне пришлось вернуться и «выбить» каждое отверстие, наклоняя сверло по кругу. Возможно, сверло диаметром ½ дюйма будет идеальным размером. Я советую вам попробовать это на куске дерева и посмотреть, насколько хорошо он работает. Светодиоды должны плотно прилегать к фанере, чтобы они не выпали. После сверления я вернулся с небольшой кистью и закрасил места, где сверло порвало фанеру. Несмотря на то, что я сверлил с резервной копией, у меня все равно остались слезы.

На вводной фотографии вы можете видеть, что не все точки на моей звезде идентичны. Это из-за небольшой ошибки в измерении и вычислении размера звезды, но на самом деле это не имеет значения. Об этом никто никогда не упоминал и, конечно же, ночью его не видно.

Я добавил маленькие кусочки твердой древесины толщиной 3/8 дюйма к направленным вниз точкам звезды, чтобы я мог добавить несколько винтов, чтобы я мог закрепить звезду, чтобы она не кружилась, так как я живу в Оклахоме, где «ветер» проносится по равнине ».

Я подвесил свою звезду между двумя большими деревьями во дворе перед домом. Я прикрепил два зажима для наружного освещения 3M CommandTM к задней части звезды и намотал их на веревку диаметром ¼ дюйма, которую натянул между деревьями.

Я прикрепил указывающие вниз концы звезды к земле с помощью палаточных кольев и паракорда. Я подумал о том, чтобы установить звезду на фронтоне над моим гаражом, но установка блока электроники в этом месте была для меня проблематичной.

Шаг 4: Программирование светодиодов

Для управления светодиодами можно использовать любой микроконтроллер, но я играл с Arduino пару лет, поэтому пошел по этому пути. Я инженер-электронщик на пенсии, но не программист, поэтому я был взволнован, обнаружив библиотеку FastLED, которая упрощает программирование светодиодов. В AdaFruit также есть похожая библиотека, но я уже был в FastLED до того, как обнаружил это. Поэтому у меня нет мнения о том, какая библиотека лучше.

Я рассмотрел различные идеи светового рисунка, но решил использовать простое постепенное появление / исчезновение с изменением цвета в каждом цикле для моей звезды. Я обнаружил, что в темноте светодиоды были слишком яркими для желаемого эффекта, поэтому я установил максимальный уровень яркости на 36. Светодиоды ОЧЕНЬ яркие при прямом просмотре, поскольку они расположены в этом проекте.

Если вы не знакомы с микроконтроллером Arduino, есть несколько очень информативных инструкций для начинающих. Я бы посоветовал вам проверить их и познакомиться с программированием Arduino, прежде чем пытаться реализовать такой проект. Просто найдите Arduino на веб-сайте с инструкциями.

Щелкните ссылку ниже, чтобы увидеть эскиз Arduino, который я написал для своей звезды.

Шаг 5: Включение Arduino и светодиодов

У меня уже был блок питания 10А, + 5В постоянного тока. Это перебор для этого проекта, но зачем покупать другой блок питания? Я использовал кабель-разветвитель питания из списка запчастей, чтобы получить питание как для светодиодной цепочки, так и для платы Arduino от источника питания. ПРИМЕЧАНИЕ. Светодиодные гирлянды выпускаются как на 5 В, так и на 12 В. Если вы выберете светодиоды 12 В, вам нужно будет либо использовать отдельный источник питания для платы Arduino, либо использовать понижающий преобразователь напряжения DC-DC (или для тех, кто более опытен в электронике, линейный регулятор), чтобы уменьшить Arduino. напряжение питания от 5В до 9В постоянного тока.

Для силовой и управляющей проводки при окончательной установке я использовал трехжильный «провод термостата», который я нашел в Lowe’s. Два провода для питания и один провод для управляющего сигнала. Разве не удивительно, что цветом и яркостью 50 светодиодов можно управлять ОДНИМ проводом ?! Как инженер-электронщик, я полностью понимаю, как это работает, но я все еще ОЧЕНЬ впечатлен.

Провод питания / управления должен заканчиваться 3-контактной клеммой JST. Я припаял провода клеммной коробки к проводам трехжильного кабеля и накрыл стыки термоусадочной трубкой. Изолента подойдет в крайнем случае, но она плохо переносит погодные условия. Я избегаю этого, когда это возможно.

Шаг 6: защита электроники

Конечно, плата Arduino и блок питания не защищены от атмосферных воздействий, поэтому они должны быть защищены. Я использовал «одноразовый» пластиковый ящик для хранения продуктов. Чтобы поддерживать коробку, я построил небольшую полку, которую тоже раскрасил, как описано для звезды, и прикрутил ее к одному из деревьев. Я просверлил отверстие сбоку коробки рядом с дном. Затем я вырезал прорезь от отверстия до верха коробки, чтобы провести провода вниз к отверстию. После того, как провода были на месте, я использовал прозрачную ленту внутри и снаружи коробки, чтобы закрыть прорезь. Само отверстие не обязательно должно быть полностью закрыто, если вы соблюдаете следующее примечание.

ПРИМЕЧАНИЕ. Отверстие для кабеля питания и провода питания / управления, идущего к светодиодам, должно быть расположено так, чтобы вода не попадала в коробку. Проделайте отверстие в нижней части коробки и сделайте петлю из проводов, чтобы вода стекала с проводов, а не по проводам в коробку.

Я пропустил силовой / управляющий провод от коробки к звезде вдоль веревки диаметром ¼ дюйма, на которой была подвешена звезда, используя стяжки, чтобы прикрепить провод к веревке.

Шаг 7. Посмотрите на это в действии

Вот видео моей звезды, когда на улице было совсем темно. Мне нравится спокойный эффект тускнеющих цветов.