Светодиодное оптоволоконное дерево RGB (также известное как Project Sparkle): 6 шагов

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

Считаете вашу комнату слишком скучной? Хотите добавить ему немного блеска? Прочтите здесь, как взять светодиод RGB, добавить оптоволоконный провод и заставить его сиять!

Основная цель Project Sparkle - взять сверхъяркий светодиод и оптоволоконный кабель с торцевым свечением и подключить его к Arduino, чтобы создать приятный световой эффект. Это имитация оптоволоконных звезд / потолков, но она установлена вертикально из-за невозможности просверлить потолок и не использует предварительно изготовленный осветитель для освещения оптоволоконных проводов. Так что на самом деле это способ получить крутые оптоволоконные эффекты, не вкладывая средства в дорогие осветители. Подключение его через светодиод к Arduino также добавляет для любого типа настройки и улучшения цвета! Лучшее из обоих миров! Материалы: светодиод 10 Вт - 5 долларов - eBay. ** Предупреждение, это очень ярко. НЕ смотрите прямо на него, когда он включен. Поместите его под коробку для тестирования или другое подходящее покрытие ** Наконечник оптоволоконного кабеля накаливания - ~ 25-30 долларов - Я купил его в Интернете в TriNorthLighting. Волоконно-оптический кабель обычно продается на ногах с разными номерами жил внутри кабеля. Чем меньше жил в кабеле, тем толще каждый отдельный провод, что означает более яркое конечное пятно в целом. На этой странице можно найти удобную таблицу количества кабелей в зависимости от ширины. Блок питания 12 В, 2 А - ~ 10 долларов - один у меня лежал. Секретные материалы: большинство из этих частей - вещи, которые у людей будут под рукой, и их можно повторно использовать для других проектов. Arduino - 25-30 долларов - Я использовал макет Arduino Uno R3 - ~ Паяльник за 5 долларов - от 10 до на порядок дороже. Компоненты схемы - каждая стоит всего несколько центов, более сложный вопрос, вероятно, заключается в том, где их сейчас достать. Проволока, инструменты для зачистки проводов, кусачки и т. Д. Тюль - 5 долларов - куплен на ремесле. хранить. Из этого материала я плела волоконно-оптические нити на стене.

Шаг 1: Обзор компонентов схемы

Помимо основного провода (и светодиода) наша схема состоит из двух основных компонентов: транзисторов и резисторов. Транзисторы. Итак, у нас есть светодиод мощностью 10 Вт, кабель питания и Arduino. Цель состоит в том, чтобы подключить светодиод к макетной плате и прикрепить Arduino к той же макетной плате, чтобы Arduino мог выводить значение, а светодиод включался с определенной яркостью (соответствующей значению, выведенному Arduino). Проблема в том, что arduino может подавать только 5 В, но нашему светодиоду требуется 12 В (примечание: это может измениться в зависимости от того, какой светодиод питания вы используете). Вот тут-то и пригодится источник питания. «Как мы когда-нибудь сможем соединить Arduino, светодиод и источник питания вместе ?!» вы можете спросить. Ответ волшебный. Магия ТРАНЗИСТОРОВ! Проще говоря, транзистор - это усилитель или переключатель. В данном случае мы используем его как переключатель. Он будет подключен одним контактом к Arduino, другим контактом - источником питания, а третьим - светодиодом. Когда Arduino посылает ток выше определенного порога, транзистор «включается» и пропускает через него напряжение источника питания, зажигая светодиод. Когда от Arduino не хватает тока, транзистор не пропускает питание через него, и светодиод гаснет. Тип переключения транзистора известен как переключающий или переходной транзистор. Доступно много различных типов, которые имеют разные свойства, такие как напряжение на выводах, коэффициент усиления и т. Д. Я призываю всех, кто интересуется, узнать больше о транзисторах, чтобы лучше понять их. У светодиода мощностью 10 Вт всего четыре контакта, с одной стороны заземление, а с другой стороны - по контакту для каждого цвета. Если мы хотим иметь возможность управлять каждым цветом отдельно (чтобы иметь возможность отображать любую цветовую комбинацию RGB), каждый цвет должен иметь свой собственный транзистор, поэтому нам нужно всего три транзистора. Более подробная информация об используемых транзисторах будет на следующем шаге. Резисторы Теперь, когда мы выяснили, как включить светодиод, возникла еще одна проблема. Вся эта сила - не обязательно хорошо! Мы не хотим закорачивать светодиод, поэтому к нему нужно добавить резисторы. Из четырех контактов светодиода заземляющий контакт не нуждается в резисторе, так как он просто заземляется. Но для трех цветных контактов потребуется по крайней мере один резистор, и, поскольку разные цвета потребляют разное напряжение, они не обязательно должны иметь одинаковое сопротивление. «Как мы когда-нибудь узнаем эти ценности ?!» вы можете спросить. Что ж, ответ ВОЛШЕБНЫЙ. Магия МАТЕМАТИКИ! (прочтите, оно того стоит, я обещаю…)

Шаг 2: Расчет компонентов схемы

Тип транзисторов Как было сказано в предыдущем шаге, здесь используются транзисторы переключаемого типа. Какой именно тип транзистора нужен в схеме, зависит от того, что требуется для схемы, но в этой схеме подходит транзистор 2N2219. Обратите внимание, что вы можете использовать транзистор, отличный от 2N2219, если он имеет правильные характеристики для схемы, над которой вы работаете. (Также подойдет более распространенный транзистор 2N2222) В зависимости от типа транзистора три контакта на транзисторе будут либо «эмиттер, база, коллектор», либо «затвор, исток, сток». Тип 2Н2219 - первый. Существует много типов корпусов транзисторов, поэтому, чтобы определить, какой вывод соответствует эмиттеру, базе и коллектору, пора проконсультироваться с вашей спецификацией! Транзистору также нужны два резистора. Один подключает базу транзистора к Arduino - это может быть любое значение, обычно около 1 кОм. Это используется для того, чтобы любой паразитный ток от Arduino не вызвал срабатывание транзистора и случайное включение света. Второй необходимый резистор соединяет базу с землей и обычно имеет большое значение, например, 10 кОм. Типы резисторов. Чтобы подключить источник питания к светодиоду, мы должны использовать некоторые резисторы. Каждый цвет светодиода соответствует разному требуемому входному напряжению. Конкретные значения зависят от используемого светодиода, но для стандартного светодиода мощностью 10 Вт они, вероятно, будут в правильном диапазоне: красный - 6-8 В, зеленый - 9-12 В, синий - 9-11 В. Ток, необходимый для светодиода: 3 миллиАмпер. (мА) Напряжение источника питания: 12 В Итак, ситуация такова: мы используем источник питания 12 В для питания светодиода, и каждый цвет должен получать напряжение ниже указанного. Нам нужно использовать резисторы, чтобы уменьшить напряжение, которое действительно видит каждый цвет светодиода. Чтобы определить необходимое значение сопротивления, пора обратиться к закону Ома. Например, для красного цвета: Напряжение = Ток * Сопротивление…. Перепишите в Сопротивление = Напряжение (падение) / Текущее сопротивление = 4 В / 0,3 А = 13,3 Ом (значение 4 В от 12 В (источник питания) - максимум красного диапазона (8 В)) Однако мы еще не закончили. В зависимости от типа вашего резистора (т. Е. Его размера) он может рассеивать только определенную мощность. Если мы используем резисторы, которые не могут рассеивать достаточно мощности, мы их сожжем. Формула для расчета мощности на резисторе исходит из закона Ома: мощность = напряжение * ток. Мощность = 4 В * 0,3 А = 1,2 Вт Это означает, что нам понадобится резистор 13,3 Ом, не менее 1,2 Вт, чтобы убедиться, что наш светодиод безопасен. Проблема в том, что наиболее распространенные резисторы имеют мощность 1/4 Вт или меньше. Что делать?! Используя магию параллельной установки резисторов, мы можем решить проблему. При параллельном соединении четырех резисторов (1/4 Вт) общая рассеиваемая мощность в сумме составляет 1 Вт. (В идеале мы бы добавили пять резисторов параллельно, но поскольку 1,2 Вт будет видно только тогда, когда он горит на максимум, и генератор мы используем чуть меньше). Добавление резисторов в параллель приводит к пропорциональному уменьшению их сопротивления (это означает, что если мы объединим четыре резистора 13,3 Ом параллельно, общее сопротивление будет только ~ 3 Ом), чтобы получить правильное сопротивление и рассеиваемую мощность, мы можем объединить четыре резистора 68 Ом 1/4 Вт в параллельно. Мы получаем это число, умножая 13,3 Ом на четыре, что составляет ~ 53 Ом, а затем берем следующее по величине стандартное значение для резистора. В целом: для питания красного цвета нам нужно использовать либо один резистор 13,3 Ом 1 Вт, либо четыре резистора 68 Ом 1/4 Вт, включенных параллельно. Для расчета сопротивления, необходимого для других цветов, используйте тот же процесс. Краткое изложение необходимых компонентов схемы: 3 транзистора 2N2219 3 резистора 1 кОм 3 резистора 10 кОм Красный: 4 резистора 68 Ом 1/4 Вт Синий: 4 x 27 Ом 1 / Резисторы 4 Вт Зеленый: 4 резистора по 27 Ом 1/4 Вт

Шаг 3: Принципиальная схема / Построение электрической цепи

Поработав с математикой и собрав все необходимые элементы, пришло время собрать их вместе!

Сначала возьмите блок питания, отключите все соединения на конце и изолируйте провода питания и заземления. Присоедините провод заземления к одной из направляющих на макетной плате. Припаиваем провод питания, припаяем необходимые резисторы к светодиоду. Затем постройте схему, как показано на принципиальной схеме. Обратите внимание, что все заземления в цепи (заземление Arduino, заземление транзистора, заземление источника питания) должны быть каким-то образом соединены вместе.

Шаг 4: Код Arduino

Мы почти там! Пришло время подключить нашу схему к Arduino.

Код здесь просто запускает светодиод RGB через цветовой цикл (то есть проверяет всю радугу). Если вы знакомы с Arduino, это не так уж сложно. Этот код изначально был написан не мной, но я, честно говоря, не могу вспомнить, откуда я его загрузил; это был открытый исходный код. Если я вспомню или если кто-нибудь знает источник, я с удовольствием его процитирую. Эскиз наклеен ниже. Просто убедитесь, что значения выводов в эскизе соответствуют выводам на Arduino, используемом для подключения к светодиоду. Весь код отправляет индивидуальное значение (от 0 до 255) на каждый из выводов цвета светодиода. Если вы хотите, чтобы появился определенный цвет, посмотрите цветовую диаграмму RGB // Запускает светодиод RGB через цикл цветового круга int Brightness = 0; // насколько яркий светодиод. Максимальное значение 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup () {// объявляем выводы как выход: pinMode (RED, OUTPUT); pinMode (ЗЕЛЕНЫЙ, ВЫХОД); pinMode (СИНИЙ, ВЫХОД); } // от 0 до 127 void displayColor (uint16_t WheelPos) {byte r, g, b; переключатель (WheelPos / 128) {case 0: r = 127 - WheelPos% 128; // Красный вниз g = WheelPos% 128; // Экологичность b = 0; // синий перерыв; case 1: g = 127 - WheelPos% 128; // зеленый вниз b = WheelPos% 128; // синий вверх r = 0; // красный перерыв; случай 2: b = 127 - WheelPos% 128; // синий вниз r = WheelPos% 128; // красный вверх g = 0; // зеленый перерыв; } analogWrite (КРАСНЫЙ, r * 2); analogWrite (ЗЕЛЕНЫЙ, g * 2); analogWrite (СИНИЙ, b * 2); } void loop () {displayColor (рад); задержка (40); рад = (рад + 1)% 384; }

Шаг 5: Добавление оптоволоконных проводов

Даже если вы не выполните этот шаг, хорошо то, что теперь у нас есть потрясающий, яркий, полностью настраиваемый светодиод RGB. Я решил объединить его с волоконной оптикой, но на самом деле вы можете делать все, что захотите! Сделать сладкий прожектор? Зажечь дискотечный шар? Так много возможностей!

Первоначально я купил пять футов 50-прядного волокна, 10 футов 12-прядного волокна и 5 футов 25-прядного волокна. В итоге я сократил длину вдвое, чтобы было больше пятен, хотя сами провода были короче. Я решил сделать дерево, потому что не мог закрепить их сквозь стену. Тюль был приклеен к стене с помощью резинового клея (тюль довольно легкий, поэтому может хватить ленты). Волокна продеваются сквозь тюль в узор, похожий на дерево. Используя пустую / высохшую банку из-под газировки, светодиод помещается снизу, а волокна добавляются сверху. Самая большая проблема на этом этапе - убедиться, что свет проходит через волокна, а не только через верхнюю часть банки с газировкой. Плотно оберните волокна фольгой, но я предлагаю попробовать любую установку, которая, по вашему мнению, может сработать. Соберите все эти кусочки вместе, и у нас получится наше дерево!

Шаг 6: Время вечеринки

Осталось только приглушить свет, включить Arduino и погреться в лучах нашей новой оптоволоконной системы!

Я также приложил видео с настройкой. Вживую он выглядит лучше, но вы можете видеть, как он медленно движется по цветовому кругу.