RGB LED Fiber Optic Tree (γνωστός και ως Project Sparkle): 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Βρίσκετε το δωμάτιό σας λίγο πολύ θαμπό; Θέλετε να προσθέσετε λίγη λάμψη σε αυτό; Διαβάστε εδώ πώς να πάρετε ένα LED RGB, να προσθέσετε λίγο καλώδιο οπτικών ινών και να το κάνετε να ΛΑΜΠΕΙ!

Ο βασικός στόχος του Project Sparkle είναι να πάρει ένα εξαιρετικά φωτεινό LED συν ένα καλώδιο οπτικών ινών τελικής λάμψης και να το συνδέσει με ένα arduino για να δημιουργήσει ένα ωραίο εφέ φωτισμού. Πρόκειται για απομίμηση κεραμιδιών/οροφών αστέρων με οπτικές ίνες, αλλά τοποθετημένη κάθετα λόγω του ότι δεν μπορώ να τρυπήσω στο ταβάνι μου και δεν χρησιμοποιεί προεγκατεστημένο φωτιστικό για να ανάψει τα καλώδια οπτικών ινών. Έτσι, πραγματικά είναι ένας τρόπος για να αποκτήσετε δροσερά εφέ οπτικών ινών χωρίς να επενδύσετε σε ακριβά φωτιστικά. Η σύνδεσή του μέσω LED σε arduino προσθέτει επίσης για κάθε τύπο προσαρμογής και φινέτσα χρώματος! Το καλύτερο και από τους δύο κόσμους! Υλικά: LED 10W - $ 5 - eBay. ** Προσοχή, αυτό είναι πολύ φωτεινό. ΜΗΝ το κοιτάτε απευθείας όταν είναι ενεργοποιημένο. Κολλήστε το κάτω από ένα κουτί για δοκιμή ή άλλο κατάλληλο κάλυμμα ** Σύρμα λάμψης οπτικών ινών - 25-30 ~ - το αγόρασα online από την TriNorthLighting. Το καλώδιο οπτικών ινών πωλείται γενικά με τα πόδια σε διαφορετικούς αριθμούς κλώνων εντός του καλωδίου. Τα λιγότερα σκέλη σε ένα καλώδιο είναι γενικά παχύτερα κάθε μεμονωμένο καλώδιο, που σημαίνει συνολικά ένα πιο φωτεινό σημείο. Ελέγξτε αυτήν τη σελίδα για ένα εύχρηστο γράφημα για τον αριθμό καλωδίου σε σχέση με το πλάτος. Τροφοδοτικό 12V, 2Amp - ~ 10 $ - Είχα ένα ξαπλωμένο. Μυστικά υλικά: Τα περισσότερα από αυτά τα μέρη είναι πράγματα που θα έχουν οι άνθρωποι και μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για άλλα έργα Arduino - $ 25-30 - Χρησιμοποίησα ένα Arduino Uno R3 Breadboard - ~ $ 5 Συγκολλητικό σίδερο - Οπουδήποτε από $ 10 έως μια τάξη μεγέθους υψηλότερα εξαρτήματα κυκλώματος - το καθένα κοστίζει μόνο μερικά λεπτά, το πιο δύσκολο θέμα είναι πιθανώς πού να τα βρείτε στις μέρες μας Σύρμα, απογυμνωτές σύρματος, κόφτες κλπ. Τούλι - $ 5 - αγοράστηκε από βιοτεχνία κατάστημα. Είναι το υλικό που χρησιμοποίησα για την ύφανση των κλώνων οπτικών ινών στον τοίχο

Βήμα 1: Επισκόπηση στοιχείων κυκλώματος

Εκτός από το βασικό καλώδιο (και το LED), το κύκλωμά μας έχει δύο κύρια συστατικά: τρανζίστορ και αντιστάσεις. Τρανζίστορ Έτσι έχουμε LED 10W, καλώδιο τροφοδοσίας και arduino. Ο στόχος είναι να συνδέσετε τη λυχνία LED στο breadboard και να συνδέσετε το arduino στον ίδιο πίνακα έτσι ώστε το arduino να μπορεί να βγάλει μια τιμή και το LED να ανάψει σε μια συγκεκριμένη φωτεινότητα (που αντιστοιχεί στην τιμή που εξέρχεται το arduino). Το θέμα είναι ότι το arduino μπορεί να τροφοδοτήσει μόνο 5V, αλλά το LED μας χρειάζεται 12V (σημείωση: αυτό μπορεί να αλλάξει ανάλογα με το LED ισχύος που χρησιμοποιείτε). Εδώ έρχεται το τροφοδοτικό. "Πώς θα συνδέσουμε ποτέ το arduino, το LED και το τροφοδοτικό μαζί;!" μπορεί να ρωτήσετε. Η απάντηση είναι μαγική. Η μαγεία των TRANSISTORS! Απλούστατα, ένα τρανζίστορ είναι ένας ενισχυτής ή ένας διακόπτης. Σε αυτήν την περίπτωση το χρησιμοποιούμε ως διακόπτη. Θα συνδεθεί σε έναν πείρο στο arduino, έναν άλλο ακροδέκτη στο τροφοδοτικό και έναν τρίτο στο LED. Όταν το arduino στείλει ένα ρεύμα σε ένα συγκεκριμένο κατώφλι, το τρανζίστορ θα «ενεργοποιηθεί» και θα αφήσει την τάση τροφοδοσίας να τρέξει μέσα από αυτό, ανάβοντας το LED. Όταν δεν υπάρχει αρκετό ρεύμα από το arduino, το τρανζίστορ δεν θα αφήσει το τροφοδοτικό να περάσει από αυτό και το LED θα σβήσει. Ο τύπος μεταγωγής του τρανζίστορ είναι γνωστός ως τρανζίστορ μεταγωγής ή διασταύρωσης. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι που διαθέτουν διαφορετικές ιδιότητες όπως η τάση που απαιτείται στους ακροδέκτες του, το κέρδος κλπ. Ενθαρρύνω οποιονδήποτε ενδιαφέρεται να διαβάσει περισσότερα για τα τρανζίστορ για να τα καταλάβει πολύ καλύτερα. Το LED 10W διαθέτει συνολικά τέσσερις ακίδες, στη μία πλευρά του εδάφους και στην άλλη πλευρά έναν πείρο για κάθε χρώμα. Αν θέλουμε να μπορούμε να ελέγχουμε κάθε χρώμα ξεχωριστά (για να μπορούμε να εμφανίζουμε οποιονδήποτε συνδυασμό χρωμάτων RGB), κάθε χρώμα πρέπει να έχει το δικό του τρανζίστορ, οπότε χρειαζόμαστε τρία συνολικά τρανζίστορ. Περισσότερες λεπτομέρειες για τα τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται θα είναι στο επόμενο βήμα. Αντίσταση Τώρα που έχουμε καταλάβει πώς να ενεργοποιήσουμε το LED, υπάρχει ένα άλλο πρόβλημα. Όλη αυτή η δύναμη δεν είναι απαραίτητα καλό πράγμα! Δεν θέλουμε να μειώσουμε το LED, οπότε πρέπει να προστεθούν αντιστάσεις σε αυτό. Από τις τέσσερις ακίδες του LED, ο πείρος γείωσης δεν χρειάζεται αντίσταση αφού απλώς θα γειωθεί. Αλλά οι τρεις πινέζες χρώματος θα χρειαστούν τουλάχιστον μία αντίσταση και, επειδή διαφορετικά χρώματα τραβούν διαφορετικές τάσεις, δεν είναι απαραίτητα οι ίδιες αντιστάσεις. "Πώς θα καταλάβουμε ποτέ αυτές τις αξίες;" μπορεί να ρωτήσετε. Λοιπόν η απάντηση είναι ΜΑΓΙΚΗ. Η μαγεία της ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗΣ! (διαβάστε αξίζει τον κόπο, υπόσχομαι …)

Βήμα 2: Υπολογισμός στοιχείων κυκλώματος

Τύπος τρανζίστορ Όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο βήμα, τα τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται εδώ είναι της ποικιλίας μεταγωγής. Ποιος συγκεκριμένος τύπος τρανζίστορ χρειάζεται σε ένα κύκλωμα εξαρτάται από το τι απαιτεί το κύκλωμα, αλλά σε αυτό το κύκλωμα είναι κατάλληλο ένα τρανζίστορ 2N2219. Σημείωση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα τρανζίστορ διαφορετικό από το 2N2219, αρκεί να έχει τις κατάλληλες προδιαγραφές για το κύκλωμα στο οποίο εργάζεστε. (Το πιο συνηθισμένο τρανζίστορ 2N2222 θα πρέπει επίσης να είναι κατάλληλο) Ανάλογα με τον τύπο του τρανζίστορ, οι τρεις ακίδες στο τρανζίστορ θα είναι είτε "πομπός, βάση, συλλέκτης" είτε "πύλη, πηγή, αποστράγγιση". Ο τύπος 2N2219 είναι ο πρώτος. Υπάρχουν πολλοί τύποι σωμάτων τρανζίστορ, οπότε για να προσδιορίσετε ποια καρφίτσα αντιστοιχεί στον εκπομπό, τη βάση και τον συλλέκτη, θα είναι καιρός να συμβουλευτείτε το φύλλο προδιαγραφών σας! Το τρανζίστορ χρειάζεται επίσης δύο αντιστάσεις. Το ένα συνδέει τη βάση του τρανζίστορ με το arduino - μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή, γενικά περίπου 1kΩ. Αυτό χρησιμοποιείται έτσι ώστε οποιοδήποτε ψευδές ρεύμα από το arduino να μην προκαλέσει το τρανζίστορ να ενεργοποιήσει και να ανάψει κατά λάθος το φως. Η δεύτερη αντίσταση που χρειάζεται συνδέει τη βάση με τη γείωση και είναι γενικά μια μεγάλη τιμή όπως 10kΩ Τύποι αντιστάσεων Για να συνδέσετε την παροχή ρεύματος στο LED πρέπει να χρησιμοποιήσουμε κάποιες αντιστάσεις. Κάθε χρώμα στο LED έχει διαφορετική απαιτούμενη είσοδο τάσης. Οι συγκεκριμένες τιμές εξαρτώνται από το LED που χρησιμοποιείτε, αλλά για ένα τυπικό LED 10W αυτά πιθανότατα θα βρίσκονται στη σωστή περιοχή: Κόκκινο - 6-8 V Πράσινο - 9-12 V Μπλε - 9-11 V Ρεύμα που απαιτείται από το LED: 3 milliAmps (mA) Τάση τροφοδοσίας: 12 V Άρα η κατάσταση είναι: χρησιμοποιούμε τροφοδοτικό 12 V για να ενεργοποιήσουμε το LED και κάθε χρώμα θα πρέπει να λαμβάνει τάση μικρότερη από αυτήν. Πρέπει να χρησιμοποιήσουμε αντιστάσεις για να μειώσουμε την τάση που βλέπει κάθε χρώμα στο LED. Για να προσδιορίσετε την αξία της αντίστασης που χρειάζεται, ήρθε η ώρα να συμβουλευτείτε το νόμο του Ohm. Για παράδειγμα για το κόκκινο χρώμα: Τάση = Ρεύμα * Αντίσταση…. Ξαναγράψτε στην αντίσταση = Τάση (πτώση) / Αντίσταση ρεύματος = 4 V / 0,3 A = 13,3Ω (Η τιμή των 4 V είναι από 12V (τροφοδοτικό) - μέγιστο κόκκινο εύρος (8 V)) Δεν έχουμε τελειώσει ακόμα Το Ανάλογα με τον τύπο αντίστασης (δηλαδή το μέγεθός του) μόνο μια ορισμένη ποσότητα ισχύος μπορεί να διαλυθεί από αυτήν. Εάν χρησιμοποιούμε αντιστάσεις που δεν μπορούν να διαδώσουν αρκετή ισχύ, θα τις κάψουμε. Ο τύπος για τον υπολογισμό της ισχύος στην αντίσταση προέρχεται από το νόμο του Ohm: είναι Ισχύς = Τάση * Ρεύμα. Ισχύς = 4V * 0,3 A = 1,2 W Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε αντίσταση 13,3Ω, 1,2 W (τουλάχιστον) για να βεβαιωθούμε ότι το LED μας είναι ασφαλές. Το πρόβλημα είναι ότι οι περισσότερες κοινές αντιστάσεις έρχονται σε 1/4 W ή λιγότερο. Τι να κάνω?! Χρησιμοποιώντας τη μαγεία της εγκατάστασης αντιστάσεων παράλληλα, μπορούμε να διορθώσουμε το πρόβλημα. Συνδυάζοντας παράλληλα τέσσερις αντιστάσεις (1/4 W), η συνολική κατανάλωση ισχύος φτάνει το 1 W. (Ιδανικά θα προσθέταμε πέντε αντιστάσεις παράλληλα, αλλά αφού 1,2W θα φανεί μόνο όταν ανάψει στο μέγιστο και χρησιμοποιούμε λίγο λιγότερο). Η παράλληλη προσθήκη αντιστάσεων προκαλεί μείωση της αντίστασης τους (εννοούμε αν συνδυάσουμε παράλληλα τέσσερις αντιστάσεις 13,3 Ω, η συνολική αντίσταση θα είναι μόνο ~ 3 Ω) Για να έχουμε τη σωστή αντίσταση και τη διάχυση ισχύος μπορούμε να συνδυάσουμε τέσσερις αντιστάσεις 68 Ω 1/4W σε παράλληλο. Παίρνουμε αυτόν τον αριθμό πολλαπλασιάζοντας 13,3Ω επί τέσσερα, που είναι ~ 53Ω και στη συνέχεια παίρνοντας την επόμενη υψηλότερη τυπική τιμή για μια αντίσταση. Συνολικά: για να ενεργοποιήσουμε το κόκκινο χρώμα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε είτε μία αντίσταση 13,3Ω 1W, είτε τέσσερις αντιστάσεις 68Ω 1/4W παράλληλα. Για να υπολογίσετε την αντίσταση που απαιτείται για τα άλλα χρώματα χρησιμοποιήστε την ίδια διαδικασία. Περίληψη των απαιτούμενων στοιχείων κυκλώματος: 3 x 2N2219 τρανζίστορ 3 x 1kΩ αντιστάσεις 3 x 10 kΩ αντιστάσεις Κόκκινο: 4 x 68Ω 1/4 W αντιστάσεις Μπλε: 4 x 27Ω 1/ 4W αντιστάσεις Πράσινο: 4 x 27 Ω 1/4W αντιστάσεις

Βήμα 3: Σχηματικό κύκλωμα / Κατασκευή του κυκλώματος

Έχοντας περάσει από τα μαθηματικά και έχω συγκεντρώσει όλα τα απαιτούμενα κομμάτια, ήρθε η ώρα να τα συνδυάσουμε!

Πρώτα πάρτε το τροφοδοτικό σας και κόψτε όποια σύνδεση έχει στο τέλος και απομονώστε τα καλώδια τροφοδοσίας και γείωσης. Προσθέστε το καλώδιο γείωσης σε μία από τις ράγες του breadboard. Συγκολλήστε το καλώδιο τροφοδοσίας στη συγκόλληση των απαραίτητων αντιστάσεων στο LED. Στη συνέχεια, κατασκευάστε το κύκλωμα όπως υποδεικνύεται στο διάγραμμα κυκλώματος. Σημειώστε ότι όλες οι γείωση στο κύκλωμα (γείωση arduino, γείωση τρανζίστορ, γείωση τροφοδοσίας), πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους με κάποιο τρόπο.

Βήμα 4: Κωδικός Arduino

Σχεδόν φτάσαμε! Timeρα να συνδέσουμε το κύκλωμά μας με το arduino.

Ο κώδικας εδώ τρέχει απλώς το LED RGB μέσω ενός κύκλου χρωμάτων (δηλαδή ελέγχει ολόκληρο το ουράνιο τόξο). Εάν είστε εξοικειωμένοι με το arduino, τότε αυτό δεν είναι πολύ περίπλοκο. Αυτός ο κώδικας δεν γράφτηκε αρχικά από εμένα, αλλά ειλικρινά δεν μπορώ να θυμηθώ από πού τον κατέβασα. ήταν ανοιχτού κώδικα. Αν θυμάμαι ή αν κάποιος γνωρίζει την πηγή θα την αναφέρω ευχαρίστως. Το σκίτσο επικολλάται παρακάτω. Απλά βεβαιωθείτε ότι οι τιμές των καρφιτσών στο σκίτσο αντιστοιχούν στις ακίδες του arduino που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση με το LED. Το μόνο που κάνει ο κωδικός είναι να στείλει μια μεμονωμένη τιμή (από 0 έως 255) σε κάθε καρφίτσα χρώματος LED. Εάν θέλετε να εμφανιστεί ένα συγκεκριμένο χρώμα, ελέγξτε έναν χάρτη χρωμάτων RGB // Εκτελεί ένα LED RGB μέσω ενός κύκλου χρωμάτων με φωτεινότητα = 0; // πόσο φωτεινό είναι το LED. Η μέγιστη τιμή είναι 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup () {// δηλώστε τις καρφίτσες ως έξοδο: pinMode (RED, OUTPUT); pinMode (ΠΡΑΣΙΝΗ, ΕΞΟΔΟΣ); pinMode (ΜΠΛΕ, ΕΞΟΔΟΣ); } // από 0 έως 127 void displayColor (uint16_t WheelPos) {byte r, g, b; διακόπτης (WheelPos / 128) {περίπτωση 0: r = 127 - WheelPos % 128; // Κόκκινο προς τα κάτω g = WheelPos % 128; // Green up b = 0; // μπλε διακοπή? θήκη 1: g = 127 - WheelPos % 128; // πράσινο κάτω b = WheelPos % 128; // μπλε επάνω r = 0; // κόκκινο διάλειμμα θήκη 2: b = 127 - WheelPos % 128; // μπλε κάτω r = WheelPos % 128; // red up g = 0; // πράσινο διάλειμμα. } analogWrite (RED, r*2); analogWrite (ΠΡΑΣΙΝΟ, g*2); analogWrite (ΜΠΛΕ, β*2); } void loop () {displayColor (rad); καθυστέρηση (40)? rad = (rad+1) % 384; }

Βήμα 5: Προσθήκη καλωδίων οπτικών ινών

Ακόμα κι αν δεν ολοκληρώσετε αυτό το βήμα, το ωραίο είναι ότι τώρα έχουμε ένα φοβερό, φωτεινό, πλήρως προσαρμόσιμο LED RGB. Επέλεξα να το συνδυάσω με οπτικές ίνες, αλλά πραγματικά μπορείτε να κάνετε ό, τι θέλετε! Κάνετε ένα γλυκό προβολέα; Ανάψτε μια μπάλα ντίσκο; Τόσες πολλές δυνατότητες!

Αρχικά αγόρασα πέντε πόδια ινών 50 κλώνων, 10 πόδια ινών 12 κλώνων και 5 πόδια ινών 25 κλώνων. Κατέληξα να κόψω το μήκος στο μισό, έτσι ώστε να έχω περισσότερα σημεία, παρόλο που τα καλώδια ήταν μικρότερα. Επέλεξα να φτιάξω ένα δέντρο αφού δεν μπορούσα να τα τοποθετήσω μέσα από έναν τοίχο. Το τούλι ήταν κολλημένο στον τοίχο μέσω λαστιχένιου τσιμέντου (το τούλι είναι αρκετά ελαφρύ, οπότε η ταινία μπορεί να είναι αρκετή). Οι ίνες περνούν από το τούλι σε μοτίβο σαν δέντρο. Χρησιμοποιώντας ένα άδειο/αποξηραμένο δοχείο σόδας, το LED τοποθετείται στο κάτω μέρος και οι ίνες προστίθενται στο πάνω μέρος του. Το μεγαλύτερο ζήτημα σε αυτό το σημείο είναι να προσπαθήσουμε να διασφαλίσουμε ότι το φως περνά μέσα από τις ίνες αντί να βγαίνει ακριβώς μέσα από την κορυφή του δοχείου σόδας. Το να τυλίξετε τις ίνες σφιχτά σε αλουμινόχαρτο μπορεί να βοηθήσει, αλλά προτείνω να δοκιμάσετε όποια ρύθμιση πιστεύετε ότι μπορεί να λειτουργήσει. Βάλτε όλα αυτά τα κομμάτια μαζί και έχουμε το δέντρο μας!

Βήμα 6: Timeρα για πάρτι

Δεν μένει τίποτα άλλο παρά να σβήσουμε τα φώτα, να τροφοδοτήσουμε το arduino και να απολαύσουμε τη λάμψη της νέας μας εγκατάστασης οπτικών ινών!

Επισυνάπτω επίσης ένα βίντεο με τη ρύθμιση. Φαίνεται καλύτερα αυτοπροσώπως, αλλά μπορείτε να το δείτε να κινείται αργά μέσα από έναν έγχρωμο τροχό.