Albero in fibra ottica LED RGB (alias Project Sparkle): 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Trovi la tua stanza un po' troppo noiosa? Vuoi aggiungere un po' di brillantezza? Leggi qui come prendere un LED RGB, aggiungere del cavo in fibra ottica e farlo BRILLARE!

L'obiettivo di base di Project Sparkle è prendere un LED super luminoso più un cavo in fibra ottica a bagliore finale e collegarlo a un arduino per creare un bell'effetto di illuminazione. Questa è un'imitazione di piastrelle/soffitti a stella in fibra ottica, ma montata verticalmente perché non è possibile perforare il soffitto e non utilizza un illuminatore prefabbricato per illuminare i cavi in fibra ottica. Quindi è davvero un modo per ottenere fantastici effetti in fibra ottica senza investire in costosi illuminatori. Collegandolo tramite LED ad un arduino aggiunge anche per qualsiasi tipo di personalizzazione e raffinatezza del colore! Il meglio di entrambi i mondi! Materiali: LED da 10 W - $ 5 - eBay. **Attenzione, questo è molto luminoso. NON guardarlo direttamente quando è acceso. Attaccalo sotto una scatola per il test o un altro rivestimento adatto ** Filo incandescente in fibra ottica - ~ $ 25-30 - L'ho acquistato online da TriNorthLighting. Il cavo in fibra ottica viene generalmente venduto a piedi con diversi numeri di fili all'interno del cavo. Meno trefoli in un cavo generalmente più spesso ogni singolo filo, il che significa un punto finale più luminoso nel complesso. Controlla questa pagina per un pratico grafico sul numero del cavo rispetto alla larghezza. Alimentatore 12V, 2Amp - ~ $ 10 - Ne avevo uno in giro. Materiali segreti: la maggior parte di queste parti sono cose che le persone avranno in giro e possono essere riutilizzate per altri progetti Arduino - $ 25-30 - Ho usato una breadboard Arduino Uno R3 - ~ $ 5 Saldatore - Ovunque da $ 10 a un ordine di grandezza superiore Componenti del circuito - ciascuno costa solo pochi centesimi, il problema più complicato è probabilmente dove trovarli al giorno d'oggi Filo, spellafili, tronchesi, ecc. Tulle - $ 5 - acquistato da un mestiere negozio. È il materiale che ho usato per tessere i fili della fibra ottica sul muro

Passaggio 1: panoramica dei componenti del circuito

Oltre al cavo di base (e al LED) il nostro circuito ha due componenti principali: transistor e resistori. Transistor Quindi abbiamo un LED da 10 W, un cavo di alimentazione e un arduino. L'obiettivo è collegare il LED alla breadboard e collegare l'arduino alla stessa breadboard in modo che l'arduino possa emettere un valore e il LED si accenda a una certa luminosità (corrispondente al valore emesso dall'arduino). Il problema è che l'arduino può fornire solo 5 V, ma il nostro LED ha bisogno di 12 V (nota: questo può cambiare a seconda del LED di alimentazione che stai utilizzando). È qui che entra in gioco l'alimentatore. "Come potremo mai collegare l'arduino, il LED e l'alimentatore insieme?!" potresti chiedere. La risposta è magica. La magia dei TRANSISTORI! Semplicisticamente, un transistor è un amplificatore o un interruttore. In questo caso lo stiamo usando come interruttore. Sarà collegato a un pin all'arduino, un altro pin all'alimentatore e un terzo al LED. Quando l'arduino invia una corrente oltre una soglia specifica, il transistor si "accende" e lascia che la tensione di alimentazione lo attraversi, accendendo il LED. Quando non c'è abbastanza corrente dall'arduino, il transistor non lascerà che l'alimentatore lo attraversi e il LED sarà spento. Il tipo di transistor a commutazione è noto come transistor a commutazione o giunzione. Sono disponibili molti tipi diversi che hanno proprietà diverse come la tensione necessaria attraverso i suoi pin, il guadagno, ecc. Incoraggio chiunque sia interessato a leggere di più sui transistor per comprenderli molto meglio. Il LED da 10W ha quattro pin in totale, da un lato la terra e dall'altro un pin per ogni colore. Se vogliamo essere in grado di controllare ciascun colore separatamente (per poter visualizzare qualsiasi combinazione di colori RGB), ogni colore deve avere il proprio transistor, quindi abbiamo bisogno di tre transistor in totale. Maggiori dettagli sui transistor utilizzati saranno nel prossimo passaggio. Resistori Ora che abbiamo capito come accendere il LED, c'è un altro problema. Tutto questo potere non è necessariamente una buona cosa! Non vogliamo cortocircuitare il LED, quindi è necessario aggiungere dei resistori. Dei quattro pin sul LED, il pin di terra non ha bisogno di un resistore poiché va semplicemente a terra. Ma i tre pin colorati avranno bisogno di almeno un resistore e, poiché colori diversi assorbono tensioni diverse, non sono necessariamente le stesse resistenze. "Come faremo mai a capire questi valori?!" potresti chiedere. Bene, la risposta è MAGICA. La magia della MATEMATICA! (continua a leggere ne vale la pena te lo prometto…)

Passaggio 2: calcolo dei componenti del circuito

Tipo di transistor Come detto nel passaggio precedente, i transistor qui utilizzati sono del tipo a commutazione. Quale tipo specifico di transistor è necessario in un circuito dipende da ciò che richiede il circuito, ma in questo circuito è adatto un transistor 2N2219. Nota, puoi usare un transistor diverso da 2N2219, purché abbia le specifiche giuste per il circuito su cui stai lavorando. (Anche il transistor 2N2222 più comune dovrebbe essere adatto) A seconda del tipo di transistor, i tre pin sul transistor saranno "emettitore, base, collettore" o "gate, sorgente, drenaggio". Il tipo 2N2219 è il primo. Esistono molti tipi di corpo del transistor, quindi per determinare quale pin corrisponde all'emettitore, alla base e al collettore, sarà il momento di consultare la scheda tecnica! Il transistor ha anche bisogno di due resistori. Uno collega la base del transistor all'arduino - questo può essere qualsiasi valore, generalmente intorno a 1kΩ. Questo viene utilizzato in modo che qualsiasi corrente spuria proveniente dall'arduino non provochi l'attivazione del transistor e l'accensione accidentale della luce. Il secondo resistore necessario collega la base a terra ed è generalmente un valore grande come 10kΩTipo di resistori Per collegare l'alimentazione al LED dobbiamo usare alcuni resistori. Ogni colore del LED ha un ingresso di tensione richiesto diverso. I valori specifici dipendono dal LED utilizzato, ma per un LED standard da 10 W questi saranno probabilmente nell'intervallo corretto: Rosso - 6-8 V Verde - 9-12 V Blu - 9-11 V Corrente richiesta dal LED: 3 milliAmp (mA) Tensione di alimentazione: 12 V Quindi la situazione è: stiamo utilizzando un alimentatore da 12 V per alimentare il LED e ogni colore dovrebbe ricevere una tensione inferiore a quella. Abbiamo bisogno di usare resistori per diminuire la tensione che ogni colore sul LED vede effettivamente. Per determinare il valore di resistenza necessario è il momento di consultare la legge di Ohm. Ad esempio per il colore rosso: Tensione = Corrente * Resistenza …. Riscrivi in Resistenza = Tensione (caduta) / Resistenza corrente = 4 V / 0,3 A = 13,3 (Il valore di 4 V è da 12 V (alimentazione) - massimo dell'intervallo rosso (8 V)) Non abbiamo ancora finito però. A seconda del tipo di resistore (cioè delle sue dimensioni) può essere dissipata solo una certa quantità di potenza. Se usiamo resistori che non possono dissipare abbastanza potenza, li bruceremo. La formula per calcolare la potenza ai capi del resistore deriva dalla legge di Ohm: è Potenza = Tensione * Corrente. Potenza = 4 V * 0,3 A = 1,2 W Ciò significa che abbiamo bisogno di un resistore da 13,3, 1,2 W (almeno) per assicurarci che il nostro LED sia sicuro. Il problema è che i resistori più comuni sono disponibili in 1/4 W o meno. Cosa fare?! Usando la magia di installare resistori in parallelo possiamo risolvere il problema. Combinando quattro resistori (1/4 W) in parallelo, la dissipazione di potenza totale aggiunge fino a 1 W. (Idealmente aggiungeremmo cinque resistori in parallelo, ma poiché 1,2 W verranno visualizzati solo quando è acceso al massimo e gen stiamo usando un po' meno). L'aggiunta di resistori in parallelo fa sì che la loro resistenza diminuisca proporzionalmente (il che significa che se combiniamo quattro resistori da 13,3 in parallelo la resistenza totale sarà solo ~ 3) Per ottenere la giusta resistenza e dissipazione di potenza possiamo combinare quattro resistori da 68 1/4 W in parallelo. Otteniamo questo numero moltiplicando 13,3 per quattro, che è ~ 53 e quindi prendendo il successivo valore standard più alto per un resistore. Complessivamente: per alimentare il colore rosso dobbiamo utilizzare o un resistore da 13,3Ω 1W o quattro resistori da 68Ω 1/4W in parallelo. Per calcolare la resistenza necessaria per gli altri colori utilizzare lo stesso processo. Riepilogo dei componenti del circuito richiesti: 3 x 2N2219 transistor 3 x 1kΩ resistori 3 x 10 kΩ resistori Rosso: 4 x 68Ω 1/4 W resistori Blu: 4 x 27Ω 1/ Resistori da 4 W Verde: 4 x 27 Ω resistori da 1/4 W

Passaggio 3: schema del circuito / costruzione del circuito

Dopo aver fatto i conti e raccolto tutti i pezzi necessari, è ora di metterli insieme!

Per prima cosa prendi l'alimentatore e taglia qualsiasi connessione alla fine e isola i cavi di alimentazione e di terra. Aggiungi il filo di terra a uno dei binari della breadboard. Saldare il cavo di alimentazione alla saldatura dei resistori necessari sul LED. Quindi costruire il circuito come indicato sullo schema elettrico. Si noti che tutte le masse del circuito (massa arduino, massa del transistor, massa dell'alimentatore) devono essere collegate insieme in qualche modo.

Passaggio 4: codice Arduino

Ci siamo quasi! È ora di collegare il nostro circuito all'arduino.

Il codice qui esegue semplicemente il LED RGB attraverso un ciclo di colori (cioè controlla l'intero arcobaleno). Se hai familiarità con Arduino, questo non è troppo complicato. Questo codice non è stato originariamente scritto da me, ma onestamente non ricordo da dove l'ho scaricato; era open source. Se ricordo bene o se qualcuno conosce la fonte la citerò volentieri. Lo schizzo è incollato di seguito. Assicurati solo che i valori dei pin nello schizzo corrispondano ai pin sull'arduino utilizzati per connettersi al LED. Tutto ciò che il codice fa è inviare un valore individuale (da 0 a 255) a ciascuno dei pin colorati del LED. Se vuoi che appaia un colore specifico, controlla una tabella dei colori RGB //Esegue un LED RGB attraverso un ciclo della ruota dei colori int luminosità = 0; // quanto è luminoso il LED. Il valore massimo è 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup() { // dichiara i pin come output: pinMode(RED, OUTPUT); pinMode(VERDE, USCITA); pinMode(BLU, USCITA); } //da 0 a 127 void displayColor(uint16_t WheelPos) { byte r, g, b; switch(WheelPos / 128) { case 0: r = 127 - WheelPos % 128; //Rosso giù g = WheelPos % 128; // Verde su b = 0; //blu spento pausa; caso 1: g = 127 - WheelPos % 128; //verde giù b = WheelPos % 128; //blu su r = 0; //rosso off pausa; caso 2: b = 127 - WheelPos % 128; //blu giù r = WheelPos % 128; //rosso su g = 0; //pausa verde; } analogWrite(ROSSO, r*2); analogWrite(VERDE, g*2); analogWrite(BLUE, b*2); } void loop() { displayColor(rad); ritardo(40); rad = (rad+1) % 384; }

Passaggio 5: aggiunta dei cavi in fibra ottica

Anche se non completi questo passaggio, la cosa bella è che ora abbiamo un LED RGB fantastico, luminoso e completamente personalizzabile. Ho scelto di abbinarlo alla fibra ottica, ma davvero puoi fare tutto quello che vuoi! Fare un dolce riflettore? Accendi una palla da discoteca? Quante possibilità!

Originariamente ho acquistato cinque piedi di fibra a 50 fili, 10 piedi di fibra a 12 fili e 5 piedi di fibra a 25 fili. Ho finito per tagliare la lunghezza a metà in modo da avere più punti anche se i fili stessi erano più corti. Ho scelto di fare un albero poiché non potevo montarli attraverso un muro. Il tulle è stato incollato al muro tramite cemento gommoso (il tulle è abbastanza leggero, quindi il nastro potrebbe essere sufficiente). Le fibre vengono infilate attraverso il tulle in un motivo simile ad un albero. Usando una lattina di soda vuota/essiccata, il LED viene posizionato nella parte inferiore e le fibre vengono aggiunte alla parte superiore. Il problema più grande a questo punto è cercare di assicurarsi che la luce passi attraverso le fibre invece che solo attraverso la parte superiore della lattina. Avvolgere strettamente le fibre in un foglio può aiutare, ma suggerisco di provare qualsiasi configurazione pensi possa funzionare. Metti insieme tutti questi pezzi e abbiamo il nostro albero!

Passaggio 6: tempo di festa

Non resta altro da fare che abbassare le luci, alimentare l'arduino e crogiolarsi al bagliore della nostra nuova configurazione in fibra ottica!

Allego anche un video della configurazione. Ha un aspetto migliore di persona, ma puoi vederlo muoversi lentamente attraverso una ruota dei colori.