RGB LED Fiber Optic Tree (หรือที่รู้จักในชื่อ Project Sparkle): 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

หาห้องของคุณบิตที่น่าเบื่อเกินไป? ต้องการเพิ่มความแวววาวเล็กน้อยหรือไม่? อ่านวิธีใช้ RGB LED เพิ่มสายไฟเบอร์ออปติก และทำให้เป็นประกาย!

เป้าหมายพื้นฐานของ Project Sparkle คือการนำ LED ที่สว่างมากบวกกับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบเรืองแสงบางส่วนแล้วต่อเข้ากับ Arduino เพื่อสร้างเอฟเฟกต์แสงที่สวยงาม นี่เป็นการเลียนแบบการปูกระเบื้อง/ฝ้าเพดานใยแก้วนำแสง แต่ติดตั้งในแนวตั้งเนื่องจากไม่สามารถเจาะเพดานของฉันได้ และไม่ได้ใช้ไฟส่องสว่างที่ประดิษฐ์ขึ้นเพื่อจุดสายไฟเบอร์ออปติก จริงๆ แล้ว เป็นวิธีที่จะได้เอฟเฟกต์ไฟเบอร์ออปติกเจ๋งๆ โดยไม่ต้องลงทุนซื้อไฟส่องสว่างราคาแพง การเชื่อมต่อผ่าน LED กับ Arduino ยังช่วยเพิ่มการปรับแต่งและการปรับแต่งสีทุกประเภท! ดีที่สุดของทั้งสองโลก! วัสดุ: ไฟ LED 10W - $5 - eBay **คำเตือน อันนี้สว่างมาก อย่ามองสิ่งนี้โดยตรงเมื่อเปิด ติดไว้ใต้กล่องสำหรับการทดสอบหรือวัสดุปิดอื่นๆ ที่เหมาะสม** ลวดเรืองแสงปลายไฟเบอร์ออปติก - ~$25-30 - ฉันซื้อมันทางออนไลน์จาก TriNorthLighting โดยทั่วไปแล้ว สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกจะขายที่ขาที่หมายเลขเกลียวต่างๆ ภายในสายเคเบิล โดยทั่วไปแล้วจำนวนเกลียวในสายเคเบิลที่น้อยกว่าจะทำให้ลวดแต่ละเส้นหนาขึ้น ซึ่งหมายถึงจุดสิ้นสุดโดยรวมที่สว่างกว่า ตรวจสอบหน้านี้เพื่อดูแผนภูมิที่มีประโยชน์เกี่ยวกับหมายเลขสายเคเบิลและความกว้าง แหล่งจ่ายไฟ 12V, 2Amp - ~$10 - ฉันมีอันหนึ่งอยู่รอบๆ วัสดุลับ: ชิ้นส่วนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นของที่ผู้คนมีอยู่รอบตัวและสามารถนำมาใช้ซ้ำสำหรับโครงการอื่น ๆ Arduino - $25-30 - ฉันใช้ Arduino Uno R3 Breadboard - ~ หัวแร้ง 5 ดอลลาร์ - ทุกที่ตั้งแต่ 10 ดอลลาร์ไปจนถึงระดับสูง ส่วนประกอบวงจร - แต่ละตัวมีราคาเพียงไม่กี่เซ็นต์ ปัญหาที่ยากกว่านั้นน่าจะเป็นที่ที่จะได้รับในปัจจุบัน ลวด คีมปอก คีมตัด ฯลฯ Tulle - $5 - ซื้อจากงานฝีมือ เก็บ. เป็นวัสดุที่ใช้สานเส้นใยแก้วนำแสงบนผนัง

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมของส่วนประกอบวงจร

นอกเหนือจากสายพื้นฐาน (และ LED) วงจรของเรามีส่วนประกอบหลักสองส่วน: ทรานซิสเตอร์และตัวต้านทาน ทรานซิสเตอร์ เรามี LED 10W สายไฟ และ Arduino เป้าหมายคือการต่อ LED เข้ากับเขียงหั่นขนมและต่อ Arduino เข้ากับเขียงหั่นขนมเดียวกันเพื่อให้ Arduino สามารถส่งออกค่าและ LED จะเปิดขึ้นที่ความสว่างที่แน่นอน (ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่ Arduino ส่งออก) ปัญหาคือ Arduino สามารถจ่ายไฟได้เพียง 5V แต่ LED ของเราต้องการ 12V (หมายเหตุ: สิ่งนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับ LED กำลังที่คุณใช้) นี่คือที่มาของแหล่งจ่ายไฟ "เราจะเชื่อมต่อ Arduino, LED และแหล่งจ่ายไฟเข้าด้วยกันได้อย่างไร!" คุณอาจจะถาม คำตอบคือเวทมนตร์ ความมหัศจรรย์ของทรานซิสเตอร์! อย่างง่าย ๆ ทรานซิสเตอร์คือแอมพลิฟายเออร์หรือสวิตช์ ในกรณีนี้เราใช้มันเป็นสวิตช์ มันจะเชื่อมต่อที่ขาเดียวกับ Arduino, อีกพินหนึ่งกับแหล่งจ่ายไฟ และขาที่สามกับ LED เมื่ออาร์ดิโนส่งกระแสไฟเกินเกณฑ์ที่กำหนด ทรานซิสเตอร์จะ 'เปิด' และปล่อยให้แรงดันไฟของแหล่งจ่ายไฟไหลผ่าน และทำให้ไฟ LED สว่างขึ้น เมื่อมีกระแสไฟไม่เพียงพอจาก Arduino ทรานซิสเตอร์จะไม่ปล่อยให้แหล่งจ่ายไฟไหลผ่านและไฟ LED จะดับลง ประเภทสวิตชิ่งของทรานซิสเตอร์เรียกว่าทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งหรือทางแยก มีหลายประเภทซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างกัน เช่น แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับขา ค่าเกน ฯลฯ ฉันขอแนะนำให้ทุกคนที่สนใจอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์เพื่อทำความเข้าใจพวกมันมากขึ้น ไฟ LED 10W มีทั้งหมดสี่พิน ด้านหนึ่งอยู่บนพื้น และอีกด้านหนึ่งมีพินสำหรับแต่ละสี หากเราต้องการควบคุมแต่ละสีแยกกัน (เพื่อให้สามารถแสดงการผสมสีใดๆ ของ RGB ได้) แต่ละสีจะต้องมีทรานซิสเตอร์ของตัวเอง เราจึงต้องใช้ทรานซิสเตอร์ทั้งหมด 3 ตัว รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์ที่ใช้จะอยู่ในขั้นตอนต่อไป ตัวต้านทาน ตอนนี้เราได้ทราบวิธีเปิดไฟ LED แล้ว ก็มีปัญหาอื่นอีก พลังทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นต้องเป็นสิ่งที่ดี! เราไม่ต้องการให้ LED ลัดวงจร จึงต้องเพิ่มตัวต้านทานเข้าไป จากสี่พินบน LED พินกราวด์ไม่ต้องการตัวต้านทานเพราะมันจะลงกราวด์ แต่หมุดสีสามสีจะต้องมีตัวต้านทานอย่างน้อยหนึ่งตัว และเนื่องจากสีที่ต่างกันจะดึงแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกัน ตัวต้านทานจึงไม่จำเป็นต้องมีความต้านทานเท่ากัน "เราจะรู้ค่าเหล่านี้ได้อย่างไร!" คุณอาจจะถาม คำตอบคือ MAGIC ความมหัศจรรย์ของคณิตศาสตร์! (อ่านต่อ รับรองว่าคุ้ม…)

ขั้นตอนที่ 2: การคำนวณส่วนประกอบวงจร

ประเภทของทรานซิสเตอร์ ตามที่กล่าวไว้ในขั้นตอนที่แล้ว ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในที่นี้มีความหลากหลายของสวิตชิ่ง ทรานซิสเตอร์ชนิดใดที่จำเป็นในวงจรขึ้นอยู่กับว่าวงจรนั้นต้องการอะไร แต่ในวงจรนี้ ทรานซิสเตอร์ 2N2219 จะเหมาะสม หมายเหตุ คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์อื่นที่ไม่ใช่ 2N2219 ได้ ตราบใดที่มีข้อกำหนดที่ถูกต้องสำหรับวงจรที่คุณกำลังใช้งาน (ทรานซิสเตอร์ 2N2222 ทั่วไปก็ควรเหมาะสมด้วย) หมุดสามตัวบนทรานซิสเตอร์จะเป็น "อีซีแอล เบส คอลเลคเตอร์" หรือ "เกต แหล่งที่มา ท่อระบายน้ำ" ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของทรานซิสเตอร์ ประเภท 2N2219 เป็นแบบเดิม ตัวทรานซิสเตอร์มีหลายประเภท ดังนั้นเพื่อกำหนดว่าพินใดที่สอดคล้องกับอีซีแอล เบส และคอลเลคเตอร์ ถึงเวลาศึกษาข้อมูลจำเพาะของคุณแล้ว! ทรานซิสเตอร์ยังต้องการตัวต้านทานสองตัว หนึ่งเชื่อมต่อฐานของทรานซิสเตอร์กับ Arduino - สามารถเป็นค่าใดก็ได้โดยทั่วไปประมาณ1kΩ ใช้เพื่อให้กระแสปลอมจาก Arduino ไม่ทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานและเปิดไฟโดยไม่ตั้งใจ ตัวต้านทานตัวที่สองที่จำเป็นต่อการเชื่อมต่อฐานกับกราวด์และโดยทั่วไปแล้วมีค่ามากเช่นประเภทตัวต้านทาน10kΩ ในการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟกับ LED เราต้องใช้ตัวต้านทานบางตัว แต่ละสีบน LED มีอินพุตแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ค่าเฉพาะขึ้นอยู่กับ LED ที่คุณใช้ แต่สำหรับ LED 10W มาตรฐาน ค่าเหล่านี้น่าจะอยู่ในช่วงที่เหมาะสม: สีแดง - 6-8 V สีเขียว - 9-12 V สีน้ำเงิน - 9-11 V กระแสไฟที่ LED ต้องการ: 3 มิลลิแอมป์ (mA) แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ: 12 V สถานการณ์คือ: เรากำลังใช้แหล่งจ่ายไฟ 12 V เพื่อจ่ายไฟให้กับ LED และแต่ละสีควรได้รับแรงดันไฟฟ้าที่น้อยกว่านั้น เราจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าที่แต่ละสีบน LED เห็นจริง เพื่อหาค่าความต้านทาน ถึงเวลาพิจารณากฎของโอห์ม ตัวอย่างเช่นสำหรับสีแดง: แรงดัน = กระแส * ความต้านทาน…. เขียนใหม่เป็นความต้านทาน = แรงดัน (ตก) / ความต้านทานปัจจุบัน = 4 V / 0.3 A = 13.3Ω (ค่า 4 V มาจาก 12V (แหล่งจ่ายไฟ) - ช่วงสีแดงสูงสุด (8 V)) ยังไม่เสร็จ. ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวต้านทานของคุณ (เช่นขนาดของมัน) พลังงานจำนวนหนึ่งเท่านั้นที่สามารถกระจายออกไปได้ หากเราใช้ตัวต้านทานที่ไม่สามารถกระจายพลังงานได้เพียงพอ เราจะเผาผลาญพวกมันให้หมด สูตรคำนวณกำลังข้ามตัวต้านทานมาจากกฎของโอห์ม นั่นคือ กำลัง = แรงดัน * กระแส กำลัง = 4V * 0.3 A = 1.2 W ซึ่งหมายความว่าเราต้องการตัวต้านทาน 13.3Ω, 1.2 W (อย่างน้อย) เพื่อให้แน่ใจว่า LED ของเราปลอดภัย ปัญหาคือ ตัวต้านทานทั่วไปส่วนใหญ่มาใน 1/4 W หรือน้อยกว่า จะทำอย่างไร! การใช้ความมหัศจรรย์ของการตั้งค่าตัวต้านทานแบบขนานเราสามารถแก้ไขปัญหาได้ ด้วยการรวมตัวต้านทานสี่ตัว (1/4 W) แบบขนานกัน การกระจายพลังงานทั้งหมดจะเพิ่มขึ้นเป็น 1 W (ตามหลักแล้ว เราจะเพิ่มตัวต้านทาน 5 ตัวแบบขนานกัน แต่เนื่องจาก 1.2W จะเห็นได้ก็ต่อเมื่อมีการจุดไฟสูงสุดเท่านั้น และ gen เราใช้น้อย) การเพิ่มตัวต้านทานแบบขนานจะทำให้ความต้านทานลดลงตามสัดส่วน (หมายความว่าถ้าเรารวมตัวต้านทาน 13.3 Ω สี่ตัวเข้าด้วยกัน ความต้านทานทั้งหมดจะอยู่ที่ ~3 Ω เท่านั้น) เพื่อให้ได้ความต้านทานที่ถูกต้องและการกระจายพลังงาน เราสามารถรวมตัวต้านทาน 68 Ω 1/4W สี่ตัวเข้าด้วยกัน ขนาน. เราได้รับตัวเลขนี้โดยการคูณ13.3Ωด้วยสี่ซึ่งก็คือ ~ 53Ωจากนั้นนำค่ามาตรฐานสูงสุดถัดไปสำหรับตัวต้านทาน โดยรวม: ในการจ่ายไฟให้กับสีแดง เราจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน 13.3Ω 1W ตัวใดตัวหนึ่ง หรือตัวต้านทาน 68Ω 1/4W สี่ตัวแบบขนาน ในการคำนวณความต้านทานที่จำเป็นสำหรับสีอื่นๆ ให้ใช้กระบวนการเดียวกัน สรุปส่วนประกอบวงจรที่ต้องการ: ทรานซิสเตอร์ 3 x 2N2219 ตัวต้านทาน 3 x 1kΩ ตัวต้านทาน 3 x 10 kΩ สีแดง: ตัวต้านทาน 4 x 68Ω 1/4 W สีน้ำเงิน: 4 x 27Ω 1/ ตัวต้านทาน 4W สีเขียว: ตัวต้านทาน 4 x 27 Ω 1/4W

ขั้นตอนที่ 3: แผนผังวงจร / การสร้างวงจร

เมื่อผ่านการคำนวณทางคณิตศาสตร์และรวบรวมชิ้นส่วนที่จำเป็นทั้งหมดแล้ว ก็ถึงเวลารวบรวมมันเข้าด้วยกัน!

ขั้นแรก ให้ถอดแหล่งจ่ายไฟของคุณและตัดการเชื่อมต่อใดๆ ที่มีในตอนท้าย และแยกสายไฟและสายกราวด์ออก เพิ่มสายกราวด์เข้ากับรางเขียงหั่นขนมอันใดอันหนึ่ง บัดกรีสายไฟเข้ากับตัวต้านทานที่จำเป็นบน LED จากนั้นสร้างวงจรตามที่ระบุในแผนภาพวงจร โปรดทราบว่ากราวด์ทั้งหมดในวงจร (กราวด์ของ Arduino, กราวด์ของทรานซิสเตอร์, กราวด์ของพาวเวอร์ซัพพลาย) จะต้องเชื่อมต่อเข้าด้วยกันในทางใดทางหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 4: รหัส Arduino

เราเกือบจะอยู่ที่นั่นแล้ว! ถึงเวลาเชื่อมต่อวงจรของเรากับ Arduino

รหัสที่นี่ใช้ RGB LED ผ่านวงจรสี (เช่น ตรวจสอบรุ้งทั้งหมด) หากคุณคุ้นเคยกับ Arduino ก็ไม่ซับซ้อนเกินไป รหัสนี้ไม่ได้เขียนโดยฉันในตอนแรก แต่ฉันจำไม่ได้ว่าฉันดาวน์โหลดมาจากที่ใด มันเป็นโอเพ่นซอร์ส ถ้าผมจำได้หรือใครรู้ที่มาผมยินดีอ้างอิงครับ ร่างถูกวางด้านล่าง เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าพินในภาพสเก็ตช์สอดคล้องกับพินบน Arduino ที่ใช้เชื่อมต่อกับ LED รหัสทั้งหมดส่งค่าแต่ละค่า (ตั้งแต่ 0 ถึง 255) ไปยังหมุดสี LED แต่ละอัน หากคุณต้องการให้สีใดสีหนึ่งปรากฏขึ้น ให้ตรวจสอบแผนภูมิสี RGB //เรียกใช้ RGB LED ผ่านวงล้อสี ความสว่าง int = 0; // LED สว่างแค่ไหน. ค่าสูงสุดคือ 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 การตั้งค่าโมฆะ () {// ประกาศพินเป็นเอาต์พุต: pinMode (RED, OUTPUT); โหมดพิน (สีเขียว, เอาต์พุต); โหมดพิน (สีน้ำเงิน, เอาต์พุต); } // จาก 0 ถึง 127 โมฆะ displayColor (uint16_t WheelPos) { ไบต์ r, g, b; สวิตช์ (WheelPos / 128) { กรณี 0: r = 127 - WheelPos % 128; //แดงลง g = WheelPos % 128; // สีเขียวขึ้น b = 0; // ตัวแบ่งสีน้ำเงิน; กรณีที่ 1: g = 127 - WheelPos % 128; //เขียวลง b = WheelPos % 128; //สีน้ำเงินขึ้น r = 0; // ตัวแบ่งสีแดง; กรณีที่ 2: b = 127 - WheelPos % 128; //สีน้ำเงินลง r = WheelPos % 128; // แดงขึ้น g = 0; //หยุดเขียว; } analogWrite (สีแดง, r*2); analogWrite (สีเขียว, g*2); analogWrite (สีน้ำเงิน, b*2); } วงเป็นโมฆะ () { displayColor (rad); ล่าช้า(40); rad = (rad+1) % 384; }

ขั้นตอนที่ 5: การเพิ่มสายไฟเบอร์ออปติก

แม้ว่าคุณจะไม่ทำตามขั้นตอนนี้ แต่ข้อดีก็คือตอนนี้เรามีไฟ LED RGB LED ที่ยอดเยี่ยม สว่าง และปรับแต่งได้อย่างเต็มที่ ฉันเลือกที่จะรวมเข้ากับไฟเบอร์ออปติก แต่จริงๆ แล้วคุณสามารถทำอะไรก็ได้ที่คุณต้องการ! ทำสปอตไลท์หวาน? จุดไฟดิสโก้บอล? ความเป็นไปได้มากมาย!

เดิมทีฉันซื้อเส้นใย 50 เส้น 5 ฟุต เส้นใย 12 เส้น 10 ฟุต และเส้นใย 25 เส้น 5 ฟุต ฉันลงเอยด้วยการตัดความยาวครึ่งหนึ่งเพื่อให้มีจุดมากขึ้นแม้ว่าสายไฟจะสั้นลงก็ตาม ฉันเลือกทำต้นไม้เพราะว่าไม่สามารถติดมันทะลุกำแพงได้ tulle ติดกาวบนผนังด้วยซีเมนต์ยาง (tulle มีน้ำหนักเบาพอสมควร ดังนั้นเทปจึงอาจเพียงพอ) เส้นใยเป็นเกลียวผ่าน tulle ให้เป็นลวดลายเหมือนต้นไม้ การใช้โซดาเปล่า/แห้งสามารถวาง LED ไว้ที่ด้านล่างและเพิ่มเส้นใยที่ด้านบน ปัญหาที่ใหญ่ที่สุด ณ จุดนี้คือการพยายามทำให้แน่ใจว่าแสงจะผ่านเส้นใยแทนที่จะส่องผ่านด้านบนของกระป๋องโซดา การห่อเส้นใยด้วยกระดาษฟอยล์อย่างแน่นหนาสามารถช่วยได้ แต่ฉันขอแนะนำให้ลองใช้การตั้งค่าที่คุณคิดว่าน่าจะใช้ได้ นำชิ้นส่วนเหล่านี้มารวมกันและเรามีต้นไม้ของเรา!

ขั้นตอนที่ 6: เวลาปาร์ตี้

ไม่มีอะไรเหลือให้ทำนอกจากหรี่ไฟ เพิ่มพลังให้กับ Arduino และเพลิดเพลินไปกับการติดตั้งไฟเบอร์ออปติกใหม่ของเรา!

ฉันได้แนบวิดีโอการตั้งค่ามาด้วย มันดูดีขึ้นในตัวเอง แต่คุณสามารถเห็นมันค่อยๆ เคลื่อนผ่านวงล้อสี