RGB-LED-draadboom - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Ik wil mijn RGB-LED-draadboom met u delen. Op een avond herinnerde ik me dat ik als kind draadbomen bouwde. Tegenwoordig geniet ik er enorm van om kleine elektronische projecten te bouwen met microcontrollers die vergelijkbaar zijn met Arduino, vooral met LED's. Dus ik dacht bij mezelf, waarom niet beide combineren en het idee van een LED-draadboom was geboren. Eerst heb ik gekeken of iemand zoiets al eerder had gedaan, maar ik vond niet wat ik zocht. Ik kon vooral LED-draadbomen vinden die één kleur laten zien. Omdat ik enkelkleurige LED's een beetje saai vind, wilde ik er een hebben met RGB-LED's om de draadboom in alle kleuren van de regenboog te laten verschijnen. Dus begon ik er zelf een te bouwen. Het resultaat zie je in de afbeelding hierboven. De draadboom waarop ik deze instructible heb gebaseerd, is mijn derde. Ik hoop dat je geniet van mijn instructable en ik kan sommigen van jullie motiveren om er zelf een te maken.

Benodigdheden

Voor het project zelf heb je maar een paar benodigdheden en gereedschappen nodig:

• 10 RGB-LED's (+ reserveonderdelen voor het geval er een beschadigd is), of meer als je wilt
• koperdraad 0, 14 mm² (of dikker, maar niet te dik omdat het moeilijk te vlechten wordt) met 3 verschillende gekleurde isolaties ongeveer 5 m per kleur (Aantal LED's x lengte tussen 40 en 50 cm)
• zilverdraad 0,6 mm rond 15 m (2 tot 3 keer de lengte die nodig is voor elke kleur)
• microcontroller, in mijn geval een Wemos D1 mini, maar in principe zal iedereen werken zolang het maar in de bloempot past)
• Stroombron (in het geval van Wemos D1 mini werkt elke micro-usb telefoonoplader)
• 3 MOSFET's of transistors (ik gebruikte n-channel Mosfets maar je kunt ook p-channel gebruiken als je de schakeling aanpast)
• Weerstanden met verschillende waarden
• Krimpkous of elektrische tape
• Bloempot
• Hete lijm
• Stenen
• Kleine houten stokjes (bijvoorbeeld de stokjes van de nieuwjaarsraketten)
• Dunne houten plank (bijvoorbeeld de bodem van de houten kisten waarin soms fruit wordt verkocht)

Optioneel

• Pin Headers (mannelijk en/of vrouwelijk)
• Breadboard

Gereedschap

• Soldeerbout
• Draadknipper
• Oefening
• Pincet (optioneel)
• Helpende Hand (optioneel)
• Rotatietool (optioneel)

De meeste dingen die je nodig hebt, worden getoond in een van de bovenstaande afbeeldingen. Je kunt ze krijgen in bouwmarkten, ambachtelijke winkels of Amazon. Sommige dingen kunnen echter gratis komen: De stenen die ik uit een nabijgelegen veld heb gehaald. En de houten plank was afval totdat ik de fruitdoos recycleerde.

Stap 1: Voorbereidingen

Zorg er eerst voor dat alle RGB-LED's werken, want het is echt vervelend om later een LED te vervangen. Om de LED's te testen, sluit u ze eenvoudig aan op een voedingsbron met een spanning van 3,3 tot 5 V. Ik gebruikte een laboratoriumvoeding die is ingesteld op 4 V. Als je er geen hebt, kun je de spanningspinnen op de microcontrollerkaart of batterijen gebruiken. Bij gemeenschappelijke anode RGB-LED sluit u de anode (het langste been), zie afbeelding 1, aan op de spanning (of "+") en een van de overige benen op massa ("-"). De LED zou nu in één kleur moeten oplichten, zie foto's 2 t/m 4. Als je een gemeenschappelijke kathode RGB-LED hebt, is het andersom. Doe dit voor alle benen eq. kleuren en alle leds. Je zou je kunnen realiseren dat bij een vaste spanning de drie verschillende kleuren een verschillende helderheid hebben. Daar moeten we later rekening mee houden.

In de volgende stap knip je alle poten behalve de gemeenschappelijke anode van de RGB-LED zodat er nog maar een paar millimeter over is. Ik heb het deukje dat je op de eerste afbeelding op alle vier de poten ziet als oriëntatie gebruikt, zie foto 5.

Nu moet je kiezen welke gekleurde koperdraden je wilt combineren voor de draadboom. Terwijl ik deze handleiding schrijf, heb ik drie verschillende RGB-LED-draadbomen gemaakt. Afhankelijk van de kleur van de bloempot heb ik verschillende kleuren gecombineerd. Voor deze met een zwartachtige bloempot heb ik de kleuren bruin, geel en zwart gebruikt. Als je hebt besloten welke kleuren je gaat gebruiken, kun je beginnen met het op lengte knippen van de koperdraden, foto 7. In mijn geval knip ik ze op een lengte van 50 cm waarbij de boom ongeveer 30 cm uit de bloempot komt. Je verliest wat lengte bij het vlechten van de kabels en nog belangrijker, je hebt wat lengte over voor de elektrische aansluitingen. Als vuistregel geldt dus dat de kabels minimaal 15 - 20 cm langer moeten zijn dan de gewenste hoogte voor uw boom. Afhankelijk van de maat van de bloempot kun je hier verschillende maten kiezen.

Om je een idee te geven van de maten die ik heb gebruikt:

Eerste boom was 20 cm hoog in een bloempot van 10 cm hoog en diameter. De andere zijn ongeveer 30 cm hoog in een bloempot van 12 cm hoog en 13 cm doorsnee.

Stap 2: Solderen van de koperdraden

Om de koperdraden aan de RGB-LED's te solderen, moet je eerst het uiteinde van elke draad ongeveer 3-5 mm strippen en er wat soldeer op doen. Als je vlecht gebruikt zoals ik, zorg er dan voor dat de enkele vlechten in elkaar zijn gedraaid zodat ze niet uitsteken. Omdat er weinig ruimte is tussen de pootjes van de LED's en de draden elkaar niet mogen raken. Het is erg belangrijk dat de kleuren altijd in dezelfde volgorde op de LED worden gesoldeerd, anders wordt het later erg moeilijk om de LED's op de microcontroller aan te sluiten.

Vervolgens soldeer je de draden aan de RGB-LED. Om dit te doen heb ik de LED met het enorme lange been, de gemeenschappelijke anode of kathode, aan een helpende hand geklemd, zoals je op de tweede foto kunt zien. Herhaal dit voor alle LED's. Zorg voor een stevige verbinding door de koperdraden te wiebelen.

Stap 3: Vlechten van de koperdraden

Nadat je de koperdraden aan de LED's hebt gesoldeerd, is het tijd om te vlechten. Als je niet weet hoe je moet vlechten, zijn er veel tutorials op youtube. Zoek gewoon naar "3 strengen vlecht". Om de draden te vlechten gebruikte ik opnieuw de helpende hand om de LED's voor mij vast te houden. In mijn geval gleed de helpende hand vaak naar me toe tijdens het vlechten, dus klemde ik hem op het bureau. Omdat vlechten tijdrovend is, deed ik het het meeste tijdens het kijken naar een aantal tv-series. Je moet ongeveer 8-10 cm koperdraad laten die niet is gevlochten. Om dit te doen, knoop je de draden gewoon als je in de buurt komt van de 8 cm op de kortste draad. Voor alle stukken moet de resterende lengte min of meer gelijk zijn.

Stap 4: Solderen van de zilverdraad en draaien

Nu kunt u de zilverdraad aan het resterende been van de LED's solderen. Om dat te doen, moet je eerst een stuk afsnijden. De lengte van het stuk moet het dubbele zijn van de lengte van de koperdraden plus 20 cm, afhankelijk van hoe stevig je het later ronddraait. Als je meer twist per cm maakt dan heb je natuurlijk meer draadlengte nodig dan met minder twist per cm. In mijn geval betekent dit 120 cm per stuk. Om er zeker van te zijn hoeveel je nodig hebt, knip je eerst slechts één stuk en onthoud je de lengte ervan.

Daarna vouw je de zilverdraad dubbel zodat er een lus ontstaat in het midden, zie afbeelding 1. Vervolgens wordt de lus over het resterende been van de LED geschoven, de gemeenschappelijke anode (of kathode). Om dit makkelijker te maken kun je het been iets naar boven buigen, zie foto 2. Breng daarna soder aan op de lus met het been naar binnen. Zorg voor een goede verbinding tussen het zilverdraad en de poot. Daarna kun je het deel van het been dat uitsteekt afknippen en eventueel de scherpe randen vijlen die bij het snijden horen.

Zodra je de zilverdraad op zijn plaats hebt gesoldeerd, kun je hem rond de gevlochten koperdraden draaien tot de knoop van de vorige stap. Het zilverdraad moet minstens zo lang zijn als de koperdraden zoals je op foto 5 kunt zien. Het deel van het zilverdraad dat achter de knoop uitsteekt wordt later de wortel van de draadboom. Het maakt niet uit of sommige zilverdraden korter zijn, maar de meeste moeten net zo lang zijn als de koperdraden. Afhankelijk van uw resultaat kunt u nu de lengte van de volgende zilverdraden, afkomstig van de lengte van de eerste draad, aanpassen of laten zoals het is. Herhaal dit nu voor alle overige LED's. Uiteindelijk heb je een bundel van deze "takken".

Stap 5: Montage van de draadboom

Om de draadboom in elkaar te zetten zet je eerst alle takken bij elkaar zodat de knopen aan het uiteinde van het gevlochten deel naast elkaar liggen zoals te zien is op de eerste foto. Fixeer ze dan tijdelijk aan elkaar en ontwerp uw boom ruwweg naar eigen inzicht. Om de boom te ontwerpen heb ik verschillende stijlen takken gemaakt. Sommige heb ik gelaten zoals ze zijn en sommige heb ik gekoppeld om takvorken te vertegenwoordigen. Ik markeerde de takken die ik wilde in paren met een tondeuse op het punt waar ik ze wilde scheiden. Daarna heb ik de draadboom weer gedemonteerd en zilverdraad om de takken gelegd om in paren te leggen. De zilverdraad had ongeveer dezelfde lengte als voorheen, ongeveer 120 cm in mijn geval. De laatste stap is om alle takken, de gepaarde en de enkele, samen te voegen en opnieuw wat zilverdraad rond te draaien, beginnend op het punt waar ze allemaal uit elkaar gaan. Deze laatste zilverdraad moet het langst zijn, aangezien de stam nu een vrij grote diameter heeft. Ik ging voor 140 cm.

Stap 6: De draden sorteren en de elektrische verbindingen solderen

Nu je klaar bent met de boomstam is het tijd om de draden te sorteren. Begin met de zilveren draden, omdat deze het minst beweeglijk zijn. Leg eerst de 3 tot 4 kortste zilverdraadjes recht naar beneden uit de stam en draai ze in elkaar. De andere draden moeten naar buiten buigen en zullen later de wortels worden. Verkort de getwiste draden die uit de bodem steken tot een gelijke lengte tot minstens 2-3 cm uit de boomstam. Neem vervolgens een kort (bijvoorbeeld 10 cm) stuk draad om te solderen aan de zilveren draden die uit de onderkant van de boom steken. De zilveren bedrading wordt later aangesloten op positieve spanning. (Normaal gesproken komt rode draad in de elektronica overeen met positieve spanning (of Vin) en zwart met negatieve (of GND). Maar bij RGB-LED's reserveer ik meestal de rode draad voor de rode LED, dus in dit geval gebruik ik daarom oranje draad omdat het is "het dichtst bij" bij rood.) Strip een kant van de draad 1-2 cm en draai deze om de zilveren draden aan de onderkant zoals te zien is in afbeelding 4 en soldeer ze op hun plaats.

Begin vervolgens met het sorteren van de verschillende draadkleuren bij elkaar. Verleng tien volgens de kortste en strip ze allemaal voor 1 - 2 cm en draai het gestripte uiteinde samen. Test nu de LED's opnieuw door positieve spanning aan te brengen op de zilveren bedrading en de blanke koperdraaddelen. Onthoud welke kleur overeenkomt met welke van het rode, groene of blauwe licht. Soldeer nu groene draad aan de draden die de groene LED's aansturen, enzovoort, op dezelfde manier als voor de zilveren bedrading in de bovenstaande paragraaf. Plaats in de laatste stap wat krimpkous of isolatietape boven de naakte koperdraden om te voorkomen dat ze elkaar raken en dus kortsluiting veroorzaken.

Om later de RGB-LED-draadboom te bedienen, heb ik een standaard knopschakelaar gebruikt. Ik sneed het niet-nodige been van de knopschakelaar door en soldeerde aan draden aan de resterende draden. Zorg ervoor dat u de juiste gebruikt, aangezien de 2 poten "verbinden" door de "plastic staaf" aan de onderkant van de schakelaar met elkaar verbonden zijn.

Stap 7: De boom planten

Zoals je op de foto's kunt zien, is de boom in de bloempot geplant op een stuk houten plank en omgeven door stenen.

Om de houten plank te maken heb ik eerst de binnendiameter van de bloempot gemeten. Dan teken ik een cirkel op een stuk karton en knip het uit. Daarna heb ik gecontroleerd of de kartonnen cirkel in de gewenste diepte van de bloempot past en zo niet, knip ik hem een beetje kleiner. Toen ik tevreden was, bracht ik de kartonnen vorm over op het houten bord en knipte het uit. Voor de houten plank heb ik de bodem van een houten oranje kist uit de plaatselijke supermarkt gebruikt. De houten plank heeft een gat in het midden nodig met een diameter van 10 mm. Om de houten plank op de gewenste hoogte te houden, zaagde ik 3 stokjes van sloophout dat ik had liggen. In mijn geval waren ze 7 cm lang.

Vervolgens heb ik een gat in de bodem van de bloempot geboord om de stroomkabel door te laten lopen en een kanaal voor de kabel geslepen met een roterende multitool diep genoeg om mijn kabel de bloempot plat op de grond te laten staan. Vervolgens deed ik wat hete lijm op de twee uiteinden van de stokjes die ik eerder had gezaagd en plaatste ze in de bloempot, waardoor een driepoot ontstond waar de houten plank op kon zitten.

Nu de boom in de bloempot kan, ben ik begonnen met het schikken van de stenen om de boomstam. Het is niet belangrijk om de houten plank volledig te bedekken met bomen, want zelfs als je maar een halve meter verwijderd bent, kun je niet echt diep in de bloempot kijken. Zorg ervoor dat u een klein plekje open laat waar u de knopschakelaar kunt plaatsen en bereiken om de LED's te bedienen. Toen ik tevreden was met het uiterlijk, heb ik de stenen op hun plaats gelijmd met hete lijm. Daarna heb ik twee kleine gaatjes naast elkaar geboord om de kabels die aan de knopschakelaar zijn gesoldeerd door te laten lopen en de knopschakelaar op zijn plaats te lijmen.

De laatste stap is het ontwerpen van de wortels. Daarvoor heb ik 2 of meer van de zilverdraadjes die eruit staken gedraaid en ze op verschillende afstanden gescheiden zoals te zien is op foto 11. Daarna buig ik de wortels rond de houten plank zoals op foto 12. Daarna vormde ik een cirkel met zilverdraad die ik eroverheen doe en de wortels om de ring buig, zoals te zien is op foto 13 en ze een voor een beetje bij beetje aandraaide. De laatste stap is om de uiteinden van zilverdraad af te knippen die te veel uitsteken.

Stap 8: Elektrisch circuit en de microcontroller

In de laatste stap heb ik het elektrische circuit samengesteld. De microcontroller stuurt de RGB-LED's aan. Omdat de GPIO's van de microcontroller slechts 3,3 V leveren, wat niet genoeg is om sommige LED's helder te laten schijnen, heb ik de microntroller aangesloten op MOSFET's die de LED's kunnen schakelen met de ingangsspanning van de microcontroller, die 5 V is. (In plaats daarvan van MOSFET's kun je net zo goed een transistor gebruiken, maar ik had MOSFET's rondslingeren van een volgend project, dus ik heb ze gebruikt.) Sommige LED's kunnen echter geen 5 V aan en de verschillende kleuren zullen in verschillende helderheid schijnen wanneer ze op dezelfde spanning worden toegepast van 5 V. Hier komen de weerstanden om de hoek kijken. De waarden van de weerstanden moeten worden berekend voor elke kleur van de RGB-LED volgens de datasheet en kunnen van fabrikant tot fabrikant verschillen. Of u kunt gewoon de waarden in het schakelschema gebruiken en testen of de waarden voor u werken. Zo niet, dan kun je een beetje sleutelen aan de weerstandswaarden door de weerstandswaarden te verhogen en te verlagen totdat alle kleuren even helder schijnen. Om de knop te laten werken, moet er een pullup-weerstand zijn, anders kan de knop worden gedetecteerd als voor altijd ingedrukt. In dit geval heeft de Wemos D1 mini interne pullup-weerstanden die binnen de code kunnen worden geactiveerd. Als de gebruikte microntroller dat niet ondersteunt, is een externe pullup-weerstand nodig.

Na het selecteren van de weerstandswaarden heb ik alle elektronische onderdelen aan elkaar gesoldeerd op een breadboard. Om de draden die uit de boom komen aan te sluiten, heb ik mannelijke pinheaders op het bord gebruikt en vrouwelijke op de draden, maar je kunt ze net zo goed rechtstreeks op het bord solderen. Voordat je alles met elkaar verbindt en in de bloempot plaatst, moet je het programma op de microcontroller flashen. Ik heb het codebestand bijgevoegd. Ik hoop dat ik genoeg commentaar heb gegeven in de code, zodat iedereen kan begrijpen wat er aan de hand is. Op dit moment is de code erg eenvoudig en ik zou er in de toekomst functies aan kunnen toevoegen. Als ik dat doe, zal ik hier een update plaatsen en waarschijnlijk de code naar github verplaatsen. Wanneer u de boom aansluit, knippert deze in rood, groen, blauw en wit en begint vervolgens door het tintkleurenspectrum te bladeren. U kunt dan van kleurmodus wisselen door op de knop te drukken.

Vanaf nu bevat de code 3 modi:

• 0: Uit
• 1: Regenboogmodus: fietsen door het hue-kleurenspectrum
• 2: Vaste kleurmodus

U kunt schakelen tussen de kleurmodi door de knop langer dan een halve seconde ingedrukt te houden. Als dit is gelukt, zal de boom het aantal keren dat voor de bovenstaande modus is vermeld, wit knipperen. In de modus voor vaste kleuren zal een korte druk op de knop (minder dan een halve seconde) door 7 verschillende kleuren bladeren die in de code zijn gedefinieerd. Als het indrukken van de knop niet wordt geaccepteerd (kort indrukken van de knop werkt alleen in de modus met vaste kleuren), knippert de boom zoals bij de eerste aansluiting. Voel je vrij om de code naar eigen inzicht aan te passen.

Stap 9: Geniet ervan

Wat je nog moet doen, is een goede plek vinden voor je nieuw gemaakte RGB-LED-draadboom en ervan genieten. Al met al kostte het maken van deze boom me ongeveer 8-10 uur, verdeeld over een paar dagen. Sommige van de meer tijdrovende dingen, zoals het vlechten en draaien van het zilverdraad rond de takken, deed ik bij het tv-kijken.

Je vraagt je misschien af waarom er geen foto's zijn van de boom die rood glanst. Het is gewoon omdat terwijl ik dit instructable aan het schrijven ben, ik wacht op een zending elektronica die ik nodig heb om de controller te monteren. Daarom heb ik voor de foto's de controller uit mijn eerste RGB-LED-boom gebruikt. De LED's in de RGB-LED-boom waarop ik deze instructables heb gebaseerd, hebben echter lagere weerstandswaarden voor rood nodig en het rode licht is daarom erg zwak.