Uma estrela de Natal com LEDs programáveis: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Eu queria algo diferente para a minha tela de Natal ao ar livre este ano, então decidi comprar uma série de LEDs RGB programáveis (às vezes chamados de LEDs de neopixel) e criar uma Estrela de Natal. Esses LEDs podem ser programados individualmente para cor e brilho com apenas um fio de controle.

Etapa 1: Material

WS2811 string LED RGB digital difundido (5V)

Placa Arduino (existem MUITAS fontes)

Biblioteca FastLED Arduino

Fonte de alimentação + 5V DC (500 ma ou mais - pode ser um "tipo de verruga de parede")

Cabo divisor de energia

Cabo de alimentação / controle de 3 fios

Conjunto de conector macho JST SM de 3 pinos

Tubulação termorretrátil (3 peças de 3/16 de diâmetro, 1 polegada de comprimento)

Caixa de plástico impermeável

Contraplacado de 2 'x 2' x ¼"

Pedaço de papelão 2 'x 2' (opcional)

Pintura exterior

Fita de embalagem transparente (ou fita GorillaTM transparente)

Sucata de madeira para prateleira de eletrônicos (opcional)

Cola para madeira (opcional)

Corda trançada de ¼ (opcional)

Parcord (opcional)

Clipes de luz para exteriores CommandTM (opcional - eu os encontrei no Walmart)

Estacas de barraca (opcional)

Etapa 2: Ferramentas

Computador para programar o Arduino

Furadeira ou furadeira

Broca de 12 mm

Serra para madeira de dentes finos (usei uma serra circular)

Pistola de calor, isqueiro ou fósforos para tubos retráteis

Furador ou picador de gelo

Lixa

Lixadeira elétrica (opcional)

Etapa 3: Processo de construção estrela

Eu queria que minha estrela caísse em um pedaço de madeira compensada de 60 centímetros, então eu queria que a dimensão mais larga não tivesse mais que 60 centímetros. O ângulo superior do triângulo da ponta é 36 °. Os outros dois ângulos são de 72 °.

Eu queria que o padrão de luz na estrela fosse o maior possível, então planejei que as pontas da estrela não chegassem a um ápice completo. Cada perna de uma estrela é idêntica, então calculei as dimensões de uma perna como mostrado no desenho aqui.

Em seguida, imprimi cinco cópias do padrão e comecei a desenhar a estrela no papelão.

Como minha string de LEDs tem 50 LEDs, precisei de cinco por perna uniformemente espaçados. O comprimento de uma perna (do desenho) é 8,125 polegadas ÷ 5 = 1,625 polegadas (1-5 / 8”). Como desenhei o ponto estrela no Visio, marquei cada localização de LED no padrão do Visio para evitar ter que medir no layout de papelão. Clique no link no final desta seção para ver um padrão de ponta de estrela em tamanho real. NOTA: Se o padrão impresso não medir conforme indicado, pode ser necessário ajustar as configurações de margem da impressora. Eu configurei o meu para 0,15 polegadas em todos os lados.

Em seguida, colei o papelão no topo da peça de madeira compensada e perfurei um furador no papelão na madeira compensada em cada local de LED. Eu tive que usar um pouco de pressão para conseguir marcas profundas o suficiente na madeira compensada para poder vê-las (talvez porque meu furador precise ser afiado).

Claro que você pode ignorar o padrão de papelão e fazer o layout diretamente no compensado se estiver confortável com o processo e confiante de que não destruirá um pedaço de compensado perfeitamente bom.

Eu removi o modelo de papelão e medi perpendicularmente cerca de ¾ de polegada da linha de perfuração de LED em todo o caminho ao redor da estrela para obter minha linha de recorte. Nota: A linha de corte na foto é mostrada no papelão porque na hora que decidi fazer este Instructable, eu já havia completado a estrela.

Depois de cortar a estrela, lixei todas as superfícies e apliquei duas camadas de primer acrílico para exteriores e duas camadas de acabamento de tinta acrílica para exteriores. Pintei antes de fazer os furos para evitar a entrada de tinta nos furos.

Fiz os orifícios para os LEDs em cada local que marquei usando uma broca de 12 mm, mas os orifícios eram ligeiramente menores, então tive que voltar e “chafurdar” cada orifício inclinando a broca de forma circular. Pode ser que uma broca de ½”tenha o tamanho perfeito. Aconselho você a experimentar isso em um pedaço de madeira e ver se funciona bem. Os LEDs devem se encaixar bem na madeira compensada para evitar que caiam. Após a perfuração, voltei com um pequeno pincel e pintei os locais onde a broca rasgou o compensado. Mesmo tendo perfurado com um backup, ainda tive alguns rasgos.

Você pode ver na foto de introdução que os pontos da minha estrela não são todos idênticos. Isso se deve a um pequeno erro na medição e cálculo do tamanho da estrela, mas realmente não faz diferença. Ninguém nunca mencionou isso e, claro, não é visível à noite.

Eu adicionei pequenos pedaços de madeira maciça de 3/8 "de espessura nas pontas da estrela para baixo para que eu pudesse adicionar alguns olhos de parafuso para me permitir ancorar a estrela e evitar que ela soprasse, já que eu moro em Oklahoma, onde o" vento vem varrendo a planície”.

Suspirei minha estrela entre duas grandes árvores no meu jardim da frente. Prendi dois clipes de luz externa CommandTM 3M na parte de trás da estrela e os enrolei em uma corda de ¼”que pendurei entre as árvores.

Eu ancorei as pontas da estrela apontando para baixo no chão usando estacas de barraca e paracord. Considerei montar a estrela na empena sobre minha garagem, mas montar a caixa de eletrônicos naquele local foi problemático para mim.

Etapa 4: Programação dos LEDs

Qualquer microcontrolador pode ser usado para controlar os LEDs, mas estou brincando com o Arduino há alguns anos, então fui por esse caminho. Sou um engenheiro eletrônico aposentado, mas não muito programador, então fiquei emocionado ao encontrar a biblioteca FastLED, que torna a programação dos LEDs uma brisa. AdaFruit também tem uma biblioteca semelhante, mas eu já estava no FastLED antes de descobrir isso. Portanto, não tenho opinião sobre qual biblioteca é melhor.

Eu considerei várias idéias de padrões de luz, mas decidi por um fade-in / fade-out simples com mudanças de cor em cada ciclo para minha estrela. Descobri que, no escuro, os LEDs eram muito brilhantes para o efeito que eu queria, então configurei o nível máximo de brilho em 36. Os LEDs são MUITO brilhantes quando vistos diretamente, pois estão posicionados neste projeto.

Se você não está familiarizado com o microcontrolador Arduino, existem alguns Instructables muito informativos para iniciantes. Aconselho que você os verifique e se familiarize com a programação do Arduino antes de tentar um projeto como este. Basta pesquisar o site do Instructable para Arduino.

Clique no link abaixo para ver o esboço do Arduino que escrevi para minha estrela.

Etapa 5: Ligar o Arduino e LEDs

Eu já tinha uma fonte de alimentação de 10A, + 5V DC. Isso é um exagero para este projeto, mas por que comprar outra fonte de alimentação? Usei o cabo divisor de energia na lista de peças para fornecer energia para a string de LED e para a placa Arduino da fonte. NOTA: As cordas de LED vêm em variedades de 5V e 12V. Se você escolher os LEDs de 12 V, precisará usar uma fonte de alimentação separada para a placa Arduino ou usar um conversor de tensão DC-DC (ou, para os mais experientes em eletrônica, um regulador linear) para reduzir o Arduino tensão de alimentação de 5 V a 9 V DC.

Para a fiação de energia e controle na instalação final, usei "fio de termostato" de 3 condutores que encontrei na Lowe's. Dois fios para alimentação e um fio para o sinal de controle. Não é incrível que a cor e o brilho de 50 LEDs possam ser controlados por UM fio ?! Como engenheiro eletrônico, entendo perfeitamente como funciona, mas ainda estou MUITO impressionado.

O fio de alimentação / controle deve ser terminado com um terminal JST de 3 pinos. Soldei os fios do conjunto do terminal aos fios do cabo de 3 condutores e cobri as emendas com tubo termorretrátil. A fita isolante funcionaria em apuros, mas não resiste bem. Eu evito isso quando possível.

Etapa 6: Protegendo os eletrônicos

É claro que a placa Arduino e a fonte de alimentação não são à prova de intempéries, portanto, devem ser protegidas. Usei uma caixa de plástico “descartável” para guardar alimentos. Para apoiar a caixa, construí uma pequena prateleira, que também pintei como descrito para a estrela, e aparafusei-a a uma das árvores. Eu fiz um buraco na lateral da caixa perto do fundo. Em seguida, cortei uma fenda do orifício até o topo da caixa para deslizar os fios até o orifício. Depois que os fios foram colocados, usei fita adesiva transparente dentro e fora da caixa para selar a fenda. O buraco em si não precisa ser completamente selado se você observar a seguinte nota.

NOTA: A abertura do cabo de alimentação e do fio de alimentação / controle para os LEDs deve ser posicionada de forma que a água não entre na caixa. Faça o orifício no fundo da caixa e faça um laço com os fios para que a água pingue nos fios em vez de seguir o fio para dentro da caixa.

Passei o fio de alimentação / controle da caixa até a estrela ao longo da corda de ¼”da qual a estrela estava suspensa, usando laços de zíper para prender o fio à corda.

Etapa 7: Veja em ação

Aqui está um vídeo da minha estrela quando estava totalmente escuro lá fora. Gosto do efeito calmo das cores desbotadas.