Árvore de fibra óptica RGB LED (também conhecido como Projeto Sparkle): 6 etapas

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

Acha seu quarto um pouco sem graça? Quer adicionar um pouco de brilho a ele? Leia aqui como pegar um LED RGB, adicionar um pouco de fio de fibra óptica e torná-lo BRILHANTE!

O objetivo básico do Projeto Sparkle é pegar um LED super brilhante mais um cabo de fibra óptica com brilho final e conectá-lo a um arduino para criar um belo efeito de iluminação. Esta é uma imitação de tetos / tetos de estrela de fibra ótica, mas montada verticalmente por não ser capaz de perfurar meu teto e não usar um iluminador pré-fabricado para iluminar os fios de fibra ótica. Portanto, é realmente uma maneira de obter efeitos fantásticos de fibra óptica sem investir em iluminadores caros. Conectá-lo via LED a um arduino também adiciona para qualquer tipo de personalização e refinamento de cores! O melhor de dois mundos! Materiais: LED de 10W - US $ 5 - eBay. ** Aviso, isso é muito claro. NÃO olhe diretamente para isso quando estiver ligado. Cole-o sob uma caixa para teste ou outra cobertura adequada ** Fio incandescente de fibra óptica - ~ $ 25-30 - comprei online na TriNorthLighting. O cabo de fibra ótica é geralmente vendido por pé em diferentes números de fios dentro do cabo. Quanto menos fios em um cabo, geralmente mais grosso é cada fio individual, o que significa um ponto final mais brilhante em geral. Verifique esta página para obter um gráfico útil sobre o número do cabo em relação à largura. Fonte de alimentação 12V, 2Amp - ~ $ 10 - eu tinha uma por aí. Materiais secretos: a maioria dessas peças são coisas que as pessoas terão por perto e podem ser reutilizadas para outros projetos Arduino - $ 25-30 - Usei uma placa de ensaio Arduino Uno R3 - ~ Ferro de solda de US $ 5 - Qualquer coisa de US $ 10 a uma ordem de magnitude superior. Componentes do circuito - cada um custa apenas alguns centavos, a questão mais complicada é provavelmente onde encontrá-los hoje em dia. Arame, descascadores de fios, cortadores, etc. armazenar. É o material que usei para tecer os fios de fibra óptica na parede

Etapa 1: Visão geral dos componentes do circuito

Além do fio básico (e do LED), nosso circuito tem dois componentes principais: transistores e resistores. Transistores Portanto, temos um LED de 10W, cabo de alimentação e arduino. O objetivo é conectar o LED à placa de ensaio e conectar o arduino à mesma placa de ensaio para que o arduino possa gerar um valor e o LED acender com um determinado brilho (correspondendo ao valor que o arduino gerou). O problema é que o arduino só pode fornecer 5 V, mas nosso LED precisa de 12 V (nota: isso pode mudar dependendo de qual LED de energia você está usando). É aqui que entra a fonte de alimentação. "Como vamos conectar o arduino, o LED e a fonte de alimentação juntos ?!" você pode perguntar. A resposta é mágica. A magia dos TRANSISTORES! De forma simplista, um transistor é um amplificador ou uma chave. Neste caso, estamos usando como um switch. Ele será conectado em um pino ao arduino, outro pino à fonte de alimentação e um terceiro ao LED. Quando o arduino envia uma corrente acima de um limite específico, o transistor 'liga' e deixa a tensão da fonte de alimentação passar por ele, acendendo o LED. Quando não há corrente suficiente do arduino, o transistor não deixa a fonte de alimentação passar por ele e o LED se apaga. O tipo de transistor de comutação é conhecido como transistor de comutação ou junção. Existem muitos tipos diferentes disponíveis, que têm propriedades diferentes, como a tensão necessária em seus pinos, o ganho, etc. Eu encorajo qualquer pessoa interessada a ler mais sobre transistores para obter uma compreensão muito melhor deles. O LED de 10W possui quatro pinos no total, de um lado o chão e do outro um pino para cada cor. Se quisermos controlar cada cor separadamente (para poder exibir qualquer combinação de cores RGB), cada cor deve ter seu próprio transistor, portanto, precisamos de três transistores no total. Mais detalhes sobre os transistores usados estarão na próxima etapa. Resistores Agora que descobrimos como ligar o LED, há outro problema. Todo esse poder não é necessariamente uma coisa boa! Não queremos curto-circuito no LED, portanto, resistores precisam ser adicionados a ele. Dos quatro pinos do LED, o pino de aterramento não precisa de um resistor, pois ele apenas irá aterrar. Mas os pinos de três cores precisarão de pelo menos um resistor e, como cores diferentes atraem tensões diferentes, não são necessariamente as mesmas resistências. "Como vamos descobrir esses valores ?!" você pode perguntar. Bem, a resposta é MAGIC. A magia da MATEMÁTICA! (continue lendo, vale a pena, eu prometo …)

Etapa 2: Calculando os componentes do circuito

Tipo de transistores Como dito na etapa anterior, os transistores usados aqui são do tipo chaveamento. O tipo específico de transistor necessário em um circuito depende do que o circuito exige, mas neste circuito um transistor 2N2219 é adequado. Observe que você pode usar um transistor diferente do 2N2219, contanto que ele tenha as especificações corretas para o circuito em que está trabalhando. (O transistor 2N2222 mais comum também deve ser adequado) Dependendo do tipo de transistor, os três pinos no transistor serão "emissor, base, coletor" ou "porta, fonte, dreno". O tipo 2N2219 é o primeiro. Existem muitos tipos de transistores, então para determinar qual pino corresponde ao emissor, base e coletor, será hora de consultar sua folha de especificações! O transistor também precisa de dois resistores. Um conecta a base do transistor ao arduino - pode ter qualquer valor, geralmente em torno de 1kΩ. Isso é usado para que qualquer corrente espúria do arduino não faça com que o transistor seja acionado e acidentalmente acenda a luz. O segundo resistor necessário conecta a base ao aterramento e geralmente tem um valor grande, como 10kΩTipos de resistores. Para conectar a fonte de alimentação ao LED, temos que usar alguns resistores. Cada cor no LED possui uma entrada de tensão diferente necessária. Os valores específicos dependem do LED usado, mas para um LED padrão de 10 W eles provavelmente estarão na faixa certa: Vermelho - 6-8 V Verde - 9-12 V Azul - 9-11 V Corrente exigida pelo LED: 3 miliamperes (mA) Tensão de alimentação: 12 V Então a situação é: estamos usando uma fonte de alimentação de 12 V para ligar o LED e cada cor deve receber uma tensão menor que essa. Precisamos usar resistores para diminuir a voltagem que cada cor do LED realmente vê. Para determinar o valor da resistência necessária, é hora de consultar a Lei de Ohm. Por exemplo, para a cor vermelha: Tensão = Corrente * Resistência…. Reescrever para resistência = tensão (queda) / resistência de corrente = 4 V / 0,3 A = 13,3Ω (o valor de 4 V é de 12 V (fonte de alimentação) - máximo da faixa vermelha (8 V)) Ainda não terminamos. Dependendo do seu tipo de resistor (ou seja, seu tamanho), apenas uma certa quantidade de energia pode ser dissipada por ele. Se usarmos resistores que não conseguem dissipar energia suficiente, vamos queimá-los. A fórmula para calcular a potência através do resistor vem da lei de Ohm: é Potência = Tensão * Corrente. Potência = 4V * 0,3 A = 1,2 W Isso significa que precisamos de um resistor de 13,3Ω, 1,2 W (pelo menos) para garantir que nosso LED está seguro. O problema é que os resistores mais comuns vêm em 1/4 W ou menos. O que fazer?! Usando a magia de configurar resistores em paralelo, podemos corrigir o problema. Combinando quatro (1/4 W) resistores em paralelo, a dissipação total de potência chega a 1 W. (O ideal seria adicionar cinco resistores em paralelo, mas como 1,2 W só será visto quando estiver aceso no máximo, e ger estamos usando um pouco menos). Adicionar resistores em paralelo faz com que sua resistência diminua proporcionalmente (ou seja, se combinarmos quatro resistores de 13,3 Ω em paralelo, a resistência total será de apenas ~ 3 Ω). Para obter a resistência e dissipação de potência corretas, podemos combinar quatro resistores de 68 Ω 1 / 4W em paralelo. Obtemos esse número multiplicando 13,3Ω por quatro, que é ~ 53Ω e obtendo o próximo valor padrão mais alto para um resistor. Geral: para alimentar a cor vermelha, precisamos usar um resistor de 13,3Ω 1W ou quatro resistores 68Ω 1 / 4W em paralelo. Para calcular a resistência necessária para as outras cores, use o mesmo processo. Resumo dos componentes do circuito necessários: 3 x 2N2219 transistores 3 x 1kΩ resistores 3 x 10 kΩ resistores Vermelho: 4 x 68Ω 1/4 W resistores Azul: 4 x 27Ω 1 / 4W resistores Verde: 4 x 27 Ω resistores 1 / 4W

Etapa 3: esquema do circuito / construção do circuito

Depois de passar pela matemática e coletar todas as peças necessárias, é hora de colocá-las juntas!

Primeiro pegue sua fonte de alimentação e corte qualquer conexão que tenha no final e isole os fios de alimentação e aterramento. Adicione o fio terra a um dos trilhos da placa de ensaio. Solde o fio de alimentação na solda dos resistores necessários no LED. Em seguida, construa o circuito conforme indicado no diagrama do circuito. Observe que todos os aterramentos do circuito (aterramento do arduino, aterramentos do transistor, aterramentos da fonte de alimentação) devem ser conectados de alguma forma.

Etapa 4: Código Arduino

Estamos quase lá! É hora de conectar nosso circuito ao Arduino.

O código aqui apenas executa o LED RGB por um ciclo de cores (ou seja, verifica todo o arco-íris). Se você está familiarizado com o Arduino, isso não é muito complicado. Este código não foi originalmente escrito por mim, mas honestamente não consigo me lembrar de onde o baixei; era de código aberto. Se eu me lembrar ou se alguém souber a fonte, vou citá-la com prazer. O esboço é colado abaixo. Apenas certifique-se de que os valores dos pinos no esboço correspondem aos pinos no arduino usados para conectar ao LED. Tudo o que o código faz é enviar um valor individual (de 0 a 255) para cada um dos pinos de cor do LED. Se você quiser que uma cor específica apareça, verifique um gráfico de cores RGB // Executa um LED RGB por meio de um ciclo de roda de cores int brilho = 0; // quão brilhante é o LED. O valor máximo é 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup () {// declara os pinos como uma saída: pinMode (RED, OUTPUT); pinMode (VERDE, SAÍDA); pinMode (AZUL, SAÍDA); } // de 0 a 127 void displayColor (uint16_t WheelPos) {byte r, g, b; switch (WheelPos / 128) {caso 0: r = 127 - WheelPos% 128; // Vermelho para baixo g = WheelPos% 128; // Verde para cima b = 0; // blue off break; caso 1: g = 127 - WheelPos% 128; // verde para baixo b = WheelPos% 128; // azul até r = 0; // quebra de vermelho; caso 2: b = 127 - WheelPos% 128; // azul para baixo r = WheelPos% 128; // vermelho g = 0; // pausa verde; } analogWrite (RED, r * 2); analogWrite (VERDE, g * 2); analogWrite (AZUL, b * 2); } void loop () {displayColor (rad); atraso (40); rad = (rad + 1)% 384; }

Etapa 5: Adicionando os fios de fibra ótica

Mesmo que você não conclua essa etapa, o bom é que agora temos um LED RGB incrível, brilhante e totalmente personalizável. Optei por combiná-lo com fibra óptica, mas você realmente pode fazer o que quiser! Faça um spotlight doce? Acender uma bola de discoteca? Tantas possibilidades!

Originalmente, comprei um metro e meio de fibra de 50 fios, 10 pés de fibra de 12 fios e 1,50 metros de fibra de 25 fios. Acabei cortando o comprimento pela metade para ter mais manchas, embora os próprios fios fossem mais curtos. Decidi fazer uma árvore, pois não poderia montá-la através de uma parede. O tule foi colado na parede com cimento de borracha (o tule é bastante leve, então fita adesiva pode ser suficiente). As fibras são enfiadas através do tule em um padrão semelhante a uma árvore. Usando uma lata de refrigerante vazia / seca, o LED é colocado na parte inferior e as fibras são adicionadas na parte superior. O maior problema neste ponto é tentar garantir que a luz atravesse as fibras, em vez de apenas sair pelo topo da lata de refrigerante. Envolver bem as fibras em papel alumínio pode ajudar, mas sugiro tentar qualquer configuração que você acha que pode funcionar. Junte todas essas peças e teremos nossa árvore!

Etapa 6: Hora da festa

Nada mais resta a fazer a não ser diminuir as luzes, ligar o arduino e aproveitar o brilho de nossa nova configuração de fibra óptica!

Anexei um vídeo da configuração também. Parece melhor pessoalmente, mas você pode vê-lo movendo-se lentamente por uma roda de cores.