Árbol de fibra óptica LED RGB (también conocido como Project Sparkle): 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Encuentra su habitación un poco aburrida? ¿Quieres añadirle un poco de brillo? ¡Lea aquí cómo tomar un LED RGB, agregar un poco de cable de fibra óptica y hacer que brille!

El objetivo básico de Project Sparkle es tomar un LED súper brillante más un cable de fibra óptica de brillo final y conectarlo a un arduino para crear un efecto de iluminación agradable. Esta es una imitación de techos / techos de estrella de fibra óptica, pero montada verticalmente debido a que no puedo perforar en mi techo y no usa un iluminador prefabricado para iluminar los cables de fibra óptica. Así que realmente es una forma de obtener efectos de fibra óptica geniales sin invertir en iluminadores costosos. ¡Conectarlo a través de LED a un arduino también agrega cualquier tipo de personalización y refinamiento de color! ¡Lo mejor de ambos mundos! Materiales: LED de 10 W - $ 5 - eBay. ** Advertencia, esto es muy brillante. NO mire esto directamente cuando esté encendido. Péguelo debajo de una caja para probarlo u otra cubierta adecuada ** Cable incandescente de extremo de fibra óptica - ~ $ 25-30 - Lo compré en línea en TriNorthLighting. El cable de fibra óptica generalmente se vende por pie en diferentes números de hebra dentro del cable. Cuanto menos hebras en un cable, generalmente más grueso es cada alambre individual, lo que significa un punto final más brillante en general. Consulte esta página para obtener una tabla práctica sobre el número de cables y el ancho. Fuente de alimentación de 12V, 2Amp - ~ $ 10 - Tenía uno por ahí Materiales secretos: La mayoría de estas piezas son cosas que la gente tendrá y se pueden reutilizar para otros proyectos Arduino - $ 25-30 - Usé una placa de pruebas Arduino Uno R3 - ~ Soldador de $ 5: desde $ 10 hasta un orden de magnitud más alto Componentes del circuito: cada uno cuesta solo unos centavos, el problema más complicado es probablemente dónde conseguirlos hoy en día Alambre, pelacables, cortadores, etc. Tul: $ 5: comprado en una artesanía Tienda. Es el material que usé para tejer los hilos de fibra óptica en la pared.

Paso 1: descripción general de los componentes del circuito

Además del cable básico (y el LED), nuestro circuito tiene dos componentes principales: transistores y resistencias. Transistores Así que tenemos un LED de 10W, cable de alimentación y arduino. El objetivo es conectar el LED a la placa y conectar el arduino a la misma placa para que el arduino pueda generar un valor y el LED se encienda con un cierto brillo (correspondiente al valor que emitió el arduino). El problema es que el arduino solo puede suministrar 5 V, pero nuestro LED necesita 12 V (nota: esto puede cambiar según el LED de alimentación que esté usando). Aquí es donde entra la fuente de alimentación. "¿Cómo conectaremos el arduino, el LED y la fuente de alimentación juntos?" usted podría preguntar. La respuesta es mágica. ¡La magia de los TRANSISTORES! De manera simplista, un transistor es un amplificador o un interruptor. En este caso lo usamos como un interruptor. Se conectará en un pin al arduino, otro pin a la fuente de alimentación y un tercero al LED. Cuando el arduino envía una corriente por encima de un umbral específico, el transistor se 'encenderá' y dejará que el voltaje de la fuente de alimentación lo atraviese, encendiendo el LED. Cuando no hay suficiente corriente del arduino, el transistor no permitirá que la fuente de alimentación lo atraviese y el LED se apagará. El tipo de transistor de conmutación se conoce como transistor de conmutación o de unión. Hay muchos tipos diferentes disponibles que tienen diferentes propiedades como el voltaje necesario en sus pines, la ganancia, etc. Animo a cualquier persona interesada a leer más sobre transistores para comprenderlos mucho mejor. El LED de 10W tiene cuatro pines en total, en un lado el suelo y en el otro lado un pin para cada color. Si queremos poder controlar cada color por separado (para poder mostrar cualquier combinación de colores de RGB), cada color debe tener su propio transistor, por lo que necesitamos tres transistores en total. Más detalles sobre los transistores utilizados estarán en el siguiente paso. Resistores Ahora que hemos descubierto cómo encender el LED, hay otro problema. ¡Todo este poder no es necesariamente algo bueno! No queremos cortocircuitar el LED, por lo que es necesario agregar resistencias. De los cuatro pines del LED, el pin de tierra no necesita una resistencia, ya que simplemente va a tierra. Pero los pines de tres colores necesitarán al menos una resistencia, y dado que diferentes colores dibujan diferentes voltajes, no son necesariamente las mismas resistencias. "¡¿Cómo vamos a descubrir estos valores ?!" usted podría preguntar. Bueno, la respuesta es MAGIA. ¡La magia de las MATEMÁTICAS! (sigue leyendo vale la pena lo prometo …)

Paso 2: Calcular los componentes del circuito

Tipo de transistores Como se dijo en el paso anterior, los transistores usados aquí son de la variedad de conmutación. El tipo específico de transistor que se necesita en un circuito depende de lo que requiera el circuito, pero en este circuito es adecuado un transistor 2N2219. Tenga en cuenta que puede usar un transistor que no sea 2N2219, siempre que tenga las especificaciones correctas para el circuito en el que está trabajando. (El transistor 2N2222 más común también debería ser adecuado) Dependiendo del tipo de transistor, los tres pines del transistor serán "emisor, base, colector" o "puerta, fuente, drenaje". El tipo 2N2219 es el primero. Hay muchos tipos de cuerpos de transistores, por lo que para determinar qué pin corresponde al emisor, la base y el colector, ¡será el momento de consultar su hoja de especificaciones! El transistor también necesita dos resistencias. Uno conecta la base del transistor al arduino; este puede ser cualquier valor, generalmente alrededor de 1 kΩ. Esto se usa para que cualquier corriente espuria del arduino no haga que el transistor se dispare y encienda accidentalmente la luz. La segunda resistencia necesaria conecta la base a tierra y generalmente es un valor grande como 10kΩ Tipos de resistencias Para conectar la fuente de alimentación al LED tenemos que usar algunas resistencias. Cada color del LED tiene una entrada de voltaje requerida diferente. Los valores específicos dependen de su LED utilizado, pero para un LED estándar de 10W, estos probablemente estarán en el rango correcto: Rojo - 6-8 V Verde - 9-12 V Azul - 9-11 V Corriente requerida por el LED: 3 miliamperios (mA) Voltaje de la fuente de alimentación: 12 V La situación es: estamos usando una fuente de alimentación de 12 V para encender el LED y cada color debería recibir un voltaje menor que eso. Necesitamos usar resistencias para disminuir el voltaje que cada color en el LED ve realmente. Para determinar el valor de resistencia necesario, es hora de consultar la Ley de Ohm. Por ejemplo para el color rojo: Voltaje = Corriente * Resistencia…. Reescribir a Resistencia = Voltaje (caída) / Resistencia de corriente = 4 V / 0.3 A = 13.3Ω (El valor de 4 V es de 12V (fuente de alimentación) - máximo del rango rojo (8 V)) Sin embargo, aún no hemos terminado. Dependiendo de su tipo de resistencia (es decir, su tamaño), solo puede disipar una cierta cantidad de energía. Si usamos resistencias que no pueden disipar suficiente energía, las quemaremos. La fórmula para calcular la potencia a través de la resistencia proviene de la ley de Ohm: es Potencia = Voltaje * Corriente. Potencia = 4V * 0.3 A = 1.2 W Esto significa que necesitamos una resistencia de 13.3Ω, 1.2 W (al menos) para asegurarnos de que nuestro LED sea seguro. El problema es que las resistencias más comunes vienen en 1/4 W o menos. ¡¿Qué hacer?! Usando la magia de configurar resistencias en paralelo, podemos solucionar el problema. Al combinar cuatro resistencias (1/4 W) en paralelo, la disipación de potencia total suma 1 W. (Idealmente agregaríamos cinco resistencias en paralelo, pero dado que 1.2W solo se verá cuando esté encendido al máximo, y gen estamos usando un poco menos). Agregar resistencias en paralelo hace que su resistencia disminuya proporcionalmente (lo que significa que si combinamos cuatro resistencias de 13.3 Ω en paralelo, la resistencia total solo será ~ 3 Ω) Para obtener la resistencia y disipación de potencia correctas, podemos combinar cuatro resistencias de 68 Ω 1 / 4W en paralelo. Obtenemos este número multiplicando 13.3Ω por cuatro, que es ~ 53Ω y luego tomando el siguiente valor estándar más alto para una resistencia. En general: para alimentar el color rojo, necesitamos usar una resistencia de 13,3 Ω 1 W o cuatro resistencias de 68 Ω 1/4 W en paralelo. Para calcular la resistencia necesaria para los otros colores, utilice el mismo proceso Resumen de los componentes del circuito requeridos: 3 x transistores 2N2219 3 x resistencias de 1 kΩ 3 resistencias de 10 kΩ Rojo: 4 resistencias de 68Ω 1/4 W Azul: 4 x 27Ω 1 / Resistencias de 4 W Verde: 4 resistencias de 27 Ω 1/4 W

Paso 3: Esquema del circuito / Construcción del circuito

Después de haber revisado las matemáticas y haber reunido todas las piezas necesarias, ¡es hora de juntarlas!

Primero tome su fuente de alimentación y corte cualquier conexión que tenga al final y aísle los cables de alimentación y tierra. Agregue el cable de tierra a uno de los rieles de la placa de pruebas. Suelde el cable de alimentación a la soldadura de las resistencias necesarias en el LED. Luego construya el circuito como se indica en el diagrama del circuito. Tenga en cuenta que todas las conexiones a tierra en el circuito (tierra de Arduino, tierra de transistor, tierra de la fuente de alimentación) deben estar conectadas juntas de alguna manera.

Paso 4: Código Arduino

¡Casi estámos allí! Es hora de conectar nuestro circuito al arduino.

El código aquí simplemente ejecuta el LED RGB a través de un ciclo de color (es decir, verifica todo el arco iris). Si está familiarizado con arduino, entonces esto no es demasiado complicado. Este código no fue escrito originalmente por mí, pero honestamente no puedo recordar de dónde lo descargué; era de código abierto. Si recuerdo o si alguien conoce la fuente, con mucho gusto la citaré. El boceto se pega a continuación. Solo asegúrese de que los valores de los pines en el boceto correspondan a los pines del arduino utilizado para conectarse al LED. Todo lo que hace el código es enviar un valor individual (de 0 a 255) a cada uno de los pines de color del LED. Si desea que aparezca un color específico, consulte una tabla de colores RGB // Ejecuta un LED RGB a través de un ciclo de rueda de colores int brillo = 0; // qué tan brillante es el LED. El valor máximo es 255 int rad = 0; #define RED 10 #define BLUE 11 #define GREEN 9 void setup () {// declara que los pines son una salida: pinMode (RED, OUTPUT); pinMode (VERDE, SALIDA); pinMode (AZUL, SALIDA); } // de 0 a 127 void displayColor (uint16_t WheelPos) {byte r, g, b; switch (WheelPos / 128) {caso 0: r = 127 - WheelPos% 128; // Rojo hacia abajo g = WheelPos% 128; // Verde hacia arriba b = 0; // azul apagado descanso; caso 1: g = 127 - WheelPos% 128; // verde hacia abajo b = WheelPos% 128; // azul arriba r = 0; // red off break; caso 2: b = 127 - WheelPos% 128; // azul hacia abajo r = WheelPos% 128; // rojo hacia arriba g = 0; // green off break; } analogWrite (ROJO, r * 2); analogWrite (VERDE, g * 2); analogWrite (AZUL, b * 2); } bucle vacío () {displayColor (rad); retraso (40); rad = (rad + 1)% 384; }

Paso 5: Agregar los cables de fibra óptica

Incluso si no completa este paso, lo bueno es que ahora tenemos un LED RGB increíble, brillante y totalmente personalizable. Elegí combinarlo con fibra óptica, ¡pero realmente puedes hacer lo que quieras! ¿Hacer un foco dulce? ¿Encender una bola de discoteca? ¡Tantas posibilidades!

Originalmente compré cinco pies de fibra de 50 hebras, 10 pies de fibra de 12 hebras y 5 pies de fibra de 25 hebras. Terminé cortando la longitud a la mitad para tener más puntos a pesar de que los cables eran más cortos. Elegí hacer un árbol porque no podía montarlos a través de una pared. El tul se pegó a la pared con cemento de goma (el tul es bastante ligero, por lo que la cinta puede ser suficiente). Las fibras se enhebran a través del tul en un patrón similar a un árbol. Usando una lata de refresco vacía / seca, el LED se coloca en la parte inferior y las fibras se agregan en la parte superior. El mayor problema en este punto es tratar de asegurarse de que la luz atraviese las fibras en lugar de salir por la parte superior de la lata de refresco. Envolver las fibras firmemente en papel de aluminio puede ayudar, pero te sugiero que pruebes cualquier configuración que creas que podría funcionar. ¡Junta todas estas piezas y tenemos nuestro árbol!

Paso 6: ¡Hora de la fiesta

¡No queda nada por hacer más que atenuar las luces, encender el arduino y disfrutar del brillo de nuestra nueva configuración de fibra óptica!

También he adjuntado un video de la configuración. Se ve mejor en persona, pero puedes verlo moverse lentamente a través de una rueda de colores.