Prawie rok temu, zainspirowany konstrukcją pana Kamila Przychodzenia (zdjęcie), postanowiłem zbudować własne świecące drzewko, jednak oparte na trójkolorowych diodach RGB. W ten sposób powstał projekt Drzewko z Fafkulców (Fa w kulce :wink:) opisany w dziale DIY. Od tego czasu chodziła mi po głowie budowa czegoś większego...
W projekcie założyłem wykorzystanie diod o wspólnej anodzie (CA - common anode). Diody połączyłem w matrycę o organizacji 8 wierszy i 5 kolumn. Katody struktur poszczególnych kolorów dołączyłem do wyprowadzeń wierszowych, natomiast anody diod do wyprowadzeń kolumnowych.
Opisana konfiguracja umożliwia wysterowanie 40 (8x5) diod RGB, co w praktyce oznacza 120 diod (po 40 dla poszczególnych barw). Do tego celu wykorzystałem 29 (8+8+8+5) linii mikrokontrolera. Konfiguracja ta wymusza konieczność sterowania multipleksowego. Podając stan wysoki na wyprowadzenie kolumny i stan niski na wyprowadzenie wiersza można zaświecić diodę leżącą na skrzyżowaniu tych linii. Każde z połączeń wierszowych danej barwy podłączone jest z osobnym ośmiobitowym portem mikrokontrolera. Wyświetlanie multipleksowe polega na wpisywaniu do rejestru wyjściowego danego portu sekwencji, która zostanie wyświetlona w pierwszej kolumnie diod, po czym załączona zostaje pierwsza kolumna. Po upływie odcinka czasu rzędu milisekund następuje wyłączenie kolumny, natomiast do rejestru zostaje wpisana sekwencja, która zostanie wyświetlona w drugiej kolumnie. Druga kolumna zostaje załączona na pewien czas. Czynność powtarza się kolejno dla trzeciej, czwartej i piątej kolumny, po czym cykl rozpoczyna się od początku. Odpowiednio duża częstotliwość załączania kolumn (min. 5∙25Hz=125Hz) sprawi, że będzie ono widoczne jako świecenie ciągłe.
Multipleksowanie diod RGB odbywa się w tle (podczas realizowania programu głównego) a jego obsługa umieszczona jest w podprogramie obsługi przerwania generowanego przez Timer. Stan poszczególnych diod określa 15 zmiennych typu całkowitego (R1…R5, G1...G5, B1...B5). Dzięki użyciu przerwania, każda zmiana wartości danej zmiennej znajduje natychmiast odzwierciedlenie w sekwencji zapalonych diod. Zapis binarny pozwala w prosty sposób definiować tę sekwencję, a wykorzystanie operacji bitowych upraszcza projektowanie efektów świetlnych.
Zastosowanie scalonego drivera mocy ULN2803 między portami mikrokontrolera a wyprowadzeniami wierszy matrycy powoduje, że zaświecenie diody uzyskujemy wysokim poziomem napięcia na liniach portu. Analogicznie, z powodu zastosowania tranzystorów p-n-p, załączenie kolumny odbywa się przez podanie poziomu niskiego. Rozwiązanie to, oprócz zabezpieczenia mikrokontrolera przed nadmiernym obciążeniem prądowym, umożliwia zastosowanie logiki dodatniej podczas sterowania diodami i projektowania efektów. Przykładowo wpisanie do rejestru wyjściowego portu wartości 0b10000011 spowoduje zapalenie diody pierwszej, drugiej i ostatniej.
Schemat ideowy sterownika oraz organizacja połączeń wierszowych i kolumnowych:
Płytka sterownika oraz płytka organizacji połączeń
Sterownik oparty jest na mikrokontrolerze ATmega16 z rdzeniem AVR. Taktowany jest zewnętrznym rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 16MHz. W układzie wykorzystałem 29 linii mikrokontrolera. Porty PORTA, PORTC i PORTD połączyłem z wyprowadzeniami wierszy matrycy diod odpowiednio do kolorów: czerwonego, zielonego i niebieskiego. Linie PB0…PB4 sterują kolumnami za pomocą tranzystorów BC558. Linie PB5…PB7 (MOSI, MISO, SCK) pozostały wolne i służą wraz z liniami RESET, VCC i GND do podłączenia programatora szeregowego. Po drobnej modyfikacji układu można je wykorzystać do zwiększenia ilości obsługiwanych diod o kolejne 24 sztuki. W połączeniu portów mikrokontrolera z katodami diod pośredniczą układy ULN2803. Jest to scalony driver mocy. Składa się z ośmiu tranzystorów Darlingtona (n-p-n) zwierających obciążenie do masy. Podanie stanu wysokiego na wejście skutkuje wymuszeniem stanu niskiego na wyjściu. Obciążalność układu ULN2803 wynosi 500mA.
Przy sterowaniu multipleksowym, w celu zapewnienia odpowiedniej jasności diod, rezystory ograniczające prąd mogą mieć niższą wartość rezystancji niż w przypadku ciągłego zasilania pojedynczej diody. Ważne, by jeden kolor nie przeważał nad innymi, gdyż może to mieć negatywny wpływ na prawidłowe wyświetlanie barw dopełniających (żółty, różowy, biały itd.).
Mikrokontroler wyposażony jest w linię RESET. Układ zostanie zresetowany, jeżeli na tej linii pojawi się niski poziom trwający przynajmniej 1,5μs. Aby zapobiec resetowaniu się mikrokontrolera spowodowanego zakłóceniami, linię RESET podciągnięto rezystorem 10kΩ do VCC.
Zarówno elektronika jak i matryca diod RGB zasilane są napięciem o wartości 5V. W układzie zastosowałem stabilizator 7805 z włączonym równolegle kondensatorem filtrującym 1000μF i dwoma kondensatorami odsprzęgającymi o wartości 100nF. Pobór prądu jest uzależniony od ilości święcących w danym momencie diod i wynosi maksymalnie 250mA (kolor biały – wszystkie diody zapalone). Nadmiar energii doprowadzonej do stabilizatora zostaje wypromieniowany w postaci ciepła, dlatego istotne jest zastosowanie radiatora.
Sterownik: prototyp na płytce uniwersalnej oraz gotowe urządzenie
Program sterujący zrealizowałem w języku C a także w języku Bascom (początkowo). Multipleksowanie odbywa się w podprogramie obsługi przerwania generowanego po przepełnieniu Timera. Wszystkie wykorzystywane linie mikrokontrolera skonfigurowano jako wyjściowe. W programie zadeklarowałem 15 zmiennych (R1...R5, G1...G5, B1...B5), których wartość na bieżąco odzwierciedlają diody RGB. Zmienna R1 określa pierwszą kolumnę diod czerwonych, R2 drugą kolumnę itd. Analogicznie zmienne G1…G5 odpowiadają za kolejne kolumny diod zielonych a B1…B5 niebieskich. Zapis binarny pozwala w prosty sposób definiować, które diody będą aktualnie zapalone. Zastosowanie operacji binarnych takich jak alternatywa (or, "|"), koniunkcja (and, "&"), alternatywa wykluczająca (xor, "^"), dopełnienie bitowe (toggle, "~") i przesunięcie bitowe (shift, ">>", "<<") pozwala w prosty sposób projektować efekty świetlne. Kod efektu należy umieścić w programie głównym, najlepiej w nieskończonej pętli while(1).
Zamiast załączania dwustanowego można zaimplementować płynną zmianę barw. Wykorzystałem do tego programowy PWM (puls with modulation), czyli modulację szerokości impulsu.
Aktualnie zaimplementowany w sterowniku kod powoduje łagodną zmianę barw kolejnych poszczególnych diod. Ich kolejność została określona w programie. Kiedy już wszystkie diody będą świecić jednym kolorem, cykl rozpoczyna się od początku, lecz dla innej barwy. Zaimplementowałem 6 kolorów (czerwony, żółty, zielony, turkusowy, niebieski, różowy).
Do budowy samego drzewka, podobnie jak w moim poprzednim projekcie, wykorzystałem przewody z kabla sieciowego, tak zwanej skrętki. Z głównego "pnia" wychodzi pięć głównych "gałęzi". Na każdej z nich zamontowałem 8 diod umieszczonych w kulkach z antyperspirantów typu roll-on (tytułowe fafkulce). Takie rozmieszczenie współgra z organizacją wierszy i kolumn w sterowniku i ułatwia wyobrażenie sobie implementowanego efektu. Na drzewku osadzonych jest 40 diod RGB, co daje łącznie zwój 160 przewodów. W przyszłości planuję osadzić drzewko w doniczce, w której również ukryta będzie cała elektronika i pęk kabli.
Konstrukcja nośna drzewka - zwój 160 przewodów
Będę niezmiernie wdzięczny za wszelkie uwagi i słowa krytyki. Mam nadzieję, że pozwolą mi one wyeliminować ewentualne błędy. Służę pomocą osobom zainteresowanym budową lub modyfikacją sterownika.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Prezentuje się świetnie, może jeszcze jakiś filmik, pozdrawiam i życzę koledze sukcesów ;) Może na zamówienie taki drzewiec kolega by zrobił, ile by coś takiego kosztowało?
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Mam za słaby aparat, żeby filmik oddał ten efekt. Ale jak pożyczę od kumpla kamerę cyfrową to niezwłocznie zamieszczę. Z budowaniem drzewka na zamówienie ciężka sprawa - 40 fafkulców zbierałem prawie 9 miesięcy. No chyba, że znalazłbym jakiś zamiennik. Koszt budowy drzewka oceniam na 150zł.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Tak sobie mysle ze moze fajnie by bylo użyć zamiast tych kolorowych przewodow takich emaliowanych przewodow z transformatora - jednego koloru - chociaz tak tez ma swoj urok.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Witam,
fajny projekt, ostatnio również budowałem urządzenie na diodach RGB. Mam pytanie czy wykorzystałeś przebiegi PWM do mieszania kolorów diod LED :?: Czy po prostu kolor jest albo włączony, albo nie, i masz osiem kombinacji świecenia diody :?: Ciekawi mnie to, ponieważ zastanawiam się czy jest możliwość sterowania diodami LED multipleksowo wraz z użyciem generatora PWM.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
kasaidolar wrote:
Tak sobie mysle ze moze fajnie by bylo użyć zamiast tych kolorowych przewodow takich emaliowanych przewodow z transformatora - jednego koloru - chociaz tak tez ma swoj urok.
mi akurat by się drut w emalii nie podobał, wolę jak zostało wykonane przez autora.
Za to pod mój gust byłaby chyba stalowa linka - stebrna, zapleciona, jak do roweru, oczywiście pokryta bezbarwnym lakierem. Trudno by to było modelować w drzewo, ale efekt - wow (dla mnie) :)
Geatulję drzewa, matrycy i nowego miejsca dla fafkulców ;)
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
kasaidolar wrote:
Tak sobie mysle ze moze fajnie by bylo użyć zamiast tych kolorowych przewodow takich emaliowanych przewodow z transformatora - jednego koloru - chociaz tak tez ma swoj urok.
Zdaje mi się, że przy skręcaniu tych przewodów zbyt łatwo zedrzeć izolację i zrobić niechciane połączenie. Myślałem za to o zamalowaniu przewodów brązowym sprayem.
Tranzystor_1992 wrote:
czy wykorzystałeś przebiegi PWM do mieszania kolorów diod LED :?: Czy po prostu kolor jest albo włączony, albo nie,
Śmiga na PWMie, każda z 40 diod pojedynczo zmienia łagodnie kolor. Zaimplementowałem programowy PWM na funkcji for - 100 poziomów jasności. Jeżeli żadna z trzech struktur RGB jeszcze nie świeci, to przy rozjaśnianiu na samym początku widać trochę mruganie. Jeżeli przechodzimy między barwami i cały czas któraś ze struktur jest zapalona, to mrugania praktycznie nie widać.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
patrx wrote:
Czy zamiast kłopotliwych "fafkulców" nie można by użyć piłeczek pingpongowych?
Są dwa rodzaje fafkulców: białe jak ping-pongi z dezodorantów takich jak Adidas czy Fa (jak widać, fafkulec myląca nazwa) oraz półprzezroczyste takie jak z Nivea czy Rexona. Ja użyłem tych drugich - lepszy efekt.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Dla mnie bomba, tylko może jeszcze trochę bardziej to ulepszył na styl... nowoczesny ( modernistyczny). Jak jeszcze nie wiem :d
Możliwe że też u mnie coś takiego powstanie
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Ładnie wygląda w nocy a za dnia?:) Pierwsze co rzuciło mi się na myśl to całość pokryć kalafonią, ale tam ktoś wyżej też miał dobry pomysł z drutami nawojowymi. Zresztą każdy ma swój gust to tobie ma się podobać. Jak całość byś pokrył sprayem to by straciło ten "elektryczny" urok:D
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Bardzo fajne , po wielu kartkach i serduszkach wreszcie coś ciekawego .
Sporo musiałeś użyc tych dezodorantów , chyba taniej by wyszło z piłeczkami .
Powiedz jaki koszt wykonania tego cuda i ile km skrętki użyłeś ? :D
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Pomysł bardzo ciekawy i fajny.
Jedyne właśnie co bym zmienił to rodzaj materiału, z którego zrobione jest drzewo, po zostałbym przy pierwowzorze, czyli miedź z transformatorów.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Z tą miedzią z transformatora to jest bardzo fajny pomysł, jest to wykonalne i na pewno wyszłoby bardziej atrakcyjnie, niestety jest pewien problem natury technicznej - przy 160 połączeniach potrzebowałbym 300-400 metrów kabla miedzianego sensownej grubości. Chyba zbierałbym go dłużej niż te 40 kulek a wartość drzewka wzrosłaby o 100%. :wink: Skręcanie kabla zaskakująco szybko skraca jego długość. :cry:
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Miedź czyli drut miedziany :D możesz kupić na allegro i w cale nie jest taki drogi ! za 1kg drutu płacisz ok. 40zł możesz kupić DN2E- drut nawojowy 2 razy emailowany z podwójną emailą :P są takie ładne koloru czerwonego i taki błyszczący czerwony to naprawdę coś przepięknego. Akurat znalazłem szpulkę na allegro 0,5kg DN2E za 28zł to atrakcyjnie, są przeliczniki że 0,5kg o przekroju 1,25 to 49 metrów więc powinno wystarczyć
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
DmZ wrote:
swoją drogą drzewko calkiem pracochlonne ;]
ozdoba do domu?
Póki nie ma doniczki i wszystkie kable i sterownik leżą obok, to o funkcji dekoracyjnej ciężko mówić, ale jak znajdę trochę czasu to dopracuję wygląd.
Układy w stylu AT90PWM3 zaoszczędziłyby mi programowej implementacji PWMa, a i efekty możnaby programować ciekawsze, a już na pewno prościej. Sam sterownik wyglądałby podobnie, multipleksację i tak muszę zrobić prz takiej ilości diod. W przyszłości pomyślę także o jakieś interakcji z otoczeniem, reagowanie na głos, może sterowanie z komputera...
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
no zapowiada sie ciekawie. ja tez pere projektow robie i reagujących z otoczeniem, tyle ze scisle uzytecznych. i tak sie przymierzam do tych ukladzikow od jakiegos czasu...
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
No stary, teraz to przesadziłeś :) Poprzednie drzewko było super, ale to to już jest rewelacja. Nie maluj tego żadnym brązowym sprayem bo straci swój urok. I nie powiesz też że nie obyło się bez pomyłek przy skręcaniu tych przewodów, ja to bym się wyłożył :)
Jak ktoś ma pusto i większy pokój, to idealnie takie drzewko (w donicy) można wkomponować. Pozdrawiam i czekam na wersję III, może będzie realnych rozmiarów, do posadzenia w ogrodzie ;)
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
slu_1982 wrote:
Miedź czyli drut miedziany :D możesz kupić na allegro i w cale nie jest taki drogi ! (...) Akurat znalazłem szpulkę na allegro 0,5kg DN2E za 28zł to atrakcyjnie, są przeliczniki że 0,5kg o przekroju 1,25 to 49 metrów więc powinno wystarczyć
Pisałem, że użyłem 30-40 metrów skrętki, ale skrętka jest ośmiożyłowa. Drutu potrzebowałbym jakieś 320 metrow, czyli wg. tej ceny, którą znalazłeś, to około 150-180zł. Jak dla mnie to cena dyskwalifikująca jak na samą konstrukcję.
manekinen wrote:
I nie powiesz też że nie obyło się bez pomyłek przy skręcaniu tych przewodów, ja to bym się wyłożył :)
Obyło się bez. :) Na każdą gałąź (32 kable) dałem naklejkę z numerem. Każda gałąź to 4 kawałki skrętki, więc jeden kolor kabla powtarzał się dokładnie 4 razy. Miernik ustawiony na sygnalizator połączeń w łapę i szukam, czy "kij ma dwa końce". :wink: Cztery kabelki znalezione, to odrazu dioda RGB z jednej, poczwórne gniazdo goldpin z drugiej i już do znalezienia tylko 28 kabli. I tak dla pięciu gałęzi.
Bałem się żeby się nie okazało, że któryś przewód przerwałem przy skręcaniu, bo to jednak drut ze skrętki zbyt elastyczny nie jest. Ale jakimś trafem wszystko gra. Mozolna robota - znalezienie odpowiedniego kabla, zdjęcie izolacji, przylutowanie do diody, zabezpieczenie termokurczką, zaciśnięcie gniazda, zrobienie otworu w fafkulce - te minimum 10 minut na jedną diodę trzeba liczyć.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
To na same montowanie fafkulców trzeba prawie 7h ręcznych robótek... A jakby tak zastąpić fafkulce klejem "na ciepło" możę uformowanym jak jakieś kremowe ozdoby na torcie? Próbowałeś czegoś takiego?
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Klej na ciepło w rurkach jest znakomitym dyfuzorem światła, wykorzystywałem juz to w parze z diodami RGB. Na tym pomyśle oparty został świetny projekt Borg 3D.
Niestety po stopieniu i uforrmowaniu klej nie wygląda już tak atrakcyjnie, przerabiałem to już. Poza tym montowanie walców na drzewku - jakoś tego nie widzę. Pomijając już ich wagę.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
Super projekt tez sie pale od dawna zrobic cos podobnego.
Ja bym te 2 plytki zlozyl jak kanapke i jeszcze dal jedna na sama gore ktora by nie miala sciezek tylko otwor z ktorego by "drzewko wyrastalo".
czy mozesz sterowac jasnosc kazdego koloru i kazdej diody rgb osobno?
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
wader_669 wrote:
Ja bym te 2 plytki zlozyl jak kanapke i jeszcze dal jedna na sama gore ktora by nie miala sciezek tylko otwor z ktorego by "drzewko wyrastalo".
Nad "doniczką" i jej ostatecznym kształtem jeszcze popracuję. Wszystkie propozycje mile widziane/czytane. :)
wader_669 wrote:
czy mozesz sterowac jasnosc kazdego koloru i kazdej diody rgb osobno?
Tak, choć wymaga to podumania trochę nad kodem, bo PWM śmiga programowo. W kolejnej wersji popracuję nad mikrokontrolerami z 24 wyjściami PWM, które przedstawił kolega DmZ.
Dziś wieczorem zamieszczę filmik pokazujący aktualnie zaprogramowany efekt.
Re: Drzewko z Fafkulców II + sterownik 40 diod RGB
kurcze wlasnie nie mial bym ochoty bawic sie programowym pwm i tak sie zastanawiam jak to rozwiazac hardware'owo, ma ktos pomysl? Pozostajac przy atmega16/32 ? kiedys widzialem kostki pwm na i2c.
Jeszcze jeden pomysl zostaw sobie wolne rxd i txd. Moglbys pomyslec o podlaczeniu do kompa, mozna by jeszcze dodac do adc fototranzystor ktory by zapalal drzewko jak sie ciemniej robi.
______________________________________________________________
znalazlem jeszcze inne uklady MAX6974. Tylko niedostepne w tme. Te na i2c tez byly maxima
#1
06 Mar 2009 18:21 
