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OpenFire1 (parallele Strings):

OpenFire ist die einfachste Version des elektrischen Feuerwerks. Alle Streifen sind parallel an einem Port des Prozessormoduls angebunden. Die Lösung kann mit in allen Größen gebaut werden (20cm Durchmesser bis 2m Durchmesser). Zu beachten ist, dass eventuell bei der großen Version die Treiberleistung des Prozessorports nicht ausreicht, um alle Ketten zu treiben. In dem Fall muss auf einer Experimentierplatine ein Leitungstreiber aus zwei bis 3 Treibern (mit Stützkondensatoren) gebaut werden. 

Hier exemplarisch die Lösung für die 50cm-Durchmesser-Variante:

Meine Lösung sollte locker auf einen Tisch passen und auch zerlegbar wieder wenig Platz benötigen. Ich habe Statt den "Lichterketten" WS2812B-Streifen bei Aliexpress geordert. Die Streifen sind in verschiedenen Leuchtdioden-Dichten erhältlich. Meine Wahl hat sich an dem obigen Originalvideo orientiert, weil sie einen guten Kompromiss zwischen LED-Zahl und Kosten- und Stromaufwand darstellt.

 

Hier die Einkaufsliste (Links sind ein Vorschlag):

 

Wie das so mit Einkaufslisten ist, die einzelnen Posten sind gering, in Summe komme ich geschätzt auf ca. 70EUR, wobei sich der Betrag auch leicht deutlich reduzieren kann wenn man das eine oder andere in der Bastelkiste findet. Außerdem ist meine Akkulösung nicht die billigste Variante.

 

 

Schritt 1: Zerschneiden des 5m-Streifens  

Ich habe mit einer Haushaltsschere an den markierten Stellen die Streifen nach jeweils 15 LEDs zerschnitten. Nicht wundern, alle 30 LEDs ist bereits Lötzinn auf den Pads, weil die 5m Streifen dadurch hergestellt werden, dass jemand Streifen zu je 30 LEDs (0,5m) zu einem 5m Band zusammenlötet.

 

Schritt 2: Stecker anlöten

Dieser Schritt kann in der "Sparversion" übersprungen werden, wenn keine Steckkontakte verwendet werden.

Die 4-polige Steckerleiste so auf den Streifen löten (bitte genau so). Der eine Pol (rechts) schwebt in dieser Lösung in der Luft. Alternativ kann auch ein dreipoliger Stecker benutzt werden, da der vierte Pin nur für die OpenFire2-Variante benutzt wird.

 

Sorry, vor lauter Eifer habe ich gleich die Verkabelung vorweg genommen.

Am Ende dieses Schrittes sollten 20 absolut gleiche Streifen vor Euch liegen. Ein wichtiger Meilenstein.

 

Schritt 3: Leiterplatte

Selbst gemachte Leiterplatte (Alternative)

Gesteckt (Alternative)

Damit aus den Streifen jetzt ein Feuerwerk wird, braucht man eine Struktur. Die entsteht durch 5 Trägerplättchen.

Dazu werden die Leiterplattenreste (20x20) aufeinander gelegt und in der Mitte der Platine mit einem 3,2mm Bohrer durchbohrt.

Dann werden die Buchsenleisten an den vier Kanten an der Leiterplatten-Unterseite fest gelötet. Ich habe 3 Plättchen "flach" gelötet, ein Plättchen in einem 45° Winkel (Buchse zu Leiterplatte) und ein Plättchen mit 90°. 

Dann wird verkabelt. Man macht sich das Leben einfacher wenn man für 5V rot, Masse schwarz und für das Din z.B. gelb nimmt. Fehler fallen auch schneller auf.

Die 5V- und Masse-Anschlüsse werden parallel verkabelt und mit einem längeren (5..10cm) roten Kabel von der Platine heraus geführt.

Beim Din kann man zwei Wege gehen. Entweder man macht sich das Leben einfach und verzichtet auf das Upgrade auf die zweite Lösung, dann kann man auch die Din-Signale parallel verkabeln und mit einem weiteren längeren Kabel raus führen. 

Alternativ ist es möglich, für jedes Din ein eingenes langes Kabel zu spendieren, dann ist man für die künftigen Updates gerüstet.

Das Bild zeigt schon die zweite Lösung....

 

 Wenn man alles verkabelt hat, kann man die 5 Leiterplatten miteinander verbinden. Alle roten 5V-Kabel werden zusammengelötet. Das gleiche gilt für GND und für Din.

Die Versorgungsleitungen gehen auf die dicken Kabel und dann zur 5V-Quelle. Ein weitere Masselitze dient als Massebezug zum Mikroprozessor, bitte nicht vergessen.

Die Din-Leitung wird mit dünner Litze verlängert und geht auf einen Stiftleiste.

 

 

 

 

Gelötet (Alternative)

Wer keine Lust auf eine Stecklösung hat, kann auch die abgeschittenen LED-Streifen kreuzweise auf die Leiterplatte Löten, und die Pins entsprechend parallel (5V, Din, GND) miteinander verbinden. Jede Leiterplatte benötigt einen hinreichen langen Draht für 5V, Din und GND für die Versorgung. Anschließend können die Streifen sorgfältig mit der Leiterplatte verklebt werden. 

Eventuell muss für die zwei oberen Reihen noch isoierter Draht (Blumendraht) um die LED gewickelt werden, um die Streifen nach oben modellieren zu können.

 

Fertige Leiterplatte

Wer es einfacher haben will, besorgt sich bei den unten stehenden Quellen oder einem anderen Leiterplattenhersteller den fertigen Nutzen.

Die Leiterplatte gibt es inzwischen in der zweiten Auflage. Hier ist die zweite Version zu sehen, allerdings noch mit dem alten Schriftzug "EFire". 

Die Leiterplatten sind für alle drei OpenFire-Varianten geeignet.

Ich habe für die Leiterplatte einen Nutzen mit je 6 Leiterplatten erstellt. 5 Leiterplatten werden jeweils für ein OpenFire benötigt. 

Rückseite

 Hier sind die Entwicklungs-Files für EAGLE und das Boardfile für den Nutzen:

(PCBOpenFire210507.zip)

 

 Wer lieber auf einen Lieferanten mit Gerber-Files zurück greift kann hier die Daten herunter laden:

(GerberOpenFire.zip)

 

Ich habe zwei Lieferanten genutzt:

Aisler (Deutschland/Europa)

Aisler Homepage

Bei Aisler bekommt man drei Nutzen für rund 23EUR, in grün, relativ kurze Lieferzeit.

Ganz Komfortabel ist diese Bestellmöglichkeit: Share-Link für OpenFire

 

JLCPCB (China)

JLCPCB, Angebotspage

Bei JLCPCB bekommt man 5 Nutzen für rund 24EUR, die Farbe ist wählbar (ich habe schwarz genommen). Die Lieferzeit ist recht lange.

Bei den 25 EUR sind 20 EUR Versandkosten.

 Die Platine wird und so für OpenFire1 vorbereitet:

 

 Normalerweise funktioniert die Leiterplatte so (getestet). In seltenen Fällen reicht der Datenpegel des Prozessors nicht für die LEDs aus. In dem Fall muss auf der ersten Leiterplatte ein kleines IC "SN 74LVC1G17DBV" und ein 100nF Keramikkondensator der Baugröße 0603 bestückt werden. Ein Lötvideo ist bereits in Planung.

Auch hier können die LED-Streifen direkt mit einem Stückchen Draht verlötet oder Steckkontakte eingesetzt werden. Wichtig ist, dass die Steckkontakte auf der Unterseite der Leiterplatte verlötet werden, damit das Einrasten der Halter funktioniert.

Jede Leiterplatte am Eingang (IN/GND) ein längeres Kabel. Die Stromversorgung kann entweder über den Eingang (5V/GND) parallel erfolgen oder man benutzt den zweiten Port "zur nächsten Leiterplatte" und verkabelt die 5 Leiterplatten mit kurzen Kabelstückchen. Wichtig ist hier nur, dass am Schluß jede Leiterplatte einmal 5V, GND und Din versorgt bekommt. Das kann man mit einem Multimeter (Durchgangstest leicht feststellen). 

Die Kabel werden 5V, GND und Din miteinander verdrillt und verlötet. 5V und GND müssen an die Versorgung (je nach dem was da gewollt ist) angebunden werden. Die Din und ein GND das von dem verzwirbelten Din ab geht wird zum Arduino gelegt. Dort wird mit einer Steckerleiste der GND an "GND" und Din an Pin3 angesteckt.

Achtung: Der Arduino hat zwar auch eine 5V Versorgung, aber die ist für den Strom der LED viel zu gering ausgelegt. Da auf keinen Fall anschließen.

 

Schritt 4 Aufstiegseffekt

Hier benötigt man nochmals einen LED-Streifen mit 15 LEDs. Auch hier wird an den Pins 5V, GND und Din ein Kabel angelötet, die Kabel werden miteinander Verdritllt und an die Versorgung angeschlossen. Der Din des Aufstiegseffekts und eine GND-Leitung wird an den Arduino geführt, GND auf "GND" und Din an Pin4. Auch hier einfach Steckerleisten-Pins verwenden. 

 

Schritt 5 Mechanik (Variante 20cm und 50cm)

Nun kommt der mechanische Aufbau.

In das Brett wird mittig ein Loch mit 2,8mm Durchmesser gebohrt. Die Gewindestange wird mit einer Zange in die Bohrung geschraubt und presst sich so das eigene Gewinde. Alternativ kann auch einen Einschlagmutter verwendet werden. 

Die Gewindestange kann mit einem schwarzen Schrumpfschlauch oder mit Farbe etwas dezenter gemacht werden. 

Auf der anderen Seite der Gewindestange werden nun zwei Mutter ca. 50mm weit in die Gewindestange gedreht. Dann wird die erste Leiterplatte mit dem Loch auf die Stange gefädelt, es kommt eine weitere Mutter um die Leiterplatte zu fixieren und das ganze wird mit den restlichen Leiterplatten fortgesetzt.

 

Halter (Alternative)

 Während die 20cm-Variante klein und steif genug ist, um ohne alles gut zu modellieren ist, benötigt die Variante 50cm (60LEDs/m) eine Stütze.

Dazu habe ich einen Halter konstruiert, der  gleichzeitig den Stecker fixieren und in Position halten und mit der jeweiligen Buchsenleiste verhakt.

Das Ergebnis ist hier zu sehen: 

Dieser Halter führt die LED über eine Nut, eine Arretiernocke oben und unten hält den Stecker in Position. Der Streifen wird in den Halter gelegt und der rechte Teil wird umgeklappt bis es "klickt". Dann ist der LED-Streifen gut fixiert. Das Folienscharnier funktioniert bei guten Druckverhältnissen und PETG als Druckmaterial über 100 Zyklen.

Die vordere Nase dient der Arretierung in der Basisplatte.

Hier ein kleines Video von der Montage:

  

Hier ist der Träger zum herunterladen (STL-Datei):  (Carrier60.zip). ABS als Druckmaterial druckt etwas sauberer, aber dafür ist die Haltbarkeit des Folienscharniers schlechter. PLA geht nicht. Ich sehe als besten Kompromiss PETG. Wagemutige nehmen PP, das Material der Wahl für Folienscharniere.

 

Nach dem Druck ist noch sicher zu  stellen, dass die Nuten und der Clip sauber sind.

Für die Nuten habe ich ein kleines Hilfsmittel gebastelt, das Filamentreste aus der Nut zieht. Dieses sollte mit PLA gedruckt werden, da das noch eines der härtesten Filamente ist. Hier ist der Prototyp zu sehen:

Hier das entsprechende STL-File zum Drucken:  (Deflasher60.zip

Mit einem kleinen Schraubenzieher ist das Supportmaterial vom Clip zu entfernen.

Man benötigt insgesammt 20 von diesen Haltern. 

Beim Einlegen der Streifen in die Halter ist darauf zu achten, dass die Nocke des Halters links neben dem Stecker ist:

Nun wird der Clip umgelegt und arretiert.

Die passende Basisplatte für die Version mit Steckern ist hier herunterzuladen:  (Baseplate.zip

Die passende Basisplatte für die Lötvariante ohne Stecker ist hier herunterzuladen:  (BaseplateSolder.zip

Hier gibt es noch den Halter für die M3-Gewindestange zum herunterzuladen:  (Stand.zip

 

Schritt 6 Programmierung

Der Arduino wird mit einem USB-Kabel an einen PC gesteckt und mit der Arduino IDE programmiert. Wer das noch nicht gemacht hat, findet im Internet beliebig viele Tutorials zum einrichten und programmieren von Arduinos.

Hier der Code für das unten gezeigte Beispiel:

(WS2812_Firework1.zip)

Inzwischen gibt es eine neuere Version der Software, die ich einheitlich für alle Varianten in "OpenFire Software" abgelegt habe. Die Software muss eventuell je nach verwendeter Variante und verwendeten LED anders konfiguriert werden (näheres in OpenFire Software).

  

Schritt 7: Aufstecken der Streifen (Alternative)

Nun werden die Streifen an die Platinen gesteckt. Vorsicht: nicht verpolen!!!

Falls keine Stecker benutzt wurden, entfällt dieser Punkt

 

 Schritt 8: Einschalten

Wenn jetzt alles richtig ist, sollte es so aussehen: