Elektroingenieure übertreiben es oft ein wenig, wenn es darum geht, unsere Häuser für die Winterferien zu dekorieren. Als ich mich mit meinen eigenen Auslagen dem Clark-Griswold-Zustand näherte, war ich unzufrieden, dass all diese Reihen von italienischen Miniatur-Glühbirnen nicht allzu originell oder aufregend waren, also machte ich mich daran, etwas zu entwerfen, das meine Nachbarschaft Ask an Engineer for Griswold-Style Display nie gesehen hatte.

Das Ergebnis sind vier Generationen von Schneeflocken, die ich hier beschreibe, in der Hoffnung, dass Sie auf meinen Ideen aufbauen und etwas wirklich Einzigartiges und Beeindruckendes schaffen können. Wenn Sie sich entschließen, so etwas zu bauen, müssen Sie alle angemessenen elektrischen Sicherheitsvorkehrungen gegen Überlastungen, Fehler und Stromschläge treffen. Basteln wir eine große beleuchtete Schneeflocke Im Baumarkt gibt es zwar fertige Schneeflocken zu kaufen, aber die sind in der Regel statisch, mit einer Kette von Lichtern, die immer leuchten und an einem Rahmen befestigt sind.

Ich wollte etwas mehr. Schneeflocken in der Natur weisen eine sechsfache Symmetrie auf, bei der sechs Symmetrieachsen von einer zentralen Nabe ausgehen. Man kann sich das wie sechs Speichen vorstellen, die um 60 Grad versetzt sind, wobei die Kristalle in Gruppen mit gleichem Abstand zu jeder Speiche angeordnet sind. Nimmt man eine Reihe von Strängen mit je 12 Lichtern, ordnet sie sorgfältig nach diesem symmetrischen Muster an und beleuchtet dann selektiv verschiedene Kombinationen von Strängen, entsteht eine große Vielfalt an optisch ansprechenden Mustern.

Ich habe vier Versionen dieser Art von Anzeige entworfen und werde beschreiben, wie Sie Ihre eigene machen können. Erste Version: Die einfachste Version der beleuchteten Schneeflocke Die einfachste Version ist rein elektro-mechanisch. Sie verwendet einen Abwärtstransformator, um eine niedrige Spannung zu erzeugen.

Diese Spannung wird an eine Reihe von Strängen mit 12 weißen Miniatur-Glühbirnen angelegt. Eine Glühbirne in jedem Strang wird durch eine Blinker-Glühbirne ersetzt (Sie wissen schon, die roten Glühbirnen mit Bi-Metall-Unterbrechern, die man einsetzen kann, um den Strang zum Blinken zu bringen), wodurch eine Reihe von unabhängig blinkenden Strängen entsteht.

Diese werden auf einem Brett in einem sechsfachen Symmetriemuster angeordnet, so dass alle 12 Glühbirnen in einem Strang den gleichen radialen Abstand vom Zentrum und auch den gleichen Abstand von den Speichen haben. Die von mir hergestellte Leuchte hat einen Durchmesser von 16 Zoll, 20 unabhängige Stränge (240 Glühbirnen) und ist auf der Rückseite eines großen Polyethylen-Schneidebretts montiert, in das ich 240 Löcher gebohrt habe, in die die Glühbirnen passen.

Man erhält die Lichter, indem man in Reihe geschaltete Miniaturglühbirnen (keine LEDs) kauft und sie in 12 Lichterketten schneidet. Bei Verwendung von 50 oder 100 Glühbirnensträngen (2,5-V-Glühbirnen) beträgt die für den Betrieb eines Strangs mit 12 Glühbirnen erforderliche Stromversorgung 2,5 V * 12 = 30 V.

Bei Verwendung von Strängen mit 3,5-V-Glühbirnen (wie sie in 35- oder 70-Licht-Sets oder 140 Lichter in Bewegung zu finden sind) muss die Stromversorgung 42 V betragen.

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Zweite Version: Beleuchtete Schneeflocken mit einem kontrollierteren Effekt Die zweite Version verwendet Elektronik, um einen kontrollierteren Effekt zu erzielen. Sie beginnt mit demselben Bündel von Strängen mit je 12 Glühbirnen, aber anstatt Blinkerbirnen zu verwenden, um die Stränge zufällig in unkorrelierten Mustern zu schalten, werden ein Prozessor und eine Reihe von Low-Side-Schalttransistoren verwendet, um Ask an Engineer for Griswold-Style Display Stränge gleichzeitig zu schalten.

Indem man zufällige Binärzahlen in das Schalttransistor-Array einspeist, kann man zufällige Gruppen von Strängen beleuchten, die eine fast endlose Reihe von Schneeflockenmustern bilden.

Mein Prototyp besteht aus 16 Strängen mit je 12 Lichtern, die auf der Rückseite einer 4 x 4 großen Sperrholzplatte montiert sind, in die ich 192 Löcher Ask an Engineer for Griswold-Style Display habe, in die die Lampenfassungen passen. Ein einfacher Pseudo-Zufallsgenerator erzeugt etwa zweimal pro Sekunde eine neue 16-Bit-Zahl, so dass die Anordnung 65.535 einzigartige Schneeflockenbilder erzeugen kann, die sich etwa alle 9 Stunden wiederholen.

Eine Komplikation bei diesem Design ist, dass der Abstand zwischen den Glühbirnen größer wird, je weiter man sich von der Mitte entfernt. Wenn Ihre Lichterkette nur 4 zwischen den Fassungen hat, müssten Sie Hunderte von Schnitten und Spleißungen vornehmen, um die Glühbirnen in den äußeren Strängen auf die Abstände zwischen den Löchern zu bringen. Man muss viel weniger spleißen, wenn man mit einer 140 Lichter in Bewegung-Kette beginnt, die eigentlich aus vier unabhängigen Strängen mit 35 Glühbirnen besteht, die einen Abstand von ca.

16 zwischen den Glühbirnen haben. Dritte Version: Beleuchtete Schneeflocke mit weißen LEDs Die dritte Version verwendet weiße LEDs und misst fast 8 im Durchmesser (Abbildung 1).

Den Rahmen habe ich aus Aluminiumrohren und -kanälen gebaut. Paare heller LEDs sind mit einem Vorwiderstand in Reihe geschaltet, über die Radials mit einem zentralen Schaltkasten verdrahtet und mit einem Controller verbunden, der über 32 Kanäle mit Schalttransistoren verfügt, die von einem Mikroprozessor gesteuert werden.

Alle entsprechenden Kanäle von jedem Radial werden im Steuergerät gesammelt und mit den Leistungsschaltern verbunden. Mit ein paar hundert Zeilen Code lassen sich so einige beeindruckende Anzeigen erstellen. Abbildung 1: Das Bild zeigt einen Prototyp der beleuchteten Schneeflocke in Betrieb. (Quelle: Autor) Vierte Version: Beleuchtete Schneeflocke mit roten, grünen und blauen LEDs Die vierte Version ist mein Projekt für einen zukünftigen Urlaub. Sie wird fast 400 einzeln adressierbare LED-Pixel vom Typ WS2812 verwenden, um das Muster zu bilden.

Diese Bauteile haben rote, grüne und blaue LEDs und einen Steuerchip, der ihre Helligkeit steuert. Über ein serielles Protokoll kann ein Computer am Ende der Kette die Farbe jedes Pixels einzeln einstellen.

Ich nehme an, man könnte einen einzelnen Strang schlangenförmig um eine Platine wickeln und die Symmetrie per Software herstellen, aber ich denke an einen eleganteren Ansatz. Die serielle Verbindung zwischen den Pixeln ermöglicht ein 1:N-Fanout, bei dem mehrere nachgelagerte Segmente automatisch das gleiche Pixelmuster haben, wodurch die für eine Schneeflocke erforderliche Symmetrie entsteht.

Ein Controller Ask an Engineer for Griswold-Style Display also in der Mitte des Displays platziert. Ein 1:6-Fanout erzeugt sechs Speichen mit jeweils etwa sechs Pixeln. Das Ende jeder Speiche hat ein 2:1-Fanout, wodurch zwei identische Strings mit jeweils etwa 30 Pixeln entstehen, die sich in die Zwischenräume zwischen den Speichen winden. Fügen Sie eine Stromversorgung (5 V oder 12 V bei ca. 120 W) und einen Prozessor hinzu, der als Hauptmustergenerator dient, und das Ergebnis sollte beeindruckend sein.

Ich hoffe, dass Sie diese Ideen interessant finden und sich inspirieren lassen, ein Schneeflocken-Lichtspiel auszuprobieren. Schöne Feiertage. Über den Autor: CHARLES C. BYERS ist stellvertretender Chief Technology Officer des Industrial Internet Consortium, zu dem jetzt OpenFog gehört.

Er arbeitet an der Architektur und Implementierung von Edge-Fog-Computing-Systemen, gemeinsamen Plattformen, Medienverarbeitungssystemen und dem Internet der Dinge. Zuvor war er Principal Engineer und Platform Architect bei Cisco und Bell Labs Fellow bei Alcatel-Lucent. Während seiner drei Jahrzehnte in der Telekommunikationsnetzwerkbranche hat er bedeutende Beiträge in Bereichen wie Sprachvermittlung, Breitbandzugang, konvergierte Netzwerke, VoIP, Multimedia, Video, modulare Plattformen, Edge-Fog Computing und IoT geleistet.

Darüber hinaus war er führend in mehreren Normungsgremien tätig, unter anderem als CTO für das Industrial Internet Consortium und das OpenFog Consortium, und war Gründungsmitglied der PICMG-Unterausschüsse AdvancedTCA, AdvancedMC und MicroTCA.Herr Byers erwarb einen B.S. in Elektrotechnik und Computertechnik und einen M.S. in Elektrotechnik an der University of Wisconsin, Madison.

In seiner Freizeit reist er gerne, kocht, fährt Fahrrad und bastelt in seiner Werkstatt. Er hält über 80 US-Patente.


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