向工程師咨詢Griswold式顯示器

在為寒假裝飾我們的房屋時(shí)，電氣工程師常常有點(diǎn)過火。當(dāng)我?guī)е约旱恼故窘咏死恕じ窭锼刮譅柕轮輹r(shí)，我對所有那些“微型意大利閃爍燈泡”串不夠新穎或令人興奮感到不滿，所以我開始設(shè)計(jì)我的鄰居以前從未見過的東西。結(jié)果是我將在此處描述的四代假日雪花展示，希望您能借鑒我的想法并創(chuàng)造出真正獨(dú)特和令人驚嘆的東西。如果你決定建造這樣的東西，你必須采取所有適當(dāng)?shù)碾姎獍踩A(yù)防措施來防止過載、故障和電擊危險(xiǎn)。

讓我們做一個(gè)發(fā)光的大雪花

您可以在當(dāng)?shù)氐募彝?a target="_blank">中心購買現(xiàn)成的雪花裝飾品，但這些裝飾品通常是靜態(tài)的，框架上裝有一串常亮的燈。我想要更多的東西。

自然界中的雪花呈現(xiàn)出六重對稱性，其中六個(gè)對稱軸從中心樞紐輻射開來?？梢园阉胂蟪闪鶄€(gè)以 60 度分開的輻條，晶體以與每個(gè)輻條等距的方式排列成組。如果取多束燈，每束 12 盞燈，用這種對稱圖案仔細(xì)排列它們，然后有選擇地照亮不同的束組合，就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的視覺上令人愉悅的圖案。我已經(jīng)設(shè)計(jì)了這種展示的四個(gè)版本，并將介紹如何制作您自己的展示。

第一個(gè)版本：發(fā)光雪花的最簡單版本

最簡單的版本是嚴(yán)格的機(jī)電版本。它使用降壓變壓器產(chǎn)生低電壓。該電壓施加到多股 12 根白色微型白熾燈泡上。每條鏈中的一個(gè)燈泡被一個(gè)“信號燈”燈泡代替（你知道，帶雙金屬斷續(xù)器的紅尖額外燈泡可以放入使燈串閃爍），形成許多獨(dú)立閃爍的鏈。它們以六重對稱模式排列在一塊板上，因此一根線中的所有 12 個(gè)燈泡與中心的徑向距離相同，與輻條的距離也相同。我制作的一個(gè)直徑為 16 英寸，有 20 根獨(dú)立的線束（240 個(gè)燈泡），由我在一塊大聚乙烯切菜板的背面組裝而成，我在該切菜板上鉆了 240 個(gè)孔，以摩擦配合燈泡。您可以通過購買串聯(lián)的微型白熾燈串（不是 LED）并將它們切割成 12 條燈串來獲得這些燈。使用 50 或 100 個(gè)燈串（2.5V 燈泡），驅(qū)動(dòng)一串 12 個(gè)燈泡所需的電源為 2.5V * 12 = 30V。使用帶 3.5V 燈泡的燈串（如 35 或 70 燈組，或“140 盞運(yùn)動(dòng)燈”），您的電源必須為 42V。

第二個(gè)版本：具有更可控效果的發(fā)光雪花

第二個(gè)版本使用電子設(shè)備來提供更可控的效果。它從同一束每束 12 個(gè)白熾燈泡開始，但它不是使用信號燈燈泡以不相關(guān)的模式隨機(jī)切換這些束，而是使用一個(gè)處理器和一系列低側(cè)開關(guān)晶體管來同時(shí)切換所有束。通過將隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)輸入開關(guān)晶體管陣列，您可以照亮隨機(jī)的線束，形成幾乎無窮無盡的雪花圖案。我的原型有 16 串 12 盞燈，每盞燈都安裝在一塊 4' x 4' 的膠合板背面，我在膠合板上鉆了 192 個(gè)孔，這些孔與燈座摩擦配合。一個(gè)簡單的偽隨機(jī)序列生成器大約每秒兩次創(chuàng)建一個(gè)新的 16 位數(shù)字，因此該陣列可以生成 65,535 個(gè)獨(dú)特的雪花圖像，每 9 小時(shí)左右重復(fù)一次。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)復(fù)雜因素是燈泡之間的間距隨著您離中心越來越遠(yuǎn)而變大。如果您的燈串在插座之間只有 4 英寸，您可能需要進(jìn)行數(shù)百次切割和拼接才能使外燈串上的燈泡跨越孔之間的距離。如果您從解開“140 個(gè)運(yùn)動(dòng)中的燈”串開始，拼接工作就會(huì)少得多，這實(shí)際上是四個(gè)獨(dú)立的串，每串 35 個(gè)燈泡，燈泡之間的間距約為 16 英寸。

第三版：帶白色 LED 的發(fā)光雪花

第三個(gè)版本使用白色 LED，直徑接近 8 英尺（圖 1）。我用鋁管和通道建造了它的框架。成對的高亮度 LED 與降壓電阻器串聯(lián)，將輻射線連接到中央控制箱并連接到控制器，該控制器具有由微處理器驅(qū)動(dòng)的 32 通道開關(guān)晶體管。每個(gè)放射線的所有相應(yīng)通道都集中在控制箱中并連接到電源開關(guān)。幾百行代碼就可以創(chuàng)建一些令人印象深刻的顯示。

第四個(gè)版本：帶紅色、綠色和藍(lán)色 LED 的發(fā)光雪花

第四個(gè)版本是我未來假期的項(xiàng)目。它將使用近400個(gè)WS2812-鍵入可單獨(dú)尋址的 LED 像素以形成圖案。這些設(shè)備具有紅色、綠色和藍(lán)色 LED 以及管理其亮度的控制芯片。串行協(xié)議允許計(jì)算機(jī)在字符串的末尾單獨(dú)設(shè)置每個(gè)像素的顏色。我想人們可以將單股線以蛇形圖案纏繞在板上并通過軟件創(chuàng)建對稱性，但我正在考慮一種更優(yōu)雅的方法。像素之間的串行連接允許 1:N 扇出，其中多個(gè)下游段將自動(dòng)具有相同的像素模式，從而創(chuàng)建雪花所需的對稱性。因此，控制器位于顯示器的中央。1:6 的扇出會(huì)創(chuàng)建六個(gè)輻條，每個(gè)輻條大約有六個(gè)像素。每個(gè)輻條的末端都有一個(gè) 2:1 的扇出，創(chuàng)建兩個(gè)大約 30 像素的相同字符串，輻條之間的空間中的每個(gè)繞組。添加一個(gè)電源（5V 或 12V，大約 120W）和一個(gè)處理器作為主模式發(fā)生器，結(jié)果應(yīng)該是驚人的。

向前進(jìn)

我希望您發(fā)現(xiàn)這些想法很有趣，并受到啟發(fā)嘗試雪花燈顯示。節(jié)日快樂。

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