向工程师咨询Griswold式显示器

在为寒假装饰我们的房屋时，电气工程师常常有点过火。当我带着自己的展示接近克拉克·格里斯沃尔德州时，我对所有那些“微型意大利闪烁灯泡”串不够新颖或令人兴奋感到不满，所以我开始设计我的邻居以前从未见过的东西。结果是我将在此处描述的四代假日雪花展示，希望您能借鉴我的想法并创造出真正独特和令人惊叹的东西。如果你决定建造这样的东西，你必须采取所有适当的电气安全预防措施来防止过载、故障和电击危险。

让我们做一个发光的大雪花

您可以在当地的家庭中心购买现成的雪花装饰品，但这些装饰品通常是静态的，框架上装有一串常亮的灯。我想要更多的东西。

自然界中的雪花呈现出六重对称性，其中六个对称轴从中心枢纽辐射开来。可以把它想象成六个以 60 度分开的辐条，晶体以与每个辐条等距的方式排列成组。如果取多束灯，每束 12 盏灯，用这种对称图案仔细排列它们，然后有选择地照亮不同的束组合，就会出现各种各样的视觉上令人愉悦的图案。我已经设计了这种展示的四个版本，并将介绍如何制作您自己的展示。

第一个版本：发光雪花的最简单版本

最简单的版本是严格的机电版本。它使用降压变压器产生低电压。该电压施加到多股 12 根白色微型白炽灯泡上。每条链中的一个灯泡被一个“信号灯”灯泡代替（你知道，带双金属断续器的红尖额外灯泡可以放入使灯串闪烁），形成许多独立闪烁的链。它们以六重对称模式排列在一块板上，因此一根线中的所有 12 个灯泡与中心的径向距离相同，与辐条的距离也相同。我制作的一个直径为 16 英寸，有 20 根独立的线束（240 个灯泡），由我在一块大聚乙烯切菜板的背面组装而成，我在该切菜板上钻了 240 个孔，以摩擦配合灯泡。您可以通过购买串联的微型白炽灯串（不是 LED）并将它们切割成 12 条灯串来获得这些灯。使用 50 或 100 个灯串（2.5V 灯泡），驱动一串 12 个灯泡所需的电源为 2.5V * 12 = 30V。使用带 3.5V 灯泡的灯串（如 35 或 70 灯组，或“140 盏运动灯”），您的电源必须为 42V。

第二个版本：具有更可控效果的发光雪花

第二个版本使用电子设备来提供更可控的效果。它从同一束每束 12 个白炽灯泡开始，但它不是使用信号灯灯泡以不相关的模式随机切换这些束，而是使用一个处理器和一系列低侧开关晶体管来同时切换所有束。通过将随机二进制数输入开关晶体管阵列，您可以照亮随机的线束，形成几乎无穷无尽的雪花图案。我的原型有 16 串 12 盏灯，每盏灯都安装在一块 4' x 4' 的胶合板背面，我在胶合板上钻了 192 个孔，这些孔与灯座摩擦配合。一个简单的伪随机序列生成器大约每秒两次创建一个新的 16 位数字，因此该阵列可以生成 65,535 个独特的雪花图像，每 9 小时左右重复一次。这种设计的一个复杂因素是灯泡之间的间距随着您离中心越来越远而变大。如果您的灯串在插座之间只有 4 英寸，您可能需要进行数百次切割和拼接才能使外灯串上的灯泡跨越孔之间的距离。如果您从解开“140 个运动中的灯”串开始，拼接工作就会少得多，这实际上是四个独立的串，每串 35 个灯泡，灯泡之间的间距约为 16 英寸。

第三版：带白色 LED 的发光雪花

第三个版本使用白色 LED，直径接近 8 英尺（图 1）。我用铝管和通道建造了它的框架。成对的高亮度 LED 与降压电阻器串联，将辐射线连接到中央控制箱并连接到控制器，该控制器具有由微处理器驱动的 32 通道开关晶体管。每个放射线的所有相应通道都集中在控制箱中并连接到电源开关。几百行代码就可以创建一些令人印象深刻的显示。

第四个版本：带红色、绿色和蓝色 LED 的发光雪花

第四个版本是我未来假期的项目。它将使用近400个WS2812-键入可单独寻址的 LED 像素以形成图案。这些设备具有红色、绿色和蓝色 LED 以及管理其亮度的控制芯片。串行协议允许计算机在字符串的末尾单独设置每个像素的颜色。我想人们可以将单股线以蛇形图案缠绕在板上并通过软件创建对称性，但我正在考虑一种更优雅的方法。像素之间的串行连接允许 1:N 扇出，其中多个下游段将自动具有相同的像素模式，从而创建雪花所需的对称性。因此，控制器位于显示器的中央。1:6 的扇出会创建六个辐条，每个辐条大约有六个像素。每个辐条的末端都有一个 2:1 的扇出，创建两个大约 30 像素的相同字符串，辐条之间的空间中的每个绕组。添加一个电源（5V 或 12V，大约 120W）和一个处理器作为主模式发生器，结果应该是惊人的。

向前进

我希望您发现这些想法很有趣，并受到启发尝试雪花灯显示。节日快乐。

审核编辑 hhy