Décorez votre maison avec un rideau LED – Partie 2

Vous souhaitez décorer votre maison (ou appartement) pour les fêtes ou pour tout autre événement ?
Suivez ce tutoriel réalisé par Etienne, l’un de nos Ambassadeurs et apprenez à décorer votre domicile avec un rideau composé de LED.
(Accédez à la première partie du tutoriel)

1. Quel matériel ?

Composants nécessaires :

  • 2 mètres de câble ÖLFLEX® TRUCK 170 LappKabel 7027000 2 x 1.5 mm² noir (600956-62)
  • 1 module d’alimentation AC/DC, fermé Mean Well RS-50-5 5 V/DC 10 A 50 W (1297303-62)
  • Colliers de serrage 2.5mm x 100mm noir.
  • Câble alimentation
  • Grille de fixation
  • Carte prototypage
  • Carte Nucleo-F411RE
  • Module Bluetooth HC-05
  • Support carte SD avec détection de la carte
  • 10 x Condensateur 47µF/25V
  • Condensateur 100µF/25V
  • 2 x Condensateur 100nF
  • 2 x Bornier à vis 2 points
  • Circuit 74HCT125
  • 10 x Diode zener 5V1
  • 10 x Fusible 1.5A
  • 1 x Fusible 100mA
  • Support CI 14 broches
  • Support tulipe carte à carte
  • 20 x Connecteur coudé
  • 4 x Entretoise 10mm pour vis 3mm
  • 6 x vis 3x8mm
  • 4 x Ecrou 3mm
  • 20 x Domino 6mm

Matériel nécessaire :

  • Fer à souder
  • Pinces plates
  • Pinces coupantes
  • Pince à dénuder
  • Mètre / Réglet
  • Petit étau
  • Feutre
  • Scalpel
  • Tournevis
  • Pistolet à colle
  • Scie à métaux

2. Principe de fonctionnement

Le rideau est composé de 200 LED RGB WS2812B.
Elles sont commandées en série, la trame pour commander une LED est composée de 24 bits.


Un bit à une durée de 1.25µs, le rapport cyclique détermine la valeur binaire.

J’ai choisi d’utiliser un microcontrôleur ARM32 car je travaille régulièrement avec et je les connais bien.

Vu que les durées sont faibles, j’utilise les DMA de l’ARM en utilisant un TIMER et le mode output compare. Cela permet de laisser du temps au microcontrôleur de faire le reste des taches.

J’ai décidé de faire fonctionner le rideau en 25 images par seconde, donc il faut envoyer les trames toutes les 40ms.

La durée d’envoi des trames est de : 1.25µs x 24 x 200 = 6ms donc inférieure à 40ms.

Le microcontrôleur étant alimenté en 3V3, j’ai dû adapter la sortie en 5V.

Pour cela j’ai utilisé un circuit 74HCT125.
La tension de déclenchement à l’état haut est de 2V ce qui est bien inférieur à 3V3. Les temps de montée et décente sont aussi bien inférieurs par rapport au fonctionnement des LED.

Un module Bluetooth est connecté pour une utilisation ultérieure (voir conclusion).

Pour stocker l’animation à afficher sur le rideau, j’ai décidé d’utiliser une carte SD.

En faisant des calculs rapides, je me suis rendu compte que la mémoire FLASH du microcontrôleur serait trop petite.

Pour une image il faut prévoir 600 octets (200 LED x 3 couleurs) et donc pour une seconde d’animation : 600 x 25 = 15ko. Pour une minute d’animation : 15ko x 60 = 900ko !
La mémoire FLASH du microcontrôleur étant de 512ko on aurait pu faire une animation de quelques secondes…

Donc en conclusion, toute les 40ms la carte est SD est lue par bloc de 600 octets, la trame est générée et transmise au LED par le microcontrôleur ARM.

Pour générer le fichier qui est sur la carte SD, j’ai réalisé un programme WEB qui permet de réaliser diverses animations.

En effet je ne voulais pas faire toutes les images car avec 25 images par seconde cela m’aurait pris beaucoup de temps.

Il suffit de cliquer sur un bouton pour générer le fichier et le copier sur la carte SD.

Une évolution de ce système est prévu par la suite (voir conclusion).


3. Suite fabrication du rideau

Montage de la grille de fixation

Pour fixer l’alimentation et le carte de pilotage, j’ai choisi de mettre une grille de fixation en bas du rideau.

Découper la grille de fixation à la bonne largeur avec une scie à métaux.

Utiliser la longueur de 15cm qui avait été prévu pour fixer la grille, il est possible de passer le fil de la structure dans un trou de la grille pour faire une boucle.

Fixer les côtés avec des colliers en passant par les trous.

Montage des ensembles LED

Souder un fil de 7cm sur la patte sortie de chaque ensemble LED (à une extrémité de chaque ensemble).

Pour éviter les problèmes de court-circuit entre les LED et le support, mettre de la colle à chaud sous chaque platine LED sauf celles aux extrémités de chaque ensemble.

Fixer les ensembles LED sur la structure en respectant un montage zig-zag :


Faire attention à bien mettre les LED d’entrées au bon endroit !

Mettre un collier pour fixer les ensembles LED.

Souder les ensembles ensemble par l’intermédiaire des fils de 7cm soudés précédemment en suivant le schéma suivant :

Souder un condensateur 47µF/25V sur chaque colonne en haut du rideau en respectant le sens de l’alimentation. Ces condensateurs permettent de stabiliser la tension 5V sur la colonne.

Mettre de la colle à chaud sur les platines qui ont reçu un condensateur.

Attacher les fils soudés avec un collier.

Fabrication/Montage des protections électriques

Les LED WS2812B sont connus comme étant très sensible aux surtensions.

J’ai donc décidé de mettre une petite protection électrique sur chaque colonne.

Elle est montée sur une petite carte de prototypage et est constituée d’une diode zener 5.1V et d’un fusible 1,5A.

Si la tension dépasse 5V1, la diode va consommer du courant et le fusible va finir par ce couper.

Les cartes sont soudées du coté bas sur chaque colonne. Relier la masse et le blindage ensemble.

Relier deux fils de 30cm sur la première LED, un sur l’entrée et l’autre sur la masse.

Torsader les deux fils ensemble.

Mettre de la colle à chaud sur les platines LED qui n’en n’ont pas.

Découper des petits morceaux de carton et les coller en dessous des cartes protection avec du scotch double face. Cela permet d’éviter des courts-circuits avec la grille de fixation.

Fixer les cartes avec un collier sur la grille.

Fabrication carte de pilotage

Percer 4 trous 3mm pour la fixation de la carte.

Monter et souder les connecteurs type carte à carte sur une carte prototypage en vous aidant de la carte NUCLEO-F411RE.

Monter et souder le support CI et les connecteurs carte à carte pour le module Bluetooth et la carte SD.

Monter et souder les borniers à vis ainsi que le montage alimentation prêt du bornier d’alimentation.

Faite les liaisons entre les différents éléments en suivant le montage.

Mettre en place les différents modules.

Pour la carte SD, il existe des cartes avec support déjà soudé avec un connecteur qui permet de se connecter directement à la carte prototypage.

Mon montage est un peu différent car j’avais déjà fait cette carte pour un autre projet.

J’ai ajouté un condensateur 100nF au niveau de l’alimentation de la carte SD.

Montage de l’alimentation 5V

Couper 9 fils de longueur 10 cm et dénudés les.
Couper un fil de 20cm et dénudez-le.
Couper un fil de 12cm et dénudez-le.

Relier les alimentations des colonnes avec des dominos et attacher les fils avec un collier.

Relier le fil de 20cm avec l’alimentation de la première colonne (côté gauche du rideau).

Attention à ne pas faire d’erreur dans le sens de l’alimentation !

Fixation alimentation/carte pilotage

Fixer l’alimentation du côté arrière du rideau avec 2 vis 3mm proche du bord.

Fixer la carte pilotage du côté arrière du rideau avec 4 vis 3mm à coté de l’alimentation.

Connecter le fil d’alimentation de 12cm sur la carte pilotage et le positionner dans le bornier de sortie de l’alimentation et fixer le avec un collier.

Faire passer le câble d’alimentation de 20cm des colonnes du côté arrière du rideau et connecter le (viser le bornier) sur le bornier de sortie de l’alimentation avec le précédent.

Fixer le câble d’alimentation des colonnes avec des colliers.

Connectez le câble alimentation 230V sur les entrées de l’alimentation et fixer le avec des colliers.

Pour finir connectez les câbles de commande de 30cm au bornier de sortie de la carte pilotage et fixer le avec des colliers.

Essais/Programmation

Mettre le montage sous tension et mesurer la tension d’alimentation 5V.

Vérifier qu’elle ne soit pas trop haute (<= 5V), il est possible d’ajuster la tension avec un potentiomètre (réglage très fin).

J’ai baissé l’alimentation par sécurité, je l’ai fixé à 4.9V.

Pour programmer la carte vous pouvez utiliser le logiciel « STM32 ST-LINK Utility » qui est gratuit.

Pour démarrer l’animation, il faut appuyer sur le bouton bleu de la carte NUCLEO.

Fixations

Pour fixer le rideau LED à la fenêtre, j’ai utilisé une barre de rideau trouvée dans le commerce.

4. Conclusion

Un module Bluetooth est prévu, mais pourquoi ?

J’ai prévu de faire évoluer le programme de génération des animations.

Actuellement j’utilise un programme WEB, j’ai utilisé cette solution car c’était la plus rapide (pour moi) pour valider le principe de fonctionnement.

Mais j’ai l’intention de créer une application android ou soft PC qui permettra de faire la même chose mais avec visualisation du résultat en direct sur le rideau.

J’ai aussi envi de créé des jeux de type snake qui fonctionnera avec une application manette sur Smartphone.

Une autre amélioration est prévue :

Il y a un RTC (Real Time Clock) intégré au microcontrôleur et l’électronique est déjà câblée sur la carte NUCLEO.

Donc il est possible de mettre en marche et d’arrêter les animations en fonction de l’heure. Celle-ci serait réglée via le Bluetooth.

Il est aussi probable que je fasse une carte pour remplacer la carte prototypage et que je remplace la carte SD par une mémoire FLASH SPI 64Mo.

Celle-ci permettra environ 70min d’animations ce qui est largement suffisant.

5. Vidéo

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