Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Planung: LED Deko-Zauberwürfel / Rubiks Cube


von Dominik (koelner)


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Hallo,

ich möchte eine Deko-Lampe bauen, die optisch an einem klassischen 
Zauberwürfel angelehnt ist: Das ist ein 3x3x3 Würfel mit 6 Farben 
(grün,blau,rot,orange,weiß,gelb). Er soll nicht nur einfach leuchten, 
sondern entsprechend Programmierung auch die Farben wechseln (aber 
mechanisch natürlich nicht drehbar sein). Bei der Größe habe ich an 
15x15x15 bis max 30x30x30cm gedacht und Kosten max. 100EUR (günstige 
Materialbestellung aus China mit Wartezeit bevorzugt)

Jetzt plane ich eine möglichst einfache Hardwareumsetzung (ohne viel 
Einzel-Löterei/Schreinerei). Meine bisherigen Gedanken:

1. Idee: schwarzer Holzkasten (ggf Baumarkzuschnitt) und WS2801/WS2811 
Lichterkette (gibt's fertig in 12mm Einbaudurchmessern). Davor müssten 
noch Streuscheiben (spezielles Milchglas?), damit es nicht (zu) 
punktuell ist.
Problem:
- die WS28x1-Lichterketten können erfahrungsgemäß kein ordentliches 
weiß.
- mir eigentlich schon zu viel Bastelaufwand (54 Bohrungen und passende 
Streuscheiben zusägen)

2. Idee (aktueller Stand) Pixelmatrizen/Neopixel WS2812. Da gibt es wohl 
nur 8x8 und 16x16  in entsprechend 8cm x 8cm und 16cm x 16cm auf ganz 
dünnen Panels. Ob die RGBW sind, also ein vernünftiges weiß machen, 
konnte ich noch nicht herausfinden (widersprüchliche Angaben).
- 8cm x 8cm ist mir eigentlich zu klein. Könnte aber ein günstiger 
Prototyp /Vorprojekt werden. Da müsste ich dann das 3. und 6.Pixel jeder 
Zeile aus lassen in der Programmierung, sowie 3. und 6. Zeile komplett 
(schwarze Balken). Ggf. kann abschließend noch je eine Streuscheibe pro 
Seite drauf.:
1
11011011
2
11011011
3
00000000
4
11011011
5
11011011
6
00000000
7
11011011
8
11011011
- 16cm x 16cm wäre schöner. Ist aber teurer und ich habe Bedenken mit 
dem Timing under der Stromversorgung: Immerhin müssen 256x6=1536 RGB(W) 
LEDs angesteuert werden, wovon wiederum einige immer aus bleiben sollen: 
Bei 16 sähe die Aufteilung so aus, um einen 3x3 rauszubekommen:
1
0000000000000000
2
0111101111011110
3
0111101111011110
4
0111101111011110
5
0111101111011110
6
0000000000000000
7
...
Dann hätte ich außen schon unschöne Ränder. Da die 16x16 Panels aber 
außen selbst kaum Rand haben, könnte das noch gut gehen: Der original 
Zauberwürfel hat schließlich auch schwarze Ränder um die Farbaufkleber. 
Wenns nicht aussieht, kann man natürlich auch mit Steuscheiben noch was 
nachbessern.


Habt ihr sonst noch ein Tipp für die Umsetzung oder kennt ihr 
entsprechende Projektseiten, die so etwas schon gemacht haben? Gefunden 
habe ich bisher nur https://bansaloris.de/der-bannende-zauberwuerfel/ 
was mir defintiv zuviel Verdrahtungs/Bastelaufwand (inkl. 3D-Druck) ist. 
Als Grundgestell für die Pixelmatrizen habe ich an ein Würfelgestell aus 
ein paar kleinen Quadrat-Holzleisten gedacht: 5 Panels daran fest 
montiert und eines vielleicht nur mit Magneten befestigt zum Öffnen.

Controller ist erst mal Nebensache (Arduino mit Neopixel würde reichen. 
ESP32 oder gar gleich ein Raspberry Zero auch denkbar)

Bin für jeden Tipp/Vorschlag dankbar,
Dominik

von Wolfgang (Gast)


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Dominik P. schrieb:
> WS2801/WS2811 Lichterkette (gibt's fertig in 12mm Einbaudurchmessern).
Weder WS2801 noch WS2811 ist eine LED. Bei den beiden handelt es sich um 
3-kanalige LED-Treiber. Wenn du echte RGBW haben möchtest, brauchst du 4 
Kanäle.

Dominik P. schrieb:
> Ob die RGBW sind, also ein vernünftiges weiß machen,
> konnte ich noch nicht herausfinden (widersprüchliche Angaben).

Dann guck in die Datenblätter. Von den SK2812 gibt es bspw. sowohl einen 
RGB- als auch einen RGBW-Type mit 24 bzw. 32 Bit Ansteuerung.

von c-hater (Gast)


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Dominik P. schrieb:

> Problem:
> - die WS28x1-Lichterketten können erfahrungsgemäß kein ordentliches
> weiß.

Naja, es ist immerhin nicht sehr viel viel schlechter als das "W" der 
Konkurrenz mit RGBW-Ansteuerung. Hinter dem "W" steckt da ebenfalls 
billigste Technologie. Es geht dabei weniger um ein besseres Weiss, als 
vielmehr darum, höhere Lichtstärken zu erzielen. Na gut, in Kombination 
mit dem RGB-Teil ist tatsächlich ein leicht besseres Weiss möglich. Wenn 
die Software mitspielt. Bist du in der Lage, das zu programmieren? 
Begreifst du überhaupt das Problem?

> 2. Idee (aktueller Stand) Pixelmatrizen/Neopixel WS2812.

Ziemlich schwachsinnige Idee.

> Da gibt es wohl
> nur 8x8 und 16x16

Genau deshalb...

> Habt ihr sonst noch ein Tipp für die Umsetzung

Konstruiere die Trägerkonstruktion selber und realisiere sie als 
3D-Druck. Dann bleiben ganze sechs identische Streuscheiben zu fertigen. 
Und die Verdrahtung von 54 einzelnen "intelligenten" LEDs (egal ob RGB 
oder RGBW) ist ein ziemlich überschaubarer Aufwand...

Das einzige wirkliche Problem ist: wie bekommst du die Abwärme aus dem 
Würfel? Hast du darüber bereits auch nur andeutungsweise nachdacht?

von Joachim B. (jar)


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Dominik P. schrieb:
> Problem:
> - die WS28x1-Lichterketten können erfahrungsgemäß kein ordentliches
> weiß.

wirklich mal gesehen?

ich kann meine WS2812B trimmen in dem ich den Blauanteil oder den 
Rotanteil erhöhe oder verringere.

Du willst ja eh die ganze Fläche beleuchten und (zer)streust das Licht.
Dafür würden sich endlighten Acryl eignen
https://www.plexiglas-shop.com/de/produkte/plexiglas-led/
nur zusägen musst du vermutlich selber.

https://www.google.com/search?q=endlighten
unter Bilder
ich hatte mal ein Muster aufgebaut, sah gut aus, aber als Deckenelemente 
würde mir das zu teuer!

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Wenn dir basteln zu viel Mühe ist gibts das fertig, kleiner aber 
funktionierend
https://www.ebay.de/i/264564193625
Hier grösser, einfach 3 von kaufen und steuerbare LEDs einbauen
https://www.ebay.de/itm/9-x-LED-Wurfel-Leuchtwurfel-Farbwechsel-Stimmungsleuchte-kabelloses-Dekolicht/313106805295

von Dominik (koelner)


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Danke für die Tipps. Ich habe mich jetzt für "SK6812" Strips entschieden 
in RGBNW:
https://www.aliexpress.com/item/32476317187.html

Somit habe ich ein Kompromiss geschlossen aus Aufwand 54 
Einzelverdrahtungen. Ich habe vor immer 7er Streifen zu nehmen für je 3 
Kacheln (also nur 3 der 7 LEDs nutzen |-1001001-| ). Muss also nur 
54/3=18 verdrahten. Gekauft habe ich die 30LED/m womit ich dann auf etwa 
30cm Kantenlänge komme (muss ich dann noch exakt ausmessen, wenn da)

Über Temperatur habe ich mir ehrlich gesagt noch überhaupt keine 
Gedanken gemacht. Ich habe bisher nur Erfahrung mit WS2801 4draht 
Stripes und Lichterketten mit Arduino Nano gesteuert. Da war Temperatur 
überhaupt nie ein Problem. Ich möchte den Stripe ja zudem noch auf eine 
schlecht wärmeleitende Holzbox (Zuschnitt aus schwarzem Sperrholz) 
kleben und Acrylglas Kacheln drüber setzen. Eine Alu-Box wäre da sicher 
besser, aber auch wesentlich teurer/aufwendiger mit schwarz eloxiertem 
Aluplatten.
Allerdings möchte ich die LEDs ja auch nicht am Limit betreiben, sondern 
stark gedimmt. Als nächtliche Deko sollte das reichen - möchte ja 
schließlich auch nicht mich und andere damit blenden, bzw. etwas 
ausleuchten.

Als Controller habe ich an ein ESP32 gedacht (Wemos Lolin): Den könnte 
ich dann wunderbar über WLAN/Smartphone bedienen und spare mir ein 
Hardware-Bedienpanel. Dann hätte ich eine schöne, erweiterbare 
Software-Spielwiese.

Danke für den Tipp mit Plexiglas LED! Kannte ich noch gar nicht. 
Preislich fällt mir das für die 6 Kacheln a 30x30cm allerdings aus dem 
Rahmen mit 17EUR/Stück . Da gibt es vielleicht auch günstigeres 
Acryl-Milchglas.

Die Fertiglösungen überzeugen mich eher weniger. Es gab vor einigen 
Jahren sogar mal einen, den man über Touch bedienen konnte für viel 
Geld. Aber ich möchte halt etwas größeres und vor allem frei 
programmierbares.

Wenn die Stripes da sind, dann werde ich mich erst mal mit der Anbindung 
am ESP32 Board beschäftigen. Für Arduino gibt es ja verschiedene Libs 
("Neopixel" müsste wohl passen?), um die Stripes anzusteuern. Muss auch 
mal schauen, ob ich noch eine Pegelanpassung 3,3V->5V für den Ausgang 
brauche oder ob 3,3V Signaleingangspegel an den "SK6812" reichen und wie 
das überhaupt mit dem Timing hinhaut. Wie gesagt, habe ich bisher nur 
Erfahrung mit 4pin (Clock seperat) WS2801-Stripes.

von Joachim B. (jar)


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Dominik P. schrieb:
> Da gibt es vielleicht auch günstigeres
> Acryl-Milchglas.

nicht wenn du Kanten beleuchten willst, da gehts nur auf die altmodische 
mit Einfräsungen die das Licht umlenken
irgendwo gab es mal einen Link, finde ich gerade nicht

von Dominik (koelner)


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Noch mal ein Zwischenstand: Die SK6812 LED-Strips sind angekommen und 
funktionieren einwandfrei ohne Pegelanpassung am ESP32.

Wie erwartet, habe ich ein Problem mit der Ausleuchtung des Milchglases. 
Ich möchte nicht seitlich (Kanten) beleuchten, sondern von hinten 
(Mattscheibe).
Der Abstand der LED zum Milchglas ist Bauartbeding 12mm. Auch eine 
zweite Milchglasscheibe dazwischen ändert das Ausleuchtungsbild nur 
maginal. Hat jemand Erfahrung mit Streulinsen? Ich habe mir 
spasseshalber eben versucht aus einem kleinen Stück klarer 
Acrylglasscheibe eine zu machen, indem ich sie beidseitig 
gegenüberliegend angebohrt (nicht durchgebohrt) und die Bohrlöscher so 
poliert habe, dass sie wieder klar sind. Bringt aber leider auch kaum 
Unterschied.
Bei Ali habe ich 180Grad Streulinsen gefunden. Von der Form her glaube 
ich aber nicht, dass die klappen könnten: 
https://www.aliexpress.com/item/32844563890.html

von Lichtgestalt (Gast)


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Direkt die LED mit Schmirgelpapier aufrauhen.

von Joachim B. (jar)


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oder transparenten Schmelzkleber als Tropfen aufsetzen, streut auch und 
zur Seite.
Evtl. reicht auch eine abgeschnittene Scheibe vom transparenten 
Schmelzkleber auf der LED

: Bearbeitet durch User
von Dominik (koelner)


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Danke für die Tipps,

also transparenter Heißkleber funktioniert nicht. Sowohl Scheibe als 
auch Tropfen. Aufrauhen wird vermutlich auch nichts bringen: Werde ich 
noch probieren, da ich momentan noch LEDs am Umlöten bin (Der Weißton 
ist dummerweise auch ziemlich unterschiedlich: ich habe 5x1m bestellt).

Das Problem hat weniger mit dem Abstrahlwinkel zu tun: Eine punktförmige 
Lichtquelle - selbst mit hohen Abstrahlwinkel - 12mm hinter der 
Streuscheibe erscheint leider auch auch punktförmig auf der Scheibe, da 
die Abstände eben unterschiedlich sind zwischen Mitte der Scheibe zur 
LED (12mm) und Rand der Scheibe (40-50mm von LED entfernt). Ich müsste 
also eine Streuung erreichen, bei der mehr zum Rand und weniger zur 
Mitte abgestrahlt wird. Eine Abdeckung über LED-Mitte in Abstand sieht 
man leider auch sofort als mittiger Schatten

von Joachim B. (jar)


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Dominik P. schrieb:
> 40-50mm

40 bis 50 mm ist auch eine Ansage, mehr LED nutzen, bei meiner 
Wordclock12h mit 10mm Loch und 10mm Abstand reicht eine milchige Folie.

Waum verweigerst du Kantenbeleuchtung und Endlighten?

: Bearbeitet durch User
von Dominik (koelner)


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Mehr LEDs sind nicht nötig, da ich jetzt schon nur 10% der möglichen 
Helligkeit nutze. Kantenbeleuchtung halte ich a) für aufwendiger, als 
einfach mittig eine LED zu setzen und b) benötige ich dann wohl das 
teure Spezialplexiglas oder aufwendige Einfräsungen.
Mit dem Ergebnis bin ich jetzt ja auch schon fast zufrieden: Auf dem 
Foto sieht es schlimmer aus, als es ist (bei Raumtageslicht 
aufgenommen), bzw. im dunkeln sieht man die Ausleuchtung/Konturen 
erheblich besser.
Meine Idee ist von hinten (hinter dem Milchglas) noch spezielle 
Papierausdrucke zum Kompensieren zu kleben. In form eines radialer 
Farbverlauf von Bildmitte (dunkel) zum Rand (hell) in Grautönung. Quasi 
eine negative Vignettierung.

von Dominik (koelner)


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So zu fotografieren, dass es der Realität nahe kommt, ist gar nicht so 
einfach. Mit manueller Belichtungszeit/ISO-Vorwahl ging es etwas besser. 
Dann muss das Timing stimmen, da es flackert wegen der 
Frequenz/Neuaufbau.
Ein schönes Gelb via RGB hinzubekommen ist auch unmöglich mit diesen 
Strips. Ein schönes Orange, dass sich deutlich vom Rot abhebt, ebenso.

: Bearbeitet durch User
von Mic R. (microller)


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Hallo Dominik,
schöne Umsetzung deines Lichtwürfels!
Ähnelt sehr meiner Spiel-Variante mit Touch-Steuerung ... bei der ich 
mit ähnlichen Probleme zu 'kämpfen' hatte:
https://youtu.be/I_WzKdnybyU
https://www.hackster.io/holger/cycubetouch-bac785
Grüße ins Forum,
Mic Roller

von Stefan F. (Gast)


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Dominik P. schrieb:
> So zu fotografieren, dass es der Realität nahe kommt

Sieht doch gut aus, lasse es so!

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