Сделай Сам. Городская Рождественская Елка

Как бы странно это ни звучало, но: Готовьте ёлку летом.

так можно переделать известную поговорку.

На примере создания подсветки вращающейся елки я покажу, что это несложно, и любой инженер-электронщик, прочитав статью, сможет моргнуть большую или маленькую елку в своем городе, а также сделать красивый новогодний шар.

В статье описаны этапы реализации нескольких новогодних проектов, схемы и программы работы устройств, а также рассказывается о различных подводных камнях.

Любой масштаб – от пространства до точки.

Надеюсь, что статья поможет начинающим электронщикам не бояться, учесть накопленный опыт и создать свои интересные световые решения, которые понравятся людям.

Родина, с Новым годом!

Все началось очень давно, когда они питались настоящей едой и лампами накаливания.

По традиции каждый новый год в городах устанавливают главную новогоднюю елку.

Если с маленькой елью в квартире справиться легко, то с огромными елями в скверах сложно, хлопотно и дорого.

Более богатые города используют тяжелую технику и полицейский эскорт, чтобы доставить большого и пушистого зверя из любого леса или организовать летающая рождественская елка по воздуху с помощью вертолета.

Но однажды наступил кризис и переходный момент – без елки никак, да и денег было мало.

Помимо финансовых, были и другие причины: — «забота» об окружающей среде; — пушистую красавицу нелегко найти в ближайшем окружении; — сложно обеспечить транспорт до центра города без повреждений; — проблемы с идеальной регулировкой освещения; — неравномерная прозрачность и искажения при отображении световых эффектов.

С новогодних площадей стали исчезать живые ели и появились заменители елей, что по логике должно снизить стоимость новогоднего праздника, но очень сложно поверить, что это так.

Лирическое отступление – ёлка в детстве.

Украшать елку иллюминацией мне привили с детства.

Мой отец летал бортрадистом на вертолете и всегда устраивал красивые новогодние праздники в далекие 60-е.

70-е годы.

Гирлянды собирались из лампочек на 26 или 13,5 вольт, изолированных трубкой ПВХ; шар был покрыт несколькими слоями цапонлака.

Мигалка на реле RЭS-22, если память не изменяет. Этот звук щелчков контактов запомнится навсегда.

Высший шик – изготовление вращающейся елки с подсветкой.

Авиационный электродвигатель с коробкой передач, угольные щетки.

И так было и в детстве.

Спираль сделала еще один виток, и мне пора было приступать к работе над елочками.

В один из новогодних праздников произошел переходный момент между настоящей елью и заменителем.

Принесли из леса елку, у нее почти все нижние ветки были сломаны.

После установки стало ясно, что произошло что-то ужасное.

Но умельцы нашли выход: прикрепили к стволу отрезки труб, а в них вставили небольшие деревца или ветки.

На следующий год все дерево было похоже на ежа: мертвый ствол — труба с приваренными по ее длине трубками, в которые были вставлены небольшие живые ели, образующие крону.

Более совершенная современная эрзац-елка представляет собой обтянутый еловыми ветками каркас, на котором размещены различные динамические излучатели света.

В зависимости от богатства города конструкции различаются размерами и типом установленного осветительного оборудования.

Конкурсы прототипов можно увидеть, выполнив поиск в поисковике « картинки елки на площади ”.

Я предполагаю, что дальнейшая эволюция городских елок приведет к тому, что все, что останется от их былого величия, — это мигающий конус, для которого уже не будет необходимости делать большие и тяжелые конструкции.

Конус можно сформировать наклонными лазерными лучами, а с помощью проекторов и небольшого искусственного тумана проецировать на него любые фантазии.

Уже в эпоху последних настоящих елок возникла идея оставить елку как есть, а подсветку прикрепить к кабелям и оттяжкам, образующим конус вокруг елки.

С помощью этой технологии теперь любой столб можно превратить в центр праздника, опустив несколько тросов из верхней точки по кругу и обтянув их тканью.

Проецируйте свет ламп на материю снаружи или изнутри.

Если вместо столба вы используете трубы или стройный дом, то достаточно кабелей с лампами.

В принципе, мысль материализовалась в другой форме — проекта» Волшебный шар » диаметром 3 метра.

В нем центральным элементом является елка, а круг заполнен разноцветными лампочками, символизирующими, что вся Земля в Новый год вращается вокруг елки.

Конструкция установлена на крыше здания и каждый год мигает огнями.

Автоматика «Волшебный шар» представляет собой клон одного из блоков центральной елки города.

Волшебный шар можно легко повторить: рабочая программа и встроен в него последствия .

Все фотографии — и мяча, и всего, что связано с новогодним проектом, — в альбоме».

Зеленодольск.

Городская елка 2006г.

Проект шара можно использовать в разном исполнении – но это еще не тот шар, о котором говорилось в начале статьи, он будет позже.

Просто используйте лампы с окрашенной внутри тарой, они дают красивый насыщенный цвет Цапонлак в наши дни уже не катит. Переливы цветов, напоминающие переливающийся драгоценный камень, особенно эффектно смотрятся на этом шаре.

В данном случае прозрачность рисунка пошла на пользу.

Несколько раз мы занимались созданием новогодних мигалок на городских елках, сначала маленьких и настоящих, где хватало одного квартала, а потом.

Как принято в администрации города, поиск человека или компании, которая обеспечит мигание установленных лампочек, начинается в конце ноября, а то и в начале декабря.

Сдача объекта обычно с 15 по 25 декабря.

Поэтому, если нет разработок, то успеть что-то сделать практически невозможно, если только это не готовые купленные блоки.

На этот раз мы получили очень интересное и грандиозное задание.

Почти то же самое, что делал мой отец в моем детстве, только во много раз выше и мощнее.

Думать некогда: задание получено 1 декабря, запустить все нужно 25 декабря.

Поэтому день ушел на предварительный эскиз и расчет стоимости, 2 декабря пожали друг другу руки и начался новогодний кошмар.

Мысли, которые преследовали меня до самого запуска елки: успею или нет, сработает или нет, как все это будет работать на такой огромной мощности и в условиях сильных помех, будут ли красивые эффекты? Сейчас вы уже понимаете, что даже космические корабли иногда падают, но тогда на протяжении всей работы была огромная ответственность и забота о результате работы.

Я понятия не имел, что произойдет, если какой-либо блок выйдет из строя.

Архитектор этого дерева был интересным человеком и придумал конструкцию, позволяющую создать множество красивых эффектов с использованием самых разных осветительных приборов.

Кроме того, все светильники были настоящими лампами накаливания, которые давали красивый, яркий и теплый свет в прямом и переносном смысле.

Это не современные светодиодные елки, которые красиво светятся, но под ними темно.

Суммарная мощность осветительных приборов, которые необходимо автоматизировать на дереве и площади, составила около 70 киловатт. Я никогда раньше не работал с такой силой.

Конструктивно дерево представляло собой конструкцию начальной высотой 24 или 27 метров – несколько ярусов по 3 метра каждый.

Но из-за различных проблем при изготовлении, транспортировке и монтаже количество ярусов уменьшилось, и итоговая высота составила 21 метр.

Пять ярусов (верхний немного выше остальных), 2-метровая корона и верхние фонари, а также 3-метровая высота над землей.

Но даже при укороченной конструкции часто возникали проблемы с поиском лифта для обслуживания верхних ярусов.

Представляю, как сложно было установить елки 2013 года в Казани – 41 метр или в Екатеринбурге – 46 метров, но они были неподвижны.

Главная особенность нашей елки в том, что она крутилась! Для этого ось дерева крепится на механизм, приводящий многотонную конструкцию в движение.

Привод располагался под землей, где его сопровождал обогреватель типа «коза», благодаря которому всегда было сухо и тепло.

Питание к вращающемуся дереву подавалось с помощью пары токоподводов, расположенных по обе стороны медной шины.

От шины трехфазное напряжение поднималось на первый ярус, где находился вводной щиток и три блока автоматики, управлявшие осветительными приборами на дереве.

В верхней части оси дерева был установлен подшипник, внешняя обойма которого закреплялась тросами и удерживала конструкцию в вертикальном положении.

Над подшипником продолжалась ось вращения и на ней была установлена корона в виде ёжика из многочисленных лампочек.

Судя по тому, что лампочки шара мигали, ось вверху была сделана из трубы.

Конструктивно по всей высоте дерева имеется 8 ребер и желобов.

На дне каждой траншеи располагались мощные прожекторы, «пронизывающие» ее почти до макушки.

Желоба, покрытые зеркальной пленкой, также освещались зеркальными лампами направленного действия.

На каждом нервюре установлены четырехканальные ходовые огни из заранее собранных заготовок.

По всей высоте ели разбросаны огромные цветные звезды с внутренней подсветкой.

Некоторые из них были двухъярусными и, соответственно, двухканальными, где маленькая освещенная звезда располагалась поверх столь же освещенной большой звезды.

Кроме того, на площади вокруг ели были установлены отдельно стоящие металлические конструкции высотой около пяти метров – столбы с изогнутыми трубами сверху, в просторечии – пальмы.

Вершина каждой пальмы соединялась с верхушкой главной ели трехканальным кабелем с лампами; тот же трос опоясывал периметр площади через все вершины.

Мы назвали все эти лампы лучами.

Всего вокруг главной ели должно было быть 12 высоких пальм, но часть из них не была установлена, а вместо нее был использован фронтон общественного центра.

Вот так выглядит верхушка пальмы

Чертежей светотехнического оборудования не было.

Чтобы понять масштабы автоматизации и понять, сколько источников света установлено, мне пришлось нарисовать расположение всего осветительного оборудования в моем любимом CorelDraw: - Рождественская елка, вид со стороны И выше ; — лучи на площади .

Словесные описания всегда сложны, поэтому я нарисовал все, что может быть полезно для понимания произведения.

Я старался поддерживать проектную документацию в надлежащем виде, но уследить за всеми изменениями сложно, поэтому что-то может незначительно отличаться от того, что было установлено на самом деле.

Главная елка – это огромный труд многих людей.

Конечный результат зависит от вклада каждого человека, и заминка на любом этапе может привести к тяжелым последствиям.

На елке работают все – работники администрации, архитекторы, художники, школьники.

Готовятся многочисленные творческие коллективы, ведь елка – это еще и повод собраться на праздничный концерт, где часто бывают настоящие фейерверки.

К благому делу празднования Нового года привлекаются большие трудовые коллективы, как правило, бесплатно, то есть даром.

Генеральные планы сооружений на площади сохранили застройщики праздника – главные архитекторы и художники города.

Всегда знали, что поставить и где сделать красиво и по фен-шуй.

Дизайнером каркаса главной елки и осветительного оборудования выступил приглашенный архитектор.

По слухам, каждый год он запускал в своем городе новый вариант оформления елки и теперь приехал к нам.

Со всей этой мощью мне довелось создавать блоки управления — разрабатывать электрические схемы, закупать комплектующие, собирать блоки и устанавливать их на месте, писать скрипт и программировать микроконтроллеры.

Сейчас, видя такой объем работы, я бы ни за какую цену не согласилась, но тогда.

Забегая вперед, скажу, что дизайнер елки остался доволен результатом и даже подарил книгу своих стихов.

с дарственной надписью.

Судя по всему, он был талантлив во многих областях, так как часто рассказывал о медицине, пирамидах в стране и многом интересном из разных областей.

Каркас елки был изготовлен на крупном судостроительном заводе.

Сделали настолько хорошо, что многотонную конструкцию можно было вращать вручную, ходя по сцене и держась за нижний ярус.

Электрика: светильники и провода, рассчитаны, закуплены и установлены городские электрические сети.

Если сейчас предприятие разделено на несколько независимых организаций, где сложно понять, кто за что отвечает, то все было в руках одного директора, что очень удобно.

В их число входят как люди с отличными знаниями и опытом, так и специализированная высотная техника.

Особенно плотно мне пришлось работать с одним очень грамотным инженером на этапе расчетов, распределения нагрузки и монтажа.

Фигурки елки были сделаны в художественной школе.

Даже главный художник города возился с ножницами, создавая из светоотражающей бумаги очередной шедевр.

Кто-то монтировал сцену, дорожники привозили горы снега для ледяных горок, пожарные бегали со шлангами – отрабатывали действия в экстренных ситуациях.

Работы хватало всем.

Световое оборудование из дюралайта на МАФах - малых архитектурных формах (тогда я впервые услышал этот термин) устанавливали новые рекламные компании.

Разработка электрической схемы.

На основном дереве, чтобы равномерно распределить мощность по трем фазам питающего напряжения и исключить перекос фаз, я решил сделать три блока (по одному на каждую фазу) с 32 каналами управления (всего 96 каналов).

Нужно было не ошибиться с правильным определением количества каналов, поскольку бурные фантазии заказчика зашкаливали и постоянно менялись.

Схема подключения соединительные блоки и распространение каналов главное дерево.

Я выбрал контроллер PIC18F452 в DIP-корпусе, который устанавливался в сокет. Ноутбука тогда не было, да и как с ним можно было работать на морозе? В помощь приходят запасные контроллеры, которые в случае ошибки позволяют вернуть на место рабочую версию.

Силовой элемент – симистор.

Если в предыдущих конструкциях я использовал ТС122-25-12, то для огромного количества каналов требовалось что-то более современное.

Я использовал BTB24-800BW, управляемый оптопарой MOC3023. Контроллер не потребляет ток для такого количества оптопар, поэтому пришлось добавить ULN2803A. Два выхода контроллера используются для линии связи с ведущим контроллером, один для сигнала синхронизации начала фазы - для фазы регулировка яркости .

Двух выводов для кварца нет, поэтому я использовал внешний генератор SG531PC. Автоматические выключатели С231 на ток 10 Ампер служат переключателями каналов и одновременно защитой от коротких замыканий.

Входной автоматический выключатель имел номинал 63 ампера.

Даже имея класс производительности С, автоматы несколько раз спасали симисторы от повреждений при запуске после установки гирлянд – огромное количество соединений при подключении ламп сложно выполнить без ошибок.

Это оказалось просто электрическая схема и простой односторонний печатная плата .

Преимущества разработки и написания программ одним человеком – вы можете распечатать их так, как захотите.

Помимо елки, на площади было еще 12 блоков для управления лучами и контуром.

Каждый блок имеет три канала – всего 36 каналов.

Дрю электрическая схема , печатная плата с описанием принципа регулировки и схема подключения для подключения.

При подключении питания эти 12 блоков на полюсах также «раскидываются» по трем фазам.

Закупка комплектующих.

Перед покупкой всегда следует подумать, чего и сколько брать.

Нельзя ошибиться ни в типе, ни в количестве; любая ошибка, помимо денежных потерь, может привести к фатальным последствиям – исправлять ее некогда.

Не знаю, как сейчас, но раньше, под Новый год, на рынке светотехники и мигалок происходило что-то невообразимое, поэтому тому, кто хочет успеть все успеть, нужно приступать к работе летом.

В те годы, чтобы приобрести радиоэлементы, нужно было съездить в ближайший город, и не раз - заказать/оплатить, потом забрать.

Бег по округе отнимает много драгоценного времени.

В наши дни приобретать радиодетали стало намного проще и удобнее: закажите в Интернете, привезут прямо домой или на ближайшее почтовое отделение.

Поэтому перед покупкой необходимо составить четкий и окончательный перечень деталей с возможностью замены на аналоги и небольшим запасом ключевых элементов.

Еще одна проблема радиолюбителя – жилье.

Многие делают это самостоятельно, но не всегда удается добиться достойного вида.

Поэтому я решил не экономить на корпусе и заказал для елки промышленные ящики: шкафы RH552 со степенью защиты IP65, в которых все оборудование разместилось с большим комфортом.

Коробка была великолепна, имела толстую пластину для крепления, которая после небольшой доработки (изоляция от корпуса с помощью керамических втулок) служила радиатором для симисторов.

Я разработал печатную плату еще до покупки корпуса и намеревался разместить симисторы вокруг платы.

Но в коробке сделать это не удалось и симисторы пришлось разместить подальше от платы.

Простое приспособление из фанеры помогло установить провода внутри блока, сделав жгуты братьями-близнецами.

Поставка симисторов была на грани всех допустимых сроков, но мне в тот год повезло.

Скрипт и программа.

Помимо «железа», основная часть работы в устройствах на микроконтроллерах — это написание программ, которые фактически «оживляют» это «железо».

А программа требует сценарий работы оборудования, или по-нашему алгоритм работы.

Перед началом работы я предполагал, что подойду к разработчику елки, он напишет, что и когда нужно включить, я перенесу это на микроконтроллер, а дальше уже дело техники.

Именно для этого разговора я нарисовал схемы расположения осветительного оборудования.

Но все оказалось хуже.

Попытки подвергнуть сомнению и понять алгоритм управления привели к тому, что стало ясно только одно: написание сценария осталось в моих руках.

Сначала я не до конца понял этот момент. Было даже балансирование на грани разрыва отношений, но сжатые сроки и ответственность примирили стороны.

Мне пришлось на какое-то время стать сценаристом-программистом.

Написание сценария требует дополнительного времени, фантазии и иногда ошибок в выборе эффектов.

На написание сложного эффекта можно потратить много времени, но выглядит он так себе.

Предусмотреть это на макете сложно; все раскрывается только на дереве, которое еще не готово.

И будет готово в тот день, когда работу нужно будет сдать.

В результате у меня возникли разного рода фантазии, основанные на следующих мыслях: — дерево представляло собой впечатляющую вращающуюся конструкцию, а эффекты должны быть плавными, торжественными, без резких рывков; — дерево вращается, поэтому длительность каждого эффекта необходимо выбирать так, чтобы зрители, находящиеся в любой точке, могли увидеть эффект полностью; — дизайн непрозрачен, а зритель находится в одной точке, поэтому можно дублировать эффекты на другую половину дерева; — показать все многообразие доступного осветительного оборудования и продемонстрировать эффекты, выделяющие излучатели в выгодном свете; — желательно, чтобы одновременно было включено большое количество элементов, поскольку свет вызывает положительные эмоции; - использовать попеременную скорость смены воздействия и направления движения; — эффекты должны быть понятными и не оставлять зрителей равнодушными.

Иногда доходило до того, что разработчик, понимая, что сроки действительно очень сжаты, говорил: «Сделайте так, чтобы просто что-то мигало».

Но возможности светотехники очень разнообразны, поэтому хотелось получить от нее максимум пользы.

Шла опасная игра между «успеть вообще что-то сделать» и «получить красивые эффекты».

Времени на написание программы было мало, но удалось создать не только простое переключение ламп, но и эффекты плавного изменения яркости, а также цветового потока.

Отмечу момент включения елки.

Для увеличения срока службы ламп и предотвращения их поломки в морозы был обеспечен плавный нагрев нити накаливания при подаче питания, чего не делается даже в большинстве комнатных светильников.

Безаварийная работа ламп показала правильность этого решения, и теперь первым эффектом всегда является плавное увеличение яркости.

Пока компонентов не было, пришлось сначала отлаживать программу на трёхканальной раскладке,

и только потом на большом имитаторе елки, который представлял собой набор ламп мощностью 40 Вт, в количестве, достаточном для полной загрузки всех каналов одного из трёх блоков.

Лампы были источником зайчиков, света и тепла.

Оставлять их включенными на длительное время нельзя, и как только появится запах горелого картона, выключайте и пишите программу.

Чтобы уменьшить воздействие импульсного света на глаза, мне пришлось прикрывать лампы листом бумаги.

Но все равно отладка сильно ослабляет зрение.

Меньшую мощность лампы использовать сложно, так как есть параметр – ток удержания симистора.

При написании программ выявилась проблема с перегревом стабилизатора напряжения 5 вольт (он установлен без радиатора).

Решить ее удалось резко снизив ток потребления, подавая напряжение на управляющие оптроны не постоянно, а лишь на мгновение, достаточное для включения симистора.

Сначала программа писалась для одного блока, затем для второго и третьего.

Представление о том, как выглядит лампа-симулятор на настоящей елке, развивает богатое воображение.

День начинался часов в пять-шесть утра и заканчивался появлением затуманенных глаз, когда зайчики уже не пропадали после отключения питания агрегата.

Чтобы вместе с зайчиками не появились белочки, он пошел спать.

Вкус и цвет. Трудно понять, какие эффекты будут хорошо смотреться и привлекать большинство зрителей, а какие нет. Красиво выглядели различные потоки: внутри двухъярусных звезд и между различными элементами.

Интересно мерцание - когда все каналы мигают долю секунды в случайном порядке.

Для задачи «случайность» я написал номер каждого канала на бумажке, закинул в шапку, размешал и вытаскивал по одному, записывая порядок в рабочей программе.

Людям понравился «звездопад» — звезды падают с ускорением, и при падении вспыхивают прожекторы внизу дерева и подсвечиваются желоба, имитируя взрыв.

Был и обратный эффект, получивший название «фейерверк».

Звезды взлетели, шар вспыхнул, имитируя взрыв, а затем началось мерцание, напоминающее фейерверк.

К сожалению, не удалось поймать момент, когда на площади перед елкой случился настоящий фейерверк с мерцанием и эффектом «фейерверка».

Также интересным было дыхание елки, когда яркость плавно увеличивается, а затем уменьшается, увеличивая с каждым периодом скорость увеличения/затухания.

И конечно классика, ходовые огни, но дополненные потоком, когда свет плавно «течет» по своему каналу.

Монтаж.

Работы по изготовлению блоков и написанию программ было более чем достаточно, поэтому на дереве он появлялся редко.

Приехал на монтаж, а там что-то поменяли в светотехнических конструкциях, а мне не сообщили.

Естественно, вся работа над сценарием теряет смысл.

На справедливое замечание городскому архитектору - почему мне не сказали? Был недовольный ответ - мы тут целый день на морозе монтируем, а вы там сидите в тепле! В искусственном городском дереве внутри установлена автоматика для уменьшения длины проводников.

Поэтому часто любимый вопрос по телефону: «Где тыЭ» Пришлось ответить: «На ёлке».

Вот так выглядит панорама интерьера первого яруса.

Электромонтаж на морозе – отдельная история.

Обычно ждут, пока ослабнут морозы, но здесь это не пройдет. Дерево должно было еще вчера гореть, но мороз не утихает. Если внутри ели можно установить прожектор, который и светит, и греет (монтажники гирлянд всегда грели на нем руки и изоленту), то на столбах с лучами ничего нет. Сохранения каталитическая грелка .

Он у меня еще был из сервиса, и я всегда жалел, что не купил тогда два, чтобы в каждую варежку поместилось.

При подключении к колодкам многочисленных проводов от гирлянд оголить концы проводов помогала специальная зачистка.

У электриков в арсенале такого не было, но я купил для монтажных работ – экономит кучу времени и нервов.

Отдал монтажникам - на морозе отличный помощник вместо ножа и кусачек; можно работать не снимая перчаток.

Так как плата с контроллером встроена в верхнюю часть коробки, то при открытии ее не видно и все спрашивали, а что управляет лампами? Видны были только выключатели, занимавшие почти все здание.

Даже главный дизайнер елки удивился.

До сих пор он выпустил много различных разработок, но никогда не видел столь компактного устройства с такими возможностями.

Он рассказал, что на предыдущих елках устанавливались огромные шкафы управления (видимо, это были простые гирляндные выключатели с реле или пускателями, так как он восхищался эффектами плавного изменения яркости и перетекания цветов).

Мне эти блоки показались огромными после многочисленных перестановок и установок.

Вероятно, здесь кроется один из ответов на вопрос – почему заказ пришел так поздно? Сделать простой выключатель для гирлянды действительно проще и быстрее.

Елка изнутри.

На каждом ярусе дерева есть деревянный пол с люком, через который можно пройти практически на верхушку дерева.

К сожалению, из-за нехватки времени подняться наверх не удалось, но первый ярус является постоянным местом обитания на время установки и отладки программы.

На первом ярусе хорошо видны желоба.

Ребрышки, покрытые еловыми ветками

Лестница, ведущая вверх

И конечно же три блока управления, опутанные многочисленными кабелями.

Судя по ширине блока, которая составляла 500 мм, ствол ели в основании был изготовлен из трубы Ду 325.

Теги: #Сделай сам или Сделай сам #новый год #аферы #ёлка #микроконтроллеры #Мигалка