在為寒假裝飾我們的房屋時，電氣工程師常常有點過火。當我帶著自己的展示接近克拉克·格里斯沃爾德州時，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，所以我開始設計我的鄰居以前從未見過的東西。結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造出真正獨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的電氣安全預防措施來防止過載、故障和電擊危險。

讓我們做一個發光的大雪花

您可以在當地的家庭中心購買現成的雪花裝飾品，但這些裝飾品通常是靜態的，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出六重對稱性，其中六個對稱軸從中心樞紐輻射開來。可以把它想象成六個以 60 度分開的輻條，晶體以與每個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排列它們，然后有選擇地照亮不同的束組合，就會出現各種各樣的視覺上令人愉悅的圖案。我已經設計了這種展示的四個版本，并將介紹如何制作您自己的展示。

第一個版本：發光雪花的最簡單版本

最簡單的版本是嚴格的機電版本。它使用降壓變壓器產生低電壓。該電壓施加到多股 12 根白色微型白熾燈泡上。每條鏈中的一個燈泡被一個“信號燈”燈泡代替（你知道，帶雙金屬斷續器的紅尖額外燈泡可以放入使燈串閃爍），形成許多獨立閃爍的鏈。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。我制作的一個直徑為 16 英寸，有 20 根獨立的線束（240 個燈泡），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 個孔，以摩擦配合燈泡。您可以通過購買串聯的微型白熾燈串（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 個燈串（2.5V 燈泡），驅動一串 12 個燈泡所需的電源為 2.5V * 12 = 30V。使用帶 3.5V 燈泡的燈串（如 35 或 70 燈組，或“140 盞運動燈”），您的電源必須為 42V。

第二個版本：具有更可控效果的發光雪花

第二個版本使用電子設備來提供更可控的效果。它從同一束每束 12 個白熾燈泡開始，但它不是使用信號燈燈泡以不相關的模式隨機切換這些束，而是使用一個處理器和一系列低側開關晶體管來同時切換所有束。通過將隨機二進制數輸入開關晶體管陣列，您可以照亮隨機的線束，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 個孔，這些孔與燈座摩擦配合。一個簡單的偽隨機序列生成器大約每秒兩次創建一個新的 16 位數字，因此該陣列可以生成 65,535 個獨特的雪花圖像，每 9 小時左右重復一次。這種設計的一個復雜因素是燈泡之間的間距隨著您離中心越來越遠而變大。如果您的燈串在插座之間只有 4 英寸，您可能需要進行數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 個運動中的燈”串開始，拼接工作就會少得多，這實際上是四個獨立的串，每串 35 個燈泡，燈泡之間的間距約為 16 英寸。

第三版：帶白色 LED 的發光雪花

第三個版本使用白色 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，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動的 32 通道開關晶體管。每個放射線的所有相應通道都集中在控制箱中并連接到電源開關。幾百行代碼就可以創建一些令人印象深刻的顯示。

第四個版本：帶紅色、綠色和藍色 LED 的發光雪花

第四個版本是我未來假期的項目。它將使用近400個WS2812-鍵入可單獨尋址的 LED 像素以形成圖案。這些設備具有紅色、綠色和藍色 LED 以及管理其亮度的控制芯片。串行協議允許計算機在字符串的末尾單獨設置每個像素的顏色。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建對稱性，但我正在考慮一種更優雅的方法。像素之間的串行連接允許 1:N 扇出，其中多個下游段將自動具有相同的像素模式，從而創建雪花所需的對稱性。因此，控制器位于顯示器的中央。1:6 的扇出會創建六個輻條，每個輻條大約有六個像素。每個輻條的末端都有一個 2:1 的扇出，創建兩個大約 30 像素的相同字符串，輻條之間的空間中的每個繞組。添加一個電源（5V 或 12V，大約 120W）和一個處理器作為主模式發生器，結果應該是驚人的。

向前進

我希望您發現這些想法很有趣，并受到啟發嘗試雪花燈顯示。節日快樂。

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