Étoiles de Noël

C’est bientôt Noël ! Le moment parfait pour réaliser soi-même une guirlande électrique à mettre dans le sapin. Pour changer un peu des guirlandes électriques que l’on trouve dans le commerce, j’ai décidé de faire un guirlande de grands étoiles translucides, contenant chacune une LED multicolore par branche. Voici un aperçu du résultat en vidéo (en vertical désolé, mais sinon on n’aurait pas vu tout le sapin) :

Dans la vidéo, il n’y a qu’onze étoiles dans le sapin. L’objectif final est une guirlande de vingt étoiles mais le rendu est déjà sympa. Différents modes sont proposés : fixe blanc, changement de couleurs, clignotant blanc, fixe multicolore, scintillement blanc, rotation colorée des branches des étoiles, et flammes rouges et jaunes. Ce ne sont que des exemples, je n’ai pas encore eu beaucoup de temps pour programmer les effets.

Voici quelques photos détaillant la guirlande :

Si vous voulez construire une guirlande du même genre pour Noël, ce n’est pas très compliqué. Il suffit d’un peu de matériel, d’une imprimante 3D et de patience. Je détaille dans la suite comment j’ai fait ma guirlande, et ce que je compte améliorer.

Le matériel

Voici le matériel que j’ai utilisé pour construire cette guirlande :

• du plastique ABS transparent 1,5 mm (environ 500g) ;
• un ruban à LEDs Neopixel d’Adafruit de 2m avec 120 LEDs RGB (multicolores) contrôlables individuellement, PCB blanc ;
• 5m de câble 3G0,75mm noir pour la base de la guirlande ;
• 20m de câble RJ11 noir pour les branches vers les étoiles ;
• un Arduino Nano pour contrôler les LEDs ;
• une alimentation 5V 4A pour alimenter l’Arduino et les LEDs ;
• un gros condensateur pour protéger le ruban et l’Arduino.

Au niveau des outils, il faut une imprimante 3D et un poste de soudure.

L’étoile en plastique

L’étoile est entièrement réalisée à l’imprimante 3D. Le modèle a été dessiné sous OpenSCAD. Il est disponible sur Github, avec les fichiers STL exportés pour l’impression. Le fichier est paramétrable. Il est possible de modifier le nombre de branches ou la taille de l’étoile par exemple.

La pièce à imprimer se décompose en 3 parties, dont 2 identiques. Voici à quoi ça ressemble une fois imprimé :

L’étoile est faite de deux moitiés, qui s’emboitent sur un anneau central. Ceci permet de fermer simplement l’étoile en force. Je n’ai pas mis de colle, même s’il pourrait être utile d’en ajouter pour solidifier le tout. Il y a une encoche en bas de chaque demi-étoile pour laisser passer le fil électrique. Il y a aussi un petit trou en haut de chaque demi-étoile pour accrocher du fil de pêche qui servira à accrocher l’étoile au sapin. La partie circulaire au centre de l’étoile servira de support au ruban à LEDs.

J’ai imprimé toutes les pièces avec un remplissage de 100%. Le rendu visuel est différent avec un remplissage de 0%, plus transparent. Vous pouvez faire des tests.

Pour faire une guirlande complète, il faut imprimer 40 demi-étoiles et 20 anneaux, ce qui peut prendre du temps selon la rapidité de votre imprimante 3D…

Les LEDs et le câblage

La partie électronique dans chaque étoile est extrêmement simple et se compose uniquement d’un bout de ruban à LEDs contenant 5 LEDs. Les dimensions de l’étoile sont faites pour que les LEDs s’alignent toutes seules face à chaque branche de l’étoile. Voici à quoi ressemble l’intérieur d’une étoile : La seule chose à faire pour construire l’étoile est de souder sur le ruban le fil qui servira à faire une branche de la guirlande. Ce fil est du fil RJ11. J’ai découpé des morceaux de 70cm pour chaque étoile. L’intérêt du câble RJ11 est qu’il a 4 conducteurs : le noir est la masse, le rouge me sert de 5V, le vert me sert de « data in » et le jaune de « data out ». Le fil de données fait ainsi un aller retour : il arrive par le vert, traverse le ruban, et repart par le jaune. C’est ce qui permettra de contrôler indépendamment toutes les LEDs. Voici le circuit global de la guirlande :

La câble horizontal en bas est le câble 3G0,75mm et les câbles verticaux sont les câbles RJ11. Avec 20 étoiles, il y a 3 mètres de guirlande, avec une branche de 70cm qui part tous les 15 cm. Il est aussi possible d’ajouter 1 mètre de câble en début de guirlande pour éloigner le contrôleur et faciliter la mise en place dans le sapin.

La longueur et la section du câble sont importantes. Plus le câble est long, plus il doit avoir une large section (une faible résistivité) pour que la tension dans l’étoile la plus éloignée reste suffisante. De même, plus il y a d’étoiles, plus l’intensité qui traverse le fil est importante. C’est pourquoi j’utilise des fils très fins pour les branches et un gros câble pour le « tronc » de la guirlande. J’utilise cet outil en ligne pour estimer les sections à utiliser.

Pour souder le câble RJ11 au câble 3G0,75mm tous les 15cm, il suffit de dénuder un petit tronçon (2cm) du cable 3G0,75mm au cutter, puis de dénuder à des endroits différents le fil 5V et le fil de masse. On soude ensuite directement sur les parties dénudées. Il faut ensuite couper le troisième fil (données) et souder le fil vert du câble RJ11 du côté du contrôleur et le fil jaune de l’autre côté. Pour éviter des court-circuits, j’ai mis de la gaine thermo-rétractable sur les fils de données. J’ai ensuite enrobé le tout dans du scotch d’électricien noir pour isoler et cacher les fils.

Une précaution importante à prendre lors de la construction de la guirlande est que l’étoile la plus proche du contrôleur doit être faite d’un bout de ruban pris à un début de ruban. Tous les 50cm sur le ruban, il y a une soudure et une première LED avec une résistance de protection devant le « data in ». C’est une de ces LEDs qui doit être la première connectée au contrôleur.

Le contrôleur

Le contrôleur est simplement un Arduino Nano qui se situe en bout de guirlande (côté « data in »). Il envoie les commandes par le fil bleu vers les LEDs et peut contrôler chaque LED indépendemment.

Le circuit électronique est composé de l’Arduino Nano, d’un condensateur (2 en parallèle en fait) pour protéger l’alimentation, et d’une résistance d’1 MΩ servant de « pull-up » pour un bouton qui fonctionne au toucher. Le bouton sert à changer de mode d’affichage. J’ai soudé les composants sous forme d’un « shield » pour l’Arduino Nano, ce qui m’évite de le souder. Je n’ai pas encore fait de boitier pour le circuit, ni décidé comment je vais faire le bouton, ce qui explique les fils dans le vide :

Le programme est fait sous la forme d’une librairie pour contrôler les étoiles (Stars.h et Stars.cpp) et d’un sketch avec plusieurs modes d’affichage. Il est disponible sur Github et utilise la librairie NeoPixel d’Adafruit (à installer sur votre ordinateur). Les modes actuels sont assez basiques. Je compte les améliorer.

Améliorations

Plusieurs améliorations sont possibles à partir de ce premier jet :

• Faire un joli boitier pour le contrôleur.
• Coller les étoiles pour qu’elles tiennent mieux, ou concevoir un meilleur système de fixation.
• Améliorer les animations de la guirlande. L’Arduino Nano peut être utilisé pour faire des millions d’effets différents. je n’ai pas encore passé assez de temps là-dessus.
• Ajouter des capteurs pour faire réagir la guirlande à son environnement : le bruit, la lumière, la date ou l’heure pourraient faire changer les animations. Tout est possible !
• Ajouter une LED au centre de l’étoile. Je ne suis pas sûr de vouloir faire ça, mais certaines personnes me l’ont suggéré.

À vous !

Cette guirlande n’est pas très compliquée à construire. Il faut juste un peu de patience. Si vous en manquez, vous pouvez aussi construire une seule étoile, qui illuminera votre sapin. Même sans la partie électronique, l’étoile seule peut faire joli dans le sapin, et vous pouvez mettre n’importe quelle sorte de choses dedans.

Si vous faites évoluer l’idée, tenez-moi au courant !