LED-Tower-Art: Programmierbarer RGB-Zylinder mit APA106-LEDs

Komponenten und Zubehör

• 288× APA106 programmierbare RGB-LEDs, 8 mm
• 1× Arduino UNO
• 1× 22 AWG verzinntes Kupferdraht (für Stromschienen & Datenleitungen)
• 12× Metallringe, 8 Zoll (ca. 203 mm) Durchmesser
• 10× Acrylstäbe, 12 Zoll (ca. 305 mm) Länge

Benötigte Werkzeuge

• Lötkolben (mind. 40 W, besser temperaturgeregelt)
• Heißklebepistole
• BlueTack (Knetgummi) zur temporären Fixierung
• Clip-Heatsinks (zum Schutz der LED-Anschlüsse beim Löten)
• Schraubstock & Zange (zum Geraderichten des Drahts)

Software

• Arduino IDE
• FastLED-Bibliothek (empfohlen, GitHub)

Projektidee

Inspiration waren die Kurven, die durch den Schnitt einer Ebene mit einem Zylinder entstehen. Nach mehreren LED-Würfel-Projekten sollte etwas Neues entstehen – eine zylindrische Struktur mit ähnlichem kreativen Potenzial, aber völlig anderer Geometrie.

APA106-LEDs (8 mm) wurden gewählt, weil sie trotz höherem Preis die Hardware und Software massiv vereinfachen: Keine Schieberegister, keine Multiplexing-Interrupts – jede LED ist dauerhaft aktiv und wird über zwei Datenleitungen angesteuert.

Konstruktion

Ringe fertigen

Der Turm besteht aus 12 Ringen à 24 LEDs (Abstand ca. 1 Zoll / 25,4 mm). Ringe sind ebenfalls 1 Zoll voneinander entfernt → LEDs bilden ein 3D-Gitter mit 1-Zoll-Abständen in beide Richtungen. Acrylstäbe verbinden die Ringe zum Turm.

Strombedarf: Max. 60 mA/LED bei Weiß/Max-Helligkeit → theoretisch 17 A. In Praxis wird Helligkeit auf ≤ 10 % begrenzt, reine Weiß-Darstellung vermieden → USB-Strom (500–900 mA) reicht. Externes Netzteil: 2 A sind ausreichend.

LED-Vorbereitung (Lead-Forming): Jede LED muss gemäß Diagramm vorgebogen werden. Ein kleiner Knick am GND-Draht erleichtert Identifikation und Lötung an den Ring.

Ring-Positionen markieren & Haltevorrichtung: 24 gleichmäßige Markierungen auf dem Ring. Eine Haltevorrichtung (z. B. zwei Bretter mit Schraubzwingen) fixiert den Ring senkrecht.

Löten: Ring erst verzinnen (hohe Wärme nötig – 40 W Lötkolben auf Maximum, 5–10 s pro Stelle). Immer Clip-Heatsinks an den LED-Drähten verwenden! Data-In an Data-Out der nächsten LED löten (Kettenstruktur).

+5V-Schiene: Nach allen 24 LEDs einen geraden 22 AWG Draht (ca. 66 cm) als gemeinsame +5V-Schiene an alle Anoden löten.

Ring testen: Offenen Data-In an UNO Pin 6 anschließen, Test-Sketch hochladen. Wichtig: Jeden Ring einzeln testen, bevor er in den Turm eingebaut wird!

12 Ringe bauen & ausrichten

Nach Übung dauert ein Ring ca. 2 Stunden. Damit LEDs über alle Ringe exakt fluchten, einen Ring als Schablone nutzen: Offenen Data-In-Eingang immer an gleicher Position platzieren. (Die ersten zwei Ringe im Foto sind noch nicht perfekt ausgerichtet.)

Turm montieren (untere 4 Ringe zuerst)

Distanzhalter (22 mm Höhe, z. B. 3D-gedruckt oder ¼″ Rundholz) mit BlueTack zwischen den Ringen fixieren. 6 Acrylstäbe (12″) verbinden die Ringe – vor dem Heißkleben exakt ausrichten, danach keine Korrektur mehr möglich! Stäbe liegen zwischen den LEDs (4 LEDs Abstand).

Distanzhalter entfernen & für nächste Ringe wiederverwenden. Alle 12 Ringe aufbauen.

Ringe untereinander verbinden

GND & +5V aller 12 Ringe parallel verbinden (22 AWG Draht). Zwei Datenleitungen à 144 LEDs: eine für untere 6 Ringe (→ UNO Pin 6), eine für obere 6 Ringe (→ UNO Pin 7). Jeweils vom untersten Ring nach oben durchkettet. Hintergrund: Ab Ring 8 traten Störungen auf (einzelne LEDs blitzten). Kondensatoren an den Stromschienen halfen nicht → Aufteilung auf zwei Datenleitungen löste das Problem.

Arduino UNO am Turmfuß befestigt (hier an 4 weiteren Acrylstäben aufgehangen). 4 Anschlüsse: GND, +5V (gemeinsam für alle Ringe), Data-Pin 6, Data-Pin 7.

Software

Für APA106-LEDs stehen mehrere Bibliotheken bereit. Bisher wurde Adafruit NeoPixel genutzt, für dieses Projekt aber FastLED gewählt – Vorteile: schnelle Mathematik-Funktionen, 256-stufige Regenbogen-Palette (statt eigener 43-stufiger), hunderte vordefinierte Paletten, einfache Fade-Funktionen, native APA106-Unterstützung (kein Trial-and-Error bei Timing).

Wichtige Hilfsfunktionen:

• setColor(ring, position, farbe) – abstrahiert Datenleitungs-Zuordnung & Indexberechnung
• Farben via CRGB::Farbname (Web-Farben) – per #define kurze Aliase erstellt
• setHue(ring, position, hue) – setzt LED auf Regenbogen-Farbton (0–255)
• rotate(ring, richtung) – rotiert Ring-Inhalt um einen Schritt (ganzer Turm, Teilbereiche, gegensätzliche Richtungen möglich)

Geometrie-Effekte via Lookup-Tabellen:

Schnittkurven Zylinder–Ebene: Tabelle mit 18 Winkeln, variable Höhe. Schnittkurven Zylinder–Kugel: ebenfalls tabelliert (weniger effektiv, ein Effekt im Show). Beide Tabellen im Programmspeicher (PROGMEM), kein RAM-Verbrauch.

Drei Sketches enthalten:

1. Ring-Test (einzelner Ring an Pin 6)
2. Quick-Show: 45-Sekunden-Vorschau
3. Main-Show: 8 Minuten, 16 verschiedene Effekte/Animationen

Alle im Originalprojekt als Video gezeigt.

Software-Reset: Am Ende von loop() ein Software-Reset eingebaut, da ein nicht gefundener Speicherleck (Stack/RAM) nach vielen Durchläufen zum Hängen führt. Nicht elegant, aber funktionssicher.

Code & Downloads

• Arduino Code für LED Tower Art (ZIP mit 3 Sketches: Ring-Test, Quick-Show, 8-Min-Show)
• Software for Tower Art (identischer Inhalt, alternativer Download)

Beide als „No preview (download only)“ im Original.

Schaltplan