DIY LED Cube: 7 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

LED Cube nu este altceva decât o gamă tridimensională de LED-uri pentru a se aprinde în diferite forme și modele. Este un proiect interesant pentru a învăța sau îmbunătăți abilitățile de lipire, proiectare de circuite, imprimare 3D și programare. Deși aș dori să construiesc un cub RGB, cred că voi începe mai întâi cu un cub simplu cu o singură culoare pentru a câștiga experiență.

Am fost foarte impresionat și inspirat de proiectul lui Char de la Instructables, ar trebui să verificați dacă ați avut timp.

Am de gând să construiesc un cub cu led de 8x8x8, care nu este altceva decât 8 rânduri, 8 coloane și 8 straturi de LED-uri. Este vorba de 512 LED-uri în total. Acum, cel mai important element este LED-ul, alegeți cea mai mică dimensiune, astfel încât cubul să fie compact. De asemenea, este mai bine să obțineți LED-urile difuze peste cele translucide, deoarece cele translucide împrăștie lumina și nu sunt foarte atrăgătoare.

Pasul 1: Componente necesare

LED-uri - 512 buc

Rezistoare 1k, 220E - puține

Comutator tactil - 1 buc

Apăsați pe comutatorul ON - 1 buc

Anteturi M / F - Puține

Arduino Pro Mini - 1 buc

Condensatoare 0.1uF - 9buc

Perfboard (15cm x 15cm) - 2 buc

LED - 1 buc

74HC594 - 8 buc

2N2222 Tranzistor - 16 buc

74LS138D - 1 buc

Prize IC 20 pini - 9 buc

Prize IC 16 pini - 1 buc

Cabluri panglică - 5 metri

Programator UART

RPS

Acces la imprimanta 3D

Pasul 2: Asamblarea structurii cubului LED

Am luat un pachet de 1000 de LED-uri difuze din care voi folosi 512. Acum, trebuie să putem controla fiecare dintre LED-uri independent, numai atunci putem face modele interesante.

Voi folosi o placă Arduino Pro Mini pentru a controla LED-urile, dar această placă are doar 21 de pini pentru a controla LED-urile. Dar pot folosi un multiplexor pentru a conduce toate cele 512 LED-uri prin cei 21 de pini.

Înainte de a intra în proiectarea circuitului driverului, să construim structura pentru cubul LED. Este foarte important să obținem simetria corectă pentru ca cubul să arate bine, deci mai întâi să pregătim un concert care să ne ajute să menținem simetria.

Voi imprima 3D o bază de 120x120x2mm pentru construirea cubului. Voi folosi acest lucru pentru a crea fiecare strat de LED-uri, care vor fi de aproximativ 64 de LED-uri pe strat. Acum, trebuie să spațiez LED-urile uniform pe tablă. Deoarece catodul este de aproximativ 17 mm, lăsând 2 mm pentru lipire, voi distanța găurile de 15 mm. Să începem tipărirea 3D.

Mai întâi aranjez LED-urile la rând și scurtcircuit catodul. În mod similar, voi aranja 8 rânduri de LED-uri cu catodurile lor scurtcircuitate. Odată terminat, am 1 pin catodic și 64 pin pin, acesta formează 1 strat.

Aranjarea a 8 astfel de straturi una peste alta o va face instabilă și structura se va deforma. Așa că am să-i ofer un sprijin suplimentar. Există destul de multe modalități de a face și o astfel de modalitate este de a folosi sârmă de cupru placată cu argint, dar din moment ce nu am acest lucru cu mine, voi încerca o metodă brută. Întinderea firului de lipit îl întărește, așa că o voi folosi ca suport. Aplicați o lipire pe pinii catodului înainte de a utiliza firul pentru a oferi suport. Să sperăm că utilizarea acestuia în centru și laturi ar trebui să dea cubului puterea de care are nevoie. Vom avea nevoie de aproximativ 16 fire și este foarte important să obținem corect această parte.

Voi îndrepta pinii anodului pentru a-i face simetrici.

LED-urile se pot deteriora uneori din cauza căldurii de lipit, deci este mai bine să le verificați după construirea fiecărui strat. După ce ați terminat, straturile pot fi asamblate una peste alta și de data aceasta pinii anodului pot fi lipiți. În cele din urmă, ar trebui să aveți 64 de pini anodici și un pini catodici pe strat. Deci, cu acești 64 + 8 = 72 de pini, ar trebui să putem controla fiecare dintre LED-urile din acest cub.

Acum, avem nevoie de o structură de sprijin pentru asamblarea straturilor una peste alta.

Am facut o greseala. Eram un pic prea entuziasmat și nu am verificat dacă pinii anodului erau aliniați unul cu celălalt. Ar fi trebuit să îndoiesc pinii anodici cu 2 mm, astfel încât fiecare strat să poată fi lipit unul cu altul și să se formeze o linie dreaptă. Deoarece nu am făcut acest lucru, va trebui să îndoiți manual toate știfturile pe care le-am lipit și acest lucru ar putea afecta simetria mea în cele din urmă. Dar când îl construiești, ai grija cuvenită să nu faci aceeași greșeală. Acum construcția este finalizată, va trebui să lucrăm la circuitul șoferului.

Pasul 3: Circuitul conducătorului auto - Reduceți numărul de pini

Așa cum am menționat la început, vom avea nevoie de 72 de pini IO de la controler, dar acesta este un lux pe care nu ni-l putem permite. Deci, să construim un circuit de multiplexare și să reducem numărul de pini. Să ne uităm la un exemplu, să luăm un flip-flop IC. Acesta este un flip-flop de tip D, să nu ne facem griji cu privire la punctele tehnice în acest moment. Sarcina fundamentală a IC este de a aminti cei 8 pini, dintre care 2 sunt pentru alimentare, D0 - D7 sunt pinii de intrare pentru primirea datelor și Q0 - Q7 sunt pinii de ieșire pentru trimiterea datelor procesate. Pinul de activare a ieșirii este un pin activ activ, adică numai când îl facem 0, datele de intrare vor apărea în pinii de ieșire. Există, de asemenea, un ac de ceas, să vedem de ce avem nevoie de el.

Acum, am fixat IC-ul pe o placă de calcul și am setat valorile de intrare la 10101010 cu 8 LED-uri conectate la ieșire. Acum, LED-urile sunt aprinse sau oprite pe baza intrării. Permiteți-mi să schimb intrarea în 10101011 și să verific ieșirea. Nu văd nicio schimbare cu LED-urile. Dar când trimit un impuls de la minim la mare prin pinul de ceas, ieșirea se schimbă pe baza noii intrări.

Vom folosi acest concept pentru a dezvolta placa de circuit a driverului. Dar IC-ul nostru poate aminti doar 8 date pin de intrare, așa că vom folosi un total de 8 astfel de IC-uri pentru a suporta 64 de intrări.

Pasul 4: Proiectarea circuitului driverului

Încep cu multiplexarea tuturor pinilor de intrare ai IC pe cei 8 pini de date ai microcontrolerului. Trucul aici este să împărțiți datele pe 64 de biți ai celor 8 pini în 8 biți de date.

Acum, când trec cei 8 biți de date la primul CI urmat de un semnal de impuls scăzut la mare în pinul de ceas, voi vedea datele de intrare reflectate în pinii de ieșire. În mod similar, prin trimiterea a 8 biți de date către restul IC-urilor și controlul pinilor de ceas, pot trimite 64 de biți de date către toate IC-urile. Acum, cealaltă problemă este lipsa pinilor de ceas din controler. Deci, voi folosi un decodor de 3 până la 8 linii IC pentru a multiplexa comenzile pinului de ceas. Folosind cei 3 pini de adresă din decodor în combinație cu microcontrolerul pot controla cei 8 pini de ieșire ai decodorului. Acești 8 pini de ieșire trebuie conectați la pinii de ceas din IC-uri. Acum trebuie să scurtăm toate pinurile de activare a ieșirii și să ne conectăm la un pin de pe microcontroler, folosind acest lucru ar trebui să putem să pornim sau să oprim toate LED-urile.

Ceea ce am făcut până acum este doar pentru un singur strat, acum trebuie să extindem funcționalitatea la alte straturi prin programare. Un Led consumă aproximativ 15mA de curent, așa că, mergând cu acest număr, vom avea nevoie de aproximativ 1 Amp de curent pentru un singur strat. Acum placa mini Arduino pro poate sursa sau scufunda doar până la 200 mA de curent. Deoarece curentul nostru de comutare este prea mare, va trebui să folosim un BJT sau MOSFET pentru a controla stratul de LED-uri. Nu am multe MOSFET-uri, dar am câteva tranzistoare NPN și PNP. Teoretic, este posibil să trebuiască să trecem la 1 amp de curent pe strat. Dintre tranzistoarele pe care le-am obținut, cel mai mare poate comuta doar aproximativ 800mA de curent, tranzistorul 2N22222.

Deci, să luăm 2 tranzistori și să le sporim capacitatea curentă conectându-i în paralel. Mulți oameni atunci când adoptă această metodă folosesc doar rezistența limită de bază, dar problema aici este că temperatura schimbă curentul prin tranzistoare care se dezechilibrează și provoacă probleme de stabilitate. Pentru a atenua problema, putem folosi și 2 rezistențe similare în emițător pentru a regla curentul chiar și atunci când temperatura se schimbă. Acest concept se numește degenerare emițătoare. Rezistorul emițătorului oferă un fel de feedback pentru a stabiliza câștigul tranzistorului.

Voi folosi doar rezistențe numai în bază. Acest lucru poate cauza probleme în viitor, dar, deoarece acesta este doar un prototip, îl voi rezolva mai târziu.

Pasul 5: lipirea componentelor

Acum, să asamblăm circuitul pe o placă de perfecționare. Să începem cu IC-urile flipflop și să folosim un suport IC în acest scop. Începeți întotdeauna cu primul și ultimul pin, verificați stabilitatea, apoi lipiți restul PIN-urilor. Să folosim, de asemenea, niște antet de sex masculin de dragul plug-and-play-ului rezistențelor de limitare a curentului și pentru conectivitate la Cub. Acum conectați condensatorii de decuplare ai IC-ului aproape de pinii de alimentare ai IC-ului.

În continuare, să lucrăm la microcontroler. Pentru a-l face să se conecteze și să se joace, să folosim un suport și să conectăm mai întâi pinii feminini, apoi să plasăm microcontrolerul.

E timpul să lucrăm la tranzistoare. Pentru conectarea la baza tranzistoarelor sunt necesare 16 rezistențe de 1K ohm. Pentru a menține pinii catodici obișnuiți ai cubului LED într-o stare logică implicită, voi folosi un rezistor zip de 8 K ohm, care conține 8 rezistențe. În cele din urmă permite să lucreze la IC-ul decodificatorului de adrese. Acum circuitul este pregătit similar cu designul circuitului.

Pasul 6: Imprimare 3D

Avem nevoie de o carcasă pentru adăpostirea plăcii de circuite și a ledului cubului, așa că să folosim una imprimată 3D. Am de gând să-l fac în 3 părți pentru a ușura asamblarea.

În primul rând, o placă de bază pentru menținerea structurii led. În al doilea rând, un corp central pentru electronică. În al treilea rând, un capac pentru închiderea carcasei.

Pasul 7: încheie

Să începem cu montarea structurii led. Puteți împinge știfturile prin găuri și le puteți lipi direct pe placa de circuit, dar, din motive de stabilitate, voi folosi mai întâi o placă de perf, apoi o voi lipi în circuit. Folosesc un cablu panglică pentru a lipi LED-urile, apoi conectez celălalt capăt la pinii de ieșire IC-uri flip-flop respective.

Pentru a ne conecta între tranzistor și straturile cubului LED, trebuie să avem pini independenți pentru a ne conecta la pinii catodici. Înainte de al porni, este important să verificăm continuitatea și tensiunea între puncte. Odată ce totul este bun, IC-urile pot fi conectate și apoi pornite. Din nou, este bine să verificați dacă toate LED-urile strălucesc conectându-l direct la alimentare înainte de al conecta prin circuit. Dacă toate s-au dovedit a fi bune, atunci cablurile led pot fi conectate la respectivele puncte de flip-flop.

Să facem o treabă de curățare - deconectați cablul de programare al microcontrolerului, tăiați pinii proeminenți etc. Acum, să conectăm cablul de programare la corpul carcasei, să fixăm un led de stare, un comutator de alimentare și, în cele din urmă, un comutator de resetare. Suntem aproape de a-l termina, așa că să reunim cele 3 părți. Începeți cu baza LED-ului către corp, apoi odată ce cablurile sunt așezate, închideți capacul din partea de jos.

Descărcați codul pe Arduino Pro Mini și gata!

Mulțumim lui Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ pentru excelentul său instructabil și cod.