Cub LED 3x3 pe bază de Arduino: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Bună ziua și bun venit la primul meu instructabil.

Vă prezint un design simplu și îngrijit pentru un cub LED 3x3x3 pentru începători. Pentru a face mai ușor de construit, vă ofer detalii despre PCB-ul personalizat, vă puteți crea sau cumpăra, instrucțiuni și puteți, la fel ca mine, să reutilizați software-ul din această bibliotecă Arduino cu LED-uri cub și arduino lib.

Unul dintre obiectivele de proiectare a fost de a le folosi doar prin piese de găuri, acestea sunt mai ușor de sudat pentru începători și totul este ușor disponibil prin internet pe site-urile dvs. preferate de licitație / cumpărături.

Designul poate fi alimentat de la un cablu USB sau un adaptor de alimentare de 7,5-12V DC.

Circuitul folosește un design de bază Arduino redus și îl puteți programa în circuit utilizând fie un programator ieftin In Circuit System Programmable (ICSP), fie un adaptor USB la TTL disponibil ușor. Singurul software de care aveți nevoie este venerabilul Arduino IDE.

Acest design nu este revoluționar, se bazează doar pe unele lucrări anterioare și l-am împachetat cu grijă. Sper sa iti placa.

Pasul 1: Piese necesare

Acest design folosește pe scară largă prin intermediul pieselor găurilor. Distribuitorul dvs. local preferat ar trebui să stocheze piesele de care aveți nevoie.

Aveți nevoie de un Atmega 168p sau Atmega 328p cu încărcătorul de încărcare Arduino. Le puteți găsi pe Ebay, căutați „bootloader arduino”, asigurați-vă că cumpărați varianta Dual In Line (DIL). De asemenea, aveți nevoie de o priză USB de tip B, cea obișnuită, mai veche, grasă. Am ales acest lucru deoarece este ușor de lipit. Tranzistoarele, T1-T3 sunt tranzistoare NPN de uz general, precum și tipurile enumerate, puteți utiliza BC108, 2N2222, 2N3904 etc.

Pentru LED-urile foarte importante, asigurați-vă că cumpărați LED-uri cu luminozitate ridicată sau ultra-luminoase. Am folosit LED-uri 10000-12000mcd de la un vânzător pe eBay pentru exemplul de cub prezentat aici. Doriți altele luminoase, astfel încât să puteți vedea cubul în iluminatul normal al camerei. Dacă descrierea articolului detaliază unghiul de vizualizare, de obicei cel de 20 de grade, dar puteți găsi unul cu un unghi de vizualizare mai larg, luați-l în considerare. Aceste LED-uri ultra-luminoase nu sunt cele mai clerest atunci când sunt privite lateral. Este posibil să trebuiască să încercați câteva LED-uri de la diferiți furnizori înainte de a găsi cele care se potrivesc nevoilor dvs.

Lista completă a pieselor:

Valoarea piesei Descriere PCB PCB-ul verde frumos, creați-l sau cumpărați-l. 27 LED-uri de 3 mm, culoarea la alegere dvs. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch ceramic condensator C2 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch ceramic condensator

C3 22p 22pF, 25V, condensator ceramic de 4,4 mm C4 100n 100nF, 25V, condensator ceramic de 7,5 mm C5 100n 100nF, 25V, condensator ceramic de 7,5 mm C6 10u 10uF 16V, carcasă 5.5mm Condensator electrolitic, 16V C7 22u 10uF 16V, Carcasă de 5,5 mm Condensator electrolitic, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 sau ATMEGA328 cu încărcător de încărcare Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, regulator liniar 100mA, pachet TO92 ICSP ICSP Bandă antet pin, 0.1 "pitch, 2x3 way. J1 DCJ0202 DC priză de alimentare, 2.1mm. Bandă de antet JP1 Pin, pas de 0,1 ", 1x3 căi. Q2 16MHz 16MHz, HC49 carcasă cristal, 50ppm, profil redus R1 10k 10K 1 / 4W rezistență film metalic 1% R2 1k 1K 1 / 4W rezistență film metalic 1% R3 1k 1K 1 / 4W rezistență film metalic 1% R4 1k 1K 1 / Rezistor de film metalic 4W 1% R5 470 470 Rezistor de film metalic 1 / 4W 1% R6 1k 1K 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R8 100 100R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R9 100 100R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R10 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R11 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R12 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R13 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R14 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R15 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R16 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R17 470 470R 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R18 1k 1K 1 / 4W rezistor de film metalic 1% R19 LDR Opțional LDR S1 S1 4 pini, comutator PTH montat pe PCB de 6x6mm. T1 BC547 BC547 / BC548 tranzistor NPN de mică putere, TO92 T2 BC547 BC547 / BC548 tranzistor NPN de mică putere, TO92 T3 BC547 BC547 / BC548 tranzistor NPN de mică putere, soclu TO92 X4 USB tip B, montare PCB prin orificiu 4 x 3-5mm înălțime lipiți pe picioarele de cauciuc.

Pasul 2: Diagrama circuitului și explicația funcționării

Schema este prezentată mai sus.

Designul se bazează pe schema Arduino Duemilanove, dezvăluită până la esențial. Dispozitivul USB către serial a fost eliminat, dar există un antet serial, JP1, care permite unui adaptor USB la TTL să programeze dispozitivul, mai multe despre programarea ulterioară. Există, de asemenea, antetul ICSP.

Placa poate funcționa de la mufa USB, utilizând o sursă convenabilă de 5V din computer sau un pachet ieftin de încărcătoare pentru telefonul mobil. Cealaltă opțiune utilizează intrarea de priză DC, aceasta acceptă o intrare DC de 7-15V, astfel încât să puteți utiliza orice adaptor de priză pe care îl aveți. Circuitul folosește doar 30mA, astfel încât adaptorul aruncat de pe un dispozitiv mort ar trebui să funcționeze, verificați caseta de gunoi.

Rezistențele R12 la R17 setează curentul, care setează luminozitatea LED-urilor. Cu ledurile RED și rezistențele 470R afișate, curentul este de ~ 5mA per LED. Pentru a calcula curentul cu LED-uri aveți nevoie de tensiunea de ieșire a dispozitivului Atmega (4.2V) și de căderea de tensiune înainte a LED-ului, pentru un LED roșu este de 1.7V. Formula este:

Curent LED = (tensiune de ieșire Atmega - Tensiune LED) / I Led

Cu piesele pe care le-am folosit: curent LED = (4.2-1.7) / curent 470LED = 5.31mA

Limitați curentul de la Atmega 168/328 la 10mA

Unele frecvente căderi de tensiune LED:

Roșu 1,7 V Galben 2,1 V Portocaliu 2,1 V Verde 2,2 V Albastru 3,2 V Super albastru 3,6 V Alb rece 3,6 V

Deci, puteți utiliza un LED albastru cu luminozitate ridicată, rezistența ar scădea la 270R. Puteți crește curentul la 10mA, în testele mele am constatat că 5mA au fost suficiente.

Tranzistoarele T1-T3 sunt tranzistoare comune NPN BJT, BC547 / BC548 / 2N2222 etc. Controlează comutarea fiecăruia dintre cele trei straturi. Rezistoarele R2-R4 limitează curentul de bază al rezistorului.

R6 și LED-ul PWR sunt opționale, copiate de pe Arduino, este cam evident dacă puterea este pornită pe cubul LED.

C2, C3 și Q2 formează circuitul de ceas pentru dispozitivul Atmega 168 / 328p, preprogramat cu bootloader-ul. Asigurați-vă că montați condensatorii de 22 pF aici și nu în altă parte, iar cipul nu va porni. C1, C4 și C5 sunt decuplarea sursei de alimentare. IC2, C6 și C7 formează un circuit regulator liniar simplu. Nu sunt multe de spus despre acest lucru, dar vă asigurați că vă potriviți condensatorii în mod corect. Există + simboluri pe desenul PCB și pe serigrafie.

SK1 și R8 și R9 sunt interfața serială. Folosind un adaptor USB la TTL, puteți programa dispozitivul, folosind exemplul de aici

Pasul 3: Obținerea fișierelor de proiectare și realizarea PCB-ului

Datele de proiectare PCB pot fi descărcate de pe Github de la

Există fișiere Gerber procesate pentru trimiterea către un fabricant de PCB, schemă și suprapunere PCB în format-p.webp

PCB-ul ar putea fi fabricat acasă, aș fi făcut asta, dar am rămas fără Etchant. Designul poate fi fabricat folosind un PCB cu o singură față, iar stratul superior (roșu în imagini) poate fi implementat folosind legături de sârmă de cupru cositorit. Am folosit https://pcbshopper.com/ pentru a găsi un furnizor potrivit, pentru prototipurile pe care le-am folosit Elecrow.

Designul PCB-ului de pe Github are 3 modificări ale designului prototipului prezentat aici:

1. Regulatorul 7805CV a fost înlocuit cu un regulator 78L05 mai mic.
2. PCB a micșorat cu 5 mm.
3. Am scos polifuzibilul din alimentarea USB + 5V.

Pasul 4: Asamblarea PCB-ului

PCB-ul este în mod rezonabil simplu de asamblat. Am adăugat o fotografie a PCB-ului asamblat și aspectul de mai sus pentru referință. Încep întotdeauna prin montarea mai întâi a celor mai mici piese și lucrul în sus, mai ales important dacă nu aveți un suport PCB.

1. Începeți prin montarea mai întâi a rezistențelor, nu le lipiți încă. Asigurați-vă că introduceți componenta corectă la locul potrivit. Pentru ușurința verificării, montați-le cu banda de toleranță în partea dreaptă / jos, facilitând verificarea ulterioară. Uită-te aici dacă ai nevoie de ajutor pentru identificarea codurilor de culoare ale rezistorului. După ce ați verificat că piesele corecte sunt la locul potrivit, lipiți piesele.
2. Lipiți cristalul Q2 în loc și condensatoarele C2 și C3.
3. Lipiți priza cu 28 de pini pentru Atmega168 / 328 în poziție, asigurați-vă că aveți pinul 1 cu crestătură în partea superioară, acest lucru ajută la prevenirea introducerii dispozitivului în spate.
4. Montați conectorii ICSP și JP1.
5. Montați condensatoarele C1, C4 și C5, toate 100nF (cod piesă 104).
6. Regulatorul liniar IC2.
7. Montați tranzistoarele T1, T2 și T3. Asigurați-vă că nu ați schimbat T1 / T2 / T23 și IC1 deoarece toate sunt în același pachet.
8. Potriviți S1, orientarea nu contează.
9. Montați C6 și C7, asigurați-vă că obțineți polaritatea corectă!
10. Montați conectorul USB X4.
11. Montați mufa de alimentare DC J1.

Ultimul bit de asamblat este antetul pinului rotit SIL. Folosesc o pereche de freze fine pentru a îndepărta cu atenție plasticul de pe fiecare știft al benzii, repet asta până când am 12 prize cu pini întoarse, apoi folosesc o pereche de clești și 3 mâini, lipiți fiecare pe rând pe PCB. Deoarece majoritatea oamenilor nu au 3 mâini, întindeți fiecare gaură cu ceva lipit, pentru a acoperi tamponul, lăsați-l să se răcească. Apoi aplicați lipitorul pentru a topi lipirea și introduceți știftul, îndepărtați fierul de lipit pentru o îmbinare. Este posibil să aveți nevoie de o lipire proaspătă dacă aveți o articulație uscată.

Înainte de a verifica lipirea, faceți o scurtă pauză, poate pentru o băutură? Inspectați lipirea, verificați conectorul USB deoarece pinii sunt strâns distanțați și pinii dispozitivului Atmega168 / 328.

Odată ce sunteți mulțumit de lipire, fixați picioarele autoadezive pe partea inferioară a PCB-ului.

Pasul 5: Asamblarea cubului LED

Aceasta este cea mai dificilă parte a ansamblului. Ia-ți timp, nu te teme.

Am adăugat note la imaginile de mai sus, deoarece o imagine spune o mie de cuvinte.

Câteva puncte importante.

1. Asigurați-vă că poziția pozitivă (piciorul mai lung) este orientată în jos în timp ce designul comută + V la cele 9 LED-uri de pe fiecare strat.
2. Asigurați-vă că cablul negativ este îndoit la 90 de grade față de LED, pentru a face barele orizontale.
3. Construiți fiecare strat individual și verificați dublu / tripla construcția.
4. Asigurați-vă că firul de cupru conservat, atunci când este utilizat, este la jumătatea distanței dintre fiecare rând de LED-uri, acest lucru face mai ușor să lipiți firul de comutare a stratului.

Pasul 6: Testarea și asamblarea finală a cubului

Înainte de a conecta ansamblul cubului LED sau dispozitivul Atmega168 / 328, puteți face câteva verificări simple.

Dacă aveți un DMM (ar trebui să aveți unul dacă construiți un proiect ca acesta), măsurați rezistența la pinii 7 (pozitivi) și 8 (negativi) ai soclului cu 28 de pini, ar trebui să aveți> 1K. Dacă este mai mic decât acesta, verificați lipirea.

Apoi aplicați o intrare de 7-15V la J1, revenind la pinii 7 și 8 ai prizei cu 28 de pini, măsurați tensiunea, ar trebui să vedeți 5V, dar poate fi între 4,90V și 5,1V, este bine. Dacă ați montat R6 și LED-ul PWR, acesta ar trebui să fie aprins.

Deconectați J1, conectați un cablu USB la X4, conectați cablul la un hub sau la rețea la adaptorul USB de 5V, repetați citirea tensiunii pe pinii 7 și 8 ai mufei cu 28 de pini, citirea este în jur de 5V?

Verificările de mai sus au fost pentru a se asigura că tensiunile de alimentare au fost corecte și cu polaritatea corectă.

Apoi, introduceți cu atenție dispozitivul Atmega168p / 328p. Îndoiți puțin pinii, dacă este necesar, pentru a se potrivi cu mufa. Folosind J1 și sursa de alimentare de 7-15V, porniți alimentarea, vedeți dacă IC2 se încălzește la scurt timp după pornire. În caz contrar, opriți alimentarea și verificați orientarea IC1.

Apoi introduceți cu atenție primul rând al matricei de LED-uri. Asigurați-vă că una dintre bare de susținere a firelor de cupru cositorite este aproape de PADL1, PADL2 și PADL3, aveți nevoie de aceasta mai târziu când lipiți firul pentru fiecare strat. Cel mai bine este să începeți cu un știft de colț și folosind o pereche de clești pentru nas, îndoiți cu grijă fiecare știft, rând cu rând, pentru a se potrivi soclul de pe PCB. Am adăugat o fotografie cu primul strat asamblat de mai sus. Folosind o bucată de sârmă monocatenară de 1 / 0,6, tăiați-o la o lungime adecvată pentru a merge de la PADL1 / PADL2 sau PADL3 la fiecare strat al cubului. Mi s-a părut mai ușor să introduc primul rând de LED-uri în PCB și să lipesc primul fir de control al stratului (afișat în alb), apoi să mă întorc la pasul anterior, să fac un alt rând, apoi să asamblați fiecare strat pe PCB, deoarece acest lucru a furnizat un stabil baza.

Începeți prin lipirea stratului următor lipind unul dintre LED-urile de colț, apoi lipiți colțul opus. Acum verificați dacă stratul este la nivel înainte de a mai lipi. Odată ce ați ajustat stratul, lipiți celelalte două LED-uri de colț, tabloul ar trebui să fie ridicat, dar verificați-l din nou. Lipiți LED-urile rămase. Repetați ansamblul stratului pentru ultimul strat.

Pasul 7: Programare

În funcție de dispozitivul dvs. Atmega, poate fi necesar să programați bootloaderul sau să descărcați codul. Dacă aveți un cip cu bootloaderul deja programat, puteți utiliza un adaptor USB la TTL. Urmați acest ghid:

www.instructables.com/id/Program-Arduino-Mini-05-with-FTDI-Basic/

De asemenea, puteți utiliza conectorul 2x3 pin în circuit programabil (ICSP), puteți utiliza un alt Arduino pentru a face acest lucru:

www.instructables.com/id/How-to-use-Arduino-Mega-2560-as-Arduino-isp/

Folosesc un programator Usbasp care funcționează cu Arduino IDE, îl configurez prin meniul Instrumente-> Programator. Puteți alege programatorii Arduino / Atmel AVR ieftin prin Ebay sau alte site-uri de licitații.

Descărcați biblioteca de cuburi LED de la https://github.com/gzip/arduino-ledcube, urmați instrucțiunile de pe Github și căutați în directorul dvs. Exemple „arduino-led-cube-> ledcube”.

Dacă utilizați programatorul ICSP, țineți apăsat tasta înainte de a face clic pe Încărcare pentru a instrui ID-ul Arduino să utilizeze programatorul. Dacă utilizați adaptorul USB-la TTL, apăsați și eliberați resetarea după ce IDE-ul termină compilarea.

Odată ce codul de exemplu a fost programat, ar trebui să aveți un cub LED cu modele frumoase.

Acesta este primul meu instructable, comentariile și feedback-ul sunt binevenite.