DIY LED Cube: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

LED Cube er ikke annet enn et tredimensjonalt utvalg av lysdioder for å lyse opp i forskjellige former og mønstre. Det er et interessant prosjekt å lære eller forbedre ferdighetene dine i lodding, kretsdesign, 3D -utskrift og programmering. Selv om jeg ønsker å bygge en RGB -terning, tror jeg at jeg først vil begynne med en enkel enfarget ledet kube for å få erfaring.

Jeg ble superimponert og inspirert av Char -prosjektet fra Instructables, du bør sjekke det ut hvis du har tid.

Jeg skal bygge en 8x8x8 ledet terning, som ikke er annet enn 8 rader, 8 kolonner og 8 lag med lysdioder. Det er 512 lysdioder i alt. Nå er det viktigste elementet LED, velg den minste størrelsen slik at terningen er kompakt. Det er også bedre å få de diffust lysdiodene over gjennomskinnelige fordi de gjennomsiktige sprer lys og ikke er veldig tiltalende.

Trinn 1: Komponenter påkrevd

Lysdioder - 512 stk

Motstander 1k, 220E - få

Taktil bryter - 1 stk

Trykk på PÅ -bryteren - 1 stk

Overskrifter M/F - Få

Arduino Pro Mini - 1 stk

Kondensatorer 0.1uF - 9pc

Perfboard (15cm x 15cm) - 2 stk

LED - 1 stk

74HC594 - 8 stk

2N2222 Transistor - 16stk

74LS138D - 1stk

IC -kontakter 20 pinner - 9 stk

IC -kontakter 16 pinner - 1 stk

Båndkabler - 5 meter

UART programmerer

RPS

Tilgang til 3D -skriver

Trinn 2: Montering av strukturen til LED Cube

Jeg har hentet en pakke med 1000 diffust lysdioder som jeg skal bruke 512 av. Nå må vi kunne kontrollere hver av lysdiodene uavhengig, først da kan vi lage interessante mønstre.

Jeg skal bruke et Arduino Pro Mini -kort for å kontrollere lysdiodene, men dette brettet har bare 21 pinner for å kontrollere lysdiodene. Men jeg kan bruke en multiplexer til å kjøre alle de 512 lysdiodene gjennom de 21 pinnene.

Før vi går inn på utformingen av driverkretsen, la oss bygge strukturen for LED -terningen. Det er veldig viktig at vi får symmetrien riktig for at kuben skal se bra ut, så la oss først gjøre en konsert klar som vil hjelpe oss med å opprettholde symmetrien.

Jeg skal 3D -skrive ut en 120x120x2mm base for å bygge kuben. Jeg skal bruke dette til å lage hvert lag med lysdioder, som vil være omtrent 64 lysdioder per lag. Nå må jeg plassere lysdiodene jevnt over brettet. Siden katoden er omtrent 17 mm og etterlater 2 mm for lodding, skal jeg plassere hullene 15 mm fra hverandre. La oss starte 3d -utskriften.

Jeg ordner først lysdiodene på rad og kortslutter katoden. På samme måte skal jeg ordne 8 rader med lysdioder med katodene korte. Når det er gjort, har jeg 1 katodestift og 64 anodestifter, dette danner 1 lag.

Å plassere 8 slike lag oppå hverandre vil gjøre det ustabilt og strukturen deformeres. Så jeg kommer til å gi den litt ekstra støtte. Det er ganske mange måter å gjøre, og en slik måte er å bruke sølvbelagt kobbertråd, men siden jeg ikke har dette med meg, skal jeg prøve en rå metode. Å strekke loddetråden stivner den, så jeg kommer til å bruke den som støtte. Påfør litt lodding på katodestiftene før du bruker ledningen for å gi støtte. Forhåpentligvis bør bruk av den i midten og sidene gi terningen den styrken den trenger. Vi trenger omtrent 16 ledninger og det er veldig viktig at vi får denne delen riktig.

Jeg skal rette ut anodepinnene for å gjøre dem symmetriske.

Lysdiodene kan til tider bli skadet på grunn av loddevarmen, så det er bedre å sjekke dem etter å ha konstruert hvert lag. Når det er gjort, kan lagene settes opp på hverandre, og denne gangen kan anodestiften loddes. Til slutt bør du ha 64 anodestifter og en katodestift per lag. Så med disse 64 + 8 = 72 pinnene, bør vi kunne kontrollere hver av lysdiodene i denne kuben.

Nå trenger vi en støttestruktur for å montere lagene oppå hverandre.

Jeg gjorde en feil. Jeg var litt for entusiastisk og sjekket ikke om anodepinnene var i linje med hverandre. Jeg burde ha bøyd anodepinnene med 2 mm slik at hvert lag kan loddes til hverandre og en rett linje kan dannes. Siden jeg ikke gjorde dette, må jeg manuelt bøye alle pinnene jeg har loddet, og dette kan påvirke symmetrien min til slutt. Men når du konstruerer det, må du passe på å ikke gjøre den samme feilen. Nå som konstruksjonen er fullført, må vi jobbe med førerkretsen.

Trinn 3: Driverkrets - Reduser antall pinner

Som jeg nevnte i begynnelsen, trenger vi 72 IO -pinner fra kontrolleren, men det er en luksus vi ikke har råd til. Så la oss bygge en multiplexkrets og redusere antall pinner. La oss se på et eksempel, la oss ta en flip-flop IC. Dette er en flip-flopp av D-type, la oss ikke bekymre deg om det tekniske på dette tidspunktet. Den grunnleggende jobben til IC er å huske de 8 pinnene, hvorav 2 er for strømforsyning, D0 - D7 er inngangspinnene for å motta dataene og Q0 - Q7 er utgangspinnene for å sende ut de behandlede dataene. Utgangsaktiveringspinnen er en aktiv lavpinne, dvs. bare når vi gjør den til 0, vil inngangsdataene vises i utgangspinnene. Det er også en klokkepinne, la oss se hvorfor vi trenger det.

Nå har jeg fikset IC på et brødbrett og satt inngang verdiene til 10101010 med 8 lysdioder koblet til utgangen. Nå er lysdiodene på eller av basert på inngangen. La meg endre inngangen til 10101011 og sjekke utgangen. Jeg ser ingen endring med lysdiodene. Men når jeg sender en lav til høy puls gjennom klokkestiften, endres utgangen basert på den nye inngangen.

Vi kommer til å bruke dette konseptet til å utvikle vårt kretskort. Men vår IC kan bare huske 8 input -pin -data, så vi kommer til å bruke totalt 8 slike IC -er for å støtte 64 innganger.

Trinn 4: Driver Circuit Design

Jeg begynner med å multiplexere alle inngangspinnene til IC til de 8 datapinnene til mikrokontrolleren. Trikset her er å dele 64-biters data fra de 8 pinnene i 8 biter med data.

Nå, når jeg sender de 8 bitene med data til den første IC etterfulgt av et lavt til høyt pulssignal i klokkestiften, vil jeg se inngangsdataene reflektere i utgangspinnene. På samme måte, ved å sende 8 bits data til resten av IC -ene og kontrollere klokkepinnene, kan jeg sende 64 bits data til alle IC -ene. Nå er det andre problemet mangelen på klokkepinner i kontrolleren. Så jeg kommer til å bruke en 3- til 8 -linjers dekoder IC for å multiplekse klokkepinnkontrollene. Ved å bruke de 3 adressepinnene i dekoderen i kombinasjon med mikrokontrolleren kan jeg styre de 8 utgangspinnene på dekoderen. Disse 8 utgangspinnene må kobles til klokkepinnene i IC -ene. Nå må vi kortere alle utgangsaktiveringspinnene og koble til en pinne på mikrokontrolleren, ved å bruke denne bør vi kunne slå på eller av alle lysdiodene.

Det vi har gjort så langt er bare for et enkelt lag, nå må vi utvide funksjonaliteten til andre lag via programmering. Én LED bruker omtrent 15mA strøm, så med dette tallet trenger vi omtrent 1 amp strøm for et enkelt lag. Nå kan Arduino pro mini -kortet bare skaffe eller synke opptil 200 mA strøm. Siden bryterstrømmen er for mye, må vi bruke en BJT eller MOSFET for å kontrollere laget av lysdioder. Jeg har ikke mange MOSFET -er, men jeg har noen få NPN- og PNP -transistorer. Teoretisk sett må vi kanskje bytte opptil 1 amp strøm per lag. Av transistorene jeg fikk, kan den høyeste bare bytte omtrent 800mA strøm, 2N22222 -transistoren.

Så la oss ta 2 transistorer og øke deres nåværende evne ved å koble dem parallelt. Mange mennesker når de bruker denne metoden, bruker bare basisgrensemotstanden, men problemet her er at temperaturen endrer strømmen gjennom transistorene blir ubalansert og forårsaker stabilitetsproblemer. For å dempe problemet kan vi også bruke lignende 2 motstander i senderen for å regulere strømmen selv når temperaturen endres. Dette konseptet kalles emitter degenerasjon. Emittermotstanden gir en slags tilbakemelding for å stabilisere forsterkningen til transistoren.

Jeg skal bare bruke motstander bare i basen. Dette kan forårsake problemer i fremtiden, men siden dette bare er en prototype, vil jeg håndtere det senere.

Trinn 5: Lodding av komponentene

La oss montere kretsen på et perfboard. La oss starte med flip -flops IC -er og bruke en IC -holder til dette formålet. Start alltid med den første og siste pinnen, sjekk for stabilitet, og lodd deretter resten av PIN -koder. La oss også bruke en mannlig overskrift for plug -and -play av strømbegrensningsmotstandene og for tilkobling til kuben. Koble nå ICs avkoblingskondensatorer nær strømforsyningspinnene på IC.

La oss deretter jobbe med mikrokontrolleren. For å få det til å plugge og spille, la oss bruke en holder og koble hunnpinnene først, og deretter plassere mikrokontrolleren.

På tide å jobbe med transistorene. 16 1K ohm motstander kreves for å koble til basen på transistorene. For å holde de vanlige katodestiftene til LED Cube i en standard logisk tilstand, skal jeg bruke en 8 K ohm zip -motstand, som inneholder 8 motstander. Endelig lar vi jobbe med adressekoder IC. Nå er kretsen klargjort i likhet med kretsdesignet.

Trinn 6: 3D -utskrift

Vi trenger et kabinett for kretskortet og led -terningen, så vi kan bruke en 3D -trykt. Jeg skal gjøre det til 3 deler for enkel montering.

Først en bunnplate for å holde den ledde strukturen. For det andre et sentralt organ for elektronikken. For det tredje, et lokk for å lukke huset.

Trinn 7: Innpakning

La oss starte med å montere ledstrukturen. Du kan skyve pinnene gjennom hullene og lodde det direkte til kretskortet, men av hensyn til stabiliteten skal jeg først bruke et perf -bord og deretter lodde det til kretsen. Jeg bruker en båndkabel for å lodde til lysdiodene, og deretter koble den andre enden til de respektive flip-flop IC-utgangspinnene.

For å koble mellom transistoren og LED -kubelagene, må vi ha uavhengige pinner for å koble til katodestiftene. Før vi slår den på, er det viktig å sjekke kontinuitet og spenning mellom punktene. Når alt er bra, kan IC -ene kobles til og deretter slås på. Igjen, det er godt å sjekke om alle lysdiodene lyser ved å koble den direkte til strømmen før du kobler den gjennom kretsen. Hvis alt viste seg å være bra, kan LED-kablene kobles til de respektive vippepunktene.

La oss gjøre litt oppryddingsarbeid - koble fra mikrokontrollerens programmeringskabel, kutt utstående pinner, etc. La oss nå koble programmeringskabelen til huset på huset, fikse en statuslys, en strømbryter og til slutt en tilbakestillingsbryter. Vi er nær ved å fullføre den, så la oss sette sammen de 3 delene. Start med LED -basen til kroppen, og lukk deretter lokket nederst når kablene sitter godt.

Last ned koden til Arduino Pro Mini, og det er det!

Takk til Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ for hans utmerkede Instructable og Code.