Arduino -basert 3x3 LED -kube: 7 trinn (med bilder)

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

Hei og velkommen til min første Instructable.

Jeg presenterer et enkelt, pent design for en nybegynner 3x3x3 LED -terning. For å gjøre det enklere å bygge, gir jeg detaljer om tilpasset PCB, du kan lage deg selv eller kjøpe, instruksjoner, og du kan, som meg, bruke programvaren fra denne flotte Arduino-biblioteket LED-kube og arduino lib.

Et av designmålene var å bare bruke hulldeler, de er lettere for nybegynnere å lodde, og alt er lett tilgjengelig via internett på dine favorittauksjoner/shoppingsteder.

Designet kan drives fra en USB-kabel eller en 7,5-12V likestrømadapter.

Kretsen bruker en nedskåret Arduino-kjernedesign, og du kan programmere den i krets ved hjelp av enten en billig In Circuit System Programmable (ICSP) programmerer eller en lett tilgjengelig USB til TTL-adapter. Den eneste programvaren du trenger er den ærverdige Arduino IDE.

Dette designet er ikke revolusjonært, det bygger bare på tidligere arbeid, og jeg pakket det pent. Jeg håper du liker det.

Trinn 1: Deler påkrevd

Denne designen bruker allment tilgjengelige gjennom hulldeler. Din lokale favorittdistributør bør lagre delene du trenger.

Du trenger en Atmega 168p eller Atmega 328p med Arduino bootloader blinket inn i den. Du finner disse på Ebay, søk etter "arduino bootloader", sørg for at du kjøper Dual In Line (DIL) -varianten. Du trenger også en USB type B -kontakt, den vanlige, eldre, fete. Jeg valgte dette fordi det er enkelt å lodde. Transistorene, T1-T3 er NPN-transistorer for generelle formål, så vel som typene som er oppført, du kan bruke BC108, 2N2222, 2N3904 osv. Sjekk alltid transistor pinout mot PCB.

For de viktige lysdiodene, sørg for at du kjøper høy lysstyrke eller ultralette lysdioder. Jeg brukte 10000-12000mcd LED fra en selger på Ebay for eksempelkuben som vises her. Du vil ha lyse, slik at du fortsatt kan se kuben i normal rombelysning. Hvis varebeskrivelsen beskriver visningsvinkelen, vanligvis 20 grader, men du kan finne en med en bredere synsvinkel, kan du vurdere det. Disse ultralette lysdiodene er ikke de mest klare når de settes på siden. Du må kanskje prøve noen få lysdioder fra forskjellige leverandører før du finner de som passer dine behov.

Komplett deleliste:

Del Verdi Beskrivelse PCB Den fine grønne kretskortet, gjør det eller kjøp det. 27 3 mm lysdioder, farge du ønsker. C1 100n 100nF, 25V, 7,5mm pitch keramisk kondensator C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm pitch keramisk kondensator

C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch keramisk kondensator C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C6 10u 10uF 16V, 5.5mm etui Elektrolytisk kondensator, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5mm kabinett Elektrolytisk kondensator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 eller ATMEGA328 med Arduino bootloader IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA lineær regulator, TO92 pakke ICSP ICSP Pin header strip, 0.1 "pitch, 2x3 way. J1 DCJ0202 DC socket, 2.1mm inner diameter. JP1 Pin header strip, 0.1 "pitch, 1x3 way. Q2 16MHz 16MHz, HC49 -krystall, 50ppm, lavprofil R1 10k 10K 1/4W metallfilmmotstand 1% R2 1k 1K 1/4W metallfilmmotstand 1% R3 1k 1K 1/4W metallfilmmotstand 1% R4 1k 1K 1/ 4W metallfilm motstand 1% R5 470 470 1/4W metall film motstand 1% R6 1k 1K 1/4W metall film motstand 1% R8 100 100R 1/4W metall film motstand 1% R9 100 100R 1/4W metall film motstand 1% R10 470 470R 1/4W metallfilmmotstand 1% R11 470 470R 1/4W metallfilmmotstand 1% R12 470 470R 1/4W metallfilmmotstand 1% R13 470 470R 1/4W metallfilmmotstand 1% R14 470 470R 1/4W metallfilm motstand 1% R15 470 470R 1/4W metall film motstand 1% R16 470 470R 1/4W metall film motstand 1% R17 470 470R 1/4W metall film motstand 1% R18 1k 1K 1/4W metall film motstand 1% R19 LDR Valgfri LDR S1 S1 4 -pinners, 6x6mm PCB -montert PTH -bryter. T1 BC547 BC547/BC548 NPN transistor med lav effekt, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 NPN transistor med lav effekt, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 lav effekt NPN transistor, TO92 X4 USB type B-kontakt, PCB-montering gjennom hullet. 4 x 3-5 mm høy stikk på gummiføtter.

Trinn 2: Kretsdiagram og driftsforklaring

Skjematisk er vist ovenfor.

Designet er basert på Arduino Duemilanove skjematisk, strippet ned til det viktigste. USB til seriell enhet ble fjernet, men det er en seriell overskrift, JP1, som lar en USB til TTL -adapter programmere enheten, mer om programmering senere. Det er også ICSP -topptekst.

Brettet kan betjenes fra USB -kontakten, ved hjelp av den praktiske 5V -forsyningen i PC -en, eller en billig pakke med mobiltelefonlader. Det andre alternativet bruker DC-plugginngangen, dette godtar en 7-15V DC-inngang, slik at du kan bruke hvilken som helst pluggadapter du har. Kretsen bruker bare 30mA, så kassert adapter fra en død gadget skal fungere, sjekk søppelboksen din.

Motstandene R12 til R17 angir strømmen, som angir lysstyrken til lysdiodene. Med RØDE lysdioder og 470R -motstandene vist, er strømmen ~ 5mA per LED. For å beregne LED -strømmen trenger du utgangsspenningen til Atmega -enheten (4,2V) og fremspenningsfallet til LED -en, for en rød LED er den 1,7V. Formelen er:

LED -strøm = (Atmega utgangsspenning - LED -spenning)/I Led

Med delene jeg brukte: LED-strøm = (4.2-1.7)/470LED-strøm = 5.31mA

Begrens strømmen fra Atmega 168/328 til 10mA

Noen vanlige LED -spenningsfall:

Rød 1.7V Gul 2.1V Oransje 2.1V Grønn 2.2V Blå 3.2V Superblå 3.6V Hvit kul 3.6V

Så du kan bruke en blå lysdiode med høy lysstyrke, motstanden vil falle til 270R. Du kan øke strømmen til 10mA, i testene mine fant jeg ut at 5mA var tilstrekkelig.

Transistorer T1-T3 er vanlige NPN BJT-transistorer, BC547/BC548/2N2222 etc. De styrer koblingen av hvert av de tre lagene. Motstandene R2-R4 begrenser motstandens basestrøm.

R6 og PWR LED er valgfrie, kopiert fra Arduino, det er litt åpenbart om strømmen er på LED -terningen.

C2, C3 og Q2 danner klokkekretsen for Atmega 168/328p-enheten, forhåndsprogrammert med bootloader. Sørg for at du passer til 22pF kondensatorene her og ikke andre steder, hvis ikke brikken vil starte. C1, C4 og C5 er frakobling av strømforsyning. IC2, C6 og C7 danner en enkel lineær regulator krets. Ikke mye å si om dette, men sørg for at du monterer kondensatorene på riktig måte. Det er + symboler på PCB -tegningen og silketrykket.

SK1 og R8 og R9 er det serielle grensesnittet. Ved å bruke en USB til TTL-adapter kan du programmere enheten ved å bruke eksemplet her

Trinn 3: Skaffe designfilene og lage kretskortet

PCB -designdataene kan lastes ned fra Github på

Det er behandlede Gerber -filer for sending til en PCB -produsent, skjematisk og PCB -overlegg i-p.webp

PCB -en kunne produseres hjemme, jeg ville ha gjort dette, men jeg gikk tom for Etchant. Designet kan produseres ved hjelp av en ensidig PCB, og det øverste laget (RØDT på bildene) kan implementeres ved bruk av fortinnede kobbertrådledninger. Jeg brukte https://pcbshopper.com/ for å finne en passende leverandør, for prototypene jeg brukte Elecrow.

PCB -designet på Github har 3 endringer i prototypedesignet som vises her:

1. 7805CV -regulatoren er erstattet av en mindre 78L05 -regulator.
2. PCB krympet med 5 mm.
3. Jeg fjernet polyfuse fra USB +5V feed.

Trinn 4: Montering av kretskortet

Kretskortet er rimelig rett frem å montere. Jeg har lagt til et bilde av det monterte kretskortet og oppsettet ovenfor som referanse. Jeg begynner alltid med å montere de minste delene først og jobbe oppover, spesielt viktig hvis du ikke har et PCB -stativ.

1. Start med å montere motstandene først, ikke lodd dem ennå. Sørg for at du setter inn riktig komponent på riktig sted. For enkel kontroll, monter dem med toleransebåndet til høyre/bunn, det gjør det lettere å sjekke etterpå. Se her hvis du trenger hjelp til å identifisere motstandens fargekoder. Når du har bekreftet at riktige deler er på rett sted, lodder du delene.
2. Lodd krystallet Q2 på plass og kondensatorene C2 og C3.
3. Lodd 28 -pinners kontakten for Atmega168/328 på plass, sørg for at du har pinnen 1 hakk øverst, dette bidrar til å forhindre at enheten settes bakover.
4. Monter ICSP- og JP1 -kontaktene.
5. Monter kondensatorene C1, C4 og C5, alle 100nF (delkode 104).
6. Den lineære regulatoren IC2.
7. Monter transistorene T1, T2 og T3. Sørg for at du ikke har byttet T1/T2/T23 og IC1, da de alle er i samme pakke.
8. Passer S1, retningen spiller ingen rolle.
9. Passer til C6 og C7, sørg for at du får riktig polaritet!
10. Monter USB -kontakten X4.
11. Monter likestrømkontakten J1.

Den siste biten som skal monteres er SIL -svingtappen. Jeg bruker et par fine kuttere til å fjerne plasten forsiktig fra hver pinne på stripen, jeg gjentar dette til jeg har 12 dreide stikkontakter, deretter bruker jeg en tang og 3 hender, og lodder hver etter tur til PCB. Siden de fleste ikke har 3 hender, tenner du hvert hull med litt loddetinn, for å dekke puten, la den avkjøle. Påfør deretter loddejernet for å smelte loddetinnet og sett inn tappen, fjern loddejernet for en skjøt. Du kan trenge litt frisk loddetinn hvis du har en tørr ledd.

Før du sjekker loddetinnet, ta en liten pause, kanskje for en drink? Kontroller loddetinnet, sjekk USB -kontakten ettersom pinnene er tett plassert og pinnene på Atmega168/328 -enheten.

Når du er fornøyd med loddetinnet, fester du de selvklebende føttene til undersiden av kretskortet.

Trinn 5: Montering av LED -kuben

Dette er den vanskeligste delen av forsamlingen. Ta deg god tid, ikke vær redd.

Jeg har lagt til notater til bildene ovenfor ettersom et bilde sier tusen ord.

Noen viktige punkter.

1. Sørg for at den positive ledningen (lengre ben) peker nedover når designet bytter +V til de 9 lysdiodene på hvert lag.
2. Sørg for at den negative ledningen er bøyd 90 grader til LED -en for å lage de horisontale stolpene.
3. Bygg hvert lag individuelt og dobbel/trippel kontroll av bygget.
4. Sørg for at den fortinnede kobbertråden, når den brukes, er halvveis mellom hver rad med lysdioder, noe som gjør det lettere å feste lagbryteren.

Trinn 6: Testing og siste terningmontering

Før du kobler til LED -kubeenheten eller Atmega168/328 -enheten, kan du gjøre noen få enkle kontroller.

Hvis du har en DMM (du bør ha en hvis du bygger et prosjekt som dette), måler du motstanden over pinnene 7 (positiv) og 8 (negativ) på 28 -pinners kontakten, du bør ha> 1K. Hvis det er lavere enn dette, sjekk loddetinnet ditt.

Påfør deretter en 7-15V inngang til J1, gå tilbake til pinne 7 og 8 i 28-pinners kontakten, måle spenningen, du bør se 5V, men den kan være hvor som helst mellom 4.90V og 5.1V, dette er greit. Hvis du har montert R6 og PWR LED, bør dette lyse.

Koble fra J1, koble en USB -ledning til X4, koble kabelen til en hub eller strømnettet til 5V USB -adapter, gjenta spenningsavlesningen på pinnene 7 og 8 i 28 -pinners kontakten, er avlesningen rundt 5V?

Kontrollene ovenfor skulle sikre at forsyningsspenningene var riktige og med riktig polaritet.

Sett deretter Atmega168p/328p -enheten forsiktig inn. Bøy pinnene litt, om nødvendig, for å passe til kontakten. Slå på strømmen ved å bruke J1 og 7-15V-forsyningen, se om IC2 blir varm like etter at den er slått på. Hvis den gjør det, må du slå av strømmen og kontrollere retningen til IC1.

Sett deretter inn den første raden i LED -matrisen forsiktig. Sørg for at en av de fortinnede kobbertrådstøttestengene er nær PADL1, PADL2 og PADL3, du trenger dette senere når du lodder ledningen for hvert lag. Det er best å starte med en hjørnepinne og bruke en nåletang, bøy hver pinne forsiktig litt, rad for rad, for å passe til kontakten på kretskortet. Jeg har lagt til et bilde av det første monterte laget ovenfor. Klipp den til en lengde som er egnet for å gå fra PADL1/PADL2 eller PADL3 til hvert lag av kuben med et stykke enkelttrådet 1/0,6 wire. Jeg syntes det var lettere å sette inn den første raden med lysdioder i kretskortet og lodde den første lagets kontrolltråd (vist i hvitt) og deretter gå tilbake til forrige trinn, lage en annen rad, og deretter montere hvert lag på kretskortet, da dette ga en stabil utgangspunkt.

Start med å lodde det neste laget ved å lodde en av hjørne -lysdiodene, og lodde deretter det motsatte hjørnet. Sjekk nå at laget er i vater før du lodder mer. Når du har justert laget, lodder du de to andre hjørnelydene, matrisen skal være jevn, men sjekk det på nytt. Lodd de resterende lysdiodene. Gjenta lagmonteringen for det siste laget.

Trinn 7: Programmering

Avhengig av Atmega -enheten din, må du kanskje programmere oppstartslasteren eller bare laste ned koden. Hvis du har en brikke med bootloaderen allerede er programmert, kan du bruke en USB til TTL -adapter. Følg denne veiledningen:

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

Du kan også bruke 2x3 -pinners In Circuit System Programmable (ICSP) -kontakt, du kan bruke en annen Arduino til å gjøre dette:

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

Jeg bruker en Usbasp-programmerer som fungerer med Arduino IDE, konfigurer dette via Verktøy-> Programmer-menyen. Du kan plukke Arduino/Atmel AVR -programmerere opp billig via Ebay eller andre auksjonssteder.

Last ned LED-kube-biblioteket fra https://github.com/gzip/arduino-ledcube, følg instruksjonene på Github og se i Eksempel-katalogen etter 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Hvis du bruker ICSP -programmereren, holder du inne shift før du klikker på opplasting for å instruere Arduino IDE om å bruke programmereren. Hvis du bruker USB-til-TTL-adapteren, trykker du på og slipper tilbakestillingen når IDE er ferdig med å kompilere.

Når eksempelkoden var programmert, bør du ha en LED -terning med vakre mønstre.

Dette er min første instruks, kommentarer og tilbakemeldinger mottas med takk.