Kostka Led 8x8x8: 9 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

W tej instrukcji pokażemy, jak zbudować kostkę Led 8x8x8. Wszystko zaczęło się od pomysłu na przedmiot „Kreatywna elektronika”, należący do modułu czwartego roku Inżynierii Elektroniki na Uniwersytecie w Maladze, Szkoła Telekomunikacji:

Projekt generalnie polega na współprojektowaniu sprzętu i oprogramowania. Część sprzętowa składa się z kostki i wszystkich połączeń oraz podstawy wspierającej projekt. Część oprogramowania składa się ze skalowalnej biblioteki, która została zaimplementowana w celu wykorzystania jej w innych projektach.

Sterowana przez Arduino Uno kostka składa się z pięciuset dwunastu diod LED, a ponieważ są one podzielone na kolumny i warstwy, każda z nich może być włączana indywidualnie.

Przedstawiamy kilka kroków, które mogą ułatwić projekt, choć lutowanie trwa kilka dni. Do projektu wykorzystaliśmy diody niebieskie oraz tranzystory NPN.

Tutaj załączamy listę z niezbędnym materiałem:

• 512 diod LED.
• 64 Rezystancje 220 omów.
• 9 rejestrów przesuwnych 74HC595.
• 16 Tranzystory 2N222.
• Płyta z pianki.
• Kilka metrów cienkiego drutu (1,2 mm).
• Zdejmij drut.
• Złącza (męskie i żeńskie).
• Zasilacz.
• Wstępnie nawiercona płyta (PCB).
• Wsparcie dla konstrukcji.
• Drewniane pudełko na konstrukcję.

Mamy nadzieję, że wszystkim ludziom spodoba się ta instrukcja.

Krok 1: Rysowanie szablonu dla diod LED

Pierwszym krokiem jest narysowanie szablonu ułatwiającego proces żołnierza. Na płycie piankowej musimy narysować kwadrat i podzielić go na 64 małe kwadraty, wszystkie oddzielone jednym calem. Na styku małego kwadratu z drugim musimy zrobić dziurę np. śrubokrętem, aby włożyć w nie diody dla żołnierza.

Krok 2: Zbuduj bazę

Musimy zrobić bazę, na której będą spoczywać ledy. Lepiej zrobić to z drewnianej deski, która nie jest ciężka, ale nie jest wiotka. Po zdobyciu planszy musimy powtórzyć krok 1, ale teraz tutaj. Musimy zaznaczyć drewno, rysując kwadrat 8 cali, gdzie w środku zostanie narysowane kolejne 64 kwadraty.

Kiedy już wszystko narysowaliśmy, przyszedł czas na użycie wiertarki. Odrobiną 1mm zrobimy otwór, który przebije drewno na styku każdego kwadratu, aby włożyć w nie druty podtrzymujące konstrukcję.

Zabierz swoją wiertarkę i wiercić!

Zrobiliśmy film, aby pokazać, jak to zrobić. Efekt końcowy powinien wyglądać jak na tych zdjęciach tutaj.

Krok 3: Ułóż przewody prosto

Lepiej dla konstrukcji użyć przewodów pomiędzy diodami, ponieważ sprawią, że konstrukcja będzie sztywniejsza lub nieelastyczna. Ponieważ normalnie druty sprzedawane są w rolce, musimy je prostować. Do tego etapu również będziemy potrzebować wiertarki.

Musimy przeciąć drut i włożyć plasterek do wiertarki. Po zamocowaniu na nim, musimy przytrzymać drugą część drutu i włączyć wiertarkę. Za kilka sekund drut będzie prosty jak świeczka!

W filmie pokazujemy, jak wykonać ten proces i podajemy klucz do przyspieszenia procesu: możesz uciąć dłuższy drut, wyprostować go raz, a następnie przeciąć.

Krok 4: Przylutuj warstwę

Gdy jesteśmy już pewni, że wszystkie diody świecą się dobrze, czas je przylutować. Aby proces przebiegał szybciej, musimy oddzielić katody i anody.

W tym kroku wszystkie katody zostaną połączone. Zostaną użyte 64 diody led i 11 przewodów: po jednym na każdy rząd i 3 więcej do trzymania konstrukcji. Możesz zobaczyć, jak to zrobiliśmy. Wrzucamy 3 monety po 10 centów, aby wszystkie druty ułożyć na tej samej wysokości, a następnie rozpoczyna się proces.

Bardzo ważne jest, aby po procesie lutowania sprawdzić, czy wszystkie diody są dobrze zespawane. Możesz to zrobić za pomocą Arduino, podłączając przewód do GND i sondując wejście 5V każdej diody, jak widać na filmie.

Nie zapomnij odciąć części każdej katody, która nie była żołnierska.

A teraz zrobiłeś jedno, kontynuuj z pozostałymi siedmioma!

Zrobiliśmy też kilka zdjęć, aby pokazać proces.

Krok 5: Stwórz strukturę sześcianu

Po zakończeniu lutowania następnym krokiem jest wykonanie struktury Cube. Zgrzewamy jedną warstwę nad drugą, oddzielając ją podkładkami z płyty piankowej, jak widać na zdjęciu.

Na tym etapie wszystkie anody muszą być przyspawane do drutów. Kluczem jest trzymanie pionowych drutów, gdy nadejdzie czas na wprowadzenie warstwy do konstrukcji, a Twoja praca nie będzie bardzo skomplikowana.

Jak już wspomnieliśmy, bardzo ważne jest, aby po lutowaniu sprawdzić poprawność działania diod. Nie zapomnij w tym kroku usunąć nadmiarowej nogi anody. Łatwiej jest zrobić to teraz, zamiast robić to na końcu.

Proces zostanie zakończony, gdy 8 warstw zostanie ułożonych jedna na drugiej przez anody. Następnie anody zostaną przylutowane do płytki drukowanej.

Konieczne jest podłączenie pionowych kabli od podstawy do każdej pionowej warstwy diod LED dla prawidłowego funkcjonowania każdej warstwy i zorientowania diody w osiach x, y i z. Widać to na zdjęciach.

Krok 6: Podłącz podstawę

Musimy zespawać odpowiednie warstwy za pomocą drutów z pasków, do których dodamy złącza, które wejdą w płytkę drukowaną, by finalnie oświetlić kostkę.

Każda kolumna będzie miała spawany kabel, a co 8 kolumn, które tworzą pionową warstwę, będą połączone z tym samym złączem męskim, które następnie zostanie włożone do złącza żeńskiego w płytce drukowanej. Warstwy poziome będą również zawierać złącze w celu połączenia katod w celu połączenia z płytką drukowaną.

Krok 7: Przylutuj obwody

Zgodnie ze schematem obwodu spawamy wszystkie elementy do płyty perforowanej, łącząc niezbędne połączenia i przeciągając kabel w przypadku braku miejsca do spawania.

Do tego kroku potrzebujemy:

• Płyta perforowana (może być w paski lub bez wzoru). Użyliśmy bez wzoru
• Odporności
• Złącza męskie
• Dokumentacja
• Tranzystory NPN
• Kabel pasków

Krok 8: Wsparcie kostek

Opracujemy podporę, w naszym przypadku drewna, gdzie wprowadzimy obwody i podepniemy kostkę.

Jak nam się udało? Pudełko o szerokości 26 cm, długości 31 i wysokości 10. Umieściliśmy kilka małych podpór, które zapobiegną spadnięciu kostki na dno pudełka, uszkadzając w ten sposób obwody znajdujące się pod spodem.

Krok 9: Kod i programowanie

Kod składa się z tablicy logicznej 512 wartości, które reprezentują stan każdej diody led.

Jest podzielony na dwie części, jedna odpowiada za zróżnicowanie stanu każdej diody poprzez zmianę wartości w tablicy, druga odpowiada za przesyłanie informacji do rejestrów.

Do przesyłania informacji do rejestrów wykorzystywana jest funkcja shiftOut() mająca na wejściu dane typu byte, generuje sygnały zegara i danych do transmisji szeregowej z rejestrami.

Pojawia się potrzeba przetłumaczenia tablicy Boolean na tablicę typu byte, każdy bajt reprezentuje rekord. W zależności od wielkości kostki do zaprojektowania liczba rejestrów przesuwnych w projekcie zmienia się. Ta część kodu jest skalowalna, aby ułatwić przesyłanie informacji do kostek o różnej wielkości.

Do tworzenia animacji w kostce wykorzystujemy funkcję voxelWrite(), ta funkcja pozwala nam na zmianę stanu leda według niektórych współrzędnych x,y,z.

w poniższym linku do naszej strony GitHub można znaleźć przydatne informacje: