Kostka LED 3x3 oparta na Arduino: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Witam i zapraszam do mojego pierwszego Instructable.

Przedstawiam prostą, zgrabną konstrukcję dla początkujących kostek LED 3x3x3. Aby ułatwić budowanie, podaję szczegóły niestandardowej płytki drukowanej, którą możesz wykonać samodzielnie lub kupić, instrukcje i możesz, tak jak ja, ponownie wykorzystać oprogramowanie z tej świetnej kostki LED biblioteki Arduino i arduino lib.

Jednym z celów projektu było użycie tylko części przewlekanych, są one łatwiejsze do lutowania dla początkujących i wszystko jest łatwo dostępne w Internecie na twoich ulubionych stronach aukcyjnych/zakupowych.

Konstrukcja może być zasilana z kabla USB lub zasilacza 7,5-12V DC.

Obwód wykorzystuje okrojoną konstrukcję rdzenia Arduino i można go zaprogramować w obwodzie za pomocą taniego programatora In Circuit System Programmable (ICSP) lub łatwo dostępnego adaptera USB na TTL. Jedyne oprogramowanie, którego potrzebujesz, to czcigodne środowisko Arduino IDE.

Ten projekt nie jest rewolucyjny, po prostu opiera się na jakiejś wcześniejszej pracy i ładnie go spakowałem. Mam nadzieję, że ci się spodoba.

Krok 1: Wymagane części

Ta konstrukcja wykorzystuje powszechnie dostępne części przelotowe. Twój ulubiony lokalny dystrybutor powinien zaopatrzyć się w potrzebne części.

Potrzebujesz Atmega 168p lub Atmega 328p z wgranym bootloaderem Arduino. Możesz je znaleźć w serwisie eBay, wyszukaj „bootloader arduino”, upewnij się, że kupujesz wariant Dual In Line (DIL). Potrzebne jest też gniazdo USB typu B, zwykłe, starsze, grube. Wybrałem to, ponieważ jest łatwe do lutowania. Tranzystory T1-T3 są tranzystorami NPN ogólnego przeznaczenia, podobnie jak wymienione typy, możesz użyć BC108, 2N2222, 2N3904 itd., Zawsze jednak sprawdzaj pinout tranzystora w stosunku do PCB.

W przypadku najważniejszych diod LED upewnij się, że kupujesz diody LED o wysokiej jasności lub bardzo jasne. Użyłem diod LED 10000-12000mcd od sprzedawcy na Ebay dla przykładowej kostki pokazanej tutaj. Potrzebujesz jasnych, aby nadal widzieć kostkę w normalnym oświetleniu pokoju. Jeśli opis przedmiotu szczegółowo opisuje kąt widzenia, zwykle 20 stopni, ale możesz znaleźć taki, który ma szerszy kąt widzenia, rozważ to. Te ultrajasne diody LED nie są najczystsze, gdy patrzy się na nie. Być może będziesz musiał wypróbować kilka diod LED od różnych dostawców, zanim znajdziesz te, które odpowiadają Twoim potrzebom.

Pełna lista części:

Część Wartość OpisPCB Ładna zielona płytka drukowana, zrób ją lub kup.27 3mm diod LED, kolor do wyboru. C1 Kondensator ceramiczny 100nF, 25V, skok 7,5mm C2 Kondensator ceramiczny 22pF, 25V, skok 4,4mm

C3 22p 22pF, 25V, skok 4,4mm Kondensator ceramiczny C4 100n 100nF, 25V, skok 7,5mm C5 100n 100nF, 25V, skok 7,5mm C6 10u 10uF 16V, obudowa 5,5mm Kondensator elektrolityczny, 16V C7 22u 10uF 16V, Obudowa 5,5mm Kondensator elektrolityczny, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 lub ATMEGA328 z bootloaderem Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, regulator liniowy 100mA, obudowa TO92 ICSP ICSP Listwa kołkowa, raster 0,1", 2x3. Gniazdo zasilania J1 DCJ0202, średnica wewnętrzna 2,1 mm. Listwa JP1 Pin Header, raster 0.1", 1x3 way. Q2 16MHz 16MHz, HC49 kryształ obudowy, 50ppm, niski profil R1 10k 10K 1/4W rezystor metalowy 1% R2 1k 1K 1/4W rezystor metalowy 1% R3 1k 1K 1/4W rezystor metalowy 1% R4 1k 1K 1/ Rezystor metalowy 4W 1% R5 470 470 Rezystor metalizowany 1/4W 1% R6 1k 1K Rezystor filmowy 1/4W 1% R8 100 100R Rezystor filmowy 1/4W 1% R9 100 100R Rezystor filmowy 1/4W 1% R10 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R11 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R12 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R13 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R14 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R15 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R16 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R17 470 470R 1/4W Rezystor metalowy 1% R18 1k 1K 1/4W Rezystor metalowy 1% R19 LDR Opcjonalny przełącznik PTH LDR S1 S1 4-pinowy, 6x6mm do montażu na płytce drukowanej. T1 BC547 BC547/BC548 Tranzystor NPN małej mocy, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 Tranzystor NPN małej mocy, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 Tranzystor NPN małej mocy, TO92 X4 Gniazdo USB typu B, montaż PCB przez otwór. Wysokość 4 x 3-5mm trzymać się gumowych nóżek.

Krok 2: Schemat obwodu i wyjaśnienie działania

Schemat pokazano powyżej.

Projekt oparty jest na schemacie Arduino Duemilanove, rozebranym do najistotniejszych elementów. Urządzenie USB do portu szeregowego zostało usunięte, ale istnieje złącze szeregowe JP1, które umożliwia programowanie urządzenia za pomocą adaptera USB na TTL, więcej o programowaniu później. Istnieje również nagłówek ICSP.

Płytka może działać z wtyczki USB, korzystając z wygodnego zasilacza 5 V w komputerze lub taniej ładowarki do telefonu komórkowego. Druga opcja wykorzystuje wejście wtykowe prądu stałego, które akceptuje wejście prądu stałego 7-15 V, dzięki czemu można użyć dowolnego adaptera wtyczki, który posiadasz. Obwód używa tylko 30mA, więc odrzucony adapter z martwego gadżetu powinien działać, sprawdź skrzynkę ze śmieciami.

Rezystory R12 do R17 ustawiają prąd, który ustawia jasność diod LED. Z pokazanymi CZERWONYMI diodami LED i rezystorami 470R, prąd wynosi ~5mA na diodę LED. Do obliczenia prądu LED potrzebne jest napięcie wyjściowe urządzenia Atmega (4,2 V) i spadek napięcia diody w kierunku przewodzenia, dla czerwonej diody LED jest to 1,7 V. Formuła to:

Prąd LED = (napięcie wyjściowe Atmega - napięcie LED)/I Led

Z części, których użyłem:Prąd LED = (4.2-1.7)/Prąd 470LED = 5.31mA

Ogranicz prąd z Atmegi 168/328 do 10mA

Niektóre typowe spadki napięcia LED:

Czerwony 1,7VŻółty 2,1Vpomarańczowy 2,1VZielony 2,2VNiebieski 3,2VSuper niebieski 3,6VBiały chłodny 3,6V

Możesz więc użyć niebieskiej diody LED o wysokiej jasności, rezystor spadnie do 270R. Możesz zwiększyć prąd do 10mA, w moich testach stwierdziłem, że 5mA było wystarczające.

Tranzystory T1-T3 to zwykłe tranzystory NPN BJT, BC547/BC548/2N2222 itd. Kontrolują one przełączanie każdej z trzech warstw. Rezystory R2-R4 ograniczają prąd bazowy rezystora.

R6 i dioda PWR są opcjonalne, skopiowane z Arduino, to trochę oczywiste, czy kostka LED jest zasilana.

C2, C3 i Q2 tworzą obwód zegara dla urządzenia Atmega 168/328p, wstępnie zaprogramowany bootloaderem. Upewnij się, że zainstalowałeś kondensatory 22pF tutaj, a gdzie indziej układ się nie uruchomi. C1, C4 i C5 są odsprzęgniętymi od zasilania. IC2, C6 i C7 tworzą prosty obwód regulatora liniowego. Niewiele do powiedzenia na ten temat, ale upewnij się, że kondensatory są prawidłowo dopasowane. Na rysunku PCB i sitodruku znajdują się symbole +.

SK1 i R8 i R9 to interfejs szeregowy. Za pomocą przejściówki USB na TTL można zaprogramować urządzenie, korzystając z przykładu tutaj

Krok 3: Uzyskanie plików projektowych i wykonanie PCB

Dane projektowe PCB można pobrać z Github pod adresem

Istnieją przetworzone pliki Gerber do wysłania do producenta PCB, schematy i nakładki PCB w formacie-p.webp

Płytka drukowana mogłaby być sfabrykowana w domu, zrobiłbym to, ale zabrakło mi Etchanta. Projekt może być wykonany przy użyciu jednostronnej płytki drukowanej, a górna warstwa (CZERWONA na zdjęciach) może być realizowana za pomocą ocynowanych drutów miedzianych. Użyłem https://pcbshopper.com/, aby znaleźć odpowiedniego dostawcę, dla prototypów, których używałem Elecrow.

Projekt PCB na Github ma 3 zmiany w projekcie prototypu pokazanego tutaj:

1. Regulator 7805CV został zastąpiony mniejszym regulatorem 78L05.
2. Płytka skurczyła się o 5mm.
3. Polifuse wyjąłem z zasilania USB +5V.

Krok 4: Montaż PCB

Montaż płytki PCB jest dość prosty. Dodałem zdjęcie zmontowanej płytki drukowanej i powyższego układu w celach informacyjnych. Zawsze zaczynam od dopasowania najmniejszych części i pracuję w górę, co jest szczególnie ważne, jeśli nie masz stojaka na PCB.

1. Zacznij od dopasowania rezystorów, jeszcze ich nie lutuj. Upewnij się, że wstawiasz właściwy element we właściwym miejscu. Aby ułatwić kontrolę, dopasuj je z paskiem tolerancji po prawej/na dole, co ułatwi późniejszą kontrolę. Zajrzyj tutaj, jeśli potrzebujesz pomocy w identyfikacji kodów kolorów rezystorów. Po sprawdzeniu, czy prawidłowe części znajdują się we właściwym miejscu, przylutuj części.
2. Przylutuj kryształ Q2 na miejscu i kondensatory C2 i C3.
3. Przylutuj 28-pinowe gniazdo dla Atmega168/328 na swoim miejscu, upewnij się, że pin 1 znajduje się na górze, co zapobiega włożeniu urządzenia do tyłu.
4. Dopasuj złącza ICSP i JP1.
5. Zamontuj kondensatory C1, C4 i C5, wszystkie 100nF (kod części 104).
6. Regulator liniowy IC2.
7. Zamontuj tranzystory T1, T2 i T3. Upewnij się, że nie zamieniłeś T1/T2/T23 i IC1, ponieważ wszystkie znajdują się w tym samym pakiecie.
8. Dopasuj S1, orientacja nie ma znaczenia.
9. Dopasuj C6 i C7, upewnij się, że masz prawidłową polaryzację!
10. Zamontuj złącze USB X4.
11. Załóż wtyczkę prądu stałego J1.

Ostatnim bitem do montażu jest toczona główka kołka SIL. Używam pary cienkich przecinaków, aby ostrożnie usunąć plastik z każdego pinu paska, powtarzam to, aż mam 12 przekręconych gniazd pinowych, a następnie za pomocą szczypiec i 3 rąk lutuję każdy z nich po kolei do PCB. Ponieważ większość ludzi nie ma 3 rąk, każdy otwór ocynować odrobiną lutowia, aby zakryć podkładkę, aby ostygła. Następnie przyłóż lutownicę do stopienia lutowia i włóż szpilkę, usuń lutownicę do złącza. Możesz potrzebować świeżego lutu, jeśli masz suche połączenie.

Przed sprawdzeniem lutowania zrób krótką przerwę, być może na drinka? Sprawdź lutowanie, sprawdź złącze USB, ponieważ styki są blisko siebie i szpilki w urządzeniu Atmega168/328.

Gdy będziesz zadowolony z lutowania, przymocuj samoprzylepne nóżki do spodu płytki drukowanej.

Krok 5: Montaż kostki LED

To najtrudniejsza część montażu. Nie spiesz się, nie bój się.

Do powyższych zdjęć dodałem notatki, ponieważ obrazek mówi tysiąc słów.

Kilka ważnych punktów.

1. Upewnij się, że dodatni przewód (dłuższa noga) jest skierowany w dół, gdy konstrukcja przełącza +V na 9 diod LED na każdej warstwie.
2. Upewnij się, że przewód ujemny jest wygięty pod kątem 90 stopni do diody LED, aby utworzyć poziome paski.
3. Zbuduj każdą warstwę indywidualnie i dwukrotnie/potrójnie sprawdź kompilację.
4. Upewnij się, że ocynowany drut miedziany, gdy jest używany, znajduje się w połowie odległości między każdym rzędem diod LED, co ułatwia przyklejenie przewodu przełącznika warstw.

Krok 6: Testowanie i ostateczny montaż kostki

Przed podłączeniem zespołu kostki LED lub urządzenia Atmega168/328 można wykonać kilka prostych sprawdzeń.

Jeśli masz multimetr cyfrowy (powinieneś go mieć, jeśli budujesz taki projekt), zmierz rezystancję na stykach 7 (dodatnich) i 8 (ujemnych) 28-stykowego gniazda, powinieneś mieć > 1K. Jeśli jest niższy, sprawdź lutowanie.

Następnie podłącz wejście 7-15 V do J1, wracając do styków 7 i 8 28-stykowego gniazda, zmierz napięcie, powinieneś zobaczyć 5 V, ale może wynosić od 4,90 V do 5,1 V, to jest w porządku. Jeśli zamontowałeś R6 i diodę PWR, powinna się świecić.

Odłącz J1, podłącz przewód USB do X4, podłącz kabel do koncentratora lub zasilacza sieciowego do adaptera USB 5 V, powtórz odczyt napięcia na pinach 7 i 8 28-pinowego gniazda, czy odczyt wynosi około 5 V?

Powyższe kontrole miały na celu upewnienie się, że napięcia zasilania są prawidłowe i mają właściwą polaryzację.

Następnie ostrożnie włóż urządzenie Atmega168p/328p. W razie potrzeby lekko zagnij szpilki, aby pasowały do gniazda. Używając J1 i zasilacza 7-15 V, włącz zasilanie, sprawdź, czy IC2 nagrzewa się wkrótce po włączeniu. Jeśli tak, wyłącz zasilanie i sprawdź orientację IC1.

Następnie ostrożnie włóż pierwszy rząd tablicy LED. Upewnij się, że jeden z prętów nośnych z ocynowanego drutu miedzianego znajduje się blisko PADL1, PADL2 i PADL3, będzie to potrzebne później podczas lutowania drutu dla każdej warstwy. Najlepiej zacząć od szpilki narożnej i za pomocą szczypiec z końcówkami igłowymi ostrożnie zgiąć każdy trzpień rzędem po rzędzie, aby pasował do gniazda na płytce drukowanej. Powyżej dodałem zdjęcie pierwszej złożonej warstwy. Używając kawałka jednożyłowego drutu 1/0,6, przytnij go na długość odpowiednią do przejścia od PADL1/PADL2 lub PADL3 do każdej warstwy sześcianu. Uznałem, że łatwiej jest włożyć pierwszy rząd diod LED do PCB i przylutować przewód kontrolny pierwszej warstwy (pokazany na biało), a następnie wrócić do poprzedniego kroku, zrobić kolejny rząd, a następnie zmontować każdą warstwę na PCB, ponieważ zapewniło to stabilność baza.

Zacznij od przylutowania kolejnej warstwy lutując jedną z narożnych diod LED, następnie przylutuj przeciwległy róg. Teraz sprawdź, czy warstwa jest wypoziomowana przed dalszym lutowaniem. Po dopasowaniu warstwy przylutuj pozostałe dwie narożne diody LED, tablica powinna być wypoziomowana, ale ponownie sprawdź. Przylutuj pozostałe diody LED. Powtórz montaż warstwy dla ostatniej warstwy.

Krok 7: Programowanie

W zależności od posiadanego urządzenia Atmega może być konieczne zaprogramowanie bootloadera lub po prostu pobranie kodu. Jeśli masz chip z zaprogramowanym bootloaderem, możesz użyć przejściówki USB na TTL. Postępuj zgodnie z tym przewodnikiem:

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

Możesz również użyć złącza 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP), możesz użyć innego Arduino, aby to zrobić:

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

Używam programatora Usbasp, który współpracuje z Arduino IDE, konfiguruję go za pomocą menu Tools->Programmer. Programistów Arduino/Atmel AVR można kupić tanio za pośrednictwem Ebay lub innych serwisów aukcyjnych.

Pobierz bibliotekę kostek LED ze strony https://github.com/gzip/arduino-ledcube, postępuj zgodnie z instrukcjami na Github i poszukaj w swoim katalogu przykładów „arduino-led-cube->ledcube”.

Jeśli używasz programatora ICSP, przytrzymaj shift przed kliknięciem wysyłania, aby poinstruować Arduino IDE, aby korzystało z programatora. Jeśli używasz adaptera USB-TTL, naciśnij i zwolnij reset po zakończeniu kompilacji IDE.

Po zaprogramowaniu przykładowego kodu powinieneś mieć kostkę LED z ładnymi wzorami.

To jest moja pierwsza instrukcja, komentarze i opinie są mile widziane.