Kostka LED 3x3x3 z Arduino Lib: 4 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Istnieją inne instrukcje dotyczące budowania kostek LED, ta jest inna z kilku powodów: 1. Jest zbudowany z niewielkiej liczby gotowych komponentów i łączy się bezpośrednio z Arduino. 2. Przejrzysty, łatwy do odtworzenia schemat obwodu jest dostarczany z dużą ilością zdjęć. 3. W oprogramowaniu zastosowano unikalne podejście, które sprawia, że programowanie kostki jest łatwiejsze i bardziej wyraziste. Potrzebne części: - 1 płyta perforowana - 3 tranzystory NPN (2N2222, 2N3904, BC547, itp.) - 12 rezystorów (~220 omów i ~10k omów) - 13 złączy (męskie lub żeńskie) - 27 diod LED - przewód

Krok 1: Przygotuj diody LED

Ten krok w dużej mierze podąża za kostką LED 4x4x4, ale zamiast tego zbudujemy sześcian 3x3x3. Kostka tej wielkości jest prawie tak duża, jak to tylko możliwe, bez wprowadzania dodatkowych obwodów i złożoności. Potrzebujemy w sumie 27 diod LED, które zostaną zgrupowane w trzy zestawy po dziewięć diod LED. Każdy zestaw dziewięciu diod LED będzie mieć wspólne połączenie między katodami (przewody ujemne). Każdy z tych zestawów będę nazywał „poziomem”. Każda z dziewięciu diod LED na poziomie jest połączona z odpowiednią diodą LED na pozostałych dwóch poziomach poprzez swoje anody (przewody dodatnie). Będą one określane jako „kolumny”. Jeśli to nie miałoby sensu, stanie się to oczywiste, gdy zbudujemy sześcian. Na początek użyjemy wiertarki, aby stworzyć przyrząd z małego kawałka drewna. Przyrząd utrzyma diody LED na miejscu podczas ich lutowania. Postanowiłem rozstawić otwory w odległości około 5/8 cala (~15 mm), ale dokładna odległość nie jest krytyczna. Otwór powinien ciasno pasować wokół diody LED, ponieważ nie chcemy, aby poruszały się one podczas lutowania. Po zakończeniu przyrządu wyginamy katodę każdej diody LED pod kątem 90 stopni. Katodę można zidentyfikować na trzy sposoby: 1) jest to krótsza nóżka, 2) znajduje się na płaskiej stronie okrągłej diody LED, 3) jest połączona z większym elementem wewnątrz diody LED. Upewnij się, że wyginasz katodę w tym samym kierunku dla wszystkich diod LED. Teraz jesteśmy gotowi do rozpoczęcia lutowania.

Krok 2: Przylutuj diody LED

Najpierw umieść dziewięć diod LED w nowo zbudowanym przyrządzie. Ustaw je tak, aby nogi były skierowane w tym samym kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Zdjęcia pokazują katodę skierowaną zgodnie z ruchem wskazówek zegara z anodą skierowaną na zewnątrz, ale odwróciłbym diody LED, gdybym zrobił to ponownie, aby noga nie zasłaniała widoku diody LED. Przylutuj boki razem, po jednej parze z każdej strony. Użyj małych klipsów, aby utrzymać nogi zaciśnięte razem podczas nakładania lutu. Po przylutowaniu każdej z czterech stron przesuń klipsy, aby połączyć rogi i nałóż lut na każdy. Na koniec przylutuj katodę środkowej diody LED do jednego z boków i odetnij nadmiar. Powtórz trzy razy. Powinieneś mieć teraz trzy zestawy po dziewięć diod LED. Ustaw dwa zestawy jeden na drugim. Zachowaj odległość równą już ustalonej odległości między diodami LED. Gdy już będziesz zadowolony z rozstawu, możesz zacisnąć każdy zestaw nóg za pomocą dwóch klipsów, po jednym w każdym kierunku, aby utrzymać nogi na miejscu podczas lutowania. Być może trzeba będzie zgiąć się wokół diody LED, aby uzyskać dobre połączenie. Przylutuj każdą z dziewięciu par, po jednej na raz. Zrób to jeszcze raz i skończysz z kostką. Połóż kostkę po jednej stronie płyty perforowanej. Upewnij się, że dziewięć nóg jest rozmieszczonych równomiernie, prowadząc każdą przez otwór. Moja deska ma pięć otworów między każdym zestawem nóg. Chcesz zostawić jak najwięcej miejsca na drugim końcu płyty perforowanej, aby zmieścić różne elementy. Dodaj kilka klipsów, aby utrzymać nogi na miejscu, gdy będziesz zadowolony z ustawienia. Zostaw dużo nóg przebijających się przez spód, ponieważ ułatwi to późniejsze lutowanie rezystorów. Odwróć płytę i przylutuj każdą z nóg, aby utrzymać je na miejscu. Odwróć kostkę z powrotem po przylutowaniu wszystkich nóg. Na koniec musimy przylutować wyprowadzenie z każdego z poziomów w dół przez spód płytki. Zdejmij kawałek solidnego drutu i zagnij mały haczyk na jednym końcu. Zawieś haczyk na jednej ze środkowych nóżek LED i przeprowadź go przez otwór w płycie perforowanej. Przylutuj końcówkę haka, aby utrzymać drut na miejscu. Powtórz ponownie dla pozostałych dwóch poziomów. Następnym krokiem jest zbudowanie reszty obwodu.

Krok 3: Zbuduj obwód

Obwód jest dość prosty. Każda z dziewięciu kolumn połączy się z pinem w Arduino przez rezystor ograniczający prąd. Każdy z trzech poziomów łączy się z ziemią za pośrednictwem tranzystora NPN, gdy jest aktywowany przez pin Arduino. Będziemy używać łącznie 12 pinów wyjściowych na Arduino, ale do zasilania jest 18 diod LED. Sztuczka polega na tym, że naraz może być zapalony tylko jeden poziom. Gdy poziom jest podłączony do uziemienia, każda z diod LED na tym poziomie może być zasilana indywidualnie przez jeden z dziewięciu pozostałych pinów Arduino. Jeśli odpowiednio szybko oświetlimy poziomy, będzie to wyglądało tak, jakby wszystkie trzy poziomy zaświeciły się jednocześnie. Zbudujmy obwód. Pierwszym krokiem jest przygotowanie dziewięciu rezystorów ograniczających prąd. Używam 220 omów na pin, co przyniesie około 22 mA. Wartość może się różnić w zależności od używanych diod LED, ale pozostaje między około 135 a 470 omów. Każdy pin może dostarczać do 40mA. W celu zaoszczędzenia miejsca chcemy przylutować rezystory w pozycji pionowej. Zegnij jeden przewód w dół, aby oba przewody były do siebie równoległe. Zrób to dla wszystkich dziewięciu rezystorów. Gdy rezystory będą gotowe, przylutujemy je jeden po drugim. Aby to ułatwić, zamierzamy przylutować przewody rezystora bezpośrednio do pozostałych elementów, zamiast używać osobnego przewodu dla każdego. Jeden koniec rezystora połączy się z kolumną, a drugi z nagłówkiem. Zacznij od pierwszego rzędu diod LED, który znajduje się najbliżej rezystorów i cofnij się. Po zakończeniu każdego rzędu możesz użyć małego kawałka taśmy, aby odizolować nakładające się przewody, aby zapobiec zwarciu. Zapoznaj się ze zdjęciami i diagramem, aby zobaczyć, jak to będzie wyglądać po zakończeniu. Teraz, gdy kolumny zostały usunięte, następnym krokiem jest przylutowanie elementów kontrolujących poziomy. Podstawa tranzystora NPN zostanie aktywowana przez pin Arduino przez rezystor ograniczający prąd 10k (lub w pobliżu). Spowoduje to połączenie odpowiedniego poziomu z ziemią, co umożliwi przepływ prądu przez diody LED. Zapoznaj się ze zdjęciami i schematem. Po zakończeniu diody LED powinny połączyć się z pinami 2-10 w Arduino, a poziomy powinny połączyć się z pinami 11-13, od dołu do góry. Piny można również konfigurować w oprogramowaniu, jeśli potrzebujesz innej konfiguracji. Obwód jest gotowy, czas przejść do oprogramowania!

Krok 4: Korzystanie z oprogramowania

Znalazłem kilka przykładów kodu pływających po sieci do sterowania kostką LED. Wszystkie one wymagały dużych tablic danych binarnych lub szesnastkowych do sterowania diodami LED. Pomyślałem, że musi być prostszy sposób, więc postanowiłem napisać własne oprogramowanie. Moją pierwszą decyzją było, aby oprogramowanie odzwierciedlało sprzęt. Oznaczało to adresowanie każdej diody LED według kolumny i poziomu zamiast używania surowych danych portu lub tradycyjnych x, y, z. Drugą decyzją było rozpoczęcie od podstawowych funkcji, takich jak włączanie i wyłączanie jednego światła, i budowanie od tego momentu. Na koniec postanowiłem wprowadzić dwie funkcje, które przydają się przy ciekawszych efektach. Jednym z nich jest bufor, który pozwala podstawowym funkcjom budować bardziej złożone wzorce. Druga to funkcja sekwencyjna, która zapala szereg diod LED pojedynczo lub wszystkie naraz. Biblioteka powstała jako kod proceduralny i luźne funkcje. Stamtąd bardzo łatwo było śledzić samouczek, aby stworzyć bibliotekę Arduino wielokrotnego użytku. Pamiętaj, aby pobrać bibliotekę i rozpakować ją do szkicownika/bibliotek. Jeśli skonfigurowany poprawnie, powinieneś znaleźć przykład w oprogramowaniu Arduino w Plik > Przykłady > LedCube > ledcube. Kod jest również dostępny na Github pod adresem gzip/arduino-ledcube. Dziękuje za przeczytanie!