DIY LED -kuutio: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

LED-kuutio on vain kolmiulotteinen joukko LED-valoja, jotka syttyvät eri muodoissa ja kuvioissa. Se on mielenkiintoinen projekti oppia tai parantaa juotos-, piirisuunnittelu-, 3D -tulostus- ja ohjelmointitaitojasi. Vaikka haluaisin rakentaa RGB -kuution, mielestäni aloitan ensin yksinkertaisella yksivärisellä led -kuutiolla kokemuksen hankkimiseksi.

Olin erittäin vaikuttunut ja innoittamani Charin projektista Instructablesista, sinun pitäisi tarkistaa se, jos sinulla on aikaa.

Aion rakentaa 8x8x8 led -kuution, joka on vain 8 riviä, 8 saraketta ja 8 kerrosta LED -valoja. Yhteensä 512 LEDiä. Nyt tärkein kohde on LED, valitse pienin koko niin, että kuutio on kompakti. Lisäksi on parempi saada hajaantuneet LEDit läpikuultavien päälle, koska läpikuultavat heijastavat valoa eivätkä ole kovin houkuttelevia.

Vaihe 1: Tarvittavat komponentit

LEDit - 512 kpl

Vastukset 1k, 220E - muutama

Kosketuskytkin - 1 kpl

Paina ON -kytkin - 1 kpl

Otsikot M/F - Harvat

Arduino Pro Mini - 1 kpl

Kondensaattorit 0,1uF - 9kpl

Perfboard (15cm x 15cm) - 2kpl

LED - 1kpl

74HC594 - 8kpl

2N2222 Transistori - 16kpl

74LS138D - 1kpl

IC -pistorasiat 20 -nastainen - 9kpl

IC -pistorasiat 16 -nastainen - 1kpl

Nauhakaapelit - 5 metriä

UART -ohjelmoija

RPS

Pääsy 3D -tulostimeen

Vaihe 2: LED -kuution rakenteen kokoaminen

Olen valinnut 1000 hajautetun LED -valon paketin, joista aion käyttää 512. Nyt meidän on kyettävä hallitsemaan jokaista LEDiä itsenäisesti, vasta sitten voimme tehdä mielenkiintoisia kuvioita.

Aion käyttää Arduino Pro Mini -levyä LEDien ohjaamiseen, mutta tällä kortilla on vain 21 nastaa LEDien ohjaamiseen. Mutta voin käyttää multiplekseriä ohjaamaan kaikki 512 LEDiä 21 nastaa.

Ennen kuin aloitamme ohjainpiirin suunnittelun, rakennetaan LED -kuution rakenne. On erittäin tärkeää, että saamme symmetrian oikein kuution näyttämiseksi hyvältä, joten valmistellaan ensin keikka, joka auttaa meitä säilyttämään symmetrian.

Aion 3D -tulostaa 120x120x2mm -pohjan kuution rakentamista varten. Aion käyttää tätä luomaan jokaisen LED -kerroksen, joka on noin 64 LEDiä kerrosta kohti. Nyt minun on sijoitettava LEDit tasaisesti koko laudalle. Koska katodi on noin 17 mm, jättäen 2 mm juottamista varten, aion sijoittaa reiät 15 mm: n välein. Aloitetaan 3D -tulostus.

Järjestän ensin LEDit peräkkäin ja oikosulkuun katodin. Samoin aion järjestää 8 riviä LED -valoja, joissa on katodit oikosulussa. Kun se on valmis, minulla on 1 katoditappi ja 64 anodipistettä, tämä muodostaa 1 kerroksen.

8 tällaisen kerroksen asettaminen päällekkäin tekee siitä epävakaan ja rakenne epämuodostuu. Joten aion antaa sille lisätukea. On olemassa useita tapoja tehdä ja yksi sellainen tapa on käyttää hopeoitua kuparilankaa, mutta koska minulla ei ole tätä mukanani, aion kokeilla karkeaa menetelmää. Juotoslangan venyttäminen jäykistää sitä, joten aion käyttää sitä tukena. Levitä juotosta katoditappeihin ennen langan käyttöä tukemiseksi. Toivottavasti sen käyttäminen keskellä ja sivuilla antaa kuudille sen tarvitseman voiman. Tarvitsemme noin 16 johtoa, ja on erittäin tärkeää, että saamme tämän osan oikein.

Aion suoristaa anoditapit, jotta ne ovat symmetrisiä.

LEDit voivat vahingoittua ajoittain juotoslämmön vuoksi, joten on parempi tarkistaa ne jokaisen kerroksen rakentamisen jälkeen. Kun kerrokset on tehty, ne voidaan koota päällekkäin ja tällä kertaa anoditapit voidaan juottaa. Lopuksi sinulla pitäisi olla 64 anodipistettä ja yksi katoditappi kerrosta kohden. Joten näiden 64 + 8 = 72 nastan avulla meidän pitäisi pystyä ohjaamaan jokaista tämän kuution LED -valoa.

Nyt tarvitsemme tukirakenteen kerrosten kokoamiseksi toistensa päälle.

Tein virheen. Olin hieman liian innostunut enkä tarkistanut, ovatko anoditapit kohdakkain toistensa kanssa. Minun olisi pitänyt taivuttaa anoditappeja 2 mm niin, että jokainen kerros voidaan juottaa toisiinsa ja muodostaa suora viiva. Koska en tehnyt tätä, minun on taivutettava manuaalisesti kaikki juotetut nastat, mikä voi vaikuttaa symmetriaani lopulta. Mutta kun rakennat sen, ole varovainen, ettet tee samaa virhettä. Nyt rakentaminen on valmis, joudumme työskentelemään ohjainpiirin parissa.

Vaihe 3: Ohjainpiiri - Vähennä nastojen määrää

Kuten alussa mainitsin, tarvitsemme 72 IO -nastaa ohjaimesta, mutta se on ylellisyyttä, johon meillä ei ole varaa. Joten rakennetaan multipleksointipiiri ja vähennetään nastojen määrää. Katsotaanpa esimerkkiä, otetaan flip-flop IC. Tämä on D-tyypin kiikari, älä huolehdi teknisistä yksityiskohdista tässä vaiheessa. IC: n perustehtävänä on muistaa 8 nastaa, joista 2 on virtalähdettä, D0 - D7 ovat tulonapit tietojen vastaanottamiseksi ja Q0 - Q7 ovat lähtötapit käsitellyn datan lähettämiseksi. Lähdön sallintatappi on aktiivinen matala nasta, eli vain kun teemme sen 0: ksi, tulodata näkyy ulostulonappeissa. Siellä on myös kellotappi, katsotaan miksi tarvitsemme sitä.

Nyt olen kiinnittänyt IC: n leipälevylle ja asettanut tulon arvoiksi 10101010, kun 8 LEDiä on kytketty lähtöön. Nyt LEDit palavat tai sammuvat tulon perusteella. Haluan muuttaa tuloksi 10101011 ja tarkistaa lähdön. En näe mitään muutosta LEDien kanssa. Mutta kun lähetän matalasta korkeaan pulssin kellotaulun läpi, lähtö muuttuu uuden tulon perusteella.

Aiomme käyttää tätä konseptia ohjainkorttimme kehittämiseen. IC -laitteemme voi kuitenkin muistaa vain 8 tulonastatietoa, joten aiomme käyttää yhteensä 8 tällaista IC: tä 64 tulon tukemiseen.

Vaihe 4: Ohjainpiirin suunnittelu

Aloitan multipleksoimalla kaikki IC: n tulonastat mikrokontrollerin 8 datanastaan. Temppu tässä on jakaa 8-nastaisten 64-bittiset tiedot 8 bittiin.

Nyt, kun välitän 8 bittiä dataa ensimmäiselle IC: lle, jota seuraa kellotaulun matala tai korkea pulssisignaali, näen, että tulodata heijastuu lähtötapeissa. Samoin lähettämällä 8 bittiä dataa muille IC: ille ja ohjaamalla kellonappeja voin lähettää 64 bittiä dataa kaikille IC: ille. Nyt toinen ongelma on kellonappien puute ohjaimessa. Joten aion käyttää 3 - 8 -rivin dekooderin IC: tä kellotaulun ohjainten multipleksoimiseen. Käyttämällä dekooderin 3 osoitintappia yhdessä mikro -ohjaimen kanssa voin ohjata dekooderin 8 lähtötapaa. Nämä 8 ulostulonappia on liitettävä IC: n kellonappeihin. Nyt meidän on lyhennettävä kaikki ulostulon mahdollistavat nastat ja liitettävä mikrokontrollerin nastaan. Tämän avulla meidän pitäisi pystyä kytkemään päälle tai pois kaikki LEDit.

Tähän mennessä olemme tehneet vain yhden kerroksen, nyt meidän on laajennettava toiminnallisuus muihin tasoihin ohjelmoinnin avulla. Yksi Led kuluttaa noin 15 mA virtaa, joten tämän numeron mukaan tarvitsemme noin 1 ampeerin virtaa yhdelle kerrokselle. Nyt Arduino pro mini -kortti voi tuottaa tai upottaa vain 200 mA virtaa. Koska kytkentävirta on liian suuri, joudumme käyttämään BJT: tä tai MOSFETia LED -kerroksen ohjaamiseen. Minulla ei ole monia MOSFET -laitteita, mutta minulla on muutama NPN- ja PNP -transistori. Teoreettisesti meidän on ehkä vaihdettava jopa 1 ampeeria virtaa kerrosta kohden. Saamistani transistoreista korkein voi vaihtaa vain noin 800 mA virtaa, 2N22222 -transistori.

Otetaan siis 2 transistoria ja lisätään niiden nykyistä kapasiteettia yhdistämällä ne rinnakkain. Monet ihmiset, kun he käyttävät tätä menetelmää, käyttävät vain perusrajavastuksia, mutta ongelma on tässä, koska lämpötilan muutokset virtaa transistorien kautta muuttuvat epätasapainoisiksi ja aiheuttavat vakausongelmia. Ongelman lieventämiseksi voimme käyttää emitterissä samanlaisia 2 vastusta säätämään virtaa myös lämpötilan muuttuessa. Tätä käsitettä kutsutaan emitterin rappeutumiseksi. Emitterivastus antaa eräänlaisen palautteen vakauttaakseen transistorin vahvistuksen.

Käytän vain vastuksia vain tukiasemassa. Tämä voi aiheuttaa ongelmia tulevaisuudessa, mutta koska tämä on vain prototyyppi, käsittelen sitä myöhemmin.

Vaihe 5: Komponenttien juottaminen

Kootaan nyt piiri piirilevylle. Aloitetaan flipflop -IC: istä ja käytämme IC -pidikettä tähän tarkoitukseen. Aloita aina ensimmäisellä ja viimeisellä nastalla, tarkista vakaus ja juota loput PIN -koodit. Käytämme myös urospuolista otsikkoa virranrajoitusvastuksien kytkemisen ja pelaamisen vuoksi ja liittämiseksi kuutioon. Liitä nyt IC: n irrotuskondensaattorit lähelle IC: n virtalähdettä.

Seuraavaksi työskennellään mikro -ohjaimen parissa. Jotta se kytkeytyy ja toimii, käytämme pidikettä ja liitämme ensin naaraspuoliset nastat ja aseta sitten mikro -ohjain.

Aika työskennellä transistorien parissa. 16 1K ohmin vastuksia tarvitaan liitettäväksi transistorien kantaan. Jotta LED -kuution yhteiset katodinastat pysyvät oletusloogisessa tilassa, aion käyttää 8 K ohmin vetoketjullista vastusta, joka sisältää 8 vastusta. Lopuksi päästään työskentelemään osoitteiden dekooderin IC kanssa. Nyt piiri on valmis piirin suunnittelun kaltaiseksi.

Vaihe 6: 3D -tulostus

Tarvitsemme kotelon piirilevyn ja led -kuution asentamiseksi, joten käytämme 3D -tulostettua. Aion tehdä sen 3 osaan kokoamisen helpottamiseksi.

Ensinnäkin pohjalevy led -rakenteen pitämiseksi. Toiseksi elektroniikan keskusyksikkö. Kolmanneksi kansi kotelon sulkemiseksi.

Vaihe 7: Kääriminen

Aloitetaan led -rakenteen asentamisesta. Voit työntää tapit reikien läpi ja juottaa sen suoraan piirilevylle, mutta vakauden vuoksi aion käyttää ensin perf -levyä ja sitten juottaa sen piiriin. Käytän nauhakaapelia juottaakseni LED-valot ja kytke sitten toinen pää vastaaviin kiikkujen IC-lähtöjen nastoihin.

Jotta voimme muodostaa yhteyden transistorin ja LED -kuutukerrosten välille, meillä on oltava itsenäiset nastat, jotka voidaan yhdistää katodinappeihin. Ennen kuin kytket virran päälle, on tärkeää tarkistaa jatkuvuus ja jännite pisteiden välillä. Kun kaikki on kunnossa, IC: t voidaan kytkeä ja kytkeä päälle. Jälleen on hyvä tarkistaa, palaako kaikki LEDit liittämällä se suoraan virtalähteeseen, ennen kuin liität sen piirin läpi. Jos kaikki todetaan hyviksi, led-kaapelit voidaan liittää vastaaviin flip-flop-pisteisiin.

Tehdään joitakin puhdistustöitä - irrotetaan mikro -ohjaimen ohjelmointikaapeli, leikataan ulkonevat nastat jne. Kytketään nyt ohjelmointikaapeli kotelon runkoon, korjataan tilan merkkivalo, virtakytkin ja lopuksi nollauskytkin. Olemme lähellä sen viimeistelyä, joten laitetaan kolme osaa yhteen. Aloita LED -pohjasta runkoon ja sulje sitten kansi, kun kaapelit ovat hyvin paikoillaan.

Lataa koodi Arduino Pro Miniin ja se on siinä!

Kiitos Chr: lle https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ erinomaisesta opastettavasta ja koodista.