Arduino -pohjainen 3x3 LED -kuutio: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Hei ja tervetuloa ensimmäiseen Instructable -ohjelmaan.

Esittelen yksinkertaisen, siistin suunnittelun aloittelijoille 3x3x3 LED -kuution. Rakentamisen helpottamiseksi annan tietoja mukautetusta piirilevystä, voit tehdä itse tai ostaa ohjeita ja voit, kuten minä, käyttää uudelleen tämän suuren Arduino-kirjaston LED-kuution ja arduino lib -ohjelmiston ohjelmistoja.

Yksi suunnittelutavoitteista oli käyttää vain reikäosia, ne ovat aloittelijan helpompia juottaa ja kaikki on helposti saatavilla Internetin kautta suosikkihuutokauppa-/ostosivustoillasi.

Suunnittelu voi saada virtaa USB-kaapelista tai 7,5–12 V: n tasavirtasovittimesta.

Piiri käyttää supistettua Arduino-ydinrakennetta ja voit ohjelmoida sen piiriin joko halvalla In Circuit System Programmable (ICSP) -ohjelmoijalla tai helposti saatavilla olevalla USB-TTL-sovittimella. Ainoa tarvitsemasi ohjelmisto on kunnioitettava Arduino IDE.

Tämä muotoilu ei ole vallankumouksellinen, vaan se perustuu vain joihinkin aikaisempiin töihin ja paketoin sen siististi. Toivottavasti nautit siitä.

Vaihe 1: Tarvittavat osat

Tämä malli käyttää laajalti saatavilla olevia reikäosia. Paikallisen jakelijasi tulee varastoida tarvitsemasi osat.

Tarvitset Atmega 168p- tai Atmega 328p -laitteen, jossa on Arduino -käynnistyslatain. Löydät nämä Ebayssa, hae "arduino bootloader", varmista, että ostat Dual In Line (DIL) -version. Tarvitset myös USB -tyypin B -liitännän, tavallisen, vanhemman, rasvan. Valitsin tämän, koska se on helppo juottaa. Transistorit, T1-T3 ovat yleiskäyttöisiä NPN-transistoreita, sekä luetellut tyypit, voit käyttää BC108, 2N2222, 2N3904 jne., Tarkista aina transistorin pistoke PCB: tä vasten.

Varmista, että ostat erittäin tärkeitä tai erittäin kirkkaita LED-valoja kaikkiin tärkeisiin LED-valoihin. Käytin 10000-12000mcd LEDiä myyjältä Ebayssa tässä esitetyssä esimerkkikuutiossa. Haluat kirkkaita, jotta näet kuution normaalissa huoneen valaistuksessa. Jos kohteen kuvauksessa kuvataan katselukulma, tyypillisesti sen 20 astetta, mutta löydät sellaisen, jolla on laajempi katselukulma, harkitse sitä. Nämä erittäin kirkkaat LEDit eivät ole kirkkaimpia, kun niitä katsotaan sivulta. Sinun on ehkä kokeiltava muutamia eri toimittajien LED -valoja, ennen kuin löydät tarpeisiisi sopivan.

Täydellinen osaluettelo:

Osa Arvo Kuvaus PCB Kaunis vihreä piirilevy, tee tai osta se. 27 3 mm: n LEDiä, valitsemasi väri. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keraaminen kondensaattori C2 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch keraaminen kondensaattori

C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch keraaminen kondensaattori C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keraaminen kondensaattori C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keraaminen kondensaattori C6 10u 10uF 16V, 5.5mm case elektrolyyttikondensaattori, 16V C7 22u 10uF 16V, 5,5 mm: n kotelo Elektrolyyttikondensaattori, 16 V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 tai ATMEGA328, jossa Arduino -käynnistyslatain IC2 L7805T L7805CV 5 V, 100 mA: n lineaarinen säädin, TO92 -paketti ICSP ICSP Pin -otsakisko, 0,1 "jako, 2x3 -suuntainen. J1 DCJ0202 DC -läpimitta, 2,1 mm JP1 -nastainen otsikkolista, 0,1 "jako, 1 x 3 -suuntainen. Q2 16MHz 16MHz, HC49 -kotelokide, 50 sivua/min, matala profiili R1 10k 10K 1/4 W metallikalvovastukset 1% R2 1k 1K 1/4W metallikalvovastukset 1% R3 1k 1K 1/4W metallikalvovastukset 1% R4 1k 1K 1/ 4W metallikalvo vastus 1% R5 470470 1/4W metallikalvo vastus 1% R6 1k 1K 1/4W metallikalvo vastus 1% R8 100 100R 1/4W metallikalvo vastus 1% R9 100 100R 1/4W metallikalvo vastus 1% R10 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R11 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R12 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R13 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R14 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R15 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R16 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R17 470 470R 1/4W metallikalvo vastus 1% R18 1k 1K 1/4W metallikalvo vastus 1% R19 LDR Valinnainen LDR S1 S1 4 -nastainen, 6x6 mm PCB -kiinnitys PTH -kytkin. T1 BC547 BC547/BC548 pienitehoinen NPN-transistori, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 pienitehoinen NPN-transistori, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 pienitehoinen NPN-transistori, TO92 X4 USB-tyypin B-liitäntä, PCB-kiinnitys reiän läpi. 4 x 3-5 mm korkea kiinni kumijaloissa.

Vaihe 2: Piirikaavio ja toiminnan selitys

Kaavio on esitetty yllä.

Suunnittelu perustuu Arduino Duemilanove -kaavioon, joka on riisuttu olennaiseen. USB -sarjalaite poistettiin, mutta siinä on sarjaotsikko, JP1, jonka avulla USB -TTL -sovitin voi ohjelmoida laitteen ja lisätietoja ohjelmoinnista myöhemmin. Siellä on myös ICSP -otsikko.

Levyä voidaan käyttää USB -pistokkeesta käyttämällä tietokoneen kätevää 5 V: n virtalähdettä tai halpaa punnan/dollarin myymälän matkapuhelinlaturipakettia. Toinen vaihtoehto käyttää DC-pistoketuloa, tämä hyväksyy 7-15 V DC-tulon, joten voit käyttää mitä tahansa pistokesovitinta. Piiri käyttää vain 30 mA, joten poistetun sovittimen pois kuolleesta laitteesta pitäisi toimia, tarkista roskapostisi.

Vastukset R12 - R17 asettavat virran, joka asettaa LEDien kirkkauden. Punaisilla ledeillä ja 470R -vastuksilla virta on ~ 5mA per LED. LED -virran laskemiseksi tarvitset Atmega -laitteen lähtöjännitteen (4,2 V) ja LEDin jännitehäviön, punaiselle LEDille se on 1,7 V. Kaava on:

LED -virta = (Atmega -lähtöjännite - LED -jännite)/I Led

Käyttämilläni osilla: LED-virta = (4,2-1,7)/470LED-virta = 5,31 mA

Rajoita Atmega 168/328: n virta 10 mA: iin

Joitakin yleisiä LED -jännitehäviöitä:

Punainen 1,7 V Keltainen 2,1 V Oranssi 2,1 V Vihreä 2,2 V Sininen 3,2 VSuper sininen 3,6 V Valkoinen viileä 3,6 V

Joten voit käyttää korkean kirkkauden sinistä LEDiä, vastus putoaa 270R: iin. Voit lisätä virran 10 mA: iin, testissäni havaitsin, että 5 mA riittää.

Transistorit T1-T3 ovat yleisiä NPN BJT-transistoreita, BC547/BC548/2N2222 jne. Ne ohjaavat jokaisen kolmen kerroksen kytkentää. Vastukset R2-R4 rajoittavat vastuksen kantavirtaa.

R6 ja PWR LED ovat valinnaisia, kopioitu Arduinosta, jotenkin on selvää, jos virta on kytketty LED -kuutioon.

C2, C3 ja Q2 muodostavat kellopiirin Atmega 168/328p -laitteelle, joka on esiohjelmoitu käynnistyslataimen avulla. Varmista, että asennat 22pF: n kondensaattorit tänne etkä muualle. Siru ei käynnisty. C1, C4 ja C5 ovat virtalähteen irrotus. IC2, C6 ja C7 muodostavat yksinkertaisen lineaarisen säätöpiirin. Ei paljon sanottavaa tästä, mutta varmista, että asennat kondensaattorit oikein päin. Piirilevypiirustuksessa ja silkkipainoissa on + -merkkejä.

SK1 ja R8 ja R9 ovat sarjaliitäntä. USB-TTL-sovittimen avulla voit ohjelmoida laitteen käyttämällä esimerkkiä täällä

Vaihe 3: Suunnittelutiedostojen hankkiminen ja piirilevyn valmistus

Piirilevyjen suunnittelutiedot voi ladata Githubista osoitteesta

Siellä on käsiteltyjä Gerber -tiedostoja PCB -valmistajalle lähettämistä varten, kaavamaisia ja PCB -päällysteitä-p.webp

Piirilevy voitaisiin valmistaa kotona, olisin tehnyt tämän, mutta Etchant loppui. Suunnittelu voidaan valmistaa yksipuolisella piirilevyllä ja yläkerros (PUNAINEN kuvissa) voidaan toteuttaa käyttämällä tinattuja kuparilankalenkkejä. Käytin https://pcbshopper.com/ löytääkseni sopivan myyjän Elecrow -prototyypeille.

Githubin piirilevyrakenteessa on kolme muutosta tässä esitettyyn prototyyppisuunnitteluun:

1. 7805CV -säädin on korvattu pienemmällä 78L05 -säätimellä.
2. Piirilevy kutistui 5 mm.
3. Poistin polyfuusion USB +5V -syötteestä.

Vaihe 4: Piirilevyn kokoaminen

Piirilevy on kohtuullisen helppo koota. Olen lisännyt valokuvan kootusta piirilevystä ja yllä olevasta asettelusta. Aloitan aina asentamalla pienimmät osat ensin ja työntämällä ylöspäin, mikä on erityisen tärkeää, jos sinulla ei ole PCB -jalustaa.

1. Aloita asentamalla ensin vastukset, älä juota niitä vielä. Varmista, että asetat oikean osan oikeaan kohtaan. Tarkistamisen helpottamiseksi asenna ne toleranssinauhalle oikealle/alareunaan, mikä helpottaa tarkistusta jälkikäteen. Katso täältä, jos tarvitset apua vastuksen värikoodien tunnistamisessa. Kun olet varmistanut, että oikeat osat ovat oikeassa paikassa, juota osat.
2. Juotos kristalli Q2 ja kondensaattorit C2 ja C3.
3. Juotos Atmega168/328: n 28 -nastainen liitin paikalleen, varmista, että nasta 1 on lovi ylhäällä, tämä auttaa estämään laitteen asettamisen taaksepäin.
4. Asenna ICSP- ja JP1 -liittimet.
5. Asenna kondensaattorit C1, C4 ja C5, kaikki 100nF (osan koodi 104).
6. Lineaarinen säädin IC2.
7. Asenna transistorit T1, T2 ja T3. Varmista, ettet ole vaihtanut T1/T2/T23 ja IC1, koska ne ovat kaikki samassa paketissa.
8. Sovita S1, suunnalla ei ole väliä.
9. Asenna C6 ja C7, varmista, että saat napaisuuden oikein!
10. Asenna USB -liitin X4.
11. Asenna tasavirtapistoke J1.

Viimeinen koottava bitti on SIL -sorvausnasta. Käytän hienoja leikkureita poistaakseni muovin varovasti nauhan kustakin tapista, toistan tätä, kunnes minulla on 12 kääntynyttä pistoketta, sitten pihdillä ja kolmella kädellä, juottamalla kukin vuorotellen piirilevyyn. Koska useimmilla ihmisillä ei ole kolme kättä, tina jokainen reikä juotoksella peittääksesi tyynyn, anna sen jäähtyä. Levitä sitten juotin sulattaa juote ja työnnä tappi sisään, poista juotosrauta liitosta varten. Saatat tarvita tuoretta juotetta, jos liitoksesi on kuiva.

Ennen kuin tarkistat juottamisen, pidä pieni tauko, ehkä juomien etsiminen. Tarkista juotos, tarkista USB -liitin, koska nastat ovat lähekkäin ja Atmega168/328 -laitteen nastat.

Kun olet tyytyväinen juottamiseen, kiinnitä itseliimautuvat jalat piirilevyn alapuolelle.

Vaihe 5: LED -kuution kokoaminen

Tämä on kokoonpanon vaikein osa. Ota aikaa, älä pelkää.

Olen lisännyt muistiinpanoja yllä oleviin kuviin, koska kuva kertoo tuhat sanaa.

Muutama tärkeä kohta.

1. Varmista, että positiivinen johto (pidempi jalka) osoittaa alaspäin, kun malli vaihtaa +V kunkin kerroksen 9 LED -valolle.
2. Varmista, että negatiivinen johto on taivutettu 90 astetta LEDiin nähden vaakasuorien palkkien muodostamiseksi.
3. Rakenna jokainen kerros erikseen ja tarkista rakenne kaksin-/kolminkertaisesti.
4. Varmista, että tinattu kuparilanka on käytettäessä puolivälissä kunkin LED -rivin välissä, mikä helpottaa tarttumista kerroskytkimen johtoon.

Vaihe 6: Testaus ja lopullinen kuution kokoonpano

Ennen kuin liität LED -kuutiokokoonpanon tai Atmega168/328 -laitteen, voit tehdä muutaman yksinkertaisen tarkistuksen.

Jos sinulla on DMM (sinulla pitäisi olla sellainen, jos rakennat tällaisen projektin), mittaa 28 -nastaisen pistorasian nastojen 7 (positiivinen) ja 8 (negatiivinen) vastus,> 1K. Jos se on tätä pienempi, tarkista juotos.

Seuraavaksi käytä 7-15 V: n tuloa J1: hen, palaa 28-nastaisen pistorasian nastoihin 7 ja 8, mittaa jännite, sinun pitäisi nähdä 5 V, mutta se voi olla missä tahansa 4,90 V: n ja 5,1 V: n välillä, tämä on hyvä. Jos olet asentanut R6: n ja PWR -LEDin, sen tulee palaa.

Irrota pistoke J1, kytke USB -johto X4: een, kytke kaapeli keskittimeen tai verkkovirtaan 5 V: n USB -sovittimeen, toista jännitteen lukeminen 28 -nastaisen pistorasian nastoissa 7 ja 8, onko lukema noin 5 V?

Yllä olevien tarkastusten tarkoituksena oli varmistaa, että syöttöjännitteet olivat oikein ja napaisuus oikea.

Aseta seuraavaksi Atmega168p/328p -laite varovasti paikalleen. Taivuta tappeja tarvittaessa hieman, jotta ne sopivat pistorasiaan. Kytke virta J1: n ja 7-15 V: n virtalähteen avulla ja tarkista, kuumeneeko IC2 pian virran kytkemisen jälkeen. Jos näin on, katkaise virta ja tarkista IC1: n suunta.

Aseta seuraavaksi varovasti LED -sarjan ensimmäinen rivi. Varmista, että yksi tinatuista kuparilangan tukipalkkeista on lähellä PADL1-, PADL2- ja PADL3 -kiinnikkeitä. Tarvitset tätä myöhemmin, kun juotat langan joka kerrokselle. On parasta aloittaa kulmatapilla ja taivuttaa varovasti kutakin tappia varovasti rivi kerrallaan käyttämällä neulakärkipihtejä, jotta ne sopivat piirilevyn liitäntään. Olen lisännyt kuvan ensimmäisestä kootusta kerroksesta yllä. Leikkaa se yksisäikeisestä 1/0,6 langasta ja leikkaa se pituudeksi, joka sopii PADL1/PADL2- tai PADL3 -kuutiosta jokaiseen kuution kerrokseen. Minusta oli helpompaa laittaa ensimmäinen LED -rivi piirilevyyn ja juottaa ensimmäinen kerroksen ohjausjohto (esitetty valkoisella) ja palata sitten edelliseen vaiheeseen, tehdä toinen rivi ja koota sitten jokainen kerros piirilevylle, koska näin saatiin vakaa pohja.

Aloita juottamalla seuraava kerros juottamalla yksi kulman LED -valoista ja sitten juotos vastakkainen kulma. Tarkista nyt, että kerros on vaakasuorassa, ennen kuin jatkat juottamista. Kun olet säätänyt kerrosta, juota kaksi muuta kulma-LEDiä, taulukon pitäisi olla tasainen, mutta tarkista se uudelleen. Juotos loput LEDit. Toista kerroksen kokoonpano viimeiselle kerrokselle.

Vaihe 7: Ohjelmointi

Atmega -laitteestasi riippuen saatat joutua ohjelmoimaan käynnistyslataimen tai lataamaan koodin. Jos käynnistyslataimen ohjelmoitu siru on jo ohjelmoitu, voit käyttää USB -TTL -sovitinta. Noudata tätä opasta:

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

Voit käyttää myös 2x3 -nastaista In Circuit System Programmable (ICSP) -liitintä, voit käyttää toista Arduinoa tähän:

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

Käytän Usbasp-ohjelmoijaa, joka toimii Arduino IDE: n kanssa, määritä tämä Työkalut-> Ohjelmoija-valikosta. Voit noutaa Arduino/Atmel AVR -ohjelmoijat halvalla Ebayn tai muiden huutokauppasivustojen kautta.

Lataa LED-kuutiokirjasto osoitteesta https://github.com/gzip/arduino-ledcube, seuraa Githubin ohjeita ja etsi esimerkkiluettelostasi arduino-led-cube-> ledcube.

Jos käytät ICSP -ohjelmoijaa, pidä Shift -näppäintä painettuna ennen latauksen napsauttamista ja opeta Arduino IDE: tä käyttämään ohjelmoijaa. Jos käytät USB-TTL-sovitinta, paina ja vapauta nollaus, kun IDE on kääntänyt.

Kun esimerkkikoodi oli ohjelmoitu, sinulla pitäisi olla LED -kuutio kauniilla kuvioilla.

Tämä on ensimmäinen ohjeeni, kommentit ja palaute ovat tervetulleita.