„Pasidaryk pats“LED kubas: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

LED kubas yra ne kas kita, kaip trimatis šviesos diodų masyvas, kuris įsižiebia įvairiomis formomis ir modeliais. Tai įdomus projektas, skirtas išmokti arba pagerinti savo litavimo, grandinių projektavimo, 3D spausdinimo ir programavimo įgūdžius. Nors norėčiau sukonstruoti RGB kubą, manau, kad norėdamas įgyti patirties, pirmiausia pradėsiu nuo paprasto vienos spalvos kubo.

Mane labai sužavėjo ir įkvėpė Char projektas iš „Instructables“, jei turite laiko, turėtumėte jį patikrinti.

Aš sukonstruosiu 8x8x8 LED kubą, kuris yra ne kas kita, kaip 8 eilutės, 8 stulpeliai ir 8 šviesos diodų sluoksniai. Iš viso tai 512 šviesos diodų. Dabar svarbiausias elementas yra šviesos diodas, pasirinkite mažiausią dydį, kad kubas būtų kompaktiškas. Be to, geriau, kad išsklaidyti šviesos diodai būtų permatomi, nes permatomi išsklaido šviesą ir nėra labai patrauklūs.

1 žingsnis: reikalingi komponentai

Šviesos diodai - 512 vnt

Rezistoriai 1k, 220E - nedaug

Taktilinis jungiklis - 1 vnt

Įjunkite jungiklį - 1 vnt

Antraštės M/F - nedaug

„Arduino Pro Mini“- 1 vnt

Kondensatoriai 0,1uF - 9vnt

Perfboard (15 cm x 15 cm) - 2 vnt

LED - 1 vnt

74HC594 - 8vnt

2N2222 tranzistorius - 16vnt

74LS138D - 1 vnt

IC lizdai 20 kontaktų - 9 vnt

IC lizdai 16 kontaktų - 1 vnt

Juostelės kabeliai - 5 metrai

UART programuotojas

RPS

Prieiga prie 3D spausdintuvo

2 žingsnis: LED kubo struktūros surinkimas

Aš pasiėmiau 1000 išsklaidytų šviesos diodų paketą, iš kurio naudosiu 512. Dabar mes turime sugebėti savarankiškai valdyti kiekvieną šviesos diodą, tik tada galime sukurti įdomių modelių.

Šviesos diodams valdyti ketinu naudoti „Arduino Pro Mini“plokštę, tačiau šioje plokštėje yra tik 21 kaištis šviesos diodams valdyti. Bet aš galiu naudoti multiplekserį, kad galėčiau pervesti visus 512 šviesos diodus per 21 kaištį.

Prieš pradėdami kurti vairuotojo grandinės dizainą, sukurkime LED kubo struktūrą. Labai svarbu, kad simetrija būtų tinkama, kad kubas atrodytų gerai, todėl pirmiausia paruošime koncertą, kuris padės išlaikyti simetriją.

Ketinu 3D spausdinti 120x120x2mm pagrindą kubui sukonstruoti. Aš tai panaudosiu kiekvienam šviesos diodų sluoksniui sukurti, kuris bus apie 64 šviesos diodus vienam sluoksniui. Dabar man reikia tolygiai išdėstyti šviesos diodus visame laive. Kadangi katodo skersmuo yra apie 17 mm, paliekant 2 mm litavimui, skylės bus išdėstytos 15 mm atstumu. Pradėkime 3D spausdinimą.

Pirmiausia aš iš eilės sutvarkau šviesos diodus ir sutrumpinu katodą. Panašiai aš sutvarkysiu 8 eilutes šviesos diodų su sutrumpintais jų katodais. Baigęs turiu 1 katodo kaištį ir 64 anodo kaiščius, tai sudaro 1 sluoksnį.

Išdėstę 8 tokius sluoksnius vienas ant kito, jis taps nestabilus, o konstrukcija deformuosis. Taigi ketinu jam suteikti papildomą paramą. Yra daugybė būdų, kaip tai padaryti, ir vienas iš tokių būdų yra naudoti sidabru padengtą varinę vielą, tačiau kadangi to neturiu su savimi, ketinu išbandyti neapdorotą metodą. Ištempęs litavimo vielą jis sutvirtėja, todėl aš jį naudosiu palaikymui. Prieš naudodamiesi viela, padėkite atramą ant katodo kaiščių. Tikimės, kad naudojant jį centre ir šonuose, kubas turės reikiamą jėgą. Mums reikės apie 16 laidų, todėl labai svarbu, kad ši dalis būtų teisinga.

Aš ištiesinsiu anodo kaiščius, kad jie būtų simetriški.

Šviesos diodai kartais gali būti pažeisti dėl litavimo karščio, todėl geriau juos patikrinti sukūrus kiekvieną sluoksnį. Kai tai bus padaryta, sluoksnius galima surinkti vienas ant kito ir šį kartą anodo kaiščius galima lituoti. Galų gale kiekviename sluoksnyje turėtumėte turėti 64 anodo kaiščius ir vieną katodo kaištį. Taigi su šiais 64 + 8 = 72 kaiščiais turėtume sugebėti valdyti kiekvieną šio kubo šviesos diodą.

Dabar mums reikia atraminės konstrukcijos, kad surinktume sluoksnius vienas ant kito.

Aš padariau klaidą. Buvau šiek tiek per daug entuziastingas ir netikrinau, ar anodo kaiščiai susilygo vienas su kitu. Aš turėjau sulenkti anodo kaiščius 2 mm, kad kiekvienas sluoksnis galėtų būti lituojamas vienas su kitu ir suformuota tiesi linija. Kadangi to nepadariau, turėsiu rankiniu būdu sulenkti visus lituotus kaiščius ir tai galų gale gali turėti įtakos mano simetrijai. Tačiau kurdami jį būkite atsargūs, kad nepadarytumėte tos pačios klaidos. Dabar statyba baigta, turėsime dirbti vairuotojo grandinėje.

3 žingsnis: tvarkyklės grandinė - sumažinkite kaiščių skaičių

Kaip minėjau pradžioje, mums reikės 72 IO kaiščių iš valdiklio, tačiau tai yra prabanga, kurios negalime sau leisti. Taigi sukurkime multipleksavimo grandinę ir sumažinkime kaiščių skaičių. Pažvelkime į pavyzdį, paimkime „flip-flop IC“. Tai yra D tipo šleifas, nesijaudinkime dėl techninių dalykų. Pagrindinis IC darbas yra prisiminti 8 kontaktus, iš kurių 2 yra skirti maitinti, D0 - D7 yra įvesties kaiščiai duomenims priimti, o Q0 - Q7 yra išvesties kaiščiai apdorotiems duomenims išsiųsti. Išvesties įjungimo kaištis yra aktyvus žemas kaištis, ty tik tada, kai padarysime jį 0, įvesties duomenys bus rodomi išvesties kaiščiuose. Taip pat yra laikrodžio kaištis, pažiūrėkime, kodėl mums to reikia.

Dabar aš pritvirtinau IC ant duonos lentos ir nustatiau įvesties reikšmes į 10101010 su 8 šviesos diodais, prijungtais prie išvesties. Dabar šviesos diodai yra įjungti arba išjungti pagal įvestį. Leiskite pakeisti įvestį į 10101011 ir patikrinti išvestį. Nematau jokių pokyčių su šviesos diodais. Bet kai siunčiu nuo mažo iki didelio impulso per laikrodžio kaištį, išvestis keičiasi atsižvelgiant į naują įvestį.

Mes naudosime šią koncepciją kurdami savo vairuotojo plokštę. Tačiau mūsų IC gali prisiminti tik 8 įvesties kaiščio duomenis, todėl iš viso naudosime 8 tokius IC 64 įvestims palaikyti.

4 žingsnis: Vairuotojo grandinės projektavimas

Pradedu visų IC įvesties kaiščių multipleksavimą į 8 mikrovaldiklio duomenų kaiščius. Triukas čia yra padalinti 64 kontaktų 8 kontaktų duomenis į 8 duomenų bitus.

Dabar, kai aš perduosiu 8 bitų duomenis į pirmąjį IC, o po to nuo mažo iki didelio impulso signalo laikrodžio kaištyje, pamatysiu, kad įvesties duomenys atsispindi išvesties kaiščiuose. Panašiai, siųsdamas 8 bitų duomenis į kitus IC ir valdydamas laikrodžio kaiščius, galiu siųsti 64 bitų duomenų į visus IC. Dabar kita problema yra laikrodžio kaiščių trūkumas valdiklyje. Taigi aš ketinu naudoti 3–8 eilučių dekoderio IC, norėdamas multipleksuoti laikrodžio kaiščio valdiklius. Naudodamas 3 dekoderio adreso kaiščius kartu su mikrovaldikliu, galiu valdyti 8 dekoderio išvesties kaiščius. Šie 8 išvesties kaiščiai turi būti prijungti prie laikrodžio kaiščių IC. Dabar turime sutrumpinti visus išvesties įjungimo kaiščius ir prisijungti prie mikrovaldiklio kaiščio, naudodami tai turėtume sugebėti įjungti arba išjungti visus šviesos diodus.

Tai, ką mes padarėme iki šiol, yra tik vienam sluoksniui, dabar mes turime išplėsti funkcionalumą į kitus sluoksnius per programavimą. Vienas „Led“sunaudoja apie 15 mA srovės, taigi, laikantis šio skaičiaus, vienam sluoksniui reikės apie 1 ampero srovės. Dabar „Arduino pro mini“plokštė gali tiekti arba nuskandinti tik iki 200 mA srovės. Kadangi mūsų perjungimo srovė yra per didelė, šviesos diodų sluoksniui valdyti turėsime naudoti BJT arba MOSFET. Aš neturiu daug MOSFET, bet turiu keletą NPN ir PNP tranzistorių. Teoriškai gali tekti perjungti iki 1 ampero srovės vienam sluoksniui. Iš gautų tranzistorių aukščiausias gali perjungti tik apie 800 mA srovę, 2N22222 tranzistorius.

Taigi paimkime 2 tranzistorius ir padidinkime jų dabartines galimybes, prijungdami juos lygiagrečiai. Daugelis žmonių, taikydami šį metodą, naudoja tik bazinį ribinį rezistorių, tačiau problema yra ta, kad dėl temperatūros pokyčių srovė per tranzistorius tampa nesubalansuota ir sukelia stabilumo problemų. Norėdami sušvelninti problemą, emiteryje taip pat galime naudoti panašius 2 rezistorius, kad reguliuotume srovę net ir kintant temperatūrai. Ši sąvoka vadinama emiterio degeneracija. Emiterio rezistorius suteikia tam tikrą grįžtamąjį ryšį, kad stabilizuotų tranzistoriaus padidėjimą.

Aš tiesiog ketinu naudoti rezistorius tik bazėje. Ateityje tai gali sukelti problemų, tačiau kadangi tai tik prototipas, aš su juo susitvarkysiu vėliau.

5 žingsnis: komponentų litavimas

Dabar surinksime grandinę ant parketlentės. Pradėkime nuo „flipflop“IC ir šiam tikslui naudokime IC laikiklį. Visada pradėkite nuo pirmo ir paskutinio kaiščių, patikrinkite stabilumą, tada lituokite likusius PIN kodus. Taip pat naudokime kai kurias vyriškas antraštes, norėdami prijungti ir paleisti dabartinius ribojančius rezistorius ir prijungti prie „Cube“. Dabar prijunkite IC atjungimo kondensatorius prie IC maitinimo kaiščių.

Toliau dirbkime su mikrovaldikliu. Kad prijungtumėte ir paleistumėte, naudokime laikiklį ir pirmiausia prijunkime kaiščius, tada įdėkite mikrovaldiklį.

Laikas dirbti su tranzistoriais. Norint prijungti prie tranzistorių pagrindo, reikalingi 16 1K omų rezistoriai. Kad bendrieji LED kubo katodo kaiščiai būtų numatytoje loginėje būsenoje, aš naudosiu 8 K omo užtrauktuko rezistorių, kuriame yra 8 rezistoriai. Galiausiai leidžia dirbti su adresų dekoderiu IC. Dabar grandinė paruošta panašiai kaip grandinės konstrukcija.

6 žingsnis: 3D spausdinimas

Mums reikia korpuso, skirto plokštėms ir LED kubui laikyti, todėl galime naudoti 3D spausdintą. Aš padarysiu jį į 3 dalis, kad būtų lengviau surinkti.

Pirma, pagrindinė plokštė, skirta laikyti ledinę konstrukciją. Antra, centrinė elektronikos įstaiga. Trečia, dangtelis korpusui uždaryti.

7 žingsnis: susukite

Pradėkime nuo LED konstrukcijos montavimo. Galite kaiščius prastumti per skyles ir tiesiogiai prilituoti prie plokštės, tačiau dėl stabilumo pirmiausia ketinu naudoti perf plokštę, o po to lituoti prie grandinės. Aš naudoju juostinį kabelį, kad lituotumėte prie šviesos diodų, tada kitą galą prijunkite prie atitinkamų „flip-flop“IC išvesties kaiščių.

Norėdami prisijungti prie tranzistoriaus ir LED kubo sluoksnių, turime turėti nepriklausomus kaiščius, kad galėtume prisijungti prie katodo kaiščių. Prieš įjungdami, svarbu patikrinti tęstinumą ir įtampą tarp taškų. Kai viskas bus gerai, IC galima prijungti ir įjungti. Vėlgi, prieš prijungdami per grandinę, gerai patikrinti, ar visi šviesos diodai šviečia, tiesiogiai prijungdami jį prie maitinimo šaltinio. Jei viskas yra gerai, tada laidus galima prijungti prie atitinkamų „flip-flop“taškų.

Atlikime valymo darbus - atjunkime mikrovaldiklio programavimo kabelį, nukirpkime išsikišusius kaiščius ir pan. Dabar prijunkime programavimo kabelį prie korpuso korpuso, pritvirtinkime būsenos lemputę, maitinimo jungiklį ir galiausiai atstatymo jungiklį. Mes jau beveik baigsime, todėl sudėkime 3 dalis. Pradėkite nuo šviesos diodų pagrindo prie korpuso, o tada, kai laidai gerai uždėti, uždarykite dangtelį apačioje.

Atsisiųskite kodą į „Arduino Pro Mini“ir viskas!

Dėkojame Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ už puikų instrukcinį ir kodą.