„Arduino“pagrindu pagamintas 3x3 LED kubas: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Sveiki ir sveiki atvykę į mano pirmąjį „Instructable“.

Pristatau paprastą, tvarkingą dizainą pradedantiesiems 3x3x3 LED kubeliui. Kad būtų lengviau kurti, aš pateikiu išsamią informaciją apie pritaikytą PCB, galite pasigaminti arba nusipirkti instrukcijas ir, kaip ir aš, galite pakartotinai naudoti šios puikios „Arduino“bibliotekos LED kubo ir arduino lib programinę įrangą.

Vienas iš dizaino tikslų buvo naudoti tik skylių dalis, pradedantiesiems jas lengviau lituoti ir viskas yra lengvai prieinama internete jūsų mėgstamose aukcionų/apsipirkimo svetainėse.

Dizainas gali būti maitinamas iš USB kabelio arba 7,5–12 V nuolatinės srovės maitinimo adapterio.

Grandinėje naudojama sumažinta „Arduino“šerdies konstrukcija, ir jūs galite ją užprogramuoti grandinėje naudodami pigų programuojamą „In Circuit System Programmable“(ICSP) programuotoją arba lengvai prieinamą USB į TTL adapterį. Vienintelė jums reikalinga programinė įranga yra gerbiamas „Arduino IDE“.

Šis dizainas nėra revoliucinis, jis remiasi tik kai kuriais ankstesniais darbais ir aš jį tvarkingai supakavau. Tikiuosi tau patiko.

1 žingsnis: reikalingos dalys

Ši konstrukcija naudoja plačiai prieinamas skylių dalis. Jūsų mėgstamiausias vietinis platintojas turėtų kaupti jums reikalingas dalis.

Jums reikia „Atmega 168p“arba „Atmega 328p“su „Arduino“įkrovos įkrovikliu. Tai galite rasti „Ebay“, ieškokite „arduino bootloader“ir įsitikinkite, kad perkate „Dual In Line“(DIL) variantą. Jums taip pat reikia B tipo USB lizdo, įprasto, seno, riebaus. Aš tai pasirinkau, nes tai lengva lituoti. T1-T3 tranzistoriai yra bendrosios paskirties NPN tranzistoriai, taip pat išvardyti tipai, galite naudoti BC108, 2N2222, 2N3904 ir tt, tačiau visada patikrinkite tranzistoriaus kontaktą su PCB.

Svarbiausiems šviesos diodams įsigykite didelio ryškumo arba itin ryškius šviesos diodus. Čia pateiktam pavyzdiniam kubui naudojau 10000-12000 mcd šviesos diodų iš pardavėjo „Ebay“. Norite ryškių, kad kubą vis tiek galėtumėte matyti įprastu kambario apšvietimu. Jei elemento aprašyme pateikiamas išsamus žiūrėjimo kampas, paprastai jo 20 laipsnių, bet galite rasti tokį, kurio matymo kampas yra didesnis. Šie ypač ryškūs šviesos diodai nėra patys ryškiausi, žiūrint į šoną. Jums gali tekti išbandyti keletą skirtingų tiekėjų šviesos diodų, kol rasite tuos, kurie atitinka jūsų poreikius.

Pilnas dalių sąrašas:

Dalies vertė Aprašymas PCB Gražus žalias PCB, pasigaminkite arba nusipirkite. 27 3 mm šviesos diodai, jūsų pasirinkta spalva. C1 100n 100nF, 25V, 7,5 mm žingsnio keraminis kondensatorius C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm žingsnio keraminis kondensatorius

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm žingsnio keraminis kondensatorius C4 100n 100nF, 25V, 7,5 mm žingsnio keraminis kondensatorius C5 100n 100nF, 25V, 7,5 mm žingsnio keraminis kondensatorius C6 10u 10uF 16V, 5,5 mm korpusas Elektrolitinis kondensatorius, 16V C7 22u 10uF 16V, 5,5 mm dėklas Elektrolitinis kondensatorius, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 arba ATMEGA328 su „Arduino“įkrovos įkrovikliu IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA linijinis reguliatorius, TO92 paketas ICSP ICSP Smeigtuko antraštė, 0,1 colio žingsnis, 2x3 būdas. J1 DCJ0202 nuolatinės srovės skersmens lizdas, 2.1 JP1 kaiščio antraštės juostelė, 0,1 colio žingsnis, 1x3 būdas. Q2 16MHz 16MHz, HC49 korpuso kristalas, 50 ppm, žemo profilio R1 10k 10K 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R2 1k 1K 1/4W metalinės plėvelės rezistorius 1% R3 1k 1K 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R4 1k 1K 1/ 4W metalo plėvelės rezistorius 1% R5 470 470 1/4 W metalinės plėvelės rezistorius 1% R6 1k 1K 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R8 100 100R 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R9 100 100R 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R10 470 470R 1/4W metalinis plėvelės rezistorius 1% R11 470 470R 1/4W metalinis plėvelės rezistorius 1% R12 470 470R 1/4W metalinis plėvelės rezistorius 1% R13 470 470R 1/4W metalinis plėvelės rezistorius 1% R14 470 470R 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R15 470 470R 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R16 470 470R 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R17 470 470R 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R18 1k 1K 1/4W metalo plėvelės rezistorius 1% R19 LDR Pasirinktinis LDR S1 S1 4 kontaktų, 6x6 mm PCB tvirtinimo PTH jungiklis. T1 BC547 BC547/BC548 mažos galios NPN tranzistorius, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 mažos galios NPN tranzistorius, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 mažos galios NPN tranzistorius, TO92 X4 USB tipo B lizdas, PCB tvirtinimas per skylę. 4 x 3-5 mm aukščio klijuoti ant guminių kojų.

2 žingsnis: grandinės schema ir veikimo paaiškinimas

Schema parodyta aukščiau.

Dizainas yra pagrįstas „Arduino Duemilanove“schema, atimta iki būtiniausių dalykų. USB į nuoseklųjį įrenginį buvo pašalintas, tačiau yra nuoseklioji antraštė JP1, kuri leidžia USB -TTL adapteriui užprogramuoti įrenginį, daugiau apie programavimą vėliau. Taip pat yra ICSP antraštė.

Plokštė gali veikti iš USB kištuko, naudojant patogų 5 V maitinimo šaltinį kompiuteryje arba pigų svarų/dolerių parduotuvės mobiliojo telefono įkroviklio paketą. Kita parinktis naudoja nuolatinės srovės kištuko įvestį, kuri priima 7-15 V nuolatinės srovės įvestį, todėl galite naudoti bet kurį turimą kištuko adapterį. Grandinė naudoja tik 30 mA, todėl išmestas adapteris iš negyvos programėlės turėtų veikti, patikrinkite šiukšlių dėžę.

Rezistoriai R12 - R17 nustato srovę, kuri nustato šviesos diodų ryškumą. Su RED šviesos diodais ir 470R rezistoriais srovė yra ~ 5mA vienam LED. Norint apskaičiuoti šviesos diodų srovę, jums reikia „Atmega“įrenginio išėjimo įtampos (4,2 V) ir šviesos diodo priekinės įtampos kritimo, raudonam šviesos diodui - 1,7 V. Formulė yra tokia:

LED srovė = („Atmega“išėjimo įtampa - LED įtampa)/I Led

Su naudojamomis dalimis: LED srovė = (4,2-1,7)/470LED srovė = 5,31 mA

Apribokite srovę nuo „Atmega 168/328“iki 10 mA

Kai kurie dažni šviesos diodų įtampos kritimai:

Raudona 1.7V Geltona 2.1V Oranžinė 2.1V Žalia 2.2V Mėlyna 3.2V Super mėlyna 3.6V Balta šalta 3.6V

Taigi galite naudoti didelio ryškumo mėlyną šviesos diodą, rezistorius nukris iki 270R. Galite padidinti srovę iki 10 mA, atlikdamas bandymus radau 5 mA.

Tranzistoriai T1-T3 yra įprasti NPN BJT tranzistoriai, BC547/BC548/2N2222 ir kt. Jie valdo kiekvieno iš trijų sluoksnių perjungimą. Rezistoriai R2-R4 riboja rezistoriaus bazinę srovę.

R6 ir PWR LED yra neprivalomi, nukopijuoti iš „Arduino“, tai savaime akivaizdu, jei maitinimas įjungtas į LED kubą.

C2, C3 ir Q2 sudaro „Atmega 168/328p“įrenginio laikrodžio grandinę, iš anksto užprogramuotą įkrovos įkrovikliu. Įsitikinkite, kad 22pF kondensatorius įdėsite čia, o ne kitur, o lustas neprasidės. C1, C4 ir C5 yra elektros energijos tiekimo atjungimas. IC2, C6 ir C7 sudaro paprastą linijinio reguliatoriaus grandinę. Apie tai nėra daug ką pasakyti, tačiau įsitikinkite, kad tinkamai sumontuosite kondensatorius. PCB brėžinyje ir šilkografijoje yra + simboliai.

SK1 ir R8 bei R9 yra nuosekli sąsaja. Naudodami USB-TTL adapterį, galite užprogramuoti įrenginį naudodami čia pateiktą pavyzdį

3 žingsnis: projektavimo failų gavimas ir PCB gamyba

PCB dizaino duomenis galima atsisiųsti iš „Github“adresu

Yra apdoroti „Gerber“failai, skirti siųsti PCB gamintojui, schema ir PCB perdanga-p.webp

PCB būtų galima pagaminti namuose, būčiau tai padaręs, bet pritrūko „Etchant“. Dizainas gali būti pagamintas naudojant vienpusę PCB, o viršutinis sluoksnis (RAUDONAS paveikslėliuose) gali būti įgyvendintas naudojant konservuotas varines vielos nuorodas. Aš naudoju https://pcbshopper.com/, norėdamas rasti tinkamą „Elecrow“prototipų pardavėją.

„Github“PCB dizainas turi 3 čia pateikto prototipo dizaino pakeitimus:

1. 7805CV reguliatorių pakeitė mažesnis 78L05 reguliatorius.
2. PCB susitraukė 5 mm.
3. Aš pašalinau polifuzą iš USB +5V tiekimo.

4 žingsnis: PCB surinkimas

PCB surinkimas yra gana paprastas. Pridėjau surinktos PCB nuotrauką ir aukščiau pateiktą išdėstymą. Aš visada pradedu nuo mažiausių dalių sumontavimo ir darbo aukštyn, ypač svarbu, jei neturite PCB stovo.

1. Pirmiausia sumontuokite rezistorius, kol kas jų ne lituokite. Įsitikinkite, kad įdėjote tinkamą komponentą tinkamoje vietoje. Kad būtų lengviau patikrinti, pritvirtinkite juos su tolerancijos juosta dešinėje/apačioje, todėl vėliau bus lengviau patikrinti. Pažiūrėkite čia, jei jums reikia pagalbos nustatant rezistorių spalvų kodus. Patikrinę, ar tinkamos dalys yra tinkamoje vietoje, lituokite dalis.
2. Lituokite kristalą Q2 ir kondensatorius C2 ir C3.
3. Lituokite „Atmega168/328“28 kontaktų lizdą į vietą, įsitikinkite, kad viršuje yra 1 įpjovos įpjova, tai padės išvengti prietaiso kišimo atgal.
4. Įdėkite ICSP ir JP1 jungtis.
5. Sumontuokite kondensatorius C1, C4 ir C5, visus 100nF (dalies kodas 104).
6. Linijinis reguliatorius IC2.
7. Sumontuokite tranzistorius T1, T2 ir T3. Įsitikinkite, kad nesikeitėte T1/T2/T23 ir IC1, nes jie visi yra toje pačioje pakuotėje.
8. Tinka S1, orientacija nesvarbi.
9. Pritaikykite C6 ir C7, įsitikinkite, kad teisingai nustatėte poliškumą!
10. Įdėkite USB jungtį X4.
11. Įdėkite nuolatinės srovės maitinimo kištuką J1.

Galutinis surinkimo antgalis yra SIL pasukta kaiščio antraštė. Aš naudoju porą smulkių pjaustytuvų, kad atsargiai pašalinčiau plastiką iš kiekvieno juostelės kaiščio, tai kartoju, kol turėsiu 12 pasuktų kaiščių lizdų, tada replėmis ir 3 rankomis lituosiu kiekvieną prie PCB. Kadangi dauguma žmonių neturi 3 rankų, padenkite kiekvieną skylę tam tikru lydmetaliu, kad padengtumėte trinkelę, leiskite jam atvėsti. Tada uždėkite lituoklį, kad ištirptumėte lydmetalį, ir įkiškite kaištį, nuimkite lituoklį jungčiai. Jei turite sausą jungtį, jums gali prireikti šviežio lydmetalio.

Prieš tikrindami litavimą, padarykite trumpą pertrauką, galbūt gėrimo? Patikrinkite litavimą, patikrinkite USB jungtį, nes kaiščiai yra arti vienas kito ir „Atmega168/328“įrenginio kaiščiai.

Kai būsite patenkinti litavimu, pritvirtinkite lipnias kojeles prie apatinės PCB pusės.

5 žingsnis: LED kubo surinkimas

Tai sudėtingiausia surinkimo dalis. Neskubėkite, nebijokite.

Prie aukščiau esančių nuotraukų pridėjau pastabų, nes paveikslėlis pasako tūkstantį žodžių.

Keletas svarbių punktų.

1. Įsitikinkite, kad teigiamas laidas (ilgesnė koja) nukreiptas žemyn, kai konstrukcija perjungia +V į 9 šviesos diodus kiekviename sluoksnyje.
2. Įsitikinkite, kad neigiamas laidas yra sulenktas 90 laipsnių kampu į šviesos diodą, kad susidarytų horizontalios juostos.
3. Sukurkite kiekvieną sluoksnį atskirai ir dvigubai/trigubai patikrinkite konstrukciją.
4. Įsitikinkite, kad alavuota varinė viela, kai naudojama, yra pusiaukelėje tarp kiekvienos šviesos diodų eilutės, todėl lengviau klijuoti sluoksnio jungiklio laidą.

6 žingsnis: bandymas ir galutinis kubo surinkimas

Prieš prijungdami šviesos diodų kubą arba „Atmega168/328“įrenginį, galite atlikti kelis paprastus patikrinimus.

Jei turite DMM (turėtumėte jį turėti, jei kuriate tokį projektą), išmatuokite 28 kontaktų lizdo 7 (teigiamas) ir 8 (neigiamas) kaiščių atsparumą, turėtumėte turėti> 1K. Jei jis yra mažesnis nei šis, patikrinkite litavimą.

Tada įjunkite 7-15 V įvestį į J1, grįždami į 28 ir 28 kontaktų lizdo 7 ir 8 kaiščius, išmatuokite įtampą, turėtumėte matyti 5 V, bet tai gali būti nuo 4,90 V iki 5,1 V, tai gerai. Jei sumontavote R6 ir PWR šviesos diodą, jis turėtų užsidegti.

Atjunkite J1 kištuką, prijunkite USB laidą prie X4, prijunkite laidą prie šakotuvo ar maitinimo tinklo prie 5 V USB adapterio, pakartokite įtampos rodmenis 28 ir 28 kontaktų lizdo 7 ir 8 kaiščiuose, ar rodmuo yra apie 5 V?

Aukščiau atlikti patikrinimai turėjo užtikrinti, kad maitinimo įtampa būtų teisinga ir tinkamo poliškumo.

Tada atsargiai įdėkite „Atmega168p/328p“įrenginį. Jei reikia, šiek tiek sulenkite kaiščius, kad tilptų lizdas. Naudodami J1 ir 7-15 V maitinimo šaltinį, įjunkite maitinimą ir pažiūrėkite, ar netrukus po įjungimo IC2 įkaista. Jei taip, išjunkite maitinimą ir patikrinkite IC1 orientaciją.

Tada atsargiai įterpkite pirmąją LED masyvo eilutę. Įsitikinkite, kad viena iš alavuotų varinės vielos atraminių strypų yra arti PADL1, PADL2 ir PADL3, tai jums reikės vėliau, kai lituosite kiekvieno sluoksnio vielą. Geriausia pradėti nuo kampinio kaiščio ir naudojant porą adatinių žnyplių, atsargiai sulenkti kiekvieną kaištį eilėmis po eilės, kad tilptų į PCB lizdą. Aukščiau pridėjau pirmo surinkto sluoksnio nuotrauką. Naudodami viengubo 1/0,6 vielos gabalą, supjaustykite jį iki tokio ilgio, kad nuo PADL1/PADL2 arba PADL3 būtų galima pereiti prie kiekvieno kubo sluoksnio. Man buvo lengviau įterpti pirmąją šviesos diodų eilutę į PCB ir lituoti pirmąjį sluoksnio valdymo laidą (parodyta balta spalva), tada grįžti prie ankstesnio žingsnio, padaryti kitą eilutę, tada surinkti kiekvieną sluoksnį ant PCB, nes tai užtikrino stabilumą bazė.

Pradėkite lituoti kitą sluoksnį lituojant vieną iš kampinių šviesos diodų, tada lituokite priešingą kampą. Dabar prieš lituodami patikrinkite, ar sluoksnis yra lygus. Sureguliuodami sluoksnį, lituokite kitus du kampinius šviesos diodus, masyvas turėtų būti švelnus, bet dar kartą patikrinkite. Lituokite likusius šviesos diodus. Pakartokite sluoksnio surinkimą paskutiniam sluoksniui.

7 žingsnis: programavimas

Priklausomai nuo jūsų „Atmega“įrenginio, gali tekti užprogramuoti įkrovos tvarkyklę arba tiesiog atsisiųsti kodą. Jei turite lustą, kuriame įkrovos įkėlimo programa jau užprogramuota, galite naudoti USB -TTL adapterį. Sekite šį vadovą:

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

Taip pat galite naudoti 2x3 kontaktų programuojamą grandinės sistemos jungtį (ICSP), tam galite naudoti kitą „Arduino“:

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

Aš naudoju „Usbasp“programuotoją, kuris veikia su „Arduino IDE“, sukonfigūruokite tai meniu Įrankiai-> Programuotojas. Galite pigiai pasiimti „Arduino“/„Atmel“AVR programuotojus per „Ebay“ar kitas aukcionų svetaines.

Atsisiųskite LED kubo biblioteką iš https://github.com/gzip/arduino-ledcube, vadovaukitės „Github“instrukcijomis ir ieškokite pavyzdžių kataloge „arduino-led-cube-> ledcube“.

Jei naudojate ICSP programuotoją, prieš spustelėdami įkėlimą palaikykite nuspaudę „Shift“, kad nurodytumėte „Arduino IDE“naudoti programuotoją. Jei naudojate USB-TTL adapterį, paspauskite ir atleiskite „reset“, kai IDE baigs rinkti.

Kai pavyzdinis kodas buvo užprogramuotas, turėtumėte turėti LED kubą su gražiais raštais.

Tai mano pirmasis pamokomas dalykas, komentarai ir atsiliepimai yra laukiami.