Kiub LED DIY: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

LED Cube tidak lain adalah array LED 3 dimensi untuk menyala dalam pelbagai bentuk dan corak. Ini adalah projek yang menarik untuk mempelajari atau meningkatkan kemahiran Memateri, Merangka Litar, Percetakan 3D, dan Pengaturcaraan anda. Walaupun saya ingin membina sebuah kubus RGB, saya rasa saya akan mula-mula menggunakan kubus warna satu yang sederhana untuk mendapatkan pengalaman.

Saya sangat kagum dan terinspirasi oleh projek Char dari Instructables, anda harus memeriksanya jika anda mempunyai masa.

Saya akan membina sebuah kubus berukuran 8x8x8, yang tidak lain hanyalah 8 baris, 8 tiang dan 8 lapisan LED. Itu 512 LED secara keseluruhan. Sekarang, item yang paling penting adalah LED, pilih ukuran terkecil sehingga kiubnya padat. Juga, lebih baik mendapatkan LED yang tersebar daripada yang lut kerana yang lut cahaya menyebarkan cahaya dan tidak begitu menarik.

Langkah 1: Komponen Diperlukan

LED - 512 pc

Perintang 1k, 220E - sedikit

Taktil Switch - 1 pc

Push to ON Switch - 1 pc

Tajuk M / F - Beberapa

Arduino Pro Mini - 1 pc

Kapasitor 0.1uF - 9pc

Perfboard (15cm x 15cm) - 2 pc

LED - 1 pc

74HC594 - 8 pc

Transistor 2N2222 - 16pc

74LS138D - 1 pc

IC Soket 20 pin - 9pc

Soket IC 16 pin - 1pc

Kabel Riben - 5 Meter

Pengaturcara UART

RPS

Akses ke Pencetak 3D

Langkah 2: Menyusun Struktur Kubus LED

Saya telah mengambil sebungkus 1000 LED yang tersebar di mana saya akan menggunakan 512. Sekarang, kita mesti dapat mengawal setiap LED secara bebas, hanya dengan itu kita dapat membuat corak yang menarik.

Saya akan menggunakan papan Arduino Pro Mini untuk mengawal LED, tetapi papan ini hanya mempunyai 21 pin untuk mengawal LED. Tetapi saya boleh menggunakan multiplexer untuk menggerakkan semua 512 LED melalui 21 pin.

Sebelum kita memasuki reka bentuk litar pemacu, mari kita bina struktur untuk kubus LED. Sangat penting agar simetri tepat agar kubus kelihatan baik, jadi mari kita persiapkan pertunjukan yang akan membantu kita mengekalkan simetri.

Saya akan mencetak 3D asas 120x120x2mm untuk membina kubus. Saya akan menggunakan ini untuk membuat setiap lapisan LED, yang akan menjadi sekitar 64 LED setiap lapisan. Sekarang, saya perlu meletakkan LED secara seragam di seluruh papan. Oleh kerana katod kira-kira 17mm, meninggalkan 2mm untuk pematerian, saya akan melepaskan lubang 15mm. Mari mulakan percetakan 3d.

Saya mula-mula menyusun LED secara berturut-turut dan memendekkan katod. Begitu juga, saya akan mengatur 8 baris LED dengan katodnya dipendekkan. Setelah selesai, saya mempunyai 1 pin katod dan 64 pin anod, ini membentuk 1 lapisan.

Menyusun 8 lapisan sedemikian di atas satu sama lain akan menjadikannya tidak stabil dan strukturnya akan berubah bentuk. Oleh itu, saya akan memberikan sokongan tambahan. Terdapat beberapa cara untuk dilakukan dan salah satunya adalah dengan menggunakan wayar tembaga berlapis perak, tetapi kerana saya tidak mempunyai ini, saya akan mencuba kaedah kasar. Peregangan wayar pemateri menguatkannya, jadi saya akan menggunakannya untuk sokongan. Sapukan sedikit pematerian pada pin katod sebelum menggunakan wayar untuk memberi sokongan. Mudah-mudahan menggunakannya di tengah dan sisi harus memberi kekuatan kiub yang diperlukannya. Kita memerlukan kira-kira 16 wayar dan sangat penting kita mendapatkan bahagian ini dengan betul.

Saya akan meluruskan pin anod untuk menjadikannya simetris.

Kadang-kadang LED mungkin mengalami kerosakan kerana panas pematerian, jadi lebih baik memeriksanya setelah membina setiap lapisan. Setelah selesai, lapisan dapat dipasang di atas satu sama lain dan kali ini pin anod dapat disolder. Pada akhirnya, anda harus mempunyai 64 pin anod dan satu pin katod setiap lapisan. Jadi dengan 64 + 8 = 72 pin ini, kita seharusnya dapat mengawal setiap LED dalam kubus ini.

Sekarang, kita memerlukan struktur sokongan untuk memasang lapisan di atas satu sama lain.

Saya membuat kesilapan. Saya sedikit terlalu bersemangat dan tidak memeriksa sama ada pin anod sejajar antara satu sama lain. Saya semestinya membengkokkan pin anod sebanyak 2mm sehingga setiap lapisan dapat disolder satu sama lain dan garis lurus dapat dibentuk. Oleh kerana saya tidak melakukan ini, saya perlu membengkokkan semua pin yang telah saya solder secara manual dan ini akhirnya boleh mempengaruhi simetri saya. Tetapi semasa anda membinanya, berhati-hatilah agar tidak melakukan kesalahan yang sama. Sekarang pembinaannya selesai, kita perlu mengusahakan litar pemandu.

Langkah 3: Litar Pemacu - Kurangkan Bilangan Pin

Seperti yang saya nyatakan pada awalnya, kami memerlukan 72 pin IO dari alat kawalan, tetapi itu adalah kemewahan yang tidak dapat kami beli. Oleh itu mari kita bina litar multiplexing dan kurangkan bilangan pin. Mari lihat contohnya, mari ambil IC flip-flop. Ini adalah flip-flop jenis D, jangan bimbang tentang teknikal pada ketika ini. Tugas asas IC adalah mengingat 8 pin, 2 daripadanya adalah untuk bekalan kuasa, D0 - D7 adalah pin input untuk menerima data dan Q0 - Q7 adalah pin output untuk mengirimkan data yang diproses. Pin pengaktifan output adalah pin rendah yang aktif, hanya apabila kita membuatnya 0 data input akan muncul di pin output. Terdapat juga pin jam, mari kita lihat mengapa kita memerlukannya.

Sekarang, saya telah menetapkan IC pada papan roti dan menetapkan nilai input ke 10101010 dengan 8 LED disambungkan ke output. Kini, LED hidup atau mati berdasarkan input. Izinkan saya menukar input ke 10101011 dan melihat outputnya. Saya tidak melihat perubahan dengan LED. Tetapi ketika saya menghantar denyut rendah ke tinggi melalui pin jam, output berubah berdasarkan input baru.

Kami akan menggunakan konsep ini untuk mengembangkan papan litar pemandu kami. Tetapi IC kami hanya dapat mengingat 8 data pin input, jadi kami akan menggunakan sejumlah 8 IC tersebut untuk mendukung 64 input.

Langkah 4: Reka Bentuk Litar Pemandu

Saya mulakan dengan melipatgandakan semua pin input IC ke 8 pin data mikrokontroler. Caranya di sini adalah dengan membahagikan data 64-bit dari 8 pin menjadi 8 bit data.

Sekarang, ketika saya menyampaikan 8 bit data ke IC pertama diikuti oleh isyarat denyut rendah ke tinggi di pin jam, saya akan melihat data input terpantul di pin output. Begitu juga dengan menghantar 8 bit data ke IC yang lain dan mengawal pin jam, saya dapat menghantar 64 bit data ke semua IC. Sekarang masalah lain adalah kekurangan pin jam di pengawal. Oleh itu, saya akan menggunakan IC penyahkod baris 3 hingga 8 untuk melipatgandakan kawalan pin jam. Dengan menggunakan 3 pin alamat dalam penyahkod yang digabungkan dengan mikrokontroler, saya dapat mengawal 8 pin output penyahkod. 8 pin output ini mesti disambungkan ke pin jam di IC. Sekarang kita harus memendekkan semua output output pin dan menyambung ke pin pada mikrokontroler, dengan menggunakan ini kita harus dapat menghidupkan atau mematikan semua LED.

Apa yang telah kita lakukan setakat ini hanya untuk satu lapisan, sekarang kita perlu memperluas fungsi ke lapisan lain melalui pengaturcaraan. One Led menggunakan kira-kira 15mA arus, jadi dengan jumlah itu kita memerlukan sekitar 1 Amp arus untuk satu lapisan. Sekarang papan mini Arduino pro hanya dapat sumber atau tenggelam hingga 200 mA arus. Oleh kerana arus pertukaran kami terlalu banyak, kita harus menggunakan BJT atau MOSFET untuk mengawal lapisan LED. Saya tidak mempunyai banyak MOSFET, tetapi saya mempunyai beberapa transistor NPN dan PNP. Secara teorinya, kita mungkin harus menukar hingga 1 amp arus setiap lapisan. Daripada transistor yang saya perolehi, yang tertinggi hanya boleh menukar sekitar 800mA arus, transistor 2N22222.

Oleh itu, mari kita ambil 2 transistor dan tingkatkan keupayaan semasa dengan menghubungkannya secara selari. Sebilangan besar orang ketika mereka menggunakan kaedah ini hanya menggunakan perintang had asas, tetapi masalahnya di sini adalah kerana suhu berubah arus melalui transistor menjadi tidak seimbang dan menyebabkan masalah kestabilan. Untuk mengatasi masalah ini, kita dapat menggunakan 2 perintang yang serupa di pemancar juga untuk mengatur arus walaupun suhu berubah. Konsep ini dipanggil degenerasi pemancar. Perintang pemancar memberikan sejenis maklum balas untuk menstabilkan keuntungan transistor.

Saya hanya akan menggunakan perintang di pangkalan. Ini mungkin menimbulkan masalah pada masa akan datang, tetapi kerana ini hanya prototaip, saya akan menanganinya kemudian.

Langkah 5: Memateri Komponen

Sekarang, mari kita pasangkan litar di papan wangi. Mari mulakan dengan flipflop IC dan gunakan pemegang IC untuk tujuan ini. Sentiasa mulakan dengan pin pertama dan terakhir, periksa kestabilannya, kemudian masukkan PIN yang selebihnya. Mari juga gunakan beberapa header lelaki demi plug and play perintang penghad semasa dan untuk penyambungan ke Cube. Sekarang sambungkan kapasitor pemutusan IC dekat dengan pin bekalan kuasa IC.

Seterusnya, mari kita bekerja pada mikrokontroler. Untuk memasangkannya dan bermain, mari gunakan pemegang dan sambungkan pin wanita terlebih dahulu, kemudian letakkan mikrokontroler.

Masa untuk bekerja pada transistor. 16 perintang ohm 1K diperlukan untuk menyambung ke dasar transistor. Untuk memastikan pin katod biasa LED Cube dalam keadaan logik lalai, saya akan menggunakan perintang zip 8 K ohm, yang mengandungi 8 perintang. Akhirnya membolehkan bekerja pada IC penyahkod alamat. Sekarang litar ini siap seperti rancangan litar.

Langkah 6: Percetakan 3D

Kami memerlukan penutup untuk meletakkan papan litar dan kubus yang dipimpin, jadi mari kita gunakan yang dicetak 3d. Saya akan membuatnya menjadi 3 bahagian untuk kemudahan pemasangan.

Pertama, plat asas untuk memegang struktur yang dipimpin. Kedua, badan pusat elektronik. Ketiga, penutup untuk menutup perumahan.

Langkah 7: Mengemas

Mari kita mulakan dengan memasang struktur led. Anda boleh menolak pin melalui lubang dan menyoldernya terus ke papan litar, tetapi demi kestabilan, saya akan menggunakan papan perf terlebih dahulu, kemudian memasangkannya ke litar. Saya menggunakan kabel pita untuk menyolder LED, kemudian sambungkan hujung yang lain ke pin output flip-flop IC masing-masing.

Untuk menyambung antara transistor dan lapisan kubus LED, kita perlu mempunyai pin bebas untuk menyambung ke pin katod. Sebelum kita menghidupkannya, penting untuk memeriksa kesinambungan dan voltan antara titik. Setelah semuanya baik, IC dapat disambungkan dan kemudian dihidupkan. Sekali lagi, ada baiknya untuk memeriksa sama ada semua LED menyala dengan menghubungkannya terus ke kuasa sebelum menyambungkannya melalui litar. Sekiranya semuanya didapati baik, maka kabel yang dipimpin dapat disambungkan ke titik flip-flop masing-masing.

Mari lakukan kerja pembersihan - cabut kabel pengaturcaraan mikrokontroler, potong pin yang menonjol, dan lain-lain. Sekarang mari sambungkan kabel pengaturcaraan ke badan perumahan, betulkan status yang dipimpin, suis kuasa dan akhirnya suis reset. Kami hampir menyelesaikannya, jadi mari kita gabungkan 3 bahagian. Mulakan dengan pangkalan LED ke badan, kemudian setelah kabel dipasang dengan baik tutup penutup di bahagian bawah.

Muat turun kod ke Arduino Pro Mini dan itu sahaja!

Terima kasih kepada Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ atas Kod dan Instruksinya yang sangat baik.