Kubus LED 3x3 Berasaskan Arduino: 7 Langkah (dengan Gambar)

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

Helo dan selamat datang ke Instructable pertama saya.

Saya mempersembahkan reka bentuk ringkas dan kemas untuk kubus LED 3x3x3 pemula. Untuk menjadikannya lebih mudah dibina, saya memberikan perincian mengenai PCB biasa, anda boleh membuat sendiri atau membeli, arahan dan anda boleh, seperti saya, menggunakan semula perisian dari kubus LED perpustakaan Arduino yang hebat ini dan arduino lib.

Salah satu tujuan reka bentuknya adalah dengan hanya menggunakan bahagian lubang sahaja, lebih mudah bagi pemula untuk menyolder dan semuanya boleh didapati melalui internet di laman lelong / membeli-belah kegemaran anda.

Reka bentuknya boleh dikuasakan dari kabel USB atau adaptor kuasa DC 7.5-12V.

Litar ini menggunakan reka bentuk teras Arduino yang dipotong dan anda boleh memprogramkannya dalam litar menggunakan programmer In Circuit System Programmable (ICSP) yang murah atau penyesuai USB ke TTL yang tersedia. Satu-satunya perisian yang anda perlukan adalah Arduino IDE yang dihormati.

Reka bentuk ini tidak revolusi hanya berdasarkan beberapa karya sebelumnya dan saya mengemasnya dengan kemas. Saya harap anda menikmatinya.

Langkah 1: Bahagian Diperlukan

Reka bentuk ini digunakan secara meluas melalui bahagian lubang. Pengedar tempatan kegemaran anda harus menyimpan bahagian yang anda perlukan.

Anda memerlukan Atmega 168p atau Atmega 328p dengan bootloader Arduino masuk ke dalamnya. Anda boleh mendapatkannya di Ebay, cari "arduino bootloader", pastikan anda membeli varian Dual In Line (DIL). Anda juga memerlukan soket USB jenis B, yang biasa, lebih tua dan gemuk. Saya memilih ini kerana senang dipateri. Transistor, T1-T3 adalah transistor NPN tujuan umum, dan juga jenis yang disenaraikan, anda boleh menggunakan BC108, 2N2222, 2N3904 dll, selalu periksa pin transistor terhadap PCB sekalipun.

Untuk LED yang sangat penting, pastikan anda membeli LED kecerahan tinggi atau ultra terang. Saya menggunakan 10000-12000mcd LED dari penjual di Ebay untuk contoh kubus yang ditunjukkan di sini. Anda mahukan yang terang sehingga anda masih dapat melihat kiub dalam pencahayaan bilik biasa. Sekiranya keterangan item memperincikan sudut pandangan, biasanya 20 darjah tetapi anda dapat menjumpainya dengan sudut pandangan yang lebih luas, pertimbangkanlah. LED ultrabright ini bukanlah yang paling terkenal jika dilihat secara sebelah kanan. Anda mungkin perlu mencuba beberapa LED dari pembekal yang berlainan sebelum anda menemui lampu LED yang sesuai dengan keperluan anda.

Senarai bahagian lengkap:

Bahagian Nilai KeteranganPCB PCB hijau yang bagus, buat atau beli.27 LED 3mm, warna pilihan anda. C1 100n 100nF, 25V, kapasitor seramik pitch 7.5mm C2 22p 22pF, 25V, kapasitor seramik 4.4mm

Kapasitor seramik pitch C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm C4 100n 100nF, 25V, kapasitor seramik pitch 7.5mm C5 100n 100nF, 25V, kapasitor seramik pitch 7.5mm C6 10u 10uF 16V, kapasitor elektrolitik casing 5.5mm, 16V C7 22u 10uF 16V, Kapasitor elektrolitik casing 5.5mm, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 atau ATMEGA328 dengan Arduino bootloader IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA linear regulator, TO92 package ICSP ICSP Pin header strip, 0.1 "pitch, 2x3 way. J1 DCJ0202 DC soket kuasa, diameter dalaman 2.1mm. Jalur pengepala Pin JP1, nada 0,1 ", jalan 1x3. Q2 16MHz 16MHz, kristal kes HC49, 50ppm, profil rendah R1 10k 10K 1 / 4W perintang filem logam 1% R2 1k 1K 1 / 4W perintang filem logam 1% R3 1k 1K 1 / 4W perintang filem logam 1% R4 1k 1K 1/1 Perintang filem logam 4W 1% R5 470 470 1 / 4W perintang filem logam 1% R6 1k 1K 1 / 4W perintang filem logam 1% R8 100 100R 1 / 4W perintang filem logam 1% R9 100 100R 1 / 4W perintang filem logam 1% Perintang filem logam R10 470 470R 1 / 4W 1% R11 470 470R Perintang filem logam 1 / 4W 1% R12 470 470R Perintang filem logam 1% R13 470 470R Perintang filem logam 1 / 4W 1% R14 470 470R 1 / 4W perintang filem logam 1% R15 470 470R 1 / 4W perintang filem logam 1% R16 470 470R perintang filem logam 1% R17 470 470R 1 / 4W perintang filem logam 1% R18 1k 1K 1 / 4W perintang filem logam 1% R19 LDR Pilihan LDR S1 S1 4 pin, suis PTH pemasangan PCB 6x6mm. Transistor NPN berkuasa rendah T1 BC547 BC547 / BC548, transistor NPN kuasa rendah TO92 T2 BC547 BC547 / BC548, transistor NPN kuasa rendah TO92 T3 BC547 BC547 / BC548, soket TO92 X4 USB jenis B, soket PCB melalui lubang.4 x 3-5mm tinggi lekatkan pada kaki getah.

Langkah 2: Diagram Litar dan Penjelasan Operasi

Skema ditunjukkan di atas.

Reka bentuknya didasarkan pada skema Arduino Duemilanove, dilucutkan ke keperluan asas. Peranti USB ke siri telah dikeluarkan tetapi terdapat header bersiri, JP1, yang membolehkan penyesuai USB ke TTL memprogramkan peranti, lebih banyak lagi pada pengaturcaraan kemudian. Terdapat juga tajuk ICSP.

Papan boleh beroperasi dari palam USB, menggunakan bekalan 5V yang mudah di PC, atau pek pengecas telefon bimbit kedai pound / dolar yang murah. Pilihan lain menggunakan input palam DC, ini menerima input DC 7-15V sehingga anda boleh menggunakan penyesuai palam yang anda ada. Litar hanya menggunakan 30mA jadi penyesuai yang dibuang dari alat mati harus berfungsi, periksa kotak sampah anda.

Perintang R12 hingga R17 menetapkan arus, yang menetapkan kecerahan LED. Dengan led RED dan perintang 470R ditunjukkan, arus adalah ~ 5mA per LED. Untuk mengira arus LED, anda memerlukan voltan keluaran peranti Atmega (4.2V) dan penurunan voltan hadapan LED, untuk LED merah ialah 1.7V. Rumusannya adalah:

Arus LED = (Voltan keluaran Atmega - Voltan LED) / I Led

Dengan bahagian yang saya gunakan: arus LED = (4.2-1.7) / 470LED semasa = 5.31mA

Hadkan arus dari Atmega 168/328 hingga 10mA

Beberapa penurunan voltan LED biasa:

Merah 1.7V Kuning 2.1VOrange 2.1V Hijau 2.2V Biru 3.2V Biru super 3.6V Putih sejuk 3.6V

Oleh itu, anda boleh menggunakan LED biru bersinar tinggi, perintang akan turun ke 270R. Anda boleh menaikkan arus ke 10mA, dalam ujian saya mendapati 5mA sudah mencukupi.

Transistor T1-T3 adalah transistor NPN BJT biasa, BC547 / BC548 / 2N2222 dll. Mereka mengawal peralihan setiap tiga lapisan. Perintang R2-R4 menghadkan arus asas perintang.

R6 dan LED PWR adalah pilihan, disalin dari Arduino, agak jelas jika kuasa dihidupkan ke kubus LED.

C2, C3 dan Q2 membentuk litar jam untuk peranti Atmega 168 / 328p, diprogramkan dengan bootloader. Pastikan anda memasang kapasitor 22pF di sini dan tidak di tempat lain kerana cip tidak dapat dimulakan. C1, C4 dan C5 adalah penyambungan bekalan kuasa. IC2, C6 dan C7 membentuk litar pengatur linear sederhana. Tidak banyak yang boleh diperkatakan mengenai perkara ini tetapi pastikan anda sesuai dengan kapasitor dengan cara yang betul. Terdapat + simbol pada gambar PCB dan layar sutera.

SK1 dan R8 dan R9 adalah antara muka bersiri. Dengan menggunakan penyesuai USB ke TTL, anda dapat memprogramkan peranti tersebut, dengan menggunakan contoh di sini

Langkah 3: Mendapatkan Fail Reka Bentuk dan Membuat PCB

Data reka bentuk PCB boleh dimuat turun dari Github di

Terdapat fail Gerber yang diproses untuk dihantar ke fabrikasi PCB, skema dan overlay PCB dalam format-p.webp

PCB boleh dibuat di rumah, saya akan melakukan ini tetapi saya kehabisan Etchant. Reka bentuk boleh dibuat menggunakan PCB satu sisi dan lapisan atas (MERAH dalam gambar) dapat dilaksanakan menggunakan pautan kawat tembaga kaleng. Saya menggunakan https://pcbshopper.com/ untuk mencari vendor yang sesuai, untuk prototaip yang saya gunakan Elecrow.

Reka bentuk PCB pada Github mempunyai 3 perubahan pada reka bentuk prototaip yang ditunjukkan di sini:

1. Pengatur 7805CV telah digantikan oleh pengatur 78L05 yang lebih kecil.
2. PCB menyusut 5mm.
3. Saya mengeluarkan polifius dari suapan USB + 5V.

Langkah 4: Pemasangan PCB

PCB agak lurus ke hadapan untuk dipasang. Saya telah menambahkan foto PCB yang dipasang dan susun atur di atas untuk rujukan. Saya selalu memulakan dengan memasang bahagian terkecil terlebih dahulu dan bekerja ke atas, terutamanya penting jika anda tidak mempunyai pendirian PCB.

1. Mulakan dengan memasang perintang terlebih dahulu, jangan memasangkannya lagi. Pastikan anda memasukkan komponen yang betul di tempat yang betul. Untuk memudahkan pemeriksaan, pasangkan mereka dengan tali toleransi di sebelah kanan / bawah, menjadikannya lebih mudah untuk diperiksa selepas itu. Lihat di sini jika anda memerlukan bantuan mengenal pasti kod warna perintang. Setelah anda mengesahkan bahagian yang betul berada di tempat yang betul, solder bahagian tersebut.
2. Pateri kristal Q2 di tempatnya dan kapasitor C2 dan C3.
3. Selesaikan soket 28 pin untuk Atmega168 / 328 di tempatnya, pastikan anda mempunyai lekapan pin 1 paling atas, ini membantu mengelakkan meletakkan peranti ke belakang.
4. Pasangkan penyambung ICSP dan JP1.
5. Pasang kapasitor C1, C4 dan C5, semuanya 100nF (kod bahagian 104).
6. Pengatur linear IC2.
7. Pasangkan transistor T1, T2 dan T3. Pastikan anda belum menukar T1 / T2 / T23 dan IC1 kerana semuanya dalam pakej yang sama.
8. Sesuai dengan S1, orientasi tidak menjadi masalah.
9. Pasangkan C6 dan C7, pastikan anda mendapat polaritas yang betul!
10. Pasangkan penyambung USB X4.
11. Pasangkan palam kuasa DC J1.

Bit terakhir untuk dihimpunkan adalah header pin berbalik SIL. Saya menggunakan sepasang pemotong halus untuk mengeluarkan plastik dengan teliti dari setiap pin jalur, saya mengulanginya sehingga saya mempunyai 12 soket pin yang dipusingkan, kemudian menggunakan sepasang tang dan 3 tangan, masing-masing menyolder ke PCB. Oleh kerana kebanyakan orang tidak mempunyai 3 tangan, timah setiap lubang dengan beberapa solder, untuk menutup alas, biarkan sejuk. Kemudian sapukan solder untuk mencairkan solder dan masukkan pin, lepaskan solder untuk sambungan. Anda mungkin memerlukan pateri segar jika anda mempunyai sendi kering.

Sebelum memeriksa pematerian anda, berehat sebentar, mungkin untuk minuman? Periksa pematerian anda, periksa penyambung USB kerana pin jarak dekat dan pin pada peranti Atmega168 / 328.

Setelah berpuas hati dengan pematerian, pasangkan kaki pelekat diri ke bahagian bawah PCB.

Langkah 5: Memasang LED Cube

Ini adalah bahagian perhimpunan yang paling sukar. Luangkan masa anda, jangan takut.

Saya telah menambah nota pada gambar di atas kerana gambar mengatakan seribu perkataan.

Beberapa perkara penting.

1. Pastikan plumbum positif (kaki lebih panjang) menunjuk ke bawah semasa reka bentuk beralih + V ke 9 LED pada setiap lapisan.
2. Pastikan timbal negatif dibengkokkan pada 90 darjah ke LED, untuk membuat bar mendatar.
3. Bina setiap lapisan secara berasingan dan periksa bina / rangkap tiga.
4. Pastikan wayar tembaga kalengan, bila digunakan, berada di tengah-tengah antara setiap barisan LED, ini menjadikannya lebih mudah ditambat pada wayar suis lapisan.

Langkah 6: Ujian dan Perhimpunan Kiub Akhir

Sebelum memasang pemasangan kubus LED atau peranti Atmega168 / 328, anda boleh melakukan beberapa pemeriksaan mudah.

Sekiranya anda mempunyai DMM (anda seharusnya mempunyai satu jika anda membina projek seperti ini), ukur rintangan merentasi pin 7 (positif) dan 8 (negatif) soket 28 pin, anda seharusnya mempunyai> 1K. Sekiranya lebih rendah daripada ini, periksa pematerian anda.

Seterusnya gunakan input 7-15V ke J1, kembali ke pin 7 & 8 dari soket 28 pin, ukur voltan, anda harus melihat 5V tetapi mungkin berada di antara 4.90V dan 5.1V, ini baik-baik saja. Sekiranya anda memasang R6 dan PWR LED, ini harus menyala.

Cabut plag J1, pasang plumbum USB ke X4, pasangkan kabel ke hub atau sesalur ke penyesuai USB 5V, ulangi bacaan voltan pada pin 7 & 8 dari soket 28 pin, adakah bacaan sekitar 5V?

Pemeriksaan di atas adalah untuk memastikan voltan bekalan betul dan kekutuban yang betul.

Seterusnya, masukkan peranti Atmega168p / 328p dengan berhati-hati. Bengkokkan pin sedikit, jika diperlukan, agar sesuai dengan soket. Dengan menggunakan J1 dan bekalan 7-15V anda, hidupkan kuasa, lihat apakah IC2 menjadi panas sejurus selepas hidup. Sekiranya berlaku, matikan kuasa dan periksa orientasi IC1.

Seterusnya masukkan baris pertama array LED dengan teliti. Pastikan salah satu bar sokongan wayar tembaga kaleng dekat dengan PADL1, PADL2 dan PADL3, anda memerlukannya kemudian apabila anda menyolder wayar untuk setiap lapisan. Sebaiknya mulakan dengan pin sudut dan menggunakan sepasang tang hidung jarum, bengkokkan setiap pin dengan hati-hati sedikit demi sedikit, agar sesuai dengan soket pada PCB. Saya telah menambah gambar lapisan pertama yang dipasang di atas. Dengan menggunakan sekeping dawai 1 / 0.6 sehelai helai tunggal, potong sehingga panjang sesuai dari PADL1 / PADL2 atau PADL3 ke setiap lapisan kubus. Saya merasa lebih mudah memasukkan baris pertama LED ke dalam PCB dan menyolder wayar kawalan lapisan pertama (ditunjukkan dengan warna putih) kemudian kembali ke langkah sebelumnya, buat baris lain, kemudian pasang setiap lapisan ke PCB kerana ini memberikan stabil asas.

Mulakan dengan menyolder lapisan seterusnya dengan menyolder salah satu LED sudut, Kemudian solder sudut yang bertentangan. Sekarang periksa lapisannya rata sebelum anda menyolder lagi. Setelah anda menyesuaikan lapisan, menyolder LED dua sudut yang lain, susunannya harus levle tetapi periksa semula. Pateri LED yang tinggal. Ulangi pemasangan lapisan untuk lapisan akhir.

Langkah 7: Pengaturcaraan

Bergantung pada peranti Atmega anda, anda mungkin perlu memprogram bootloader atau hanya memuat turun kodnya. Sekiranya anda mempunyai cip dengan bootloader yang sudah diprogramkan, anda boleh menggunakan penyesuai USB ke TTL. Ikuti panduan ini:

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

Anda juga boleh menggunakan penyambung 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP), anda boleh menggunakan Arduino lain untuk melakukan ini:

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

Saya menggunakan programmer Usbasp yang berfungsi dengan Arduino IDE, mengkonfigurasinya melalui menu Tools-> Programmer. Anda boleh memilih pengaturcara Arduino / Atmel AVR dengan murah melalui Ebay atau laman lelong lain.

Muat turun pustaka kubus LED dari https://github.com/gzip/arduino-ledcube, ikuti arahan di Github dan cari di direktori Contoh anda untuk 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Sekiranya anda menggunakan programmer ICSP, tahan shift sebelum mengklik muat naik untuk mengarahkan Arduino IDE untuk menggunakan programmer. Sekiranya anda menggunakan penyesuai USB-ke TTL, tekan dan lepaskan tetapan semula setelah IDE selesai menyusun.

Setelah kod contoh diprogramkan, anda harus mempunyai kubus LED dengan corak cantik.

Ini adalah arahan pertama saya, komen dan maklum balas diterima.