8x8x8 Led Cube: 9 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Σε αυτό το διδακτικό, θα δείξουμε πώς να φτιάξετε έναν κύβο 8x8x8 Led. Όλα ξεκίνησαν ως μια ιδέα για το αντικείμενο «Creative Electronics», που ανήκει στην ενότητα 4η χρονιά Electronics Engineering στο Πανεπιστήμιο της Μάλαγα, Σχολή Τηλεπικοινωνιών:

Το έργο γενικά αποτελείται από συν-σχεδιασμό υλικού και λογισμικού. Το τμήμα υλικού αποτελείται από τον κύβο και όλες τις συνδέσεις, καθώς και μια βάση που υποστηρίζει το σχεδιασμό. Το τμήμα λογισμικού αποτελείται από μια κλιμακούμενη βιβλιοθήκη, η οποία έχει υλοποιηθεί προκειμένου να είναι χρήσιμη για άλλα έργα.

Ελεγχόμενοι από ένα Arduino Uno, πεντακόσια δώδεκα led σχηματίζουν αυτόν τον κύβο και καθώς χωρίζονται σε στήλες και στρώματα, το καθένα μπορεί να ενεργοποιηθεί ξεχωριστά.

Παρουσιάζουμε μερικά βήματα που μπορούν να κάνουν το έργο πιο εύκολο, αν και αυτό χρειάζεται μερικές μέρες συγκόλλησης. Για το έργο, χρησιμοποιήσαμε τρανζίστορ Blue Leds και NPN.

Εδώ επισυνάπτουμε μια λίστα με το απαραίτητο υλικό:

• 512 LED.
• 64 Αντίσταση 220 ohm.
• 9 Shift Registers 74HC595.
• 16 Τρανζίστορ 2N222.
• Πίνακας αφρού.
• Αρκετά μέτρα λεπτού σύρματος (1,2 mm).
• Σύρμα λωρίδας.
• Συνδέσεις (αρσενικό και θηλυκό).
• Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.
• Προ-τρυπημένη πλάκα (PCB).
• Υποστήριξη για δομή.
• Ξύλινο κουτί για δομή.

Ελπίζουμε ότι αυτό αρέσει σε όλους.

Βήμα 1: Σχεδίαση του προτύπου για LED

Το πρώτο βήμα είναι να σχεδιάσετε ένα πρότυπο για να διευκολύνετε τη διαδικασία του στρατιώτη. Σε μια σανίδα αφρού, πρέπει να σχεδιάσουμε ένα τετράγωνο και να το χωρίσουμε σε 64 μικρά τετράγωνα, όλα χωρισμένα μία ίντσα. Στη διασταύρωση ενός μικρού τετραγώνου με ένα άλλο, πρέπει να κάνουμε μια τρύπα με ένα κατσαβίδι, για παράδειγμα, για να βάλουμε τα led μέσα τους για να τα στρατιώσουμε.

Βήμα 2: Δημιουργήστε μια βάση

Πρέπει να κάνουμε μια βάση όπου θα ακουμπάνε τα led. Είναι καλύτερα να το φτιάξετε με μια ξύλινη σανίδα, η οποία δεν είναι βαριά αλλά ούτε χαλαρή. Αφού πάρουμε τον πίνακα, πρέπει να επαναλάβουμε το βήμα 1, αλλά τώρα εδώ. Πρέπει να σημειώσουμε το ξύλο, σχεδιάζοντας ένα τετράγωνο 8 ιντσών, όπου στο εσωτερικό του θα σχεδιαστούν άλλα 64 τετραγωνικά της ίντσας.

Μόλις σχεδιάσουμε όλα, είναι η στιγμή να χρησιμοποιήσουμε μια μηχανή γεώτρησης. Με λίγο 1mm, θα κάνουμε μια τρύπα που τρυπά το ξύλο στη διασταύρωση κάθε τετραγώνου, για να βάλουμε τα σύρματα που θα συγκρατήσουν τη δομή μέσα τους.

Πάρτε τη μηχανή γεώτρησης και τρυπήστε μακριά!

Έχουμε δημιουργήσει ένα βίντεο για να σας δείξουμε πώς να το κάνετε. Το τελικό αποτέλεσμα πρέπει να μοιάζει με αυτές τις εικόνες που δίνονται εδώ.

Βήμα 3: Βάλτε τα καλώδια ευθεία

Είναι καλύτερο για τη δομή να χρησιμοποιεί καλώδια μεταξύ των led, επειδή θα κάνουν τη δομή πιο άκαμπτη ή άκαμπτη. Καθώς τα σύρματα πωλούνται συνήθως σε ρολό, πρέπει να τα βάλουμε ίσια. Θα χρειαστούμε επίσης ένα τρυπάνι για αυτό το βήμα.

Πρέπει να κόψουμε το σύρμα και να βάλουμε μια φέτα στη μηχανή τρυπανιών. Αφού στερεωθεί πάνω του, πρέπει να κρατήσουμε το άλλο μέρος του σύρματος και να ενεργοποιήσουμε τη μηχανή τρυπανιών. Σε λίγα δευτερόλεπτα, το σύρμα θα είναι ίσιο σαν κερί!

Σας δείχνουμε πώς να κάνετε αυτήν τη διαδικασία στο βίντεο και δίνουμε ένα κλειδί για την ταχύτερη διαδικασία: μπορείτε να κόψετε ένα μακρύτερο σύρμα, να το ισιώσετε μία φορά και στη συνέχεια να το κόψετε.

Βήμα 4: Συγκολλήστε ένα στρώμα

Μόλις είμαστε σίγουροι ότι όλα τα led ανάβουν καλά, είναι η στιγμή να τα κολλήσετε. Πρέπει να διαχωρίσουμε τις καθόδους και τις άνοδος, για να κάνουμε τη διαδικασία γρηγορότερη.

Σε αυτό το βήμα, όλες οι κάθοδοι θα συνδεθούν. Θα χρησιμοποιηθούν 64 led και 11 σύρματα: ένα για κάθε σειρά και 3 ακόμη για συγκράτηση της δομής. Μπορείτε να δείτε πώς τα καταφέραμε. Βάζουμε 3 νομίσματα των 10 λεπτών για να βάλουμε όλα τα καλώδια στο ίδιο ύψος και, στη συνέχεια, ξεκινά η διαδικασία.

Είναι πολύ σημαντικό να ελέγξετε μετά τη διαδικασία συγκόλλησης ότι όλα τα led είναι καλά συγκολλημένα. Μπορείτε να το κάνετε αυτό χρησιμοποιώντας το Arduino, συνδέοντας ένα καλώδιο στο GND και ανιχνεύοντας με την είσοδο 5V κάθε led, όπως μπορείτε να δείτε στο βίντεο.

Μην ξεχάσετε να κόψετε το τμήμα κάθε καθόδου που δεν ήταν στρατιώτης.

Και τώρα κάνατε το ένα, συνεχίστε με τα άλλα επτά!

Φτιάξαμε μερικές φωτογραφίες για να δείξουμε επίσης τη διαδικασία.

Βήμα 5: Φτιάξτε τη δομή κύβου

Εάν έχετε τελειώσει τη συγκόλληση, το επόμενο βήμα είναι να φτιάξετε τη δομή κύβου. Θα συγκολλήσουμε το ένα στρώμα πάνω από το άλλο, χωρίζοντάς το με μερικά μαξιλάρια από αφρώδες χαρτόνι, όπως δείχνουμε στη φωτογραφία.

Σε αυτό το βήμα, όλες οι άνοδοι πρέπει να συγκολληθούν στα καλώδια. Το κλειδί είναι να κρατάτε τα κάθετα σύρματα όταν είναι ώρα να βάλετε το στρώμα στη δομή και η δουλειά σας δεν θα είναι πολύ περίπλοκη.

Όπως έχουμε ξαναπεί, είναι πολύ σημαντικό να ελέγξετε μετά τη συγκόλληση της σωστής λειτουργίας των led. Μην ξεχάσετε σε αυτό το βήμα να αφαιρέσετε το πόδι της περίσσειας ανόδου. Είναι πιο εύκολο να το κάνετε τώρα, αντί να το κάνετε στο τέλος.

Η επιτυχία θα ολοκληρωθεί όταν τα 8 επίπεδα βρίσκονται το ένα πάνω στο άλλο από τις ανόδους. Μετά από αυτό, οι άνοδοι θα συγκολληθούν σε ένα PCB.

Είναι απαραίτητο να συνδέσετε κάθετα καλώδια από τη βάση σε κάθε κατακόρυφο στρώμα LED για τη σωστή λειτουργία κάθε στρώματος και να προσανατολίσετε το led στους άξονες x, y και z. Μπορείτε να το δείτε στις φωτογραφίες.

Βήμα 6: Συρματώστε τη βάση

Πρέπει να συγκολλήσουμε τα αντίστοιχα στρώματα χρησιμοποιώντας σύρματα λωρίδων, στα οποία θα προσθέσουμε συνδέσμους που θα μπουν στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, για να φωτίσει τελικά τον κύβο.

Κάθε στήλη θα έχει ένα καλώδιο συγκολλημένο και κάθε 8 στήλες, που σχηματίζουν ένα κατακόρυφο στρώμα, θα ενώνονται με τον ίδιο αρσενικό σύνδεσμο, ο οποίος στη συνέχεια θα εισαχθεί σε έναν θηλυκό σύνδεσμο στο PCB. Τα οριζόντια στρώματα θα φέρουν επίσης έναν σύνδεσμο για να έχουν τις καθόδους μαζί για σύνδεση με το PCB.

Βήμα 7: Συγκολλήστε το κύκλωμα

Ακολουθώντας το σχηματικό κύκλωμα, θα συγκολλήσουμε όλα τα εξαρτήματα στη διάτρητη πλάκα, γεφυρώνοντας τις απαραίτητες συνδέσεις και τραβώντας το καλώδιο σε περίπτωση που δεν υπάρχει χώρος συγκόλλησης.

Για αυτό το βήμα χρειαζόμαστε:

• Διάτρητη πλάκα (μπορεί να είναι λωρίδες ή χωρίς σχέδιο). Χρησιμοποιήσαμε χωρίς μοτίβο
• Αντιστάσεις
• Αρσενικοί συνδετήρες
• Εγγραφές
• NPN τρανζίστορ
• Καλώδιο λωρίδων

Βήμα 8: Υποστήριξη κύβου

Θα αναπτύξουμε ένα στήριγμα, στην περίπτωση μας από ξύλο, όπου θα εισαγάγουμε το κύκλωμα και θα υποστηρίξουμε τον κύβο.

Πως τα καταφέραμε; Κουτί πλάτους 26 εκατοστών, μήκους 31 και ύψους 10. Βάζουμε μερικά μικρά στηρίγματα που θα εμποδίσουν τον κύβο να πέσει στο κάτω μέρος του κουτιού, καταστρέφοντας έτσι το κύκλωμα που πηγαίνει από κάτω.

Βήμα 9: Κώδικας και προγραμματισμός

Ο κώδικας αποτελείται από έναν πίνακα Boole με 512 τιμές που αντιπροσωπεύουν την κατάσταση του κάθε led.

Χωρίζεται σε δύο μέρη, το ένα είναι υπεύθυνο για τη μεταβολή της κατάστασης του καθενός με αλλαγή των τιμών στον πίνακα, το άλλο μέρος είναι υπεύθυνο για την αποστολή πληροφοριών στους καταχωρητές.

Για την αποστολή πληροφοριών στους καταχωρητές, χρησιμοποιείται η λειτουργία shiftOut (), έχοντας ως είσοδο δεδομένα τύπου byte, παράγει σήματα ρολογιού και δεδομένων για σειριακή μετάδοση με τους καταχωρητές.

Εμφανίζεται η ανάγκη μετάφρασης του πίνακα Boole σε πίνακα τύπου byte, κάθε byte αντιπροσωπεύει μια εγγραφή. Ανάλογα με το μέγεθος του κύβου για το σχεδιασμό, ο αριθμός των καταχωρητών αλλαγής στο έργο αλλάζει. Αυτό το μέρος του κώδικα είναι κλιμακούμενο για να διευκολύνει την αποστολή πληροφοριών σε κύβους διαφορετικού μεγέθους.

Για τη δημιουργία κινούμενων εικόνων στον κύβο χρησιμοποιούμε τη συνάρτηση voxelWrite (), αυτή η λειτουργία μας επιτρέπει να αλλάξουμε την κατάσταση ενός led σύμφωνα με μερικές συντεταγμένες x, y, z.

στον παρακάτω σύνδεσμο στη σελίδα μας στο GitHub, μπορείτε να βρείτε χρήσιμες πληροφορίες: