Arduino Mega 8x8x8 RGB LED Cube: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Έτσι, θέλετε να φτιάξετε έναν κύβο LED 8x8x8 RGB

Έχω ασχοληθεί με τα ηλεκτρονικά και τα Arduino εδώ και λίγο καιρό, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής ενός ελεγκτή διακόπτη υψηλής έντασης για το αυτοκίνητό μου και ενός έξι λωρίδων Pinewood Derby Judge για την ομάδα προσκόπων μας.

Έτσι με ενθουσίασε και μετά κόλλησα όταν βρήκα τον υπέροχο ιστότοπο του Kevin Darrah με τις λεπτομερείς εξηγήσεις του και τη δημιουργία βίντεο.

Ωστόσο, υπήρχαν μερικοί τομείς της κατασκευής του που πίστευα ότι θα μπορούσα να βελτιωθώ.

Στα θετικά:

• Οι λεπτομερείς εξηγήσεις του Kevin για τον κώδικα Arduino που απαιτούνται για αυτό το πολύπλοκο πρόγραμμα απλοποίησαν την πλευρά κωδικοποίησης της κατασκευής.
• Υποστηρίζω τη χρήση μεμονωμένων τρανζίστορ από τον Kevin για την οδήγηση καθενός από τις 192 καθόδους. Παρόλο που αυτό απαιτεί έναν πλούσιο σχεδιασμό υλικού, σας επιτρέπει να οδηγείτε κάθε LED σκληρά χωρίς να διακινδυνεύετε να υπερφορτώσετε ένα τσιπ οδηγού που διαχειρίζεται 8 (ή περισσότερα) LED.

Τομείς που ήθελα να βελτιώσω:

• Πρέπει να υπάρχει ένας καλύτερος τρόπος κατασκευής του ίδιου του κύβου συν υπάρχουν πάνω από 2000 αρμοί συγκόλλησης σε ένα κουτάβι 8x8x8 RGB και εάν κάποιος αποτύχει/σπάσει στη μέση, θα είναι σχεδόν αδύνατο να αποκτήσετε πρόσβαση και να διορθώσετε
• Όλη αυτή η καλωδίωση !!!! Είχα κάποια εμπειρία στο σχεδιασμό PCB στο παρελθόν, με στόχο να δημιουργήσω ένα ενιαίο PCB για να φιλοξενήσει τόσο τον σημαντικό αριθμό εξαρτημάτων που απαιτούνται όσο και τον ίδιο τον κύβο

Περαιτέρω αναζήτηση αποκάλυψε περαιτέρω σχέδια κύβων από τα οποία πήρα άλλους τομείς έμπνευσης.

Ο Nick Schulze έχει δημιουργήσει ένα υπέροχο παράδειγμα σημείωσης, αν και με μια απλούστερη προσέγγιση υλικού STP16 και ένα τσιπ 32bit KIT UNO. Αξιοποίησα τον σχεδιασμό του κύβου και όχι του Κέβιν.

Το SuperTech-IT έχει επικεντρωθεί στην απλοποίηση της πλευράς υλικού με μια προσέγγιση PCB που ενσωματώνει και επεκτείνει την προσέγγιση προγραμματισμού του Kevin και του Nick με έμφαση στην εξάλειψη όλων των καλωδιώσεων.

Έτσι τέθηκε ένα σχέδιο. Χρησιμοποιώντας το σχηματικό σχήμα του Kevin, τη δομή του Cick του Nick, σχεδιάστε ένα ενιαίο PCB και αναπτύξτε μια λύση που θα απλοποιήσει την κατασκευή και θα ενισχύσει τον ίδιο τον κύβο.

Βήμα 1: Όλα αυτά τα LED

8x8x8 = 512 LED RGB. Το eBay είναι φίλος σας εδώ και αγόρασα 1000 από έναν Κινέζο προμηθευτή.

Ο σχεδιασμός που επέλεξα χρησιμοποιεί 5mm Common Anode RGB LED - έτσι κάθε LED έχει ένα καλώδιο Cathode (αρνητικό) για καθένα από τα τρία βασικά χρώματα (Κόκκινο/Πράσινο/Μπλε) και ένα μονό καλώδιο Anode (θετικό) που είναι κοινό για καθένα από τα Χρώματα.

Δοκιμή των LED

Ενώ φθηνά, ανησυχούσα λίγο για την ποιότητα. Το τελευταίο πράγμα που θέλετε να βρείτε για να βρείτε ένα λαμπερό LED στη μέση του κύβου σας, ώστε να ξεκινήσω να δοκιμάζω καθένα από τα 512 LED που θα χρησιμοποιούσα.

Για να απλοποιήσω την προσέγγιση, σχεδίασα ένα μικρό breadboard και ένα απλό πρόγραμμα Arduino που θα οδηγούσε δύο LED με κόκκινο> πράσινο> μπλε μεμονωμένα και στη συνέχεια για λευκό με το πάτημα ενός κουμπιού.

Ένα LED θα λειτουργούσε ως κοινή αναφορά για όλα τα άλλα για να διασφαλίσει ότι όλα τα LED είχαν κοινή φωτεινότητα.

Μόλις μπείτε στο σπρώξιμο να σπρώξετε ένα LED στο ψωμί, πατώντας το κουμπί, βλέποντας το LED να αναβοσβήνει στα χρώματα, δεν χρειάζεται πολύς χρόνος για να αναθεωρήσετε και τα 512. Από την άλλη δεν βρήκα ούτε ένα ελάττωμα και πολύ ευχαριστημένος με την ποιότητα των LED.

Επιλέγοντας τις τρέχουσες περιοριστικές τιμές αντίστασης

Ενώ το breadboard είναι έξω, είναι μια καλή στιγμή για να δοκιμάσετε και να επικυρώσετε τις αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος LED που θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε. Υπάρχουν πολλές αριθμομηχανές εκεί έξω για να σας βοηθήσουν να επιλέξετε τη σωστή τιμή και δεν θα είναι η ίδια για όλα τα χρώματα (το κόκκινο σχεδόν σίγουρα θα έχει διαφορετική απαίτηση από το πράσινο και το μπλε).

Ένας βασικός τομέας που πρέπει να προσέξετε είναι το συνολικό λευκό χρώμα που εκπέμπει το LED όταν είναι ενεργοποιημένα όλα τα χρώματα RGB. Μπορείτε να ισορροπήσετε την τιμή των αντιστάσεων για να παράγετε ένα καθαρό λευκό χρώμα εντός των τρέχοντων ορίων της λυχνίας LED.

Βήμα 2: Απλοποίηση του Cube Build

Ένα παζλ για να φτιάξετε κάθε φέτα 8x8

Η οικοδόμηση ενός κύβου αυτής της πολυπλοκότητας δεν πρέπει να θεωρείται επιπόλαιη. Αυτό θα απαιτήσει μια σημαντική επένδυση του χρόνου σας.

Η προσέγγιση που σχεδίασα απλοποίησε τη συγκόλληση κάθε κάθετης «φέτας» 8x8 του κύβου σε ένα μόνο γεγονός, σε αντίθεση με τις γραμμές κατασκευής 8 LED με τη σειρά και στη συνέχεια συγκόλληση 8 από αυτές σε ξεχωριστή λειτουργία.

Θα χρειαστείτε ένα ζιγκ για αυτήν την προσέγγιση και λίγος χρόνος που επενδύεται εδώ αποκομίζει τεράστια οφέλη αργότερα.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει την απλότητα αυτού του σχεδίου.

• Χρησιμοποίησα μαλακό ξύλο 18mm x 12mm προερχόμενο από τοπικό κατάστημα υλικού.
• Τρυπήθηκαν τρύπες 8 x 5 mm στη μέση της πλευράς των 18 mm, σε απόσταση 30 mm σε 8 μήκη επιτρέποντας επιπλέον μήκος 50 mm σε κάθε άκρο.
• Χρησιμοποιήστε δύο μήκη ξύλου σε κάθε πλευρά και στερεώστε αυτά τα 8 τρυπημένα τμήματα εξασφαλίζοντας ότι είναι παράλληλα μεταξύ τους και ακριβώς 30 χιλιοστά μεταξύ τους.
• Θα συνιστούσα να χρησιμοποιείτε λίγη κόλλα ξύλου εκτός από ένα καρφί/βίδα όταν τα στερεώνετε μαζί. Δεν θέλετε αυτό το κούμπωμα να λυγίσει.
• Στο επάνω και κάτω άκρο του παζλ έθεσα άλλο μήκος και έβαλα τρία μικρά καρφιά/καρφίτσες στο φύλλο με κάθε στήλη οπών για τα LED. Το κέντρο βρίσκεται ακριβώς σε ευθεία και τα άλλα δύο σε απόσταση 5 χιλιοστών σε κάθε πλευρά. Θα χρησιμοποιήσουμε αυτά τα καρφιά για να ασφαλίσουμε τα ίσια μήκη σύρματος που χρησιμοποιούνται για τον σχηματισμό του κύβου - περισσότερο αργότερα.
• Θα παρατηρήσετε στις εικόνες παραπάνω ένα άλλο μήκος ξύλου σε μικρή γωνία με τα άλλα. Αυτό θα είναι σημαντικό αργότερα καθώς θα κόψουμε τα δομικά μας σύρματα σύμφωνα με αυτήν τη γωνία, κάτι που θα απλοποιήσει σημαντικά τη θέση κάθε μιας από αυτές τις κάθετες φέτες στο PCB σε μεταγενέστερη ημερομηνία.

Πάρτε το χρόνο σας για να χτίσετε αυτό το παζλ. Όσο πιο ακριβής είστε εδώ τόσο πιο ακριβής θα είναι ο τελικός σας κύβος.

Βήμα 3: Προετοιμασία των LED

Συνδέσεις καλωδίου LED

Μία από τις ανησυχίες που είχα σε προηγούμενα παραδείγματα που είχα διαβάσει ήταν η χρήση απλών αρθρώσεων άκρων κατά τη συγκόλληση των LED στο σύρμα πλαισίωσης. Αυτό θα οδηγούσε σε δύο βασικά ζητήματα

• Είναι πολύ δύσκολο και χρονοβόρο να κρατάτε ένα καλώδιο LED στη θέση του δίπλα στο σύρμα πλαισίωσης χωρίς να κινείται αρκετά για να διασφαλίσετε ότι έχετε έναν καλό σύνδεσμο συγκόλλησης.
• Οι αρθρώσεις των γλουτών μπορούν να σπάσουν εύκολα - κάτι που ήθελα να αποφύγω.

Έτσι σχεδίασα μια λύση σύμφωνα με την οποία κάθε LED παρασκευάζεται με έναν βρόχο στο τέλος κάθε καλωδίου, μέσω του οποίου περνά το σύρμα πλαισίωσης, το οποίο διατηρεί τα καλώδια στη θέση τους κατά τη συγκόλληση και παρέχει επίσης μια μηχανική σύνδεση εκτός από τη συγκόλληση για αυξημένη αντοχή.

Το μειονέκτημα αυτού ήταν ότι η προετοιμασία καθενός από τα 512 LED χρειάστηκε περισσότερο - το έκανα σε παρτίδες των 64, μια φέτα κάθε φορά, και το έβαλα σε περίπου 3 ώρες ανά φέτα.

Στα θετικά, η πραγματική συγκόλληση της φέτα χρησιμοποιώντας το προηγούμενο σέξι κράτησε λίγο περισσότερο από μία ώρα.

Λυγιστική σόλα LED

Σχεδίασα ένα jig για να υποστηρίξω την προετοιμασία των LED - εικόνα παραπάνω με βασικές διαστάσεις.

• Πήρα μία από τις ράγες 18x12mm που χρησιμοποιούσα προηγουμένως, άνοιξα μια τρύπα 5mm στο κέντρο της πλευράς των 18mm και στη συνέχεια έβαλα αυτή τη ράγα σε ένα μικρό πάνελ από MDF (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε κομμάτι ξύλου, αυτό ήταν ακριβώς αυτό που έπρεπε να κάνω χέρι) και μεταφέρθηκε στην οπή 5 mm στη ράγα μέχρι το κέντρο του MDF.
• Χρησιμοποιώντας το τρυπάνι για να διασφαλίσετε ότι η τρύπα στη ράγα και το MDF είναι ευθυγραμμισμένα, πάρτε ένα μολύβι και σχεδιάστε μια γραμμή κατά μήκος των δύο πλευρών της ράγας κατά μήκος του MDF.
• Αφαιρέστε το τρυπάνι και τη ράγα και μένετε με μια τρύπα 5MM στο MDF και δύο παράλληλες γραμμές εκατέρωθεν του που ταιριάζουν με τις διαστάσεις της ράγας (18 mm μεταξύ τους).
• Σχεδιάστε μια άλλη γραμμή μέσω του κέντρου της οπής των 5 mm κάθετα στις γραμμές της σιδηροτροχιάς.
• Χρησιμοποίησα χάλκινο σύρμα από κονσέρβα 22swg (ένα ρολό 500g ήταν αρκετό) το οποίο έχει πλάτος 0,711mm. Βρήκα στο διαδίκτυο (ξανά στο eBay για τη διάσωση) μερικά τρυπάνια 0,8 χιλιοστών και τα χρησιμοποίησα ως διαμορφωτές γύρω από τους οποίους θα έκανα τα καλώδια LED γύρω γύρω για να σχηματίσω έναν βρόχο.
• Τρυπήστε τρία τρυπάνια 0,8 χιλιοστών, το μεσαίο στη κεντρική γραμμή της οπής LED 5 χιλιοστών, τα άλλα 5 χιλιοστά μεταξύ τους και το πιο σημαντικό ακριβώς έξω από τη σιδηροδρομική γραμμή μακριά από την οπή LED στην πλάκα MDF- όχι στη γραμμή αλλά με τη μία πλευρά του τρυπανιού που μόλις αγγίζει τη σιδηροδρομική γραμμή.
• Ένα τέταρτο τρυπάνι 0,8 χιλιοστών στη συνέχεια τρυπιέται ξανά στην κεντρική γραμμή της οπής LED των 5 χιλιοστών στην άλλη σιδηροδρομική γραμμή και αυτή τη φορά ακριβώς μέσα στη σιδηροδρομική γραμμή. Η παραπάνω εικόνα θα πρέπει να κάνει αυτή την περιγραφή λίγο πιο σαφή.
• Αφήστε τα τρυπάνια στο ξύλο με περίπου 1-15mm του κορμού του τρυπανιού να προεξέχει από το MDF.

Τώρα χρειάζεστε ένα εργαλείο - ένα καλό έργο είναι πάντα εκεί που πρέπει να αγοράσετε ένα ειδικό εργαλείο:-). Θα χρειαστείτε ένα μικρό ζευγάρι πένσες με επίπεδη μύτη (ξανά στο eBay για 2 - - 3 £). Αυτά έχουν ευθεία παράλληλη μακριά μύτη και επίπεδο άκρο - δείτε την εικόνα.

Προετοιμασία LED

Τώρα έρχεται το μακρύ έργο της προετοιμασίας καθενός από τα 512 LED. Προτείνω να τα κάνετε σε παρτίδες. Περισσότερες λεπτομέρειες στις παραπάνω εικόνες

• Κρατήστε το LED στην πένσα με τα τέσσερα καλώδια να δείχνουν προς το μέρος σας.
• ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ - Η σειρά και ο προσανατολισμός των οδηγών είναι ζωτικής σημασίας σε αυτό το βήμα. Το Anode θα είναι το μεγαλύτερο σε διάρκεια δεύτερο σε σχέση με τα τέσσερα καλώδια. ΒΕΒΑΙΩΘΕΙΤΕ ΑΥΤΟ ΕΙΝΑΙ Ο ΔΕΥΤΕΡΟΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΕΞΙΟ. Κάνετε αυτό λάθος και το LED σας δεν θα ανάψει σωστά καθώς τα δοκιμάζουμε αργότερα - ξέρω ότι έκανα 2 λάθη από τα 512.
• Ενώ κρατάτε το LED στην πένσα, βάλτε τον λαμπτήρα LED στην οπή των 5 mm στην πλακέτα MDF, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Mayσως χρειαστεί να καθαρίσετε λίγο την τρύπα 5 mm στο επάνω μέρος για να βεβαιωθείτε ότι οι πένσες βρίσκονται στο MDF.
• Λυγίστε τους αγωγούς LED γύρω από τα τρυπάνια για να σχηματίσετε έναν βρόχο. Διαπίστωσα ότι εάν κάνετε πίσω την κάμψη μια σκιά όταν ολοκληρωθεί ανοίγει το βρόχο μια σκιά και βοηθά στην απομάκρυνση των βρόχων από τα τρυπάνια κατά την εξαγωγή του LED από τη σέγα
• Κόψτε την περίσσεια από τα τέσσερα καλώδια κοντά στον βρόχο με ένα ζευγάρι μικρών κοπτικών συρμάτων.
• Λυγίστε το Anode Loop, αυτό μόνο του, 90 μοίρες, έτσι ώστε ο βρόχος να κοιτάζει όρθια προς τη λάμπα LED
• Τοποθετήστε το τελικό LED σε μια επίπεδη επιφάνεια και βεβαιωθείτε ότι όλοι οι αγωγοί βρίσκονται ίσια κατά μήκος της επιφάνειας, μια μικρή πίεση στο LED θα τα ευθυγραμμίσει όλα απλά

Αυτό είναι…. τώρα επαναλάβετε 511 φορές:-)

Βήμα 4: Χτίζοντας τις φέτες

Ισιώνοντας το σύρμα πλαισίωσης

Έτσι, έχουμε τώρα ένα παζλ για να φτιάξουμε τις φέτες μας 8x8 και μια δέσμη δοκιμασμένων και προετοιμασμένων LED.

Το μόνο που χρειάζεστε τώρα είναι κάποιο σύρμα πλαισίωσης. για να κρατήσετε όλα τα LED μαζί. Χρησιμοποίησα ένα ρολό 500g από σύρμα χαλκού από κονσέρβα 22swg (και πάλι από το eBay)

Τώρα φυσικά θα θέλετε να ισιώσετε το σύρμα καθώς βγαίνει από το ρολό. Μια εύκολη αν είναι ακόμη μια χειρωνακτική εργασία. Κόψτε ένα τμήμα σύρματος σε μήκος και κρατήστε και τα δύο άκρα σε δύο ζεύγη πένσας και τραβήξτε απαλά και τεντώστε το σύρμα. Αν είσαι καλός θα νιώσεις το σύρμα να τεντώνεται και μετά μπορείς να σταματήσεις, αν το βαρύ χέρι σου το σύρμα θα σπάσει στις πένσες όταν τεντωθεί αρκετά. Και οι δύο τρόποι είναι εντάξει και θα καταλήξετε όχι μόνο να ισιώσετε το σύρμα αλλά και να το σκληρύνετε λίγο, ώστε να κρατήσει τη μορφή του.

Για κάθε πλαίσιο 8x8 θα χρειαστείτε 24 μήκη αρκετά για να τρέξετε σε όλο το μήκος της σέλας σας με κάποια ανταλλακτική στα άκρα για να τυλίξετε γύρω από τις καρφίτσες του πίνακα για να συγκρατηθούν κατά τη συγκόλληση. Επιπλέον, θα χρειαστείτε 8 μήκη για τα κάθετα σύρματα Anode λίγο πιο φαρδιά από το πλάτος της σέλας.

Χτίζοντας μια φέτα 8x8

Τώρα τα καλώδια ισιώνονται φτάνουμε στο διασκεδαστικό κομμάτι.

• Με τη σέγα να κάθεται στις δύο κάθετες ράγες της και τις 8 διάτρητες εγκάρσιες ράγες στραμμένες προς το μέρος σας σπρώξτε 8 LED σε μία στήλη κάθε φορά με τα τρία σκέλη των LED να δείχνουν προς το μέρος σας.
• Τώρα περάστε ένα ισιωμένο καλώδιο πλαισίωσης μέσα από τους μεσαίους βρόχους μολύβδου LED όλων των 8 LED και δέστε κάθε άκρο τυλίγοντας τους πείρους του πίνακα.
• Επαναλάβετε αυτό για τα δύο εξωτερικά καλώδια πλαισίωσης.
• Στη συνέχεια, επαναλάβετε τα παραπάνω βήματα για τις άλλες 7 στήλες.

Τώρα θα έχετε 64 LED με σπείρωμα μαζί με 24 σύρματα κάθετης πλαισίωσης. Βεβαιωθείτε ότι όλες οι λυχνίες LED κάθονται ίσια με τις ξύλινες ράγες και ισιώστε τα πόδια LED για να αφαιρέσετε τυχόν ασυνέπειες.

Τώρα σπάστε το κολλητήρι σας και διορθώστε όλες τις 192 συνδέσεις μεταξύ των βρόχων LED και των καλωδίων πλαισίωσης. Δεν πρόκειται να εξηγήσω πώς να κολλήσετε εδώ, υπάρχουν πολλά εξαιρετικά σεμινάρια που μπορούν να το εξηγήσουν πολύ καλύτερα από όσο μπορώ.

Πεπερασμένος? Αφιερώστε λίγο χρόνο για να θαυμάσετε το χειροποίητο έργο σας, αναποδογυρίζοντας το παζλ. Πρέπει να προσθέσουμε ακόμα τα καλώδια πλαισίωσης της Ανόδου.

Τώρα μπορείτε να δείτε γιατί λυγίσαμε τους βρόχους μολύβδου ανόδου 90 μοίρες.

• Πάρτε τα καλώδια πλαισίωσης των 8 ισιωμένων ανόδων και περάστε ξανά σε κάθε ένα από τα 8 LED σε κάθε σειρά.
• Έκοψα το σύρμα στο πλάτος της σέλας, αλλά δεν προσπάθησα να τα διορθώσω στις καρφίτσες του πίνακα.
• Μόλις τελειώσετε, αφιερώστε λίγο χρόνο για να ισιώσετε τυχόν LED για να διασφαλίσετε ότι έχετε ευθείες σταθερές διαδρομές και για άλλη μια φορά συγκολλήστε όλα τα 64 σημεία σύνδεσης.

Δοκιμάζοντας τη φέτα 8x8

Μια φέτα κάτω, αλλά πριν την κόψετε από τη σέγα, αφήστε τη να την δοκιμάσετε πρώτα. Για αυτό θα χρειαστείτε μια πηγή 5v (από το Arduino ή το δοκιμαστικό σας LED) και μία αντίσταση (οτιδήποτε γύρω στα 100 ωμ θα κάνει).

• Συνδέστε ένα καλώδιο στη γείωση, αυτό θα χρησιμοποιηθεί σε όλα τα καλώδια πλαισίωσης 24 καθόδων.
• Συνδέστε το άλλο καλώδιο στα 5v μέσω της αντίστασης.
• Κρατήστε το καλώδιο 5v σε ένα από τα καλώδια πλαισίωσης στα 8 επίπεδα ανόδου
• Περάστε το καλώδιο γείωσης σε καθένα από τα 24 καλώδια πλαισίωσης καθόδου.
• Ελέγξτε ότι κάθε LED ανάβει Κόκκινο, Πράσινο και Μπλε για καθένα από τα 8 LED που είναι συνδεδεμένα στο ίδιο καλώδιο ανόδου.
• Τώρα μετακινήστε το καλώδιο 5v στο επόμενο επίπεδο και εκτελέστε ξανά τον έλεγχο μέχρι να δοκιμάσετε κάθε επίπεδο, κάθε LED και κάθε χρώμα.

Εάν διαπιστώσετε ότι ένα LED δεν λειτουργεί, πιθανότατα ανακατέψατε το καλώδιο ανόδου στο LED όταν λυγίζετε τα καλώδια LED. ΑΝ διαπιστώσετε ότι ένα δεν λειτουργεί τότε σας προτείνω να κόψετε μια αφαίρεση της λυχνίας LED, να πάρετε μια εφεδρική προετοιμασμένη λυχνία LED, να ανοίξετε τους βρόχους στα καλώδια LED, να σπρώξετε αυτή τη νέα λυχνία στο πείρο και να λυγίσετε τους βρόχους γύρω από τα καλώδια πλαισίωσης όσο καλύτερα μπορείς.

Μόλις δοκιμαστούν όλα, μπορείτε τώρα να κόψετε τη διαφάνεια από τη σέγα. Για να το κάνετε αυτό, κόψτε το σύρμα πλαισίωσης στην επάνω σειρά κοντά στους βρόχους μολύβδου LED και κόψτε τα κάτω καλώδια πλαισίωσης κατά μήκος του ελαφρώς γωνιακού πλαισίου.

Αφήστε όλα τα μακριά άκρα του σύρματος πλαισίωσης προς το παρόν, θα τα τακτοποιήσουμε αργότερα όταν φτιάξουμε τον κύβο.

Ένα κάτω, 7 ακόμη να πάνε.

Πιστεύω ότι πέτυχα τον πρώτο μου στόχο και ανέπτυξα μια λύση για να απλοποιήσω την κατασκευή των φέτων κύβου.

Βήμα 5: Προς τα Ηλεκτρονικά

Σχεδιασμός του PCB

Ο δεύτερος στόχος μου ήταν να αφαιρέσω όλη την καλωδίωση, αλλά να αφήσω χώρο για κάποια ευελιξία.

Για το σκοπό αυτό αποφάσισα ότι θα:

• Βγάλτε τα καλώδια ελέγχου 6 επεξεργαστών από την πλακέτα μέσω ενός συνδετήρα. Τα περισσότερα προγράμματα οδήγησης κύβου που έχω δει χρησιμοποιούν ένα παράγωγο SPI για μεταφορά δεδομένων που απαιτεί 4 εισόδους - Δεδομένα, Ρολόι, Ενεργοποίηση εξόδου και Latch - συν πρόσθεσα 5v και Ground για να τροφοδοτήσουμε τον επεξεργαστή από το ίδιο καλώδιο.

• Αφήστε ανοιχτές τις σειριακές συνδέσεις εισόδου και σειριακής σύνδεσης μεταξύ των τσιπ καταχωρητή αλλαγής 74HC595, ώστε να μπορείτε να ορίσετε διαφορετικούς βρόχους μεταξύ των τσιπ.

  • Το σχήμα του Kevins είναι για το πρόγραμμα οδήγησης ανόδου πρώτα και για τις 8 μάρκες που οδηγούν ένα μόνο χρώμα στη συνέχεια και στη συνέχεια τα επόμενα δύο χρώματα διαδοχικά για συνολικά 25 καταχωρητές βάρδιας.
  • Το σχήμα Nicks έχει ξεχωριστό βρόχο πίσω στον επεξεργαστή για κάθε χρώμα.
• Επιτρέψτε στα στρώματα ανόδου να οδηγούνται από τον δικό του καταχωρητή αλλαγής ταχυτήτων ή απευθείας από τον επεξεργαστή με 8 ξεχωριστές συνδέσεις.

Επιπλέον ήθελα

• Χρήση μέσω εξαρτημάτων οπών (όπως το έχω συνηθίσει).
• Περιοριστείτε σε μια πλακέτα PCB δύο στρωμάτων (πάλι όπως στην εμπειρία μου).
• Έχετε όλα τα εξαρτήματα στη μία πλευρά του PCB (στην κάτω πλευρά) και επιτρέψτε στις φέτες LED να συγκολληθούν απευθείας στην επάνω πλευρά του PCB.

Έτσι επρόκειτο να καταλήξει να είναι ένας μεγάλος πίνακας (270mm x 270mm) για να υποστηρίζει έναν κύβο με απόσταση 30mm μεταξύ των LED - ακόμα κι έτσι ήταν ακόμα μια συμπίεση για να χωρέσει σε όλα τα εξαρτήματα και τα ίχνη.

Έχω χρησιμοποιήσει δύο διαφορετικά λογισμικά σχεδιασμού PCB στο παρελθόν με επιτυχία.

Για ευκολία στη χρήση, το Pad2Pad είναι εξαιρετικό, αλλά είστε κλειδωμένοι στο ακριβό κόστος κατασκευής τους, καθώς δεν μπορείτε να εξάγετε αρχεία Gerber. Για αυτήν την κατασκευή χρησιμοποίησα το DesignSpark (όχι τόσο απλό στη χρήση όσο το Pad2Pad αλλά μπορεί να εξάγει αρχεία gerber) και έκτοτε πειραματίζομαι με το Eagle (ένα πολύ ικανό εργαλείο, αλλά συνεχίζω να ανεβαίνω την καμπύλη εκμάθησης).

Δεν τολμώ να προσθέσω τις ώρες που δαπανώνται για το σχεδιασμό λογισμικού του PCB, χρειάστηκαν πολλές προσπάθειες για να γίνει σωστό, αλλά είμαι πολύ ευχαριστημένος με το αποτέλεσμα. Υπάρχουν μερικά ίχνη που λείπουν στην πρώτη μου έκδοση, αλλά είναι εύκολο να αντικατασταθούν. Για την κατασκευή μιας μικρής παρτίδας PCB χρησιμοποίησα και θα συνιστούσα το SeeedStudio. Καλή απάντηση σε ερωτήσεις, ανταγωνιστικές τιμές και γρήγορη εξυπηρέτηση.

Από τότε σκέφτομαι να σχεδιάσω μια έκδοση SMD την οποία θα μπορούσα τότε να είχα φτιάξει με όλα τα εξαρτήματα που ήταν ήδη τοποθετημένα και κολλημένα.

Πολλά συστατικά

Όσον αφορά τα συστατικά, χρησιμοποίησα τα ακόλουθα (ευθυγράμμιση με το σχηματικό σχέδιο του Kevin)

• 200 τρανζίστορ NPN 2N3904
• 25 πυκνωτές 100nF
• 8 πυκνωτές 100uF
• 8 ΜΟΣΦΕΤ IRF9Z34N
• 25 καταχωρητές βάρδιας 74HC595
• 128 82 Ohm 1/8W αντιστάσεις (κόκκινες αντιστάσεις αντίστασης ρεύματος LED)
• 64 αντιστάσεις 1 130 Ohm 1/8W (πράσινες και μπλε αντιστάσεις περιοριστικών ρεύματος LED)
• 250 αντιστάσεις 1k Ohm 1/8W (με κάποια έξτρα)
• 250 αντιστάσεις 10k Ohm 1/8W (με ορισμένα πρόσθετα)
• 1 τροφοδοτικό 5v 20A (περισσότερο από αρκετό)
• 1 Arduino Mega (ή επεξεργαστής της επιλογής σας)
• μερικές καρφίτσες κεφαλίδας μίας σειράς για σύνδεση στο Arduino
• κάποιο καλώδιο βραχυκυκλωτή για να δημιουργήσετε τους σειριακούς βρόχους εισόδου/εξόδου μεταξύ των καταχωρητών βάρδιας
• ένα καλώδιο κεφαλίδας 6 ακίδων στην υποδοχή της πλακέτας
• καλώδιο τροφοδοσίας 240V και βύσμα

Χρησιμοποίησα και θα συνιστούσα τα Farnell Components για παραγγελία αυτών στο Ηνωμένο Βασίλειο, ειδικά δεδομένης της υπηρεσίας της επόμενης ημέρας και των ανταγωνιστικών τιμών.

Συγκόλληση … πολλές συγκολλήσεις

Στη συνέχεια, ήταν αρκετές ώρες συγκόλλησης όλων των εξαρτημάτων στον πίνακα. Δεν θα αναλύσω εδώ λεπτομέρειες, αλλά μερικά μαθήματα που πήρα ήταν:

• Κρατήστε μια αντλία συγκόλλησης και ένα φυτίλι συγκόλλησης στο χέρι - θα το χρειαστείτε.
• Ένα στυλό ροής λειτουργεί πραγματικά αν και είναι ακατάστατο να καθαριστεί μετά
• Χρησιμοποιήστε μια συγκόλληση μικρής διαμέτρου - βρήκα την καλύτερη να είναι μια συγκόλληση ροής 0,5mm 60/40 κασσίτερου/μολύβδου 2,5%.
• Ένας μεγεθυντικός φακός είναι βολικός για να εντοπίσετε τυχόν συγκολλητικές γέφυρες.
• Πάρτε το χρόνο σας, κάντε μια παρτίδα κάθε φορά και επιθεωρήστε όλες τις αρθρώσεις πριν προχωρήσετε στην επόμενη περιοχή.
• Όπως πάντα, διατηρήστε το άκρο του κολλητήρι σας καθαρό.

Δεδομένου ότι το κόκκινο χρώμα των LED θα χρειαστεί πιθανώς διαφορετική τιμή αντίστασης σε σχέση με το πράσινο και το μπλε, σημείωσα τις τρέχουσες περιοριστικές αντιστάσεις στα PCB A, B και C. Τώρα είναι η ώρα να καθορίσουμε τον τελικό προσανατολισμό των φέτων σε σύγκριση στο PCB για να ορίσετε ποιος αγωγός των LED σχετίζεται με ποια θέση αντίστασης περιορισμού ρεύματος.

Μόλις ολοκληρωθεί, καθαρίζω τον πίνακα με καθαριστικό PCB, τον πλένω με σαπούνι και νερό και τον στεγνώνω καλά.

Δοκιμή του τελικού PCB σας

Πριν το βάλουμε σε μια πλευρά πρέπει να δοκιμάσουμε ότι όλα λειτουργούν.

Φόρτωσα τον κώδικα Arduino του Kevin (για το mega θα χρειαστεί να κάνετε κάποιες μικρές αλλαγές) και ανέπτυξα ένα απλό πρόγραμμα δοκιμών που θα αναβοσβήνει συνεχώς όλα τα LED.

Να δοκιμάσω:

• Έφτιαξα ένα καλώδιο δοκιμής LED παίρνοντας ένα μονόχρωμο LED, κρατώντας μια αντίσταση 100 Ohm σε ένα από τα καλώδια και στη συνέχεια προσθέτοντας ένα μακρύ καλώδιο σε καθένα από τα ανοιχτά άκρα. Ένα κομμάτι ηλεκτρικής ταινίας γύρω από το ανοιχτό καλώδιο σταματά κάθε σορτς και σηματοδοτεί το θετικό καλώδιο (ανόδου) από το LED.
• Συνδέστε τον επεξεργαστή σας (στην περίπτωσή μου ένα Arduino mega) στην πλακέτα με τους 6 συνδετήρες
• Συνδέστε την τροφοδοσία στην πλακέτα από το τροφοδοτικό
• Συνδέστε το καλώδιο δοκιμής Anode σε μια πηγή 5v στον πίνακα
• Στη συνέχεια, βάλτε με τη σειρά του το καλώδιο Cathode από το καλώδιο δοκιμής LED σε κάθε έναν από τους συνδετήρες καθόδου κύβου PCB.
• Όλα καλά, η λυχνία LED στο καλώδιο δοκιμής πρέπει να αναβοσβήνει και να σβήνει, αν ναι, μεταβείτε στο επόμενο.
• Εάν δεν αναβοσβήνει, τότε βρίσκετε σφάλμα. Θα έλεγχα πρώτα τις αρμούς συγκόλλησής σας για τυχόν ξηρούς συνδέσμους, εκτός από αυτό θα σας πρότεινα να εργαστείτε με τη σειρά σας μακριά από τα μητρώα βάρδιας ελέγχοντας ένα εξάρτημα κάθε φορά.

Δοκιμάστε και τις 192 καθόδους και στη συνέχεια τροποποιήστε τον κωδικό σας για να δοκιμάσετε τα προγράμματα οδήγησης στρώματος ανόδου, αλλάξτε το καλώδιο δοκιμής LED και συνδέστε το στη γείωση και δοκιμάστε καθένα από τα προγράμματα οδήγησης 8 επιπέδων.

Μόλις ολοκληρώσετε και δοκιμάσετε το PCB, η διασκέδαση ξεκινά πραγματικά - τώρα για να χτίσετε τον κύβο.

Βήμα 6: Χτίζοντας τον κύβο

Προετοιμασία των συνδέσμων επιπέδου Anode - άλλο ένα τζικ

Έχουμε ένα ακόμη αντικείμενο για να κατασκευάσουμε πριν ξεκινήσουμε να κολλάμε τις φέτες σας 8x8 στο PCB.

Καθώς προσθέτουμε φέτες θα χρειαστεί να προσθέσουμε σιδεράκια στο εξωτερικό κάθε φέτα ενώνοντας τις οριζόντιες φέτες μαζί.

Δεδομένου ότι συνδέσαμε όλα τα LED με βρόχους στα καλώδια πλαισίωσης, ας μην σταματήσουμε τώρα.

Για να φτιάξετε σταυρωτά στηρίγματα ανόδου:

• Πάρτε ένα άλλο μήκος από το ξύλο που χρησιμοποιήσατε για τις ράγες και τραβήξτε μια γραμμή στο κέντρο της ράγας.
• Κάντε 8 σημάδια κατά μήκος αυτής της γραμμής με απόσταση 30 mm.
• Πάρτε 8 από τα τρυπάνια των 0,8 mm και τρυπήστε τα στο ξύλο, αφήνοντας το τρυπάνι στο ξύλο με το στέλεχος να προεξέχει περίπου 10 mm από την επιφάνεια.
• Κόψτε ένα μήκος σύρματος πλαισίωσης και ισιώστε το όπως πριν.
• Τυλίξτε το ένα άκρο του σύρματος γύρω από το πρώτο τρυπάνι σχηματίζοντας ένα βρόχο και στη συνέχεια βιδώστε το σύρμα γύρω από κάθε επόμενο τρυπάνι σχηματίζοντας ένα ευθύ σύρμα με 8 βρόχους κατά μήκος του.

Αυτό απαιτεί λίγη εξάσκηση, αλλά προσπαθήστε να χειριστείτε το σύρμα αφού σχηματίσετε όλους τους βρόχους για να πάρετε το σύρμα όσο πιο ίσια γίνεται. Βγάλτε απαλά το σύρμα από τα τρυπάνια και στη συνέχεια προσπαθήστε να το ισιώσετε εντελώς.

Για τον τελικό κύβο θα χρειαστείτε 16 μήκη σύρματος το καθένα με 8 βρόχους, αλλά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής είναι βολικό να έχετε έναν αριθμό δύο και τριών μήκους βρόχου στο χέρι για να στηρίξετε κάθε νέα φέτα με τον γείτονά της.

Τέλος μπορούμε να φτιάξουμε τον κύβο

Θα πρέπει να σηκώσουμε το PCB από την επιφάνεια για να ευθυγραμμίσουμε και να κατεβάσουμε κάθε φέτα στο PCB. Χρησιμοποίησα ένα ζευγάρι έως μικρά πλαστικά κουτιά εκατέρωθεν του PCB.

Όταν θυμάστε τον προσανατολισμό της φέτα που επιλέξατε πριν, όταν ορίζετε τη θέση των αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος, μπορείτε τώρα να κατεβάσετε την πρώτη φέτα στις οπές του PCB στο ένα άκρο. Σας προτείνω να ξεκινήσετε με το πιο μακρινό σύνολο τρυπών μακριά σας και να εργαστείτε προς τον εαυτό σας.

Εδώ βλέπουμε το πλεονέκτημα της κοπής των καλωδίων πλαισίωσης καθόδου υπό γωνία. Αυτό θα σας επιτρέψει να εντοπίσετε καθένα από τα 24 καλώδια καθόδου ξεχωριστά.

Για να υποστηρίξω τη φέτα και να καθορίσω την κάθετη θέση της, χρησιμοποίησα την ξύλινη ράγα που χρησιμοποιήσαμε για να φτιάξουμε τους συνδέσμους ανόδου και την τοποθέτησα κατά μήκος του PCB κάτω από το πρώτο σετ LED. Με ένα τετράγωνο μηχανικών που χρησιμοποιείται για να διασφαλιστεί ότι το τεμάχιο είναι κάθετο στο PCB και το επίπεδο από άκρο σε άκρο μπορείτε τώρα να κολλήσετε τα καλώδια πλαισίωσης καθόδου στο PCB.

Μπορείτε να δοκιμάσετε αυτήν τη φέτα τώρα, αλλά το βρήκα καλύτερο να βάλω τις δύο πρώτες φέτες στο PCB και να χρησιμοποιήσω κοντούς συνδέσμους ανόδου δύο βρόχων σε μερικά σημεία κατά μήκος των δύο φέτων πριν από την αρχική δοκιμή για να γίνουν αυτές οι δύο πρώτες φέτες πιο σταθερές. Μετά από αυτά τα δύο πρώτα δοκιμάστε κάθε φέτα με τη σειρά πριν προσθέσετε την επόμενη.

Δοκιμάζοντας τις φέτες

Οι οδηγοί ανόδου βρίσκονται κατά μήκος μιας πλευράς του PCB και υπάρχουν τρύπες στο PCB όπου τελικά θα συνδέσουμε κάθε στρώμα στο πρόγραμμα οδήγησης. Προς το παρόν θα τα χρησιμοποιήσουμε με μερικά σύρματα κορμού και 8 μίνι κλιπ κροκοδείλων για να τα συνδέσουμε σε κάθε στρώση σε κάθε φέτα με τη σειρά.

Με τις καθόδους συγκολλημένες στο PCB και τις ανόδους που συνδέονται με τα προγράμματα οδήγησης με τα καλώδια και τα κλιπ, μπορούμε στη συνέχεια να δοκιμάσουμε τη φέτα τροποποιώντας τον κώδικα που χρησιμοποιήσαμε για τη δοκιμή του PCB με μια νέα κίνηση.

• Γράψτε μια απλή κινούμενη εικόνα για να φωτίσετε όλες τις λυχνίες LED στη φέτα σας κάθε χρώμα κάθε φορά (όλα κόκκινα, έπειτα πράσινα, κόκκινα και μετά όλα για λευκό). Μπορείτε να ορίσετε τον αριθμό του τεμαχίου ως μεταβλητή, ώστε να μπορείτε να τον τροποποιήσετε καθώς δοκιμάζετε κάθε φέτα με τη σειρά.
• Συνδέστε τον επεξεργαστή και την τροφοδοσία στο PCB και ενεργοποιήστε.
• Ελέγξτε ότι όλα τα LED ανάβουν σε όλα τα χρώματα.

Το μόνο ελάττωμα που παρατήρησα εδώ οφείλεται σε ξηρό σύνδεσμο σε ένα από τα κάθετα καλώδια πλαισίωσης καθόδου.

Συγκολλήστε και δοκιμάστε κάθε φέτα με τη σειρά.

Σχεδόν φτάσαμε. Υπάρχουν δύο ακόμη στοιχεία που πρέπει να προσθέσουμε στον κύβο τώρα που έχουμε κολλήσει και δοκιμάσει και τις 8 φέτες.

Συνδέσεις στρώματος ανόδου

Τώρα μπορούμε να σπάσουμε τους συνδετήρες ανόδου με τους 8 βρόχους που ετοιμάσατε νωρίτερα.

Περάστε αυτές τις φέτες ενώνοντας το ίδιο στρώμα σε κάθε φέτα και στις δύο διαφάνειες. Μετακόμισα το δικό μου μέχρι να είναι περίπου 5 χιλιοστά μακριά από το πλησιέστερο καλώδιο LED καθόδου. Βεβαιωθείτε ότι φαίνονται ίσια και επίπεδα πριν κολλήσετε όλους τους βρόχους και ενώστε κάθε ένα από τα 8 στρώματα ανόδου μεταξύ τους.

Συνδέσεις προγράμματος οδήγησης ανόδου

Αφαιρέστε όλα τα καλώδια που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως για να δοκιμάσετε τις φέτες από τις οπές του οδηγού ανόδου στο PCB και βεβαιωθείτε ότι οι τρύπες δεν είναι κολλημένες - το φιτίλι συγκόλλησης είναι ο φίλος σας εδώ.

Κάθε ένα από τα 8 προγράμματα οδήγησης ανόδου στο PCB πρέπει να συνδεθεί σε ένα μεμονωμένο επίπεδο στο PCB. Το πλησιέστερο πρόγραμμα οδήγησης ανόδου στις συνδέσεις τροφοδοσίας στο PCB πρέπει να συνδεθεί στο χαμηλότερο επίπεδο και, στη συνέχεια, να επιστρέψετε σταδιακά προς το πίσω μέρος του PCB και το 8ο επίπεδο.

Λυγίστε μια μικρή ορθή γωνία σε ένα κομμάτι ίσιου καλωδίου πλαισίωσης και χαμηλώστε τη μακριά πλευρά του σύρματος μέσω του κύβου στην οπή οδηγού ανόδου στο PCB. Βεβαιωθείτε ότι το καλώδιο είναι ίσιο και επίπεδο, μην αγγίζετε κανένα άλλο σύρμα στον κύβο και στη συνέχεια κολλήστε το στο στρώμα ανόδου του κύβου και στο PCB

Ολοκληρωμένο και για τα 8 προγράμματα οδήγησης ανόδου.

Βήμα 7: Είναι πλήρες

Η κατασκευή τελείωσε, τελειώσατε.

Με όλη την προετοιμασία, την κατασκευή, τη δοκιμή που κάνατε αυτό το κομμάτι είναι τώρα απλή.

• Συνδέστε το τροφοδοτικό στο PCB
• Συνδέστε τον επεξεργαστή στο PCB.
• Ενεργοποίηση.
• Φορτώστε ή ενεργοποιήστε τις κινούμενες εικόνες στο λογισμικό σας, μεταφορτώστε τον στον επεξεργαστή και αφήστε το να κάνει τα πάντα

Κάνοντας μια υπόθεση

Θα θελήσετε να προστατέψετε την επένδυσή σας μετά από όλες αυτές τις ώρες.

Φτιάξαμε μια θήκη από μερικές σανίδες βελανιδιάς και ένα μικρό φύλλο πάχας και κάναμε μια κλήρωση στο πίσω μέρος όπου μπορούσαμε να έχουμε πρόσβαση στο τροφοδοτικό και το Arduino καθώς και να τοποθετήσουμε ένα βύσμα USB στο πίσω μέρος της θήκης για να επιτρέψουμε ευκολότερη πρόσβαση για επαναπρογραμματισμό Το

Στη συνέχεια το τελειώσαμε με μια ακρυλική θήκη από το acrylicdisplaycases.co.uk. Πολύ καλά συνιστάται.

Σε εσάς

Υπάρχουν τώρα δύο πράγματα στα οποία μπορείτε να στρέψετε το μυαλό σας:

• Τι είδους υποστήριξη/κουτί θέλετε να σχεδιάσετε και να κατασκευάσετε για να υποστηρίξετε το PCB και να στεγάσετε το τροφοδοτικό και τον επεξεργαστή - αυτό θα το αφήσω στη φαντασία σας.
• Μπείτε στον κώδικα και ξεκινήστε να σχεδιάζετε και να γράφετε τις δικές σας κινούμενες εικόνες. Ο Kevin, ο Nick και η SuperTech-IT έχουν κάνει εξαιρετική δουλειά εδώ για να σας ξεκινήσουν στο δρόμο σας.

Βήμα 8: Κλιπ τελικού προϊόντος σε δράση

Ευχαριστώ τον Kevin και το SuperTech-IT για κινούμενα σχέδια καθώς και μερικά δικά μου που έχω δημιουργήσει μέχρι σήμερα

Βήμα 9: Κινούμενα σχέδια - Φίδια

Ένα από τα δικά μου κινούμενα σχέδια για κοινή χρήση χρησιμοποιώντας τον κώδικα του Kevin Darrah

Καλέστε τα ακόλουθα στο void Loop

φίδια (200)? // Επαναλήψεις

Βήμα 10: Once Your Into the Groove

Ο αδερφός μου και εγώ έχουμε φτιάξει τώρα ένα και δουλεύουμε για ένα τρίτο:-)

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ - Ο τρίτος κύβος έχει πλέον ολοκληρωθεί και πρόκειται να τον διαθέσουμε προς πώληση στο eBay μαζί με δύο εφεδρικές πλακέτες PCB (και οδηγίες).

Θα κάνουμε κάποιες αναθεωρήσεις στο PCB κυρίως για να υποστηρίξουμε την ανάπτυξη του επόμενου έργου μας - ενός κύβου LED 16x16x16 RGB

Βήμα 11: Τελευταία έκδοση του My Arduino Mega Code

Επισυνάπτεται θα βρείτε εδώ την πιο πρόσφατη έκδοση του κώδικα μου.

Αυτό προέρχεται κυρίως από τη λύση που ανέπτυξε ο Kevin Darrah εδώ, αλλά το έχω μεταφέρει στο Arduino Mega και το έχω προσθέσει στα κινούμενα σχέδια είτε από άλλες πηγές είτε έχω αναπτυχθεί.

Οι καρφίτσες στο Arduino Mega είναι:

• Μάνδαλο - καρφίτσα 44
• Κενό - καρφίτσα 45
• Δεδομένα - pin 51
• Ρολόι - καρφίτσα 52