3x3x3 Κύβος LED με Arduino Lib: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Υπάρχουν και άλλες οδηγίες σχετικά με την κατασκευή κύβων LED, αυτός είναι διαφορετικός για διάφορους λόγους: 1. Είναι χτισμένος με χαμηλό αριθμό εξαρτημάτων και συνδέεται απευθείας με το Arduino. 2. Ένα σαφές, εύκολο στην αναπαραγωγή διάγραμμα κυκλώματος παρέχεται με πολλές φωτογραφίες. 3. Χρησιμοποιείται μια μοναδική προσέγγιση για το λογισμικό που καθιστά τον προγραμματισμό του κύβου ευκολότερο και πιο εκφραστικό. Απαιτούμενα μέρη: - 1 Perfboard - 3 NPN Transistors (2N2222, 2N3904, BC547, κ.λπ.) - 12 αντιστάσεις (~ 220 ohms και k 10k ohms) - 13 Headers (αρσενικό ή θηλυκό) - 27 LED - Wire

Βήμα 1: Προετοιμάστε τα LED

Αυτό το βήμα ακολουθεί σε μεγάλο βαθμό τον κύβο LED 4x4x4, αλλά θα χτίσουμε έναν κύβο 3x3x3. Ένας κύβος αυτού του μεγέθους είναι περίπου τόσο μεγάλος όσο δεν εισάγει επιπλέον κυκλώματα και πολυπλοκότητα. Θα χρειαστούμε συνολικά 27 LED που θα ομαδοποιηθούν σε τρία σετ των εννέα. Κάθε σύνολο εννέα LED θα μοιράζεται μια κοινή σύνδεση μεταξύ των καθόδων τους (αρνητικά καλώδια). Θα αναφερθώ σε καθένα από αυτά τα σύνολα ως "επίπεδο". Κάθε ένα από τα εννέα LED σε ένα επίπεδο συνδέεται με το αντίστοιχο LED στα άλλα δύο επίπεδα μέσω των ανόδων τους (θετικοί αγωγοί). Αυτά θα αναφέρονται ως "στήλες". Αν αυτό δεν είχε νόημα, θα γίνει αυτονόητο καθώς χτίζουμε τον κύβο. Για να ξεκινήσουμε, θα χρησιμοποιήσουμε ένα τρυπάνι για να δημιουργήσουμε ένα παζλ από ένα μικρό κομμάτι παλιοσίδερα. Το jig θα κρατήσει τα LED στη θέση τους ενώ τα κολλάμε. Αποφάσισα να χωρίσω τις τρύπες περίπου 5/8 της ίντσας μεταξύ τους (~ 15 mm) αλλά η ακριβής απόσταση δεν είναι κρίσιμη. Η τρύπα θα πρέπει να έχει σφιχτή εφαρμογή γύρω από το LED, αφού δεν θέλουμε να κινούνται κατά τη συγκόλληση. Μόλις τελειώσει, θα λυγίσουμε την κάθοδο κάθε LED σε γωνία 90 μοιρών. Η κάθοδος αναγνωρίζεται με τρεις τρόπους: 1) Είναι το πιο κοντό πόδι, 2) Βρίσκεται στην επίπεδη πλευρά ενός στρογγυλού LED, 3) συνδέεται με το μεγαλύτερο κομμάτι μέσα στο LED. Βεβαιωθείτε ότι λυγίζετε την κάθοδο προς την ίδια κατεύθυνση για όλα τα LED. Τώρα είμαστε έτοιμοι να ξεκινήσουμε τη συγκόλληση.

Βήμα 2: Κολλήστε τα LED

Πρώτα τοποθετήστε εννέα από τις λυχνίες LED στο νεόκτιστο παζλ σας. Τοποθετήστε τα έτσι ώστε τα πόδια να δείχνουν στην ίδια φορά αριστερόστροφα. Οι φωτογραφίες δείχνουν την κάθοδο να δείχνει δεξιόστροφα με την άνοδο στραμμένη προς τα έξω, αλλά θα γύριζα τα LED αν το έκανα ξανά για να μην εμποδίζει το πόδι να εμποδίζει την προβολή του LED. Συγκολλήστε τις πλευρές μαζί, ένα ζευγάρι σε κάθε πλευρά. Χρησιμοποιήστε μικρά κλιπ για να κρατήσετε τα πόδια σφιγμένα μεταξύ τους ενώ εφαρμόζετε τη συγκόλληση. Μόλις συγκολληθεί κάθε μία από τις τέσσερις πλευρές, μετακινήστε τα κλιπ για να συγκρατήσουν τις γωνίες μαζί και εφαρμόστε συγκόλληση σε κάθε μία. Τέλος, κολλήστε την κάθοδο του μεσαίου LED σε μία από τις πλευρές και κόψτε την περίσσεια. Επαναλάβετε τρεις φορές. Θα πρέπει τώρα να έχετε τρία σετ εννέα LED. Τοποθετήστε δύο από τα σετ το ένα πάνω στο άλλο. Διατηρήστε την απόσταση ίση με το διάστημα που έχει ήδη καθοριστεί μεταξύ των LED. Μόλις είστε άνετοι με την απόσταση, μπορείτε να σφίξετε κάθε σετ ποδιών χρησιμοποιώντας δύο συνδετήρες, ένα προς κάθε κατεύθυνση, για να διατηρείτε τα πόδια σταθερά στη θέση τους κατά τη συγκόλληση. Youσως χρειαστεί να σκύψετε γύρω από ένα LED για να έχετε καλή σύνδεση. Κολλήστε κάθε ένα από τα εννέα ζευγάρια, ένα κάθε φορά. Κάντε το αυτό για άλλη μια φορά και τελειώσατε με τον κύβο. Τοποθετήστε τον κύβο στη μία πλευρά του πίνακα. Βεβαιωθείτε ότι τα εννέα πόδια είναι ομοιόμορφα τοποθετημένα, ενώ οδηγείτε το καθένα μέσα από μια τρύπα. Ο πίνακας μου έχει πέντε τρύπες μεταξύ κάθε σετ ποδιών. Θέλετε να αφήσετε όσο το δυνατόν περισσότερο χώρο στην άλλη άκρη του πίνακα για να ταιριάζει στα διάφορα εξαρτήματα. Προσθέστε μερικά κλιπ για να κρατήσετε τα πόδια στη θέση τους όταν είστε ικανοποιημένοι με τη θέση. Αφήστε άφθονο πόδι να τρυπήσει στον πάτο, καθώς αυτό θα διευκολύνει τη συγκόλληση των αντιστάσεων αργότερα. Αναποδογυρίστε και κολλήστε κάθε ένα από τα πόδια για να τα κρατήσετε στη θέση τους. Αναποδογυρίστε τον κύβο από τη στιγμή που όλα τα πόδια έχουν κολληθεί. Τέλος, πρέπει να κολλήσουμε ένα μόλυβδο από καθένα από τα επίπεδα προς τα κάτω στο κάτω μέρος του πίνακα. Απογυμνώστε ένα κομμάτι από συμπαγές σύρμα και λυγίστε ένα μικρό άγκιστρο στη μία άκρη του. Κρεμάστε το γάντζο σε ένα από τα κεντρικά πόδια LED και οδηγήστε το μέσα από μια τρύπα στο διάτρητο. Συγκολλήστε το άκρο του γάντζου για να κρατήσετε το σύρμα στη θέση του. Επαναλάβετε ξανά για τα άλλα δύο επίπεδα. Το επόμενο βήμα είναι η κατασκευή του υπόλοιπου κυκλώματος.

Βήμα 3: Δημιουργήστε το κύκλωμα

Το κύκλωμα είναι αρκετά απλό. Κάθε μία από τις εννέα στήλες θα συνδεθεί με μια καρφίτσα στο Arduino μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος. Κάθε ένα από τα τρία επίπεδα συνδέεται με τη γείωση μέσω ενός τρανζίστορ NPN όταν ενεργοποιείται από έναν πείρο Arduino. Θα χρησιμοποιήσουμε συνολικά 12 ακίδες εξόδου στο Arduino, αλλά υπάρχουν 18 LED για ενεργοποίηση. Το κόλπο είναι ότι μόνο ένα επίπεδο μπορεί να ανάψει ταυτόχρονα. Όταν ένα επίπεδο είναι συνδεδεμένο στη γείωση, καθένα από τα LED σε αυτό το επίπεδο μπορεί να τροφοδοτηθεί ξεχωριστά μέσω μιας από τις εννέα άλλες ακίδες Arduino. Αν ανάψουμε τα επίπεδα αρκετά γρήγορα θα εμφανιστεί σαν να είναι αναμμένα και τα τρία επίπεδα ταυτόχρονα. Ας φτιάξουμε το κύκλωμα. Το πρώτο βήμα είναι η προετοιμασία των εννέα περιοριστικών αντιστάσεων ρεύματος. Χρησιμοποιώ 220 ohm ανά καρφίτσα που θα τραβήξει περίπου 22 mA. Η τιμή μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τις λυχνίες LED που χρησιμοποιούνται αλλά παραμένουν μεταξύ 135 και 470 ωμ περίπου. Κάθε ακίδα είναι σε θέση να τροφοδοτήσει έως και 40mA. Για να εξοικονομήσουμε χώρο θέλουμε να κολλήσουμε τις αντιστάσεις σε κάθετη θέση. Λυγίστε το ένα καλώδιο προς τα κάτω έτσι ώστε και τα δύο καλώδια να είναι παράλληλα μεταξύ τους. Κάντε το και για τις εννέα αντιστάσεις. Μόλις οι αντιστάσεις είναι έτοιμες, θα τις κολλήσουμε μία μία. Για να το διευκολύνουμε, θα κολλήσουμε τους αγωγούς αντίστασης απευθείας στα άλλα εξαρτήματα αντί να χρησιμοποιήσουμε ξεχωριστό σύρμα για το καθένα. Το ένα άκρο της αντίστασης θα συνδεθεί με μια στήλη και το άλλο θα συνδεθεί με μια κεφαλίδα. Ξεκινήστε με την πρώτη σειρά LED που είναι πιο κοντά στις αντιστάσεις και επιστρέψτε. Μόλις τελειώσει κάθε σειρά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα μικρό κομμάτι ταινίας για να απομονώσετε τα επικαλυπτόμενα καλώδια για να αποφύγετε βραχυκύκλωμα. Ανατρέξτε στις φωτογραφίες και το διάγραμμα για να δείτε πώς θα μοιάζει μόλις τελειώσει. Τώρα που οι στήλες είναι εκτός λειτουργίας, το επόμενο βήμα είναι να συγκολλήσετε τα εξαρτήματα που ελέγχουν τα επίπεδα. Η βάση ενός τρανζίστορ NPN θα ενεργοποιηθεί από έναν πείρο Arduino μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος 10k (ή εκεί). Αυτό θα συνδέσει το αντίστοιχο επίπεδο με τη γείωση, το οποίο θα επιτρέψει τη ροή ρεύματος μέσω των LED. Ανατρέξτε στις φωτογραφίες και το διάγραμμα. Μόλις ολοκληρωθούν, οι λυχνίες LED θα πρέπει να συνδεθούν με τις ακίδες 2-10 στο Arduino και τα επίπεδα θα πρέπει να συνδεθούν με τις ακίδες 11-13, από κάτω προς τα πάνω. Οι ακίδες μπορούν επίσης να διαμορφωθούν στο λογισμικό εάν χρειάζεστε διαφορετική ρύθμιση. Το κύκλωμα έχει πλέον ολοκληρωθεί, ώρα για μετάβαση στο λογισμικό!

Βήμα 4: Χρήση του Λογισμικού

Βρήκα μερικά παραδείγματα κώδικα που επιπλέουν γύρω από το δίκτυο για τον έλεγχο ενός κύβου LED. Όλοι απαιτούσαν μεγάλες συστοιχίες δυαδικών ή εξαγωνικών δεδομένων για τον έλεγχο των LED. Σκέφτηκα ότι πρέπει να υπάρχει ένας ευκολότερος τρόπος, έτσι ξεκίνησα να γράφω το δικό μου λογισμικό. Η πρώτη μου απόφαση ήταν να κάνω το λογισμικό να αντικατοπτρίζει το υλικό. Αυτό σήμαινε να απευθύνεται σε κάθε LED ανά στήλη και επίπεδο αντί να χρησιμοποιεί ακατέργαστα δεδομένα θύρας ή τα παραδοσιακά x, y, z. Η δεύτερη απόφαση ήταν να ξεκινήσουμε με βασικές λειτουργίες, όπως να ανάβουμε ή να σβήνουμε ένα μόνο φως και να δημιουργούμε από εκεί. Τέλος, αποφάσισα να παρουσιάσω δύο χαρακτηριστικά που είναι χρήσιμα για πιο ενδιαφέροντα εφέ. Το ένα είναι ένα buffer που επιτρέπει στις βασικές συναρτήσεις να δημιουργήσουν πιο πολύπλοκα μοτίβα. Η άλλη είναι μια λειτουργία ακολουθίας που ανάβει μια σειρά από LED ένα κάθε φορά, ή όλα ταυτόχρονα. Η βιβλιοθήκη ξεκίνησε ως διαδικαστικός κώδικας και χαλαρές λειτουργίες. Από εκεί ήταν πολύ εύκολο να ακολουθήσετε το σεμινάριο για να δημιουργήσετε μια επαναχρησιμοποιήσιμη βιβλιοθήκη Arduino. Φροντίστε να κατεβάσετε τη βιβλιοθήκη και να την αποσυμπιέσετε στο sketchbook/βιβλιοθήκες. Εάν έχει ρυθμιστεί σωστά, θα πρέπει να βρείτε ένα παράδειγμα στο λογισμικό Arduino στην ενότητα Αρχείο> Παραδείγματα> LedCube> ledcube. Ο κωδικός είναι επίσης διαθέσιμος στο Github στη διεύθυνση gzip/arduino-ledcube. Ευχαριστώ για την ανάγνωση!