DIY LED Cube: 7 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ang LED Cube ay walang anuman kundi isang 3-dimensional na hanay ng mga LED upang magaan sa iba't ibang mga form at pattern. Ito ay isang kagiliw-giliw na proyekto upang malaman o mas mahusay ang iyong kasanayan sa Paghinang, Pagdidisenyo ng Circuit, 3D Pag-print, at Programming kasanayan. Kahit na nais kong bumuo ng isang RGB cube, sa palagay ko ay magsisimula muna ako sa isang simpleng isang kulay na humantong sa kubo upang makakuha ng karanasan.

Napahanga ako at napasigla ng proyekto ng Char mula sa Instructables, dapat mong suriin ito kung may oras ka.

Ako ay magtatayo ng isang 8x8x8 led cube, na walang anuman kundi 8 mga hilera, 8 mga haligi at 8 mga layer ng LEDs. Iyon ay 512 LEDs sa lahat. Ngayon, ang pinakamahalagang item ay ang LED, piliin ang pinakamaliit na sukat upang ang kubo ay siksik. Gayundin, mas mahusay na kunin ang mga nagkakalat na LED sa mga translucent dahil ang mga translucent ay nagkalat ng ilaw at hindi masyadong nakakaakit.

Hakbang 1: Kinakailangan ang Mga Bahagi

Mga LED - 512 pc

Mga resistor 1k, 220E - kaunti

Tactile Switch - 1 pc

Push to ON Switch - 1 pc

Mga Header M / F - Ilang

Arduino Pro Mini - 1pc

Mga Capacitor 0.1uF - 9pc

Perfboard (15cm x 15cm) - 2pc

LED - 1pc

74HC594 - 8pc

2N2222 Transistor - 16pc

74LS138D - 1pc

IC Sockets 20 pin - 9pc

IC Sockets 16 pin - 1pc

Mga Ribbon Cables - 5 Meters

UART Programmer

RPS

Pag-access sa 3D Printer

Hakbang 2: Pag-iipon ng Istraktura ng LED Cube

Kinuha ko ang isang pakete ng 1000 nagkakalat na LEDs kung saan gagamitin ko ang 512. Ngayon, kailangan naming makontrol ang bawat isa sa mga LED nang nakapag-iisa, doon lamang tayo makakagawa ng mga kagiliw-giliw na mga pattern.

Gagamit ako ng isang Arduino Pro Mini board upang makontrol ang mga LED, ngunit ang board na ito ay mayroon lamang 21 mga pin upang makontrol ang mga LED. Ngunit maaari kong gamitin ang isang multiplexer upang himukin ang lahat ng 512 LEDs sa pamamagitan ng 21 pin.

Bago kami makapunta sa disenyo ng driver circuit, itayo natin ang istraktura para sa LED cube. Napakahalaga na makuha natin ang tamang mahusay na proporsyon para maganda ang hitsura ng kubo, kaya hinahayaan muna maghanda ng isang gig na makakatulong sa amin na mapanatili ang mahusay na proporsyon.

Pupunta ako sa 3D na naka-print na isang 120x120x2mm na base para sa pagbuo ng kubo. Gagamitin ko ito upang lumikha ng bawat layer ng LEDs, na magiging halos 64 LEDs bawat layer. Ngayon, kailangan kong i-space ang mga LED nang pantay sa board. Dahil ang cathode ay tungkol sa 17mm, nag-iiwan ng 2mm para sa paghihinang, ilalagay ko sa espasyo ang mga butas na 15mm. Simulan na natin ang 3d na pag-print.

Una kong inaayos ang mga LED sa isang hilera at pagpapaikli sa katod. Katulad nito, aayusin ko ang 8 mga hilera ng LEDs na pinaikling ang kanilang mga cathode. Kapag tapos na, mayroon akong 1 cathode pin at 64 anode pin, bumubuo ito ng 1 layer.

Ang pag-aayos ng 8 tulad na mga layer sa tuktok ng bawat isa ay gagawin itong hindi matatag at ang istraktura ay magpapapangit. Kaya't bibigyan ko ito ng ilang karagdagang suporta. Mayroong ilang mga paraan ng paggawa at ang isang ganoong paraan ay ang paggamit ng pilak na tubong kawad na tanso, ngunit dahil wala ako nito ay susubukan ko ang isang krudo na pamamaraan. Ang pag-unat sa wire ng paghihinang ay nagpapatigas nito, kaya gagamitin ko iyon para sa suporta. Maglagay ng ilang paghihinang sa mga pin ng cathode bago gamitin ang kawad upang magbigay suporta. Inaasahan kong ang paggamit nito sa gitna at mga panig ay dapat bigyan ang kubo ng lakas na kailangan nito. Kakailanganin namin ang tungkol sa 16 na mga wire at napakahalaga na makuha natin ang bahaging ito nang tama.

Ituturo ko ang mga anode pin upang gawin silang simetriko.

Ang mga LED ay maaaring mapinsala sa mga oras dahil sa soldering heat, kaya mas mabuti na suriin ang mga ito pagkatapos na itayo ang bawat layer. Kapag tapos na, ang mga layer ay maaaring tipunin sa tuktok ng bawat isa at sa oras na ito ang mga anode pin ay maaaring soldered. Sa huli, dapat kang magkaroon ng 64 mga anode pin at isang cathode pin bawat layer. Kaya sa mga 64 + 8 = 72 na pin na ito, dapat nating makontrol ang bawat isa sa mga LED sa kubo na ito.

Ngayon, kailangan namin ng isang istraktura ng suporta para sa pag-iipon ng mga layer sa tuktok ng bawat isa.

Nagkamali ako. Medyo naging masigasig ako at hindi nasuri kung nakahanay ang mga anode pin sa bawat isa. Dapat kong baluktot ang mga pin ng anod ng 2mm upang ang bawat layer ay maaaring solder sa bawat isa at isang tuwid na linya ang maaaring mabuo. Dahil hindi ko ito nagawa, manu-manong ibaluktot ko ang lahat ng mga pin na na-solder ko at maaaring makaapekto ito sa aking mahusay na proporsyon sa huli. Ngunit kapag itinayo mo ito, mag-ingat upang hindi makagawa ng parehong pagkakamali. Ngayon kumpleto na ang konstruksyon, kakailanganin naming magtrabaho sa driver circuit.

Hakbang 3: Circuit ng Driver - Bawasan ang Bilang ng mga Pins

Tulad ng nabanggit ko sa simula, kakailanganin namin ng 72 IO pin mula sa controller, ngunit iyan ay isang luho na hindi natin kayang bayaran. Kaya't magtayo tayo ng isang multiplexing circuit at bawasan ang bilang ng mga pin. Tingnan natin ang isang halimbawa, kumuha tayo ng isang flip-flop IC. Ito ay isang uri ng flip-flop ng D, huwag mag-alala tungkol sa mga teknikalidad sa puntong ito. Ang pangunahing gawain ng IC ay alalahanin ang 8 mga pin, kung saan ang 2 ay para sa supply ng kuryente, ang D0 - D7 ang mga input pin para sa pagtanggap ng data at ang Q0 - Q7 ang mga output pin para sa pagpapadala ng naprosesong data. Ang pin na pinapagana ang output ay isang aktibong mababang pin, ibig sabihin lamang kapag ginawa natin itong 0 ay lilitaw ang input data sa mga output pin. Mayroon ding isang pin na orasan, tingnan natin kung bakit kailangan natin ito.

Ngayon, naayos ko ang IC sa isang breadboard at itinakda ang input ng mga halaga sa 10101010 na may 8 LED na konektado sa output. Ngayon, ang mga LED ay naka-on o naka-off batay sa input. Hayaan akong baguhin ang input sa 10101011 at suriin ang output. Wala akong nakitang pagbabago sa mga LED. Ngunit kapag nagpadala ako ng isang mababa sa mataas na pulso sa pamamagitan ng pin ng orasan, nagbabago ang output batay sa bagong input.

Gagamitin namin ang konseptong ito upang paunlarin ang aming driver circuit board. Ngunit ang aming IC ay maaalala lamang ang data ng input pin na input, kaya gagamitin namin ang isang kabuuang 8 tulad ng mga IC upang suportahan ang 64 na input.

Hakbang 4: Disenyo ng Circuit ng Driver

Nagsisimula ako sa multiplexing lahat ng mga input pin ng IC sa 8 data pin ng microcontroller. Ang trick dito ay upang hatiin ang 64-bit data ng 8 pin sa 8 piraso ng data.

Ngayon, kapag naipasa ko ang 8 piraso ng data sa unang IC na sinusundan ng isang mababa hanggang mataas na signal ng pulso sa pin ng orasan, makikita ko ang input ng data na sumasalamin sa mga output pin. Katulad nito, sa pamamagitan ng pagpapadala ng 8 piraso ng data sa natitirang mga IC at pagkontrol sa mga pin ng orasan, maaari akong magpadala ng 64 piraso ng data sa lahat ng mga IC. Ngayon ang iba pang problema ay ang kakulangan ng mga pin ng orasan sa controller. Kaya gagamit ako ng isang 3 hanggang 8 linya ng decoder IC upang i-multiplex ang mga kontrol sa pin na orasan. Gamit ang 3 address pin sa decoder kasama ang microcontroller maaari kong makontrol ang 8 output pin ng decoder. Ang mga 8 output pin na ito ay dapat na konektado sa mga pin ng orasan sa mga IC. Ngayon ay kailangan nating paikliin ang lahat ng output na paganahin ang mga pin at kumonekta sa isang pin sa microcontroller, gamit ito dapat naming ma-on o i-off ang lahat ng mga LED.

Ang nagawa natin sa ngayon ay para lamang sa isang solong layer, ngayon kailangan naming palawakin ang pagpapaandar sa iba pang mga layer sa pamamagitan ng pagprograma. Ang One Led ay kumonsumo ng halos 15mA ng kasalukuyang, kaya pagpunta sa numerong iyon kakailanganin namin ang tungkol sa 1 Amp ng kasalukuyang para sa isang solong layer. Ngayon ang Arduino pro mini board ay maaari lamang mapagkukunan o lumubog hanggang sa 200 mA ng kasalukuyang. Dahil ang aming kasalukuyang paglipat ay labis na kailangan naming gumamit ng isang BJT o MOSFET upang makontrol ang layer ng LEDs. Wala akong maraming MOSFET, ngunit mayroon akong ilang mga NPN at PNP transistors. Sa teoretikal, maaaring kailanganin nating lumipat ng hanggang sa 1 amp ng kasalukuyang bawat layer. Sa mga transistor na nakuha ko, ang pinakamataas ay maaari lamang lumipat ng halos 800mA ng kasalukuyang, ang 2N22222 transistor.

Kaya kumuha tayo ng 2 transistors at taasan ang kanilang kasalukuyang kakayahan sa pamamagitan ng pagkonekta sa kanila nang kahanay. Maraming mga tao kapag pinagtibay nila ang pamamaraang ito ay gumagamit lamang ng base limit resistor, ngunit ang problema dito ay habang binabago ng temperatura ang kasalukuyang sa pamamagitan ng mga transistors na naging hindi timbang at nagsasanhi ng mga isyu sa katatagan. Upang mapagaan ang problema, maaari naming gamitin ang katulad na 2 resistors sa emitter pati na rin upang makontrol ang kasalukuyang kahit na nagbago ang temperatura. Ang konseptong ito ay tinatawag na emitter degeneration. Ang emitor risistor ay nagbibigay ng isang uri ng puna upang patatagin ang nakuha ng transistor.

Gagamitin ko lang ang resistors sa base lamang. Maaari itong maging sanhi ng mga problema sa hinaharap, ngunit dahil ito ay isang prototype lamang hahawakan ko ito sa paglaon.

Hakbang 5: Paghihinang sa Mga Bahagi

Ngayon, tipunin natin ang circuit sa isang perfboard. Magsimula tayo sa mga flipflop IC at gumamit ng isang may-ari ng IC para sa hangaring ito. Palaging magsimula sa una at huling mga pin, suriin para sa katatagan, pagkatapos ay solder ang natitirang mga PIN. Gumamit din tayo ng ilang male header alang-alang sa plug at pag-play ng kasalukuyang naglilimita ng mga resistors at para sa pagkakakonekta sa Cube. Ikonekta ngayon ang mga decoupling capacitor ng IC na malapit sa mga power supply pin ng IC.

Susunod, magtrabaho tayo sa microcontroller. Upang magawa itong mai-plug at maglaro, gumamit tayo ng isang may-ari at ikonekta muna ang mga babaeng pin, pagkatapos ay ilagay ang microcontroller.

Oras upang gumana sa mga transistors. 16 1K ohm resistors ay kinakailangan upang kumonekta sa base ng transistors. Upang mapanatili ang karaniwang mga cathode pin ng LED Cube sa isang default na estado ng lohika, gagamit ako ng isang 8 K ohm zip risistor, na naglalaman ng 8 resistors. Sa wakas ay hinahayaan na gumana sa address decoder IC. Ngayon ang circuit ay handa na katulad ng disenyo ng circuit.

Hakbang 6: Pag-print sa 3D

Kailangan namin ng isang enclosure para sa pabahay ng circuit board at ng led cube, kaya hinahayaan na gumamit ng isang 3d na naka-print. Gagawin ko ito sa 3 bahagi para sa kadali ng pagpupulong.

Una, isang base plate para sa paghawak ng pinangunahang istraktura. Pangalawa, isang gitnang katawan para sa electronics. Pangatlo, isang takip upang isara ang pabahay.

Hakbang 7: Pagbabalot

Magsimula tayo sa pag-mount ng led na istraktura. Maaari mong itulak ang mga pin sa pamamagitan ng mga butas at direktang ihihinang ito sa circuit board, ngunit alang-alang sa katatagan, gagamitin ko muna ang isang perf board, pagkatapos ay ihihinang ito sa circuit. Gumagamit ako ng isang ribbon cable upang maghinang sa mga LED, pagkatapos ay ikonekta ang kabilang dulo sa kani-kanilang mga flip-flop ICs output pin.

Upang kumonekta sa pagitan ng transistor at ng mga layer ng LED cube, kailangan nating magkaroon ng mga independiyenteng pin upang kumonekta sa mga cathode pin. Bago namin ito paandarin, mahalagang suriin ang pagpapatuloy at boltahe sa pagitan ng mga puntos. Kapag ang lahat ay mabuti, ang mga IC ay maaaring konektado at pagkatapos ay pinapagana. Muli, mabuti upang suriin kung ang lahat ng mga LED na kumikinang sa pamamagitan ng pagkonekta nito nang direkta sa kapangyarihan bago ikonekta ito sa pamamagitan ng circuit. Kung ang lahat ay nahanap na mabuti, kung gayon ang mga led cable ay maaaring konektado sa kani-kanilang mga flip-flop point.

Gumawa tayo ng gawain sa paglilinis - idiskonekta ang cable ng programa ng microcontroller, gupitin ang nakausli na mga pin, atbp. Ngayon ay ikonekta natin ang programming cable sa katawan ng pabahay, ayusin ang isang humantong sa katayuan, isang switch ng kuryente at sa wakas ay isang reset switch. Malapit na naming matapos ito, kaya pinagsama-sama ang 3 mga bahagi. Magsimula sa LED base sa katawan, pagkatapos ay sa sandaling ang mga cable ay nakaupo na rin isara ang takip sa ilalim.

I-download ang code sa Arduino Pro Mini at iyon lang!

Salamat sa Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ para sa kanyang mahusay na Instructable at Code.