Batay sa Arduino 3x3 LED Cube: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Kumusta at maligayang pagdating sa aking unang Instructable.

Nagpapakita ako ng isang simple, maayos na disenyo para sa isang nagsisimula ng 3x3x3 LED cube. Upang gawing mas madali itong maitayo, nagbibigay ako ng mga detalye ng sanay na PCB, maaari mong gawin ang iyong sarili o bumili, mga tagubilin at maaari mong, tulad ng sa akin, muling gamitin ang software mula sa mahusay na Arduino library LED cube at arduino lib.

Ang isa sa mga layunin ng disenyo ay gamitin lamang sa pamamagitan ng mga bahagi ng butas, mas madali para sa nagsisimula na maghinang at ang lahat ay madaling magagamit sa pamamagitan ng internet sa iyong mga paboritong auction / shopping site.

Maaaring mapagana ang disenyo mula sa isang USB cable o isang 7.5-12V DC power adapter.

Gumagamit ang circuit ng isang cut-down na pangunahing disenyo ng Arduino at maaari mong mai-program ito sa circuit gamit ang alinman sa isang murang programmer ng In Circuit System Programmable (ICSP) o isang madaling magagamit na USB sa adapter ng TTL. Ang tanging software na kailangan mo ay ang kagalang-galang na Arduino IDE.

Ang disenyo na ito ay hindi rebolusyonaryo bumubuo lamang ito sa ilang nakaraang trabaho at nakabalot ko ito nang maayos. Sana nasiyahan ka dito.

Hakbang 1: Kinakailangan ang Mga Bahagi

Gumagamit ang disenyo na ito ng malawak na magagamit sa pamamagitan ng mga bahagi ng butas. Dapat i-stock ng iyong paboritong lokal na distributor ang mga bahagi na kailangan mo.

Kailangan mo ng isang Atmega 168p o Atmega 328p na may Arduino bootloader na na-flash dito. Mahahanap mo ang mga ito sa Ebay, maghanap para sa "arduino bootloader", tiyaking bibili ka ng variant ng Dual In Line (DIL). Kailangan mo rin ng isang USB type B socket, ang regular, mas matanda, mataba. Pinili ko ito dahil madaling maghinang. Ang mga transistor, T1-T3 ay mga pangkalahatang layunin na NPN transistors, pati na rin ang mga uri na nakalista, maaari mong gamitin ang BC108, 2N2222, 2N3904 atbp, palaging suriin ang transistor pinout laban sa PCB kahit na.

Para sa pinakamahalagang mga LED, siguraduhin na bumili ka ng mataas na ningning o sobrang maliwanag na mga LED. Gumamit ako ng 10000-12000mcd LEDs mula sa isang nagbebenta sa Ebay para sa halimbawa ng kubo na ipinakita rito. Gusto mo ng mga maliliwanag upang makita mo pa rin ang kubo sa normal na pag-iilaw sa silid. Kung ang detalye ng paglalarawan ng item sa anggulo ng pagtingin, karaniwang 20 degree nito ngunit mahahanap mo ang isa na may mas malawak na anggulo sa pagtingin, isaalang-alang ito. Ang mga ultrabright LED na ito ay hindi ang clerest kapag tiningnan sa gilid. Maaaring kailanganin mong subukan ang ilang mga LEDs mula sa iba't ibang mga supplier bago mo makita ang mga naaangkop sa iyong mga pangangailangan.

Kumpletuhin ang listahan ng mga bahagi:

Bahagi ng Paglalarawan ng Halaga PCB Ang magandang berdeng PCB, gawin ito o bilhin ito.27 3mm LEDs, kulay na iyong pinili. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch ceramic capacitor C2 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch ceramic capacitor

C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch ceramic capacitor C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch ceramic capacitor C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch ceramic capacitor C6 10u 10uF 16V, 5.5mm case Electrolytic capacitor, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5mm case Electrolytic capacitor, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 o ATMEGA328 na may Arduino bootloader IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA linear regulator, TO92 package ICSP ICSP Pin header strip, 0.1 "pitch, 2x3 way. J1 DCJ0202 DC power socket, 2.1mm inner diameter. JP1 Pin header strip, 0.1 "pitch, 1x3 way. Q2 16MHz 16MHz, HC49 case crystal, 50ppm, low profile R1 10k 10K 1 / 4W metal film resistor 1% R2 1k 1K 1 / 4W metal film resistor 1% R3 1k 1K 1 / 4W metal film resistor 1% R4 1k 1K 1 / 4W metal film resistor 1% R5 470 470 1 / 4W metal film resistor 1% R6 1k 1K 1 / 4W metal film resistor 1% R8 100 100R 1 / 4W metal film resistor 1% R9 100 100R 1 / 4W metal film resistor 1% R10 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R11 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R12 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R13 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R14 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R15 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R16 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R17 470 470R 1 / 4W metal film resistor 1% R18 1k 1K 1 / 4W metal film resistor 1% R19 LDR Opsyonal na LDR S1 S1 4 pin, 6x6mm PCB mount PTH switch. T1 BC547 BC547 / BC548 mababang lakas NPN transistor, TO92 T2 BC547 BC547 / BC548 mababang kapangyarihan NPN transistor, TO92 T3 BC547 BC547 / BC548 mababang kapangyarihan NPN transistor, TO92 X4 USB type B socket, PCB mount through hole.4 x 3-5mm taas dumikit sa mga paa ng goma.

Hakbang 2: Circuit Diagram at Paliwanag ng Operasyon

Ang eskematiko ay ipinapakita sa itaas.

Ang disenyo ay batay sa eskematiko ng Arduino Duemilanove, na hinubad sa mga mahahalagang bagay. Ang USB sa serial device ay tinanggal ngunit may isang serial header, JP1, na nagpapahintulot sa isang USB na TTL adapter upang i-program ang aparato, higit pa sa pag-program sa paglaon. Mayroon ding header ng ICSP.

Maaaring gumana ang board mula sa USB plug, gamit ang maginhawang 5V supply sa PC, o isang murang pound / dollar store na mobile phone charger pack. Gumagamit ang ibang pagpipilian ng DC plug input, tumatanggap ito ng isang 7-15V DC input upang maaari mong gamitin ang anumang plug adapter na mayroon ka. Gumagamit lamang ang circuit ng 30mA kaya't ang itinapon na adapter mula sa isang patay na gadget ay dapat na gumana, lagyan ng tsek ang iyong junk box.

Ang mga resistor R12 hanggang R17 ay nagtakda ng kasalukuyang, na nagtatakda ng ningning ng mga LED. Sa mga RED leds at ipinakita ang 470R resistors, ang kasalukuyang ~ 5mA bawat LED. Upang makalkula ang kasalukuyang LED kailangan mo ng output boltahe ng aparato ng Atmega (4.2V) at ang pasulong na pagbagsak ng boltahe ng LED, para sa isang pulang LED na ito ay 1.7V. Ang pormula ay:

Kasalukuyang LED = (Atmega output voltage - LED Voltage) / Pinangunahan ko

Gamit ang mga bahagi na ginamit ko: LED kasalukuyang = (4.2-1.7) / 470LED kasalukuyang = 5.31mA

Limitahan ang kasalukuyang mula sa Atmega 168/328 hanggang 10mA

Ang ilang mga karaniwang patak ng boltahe ng LED:

Pula 1.7VYellow 2.1VOrange 2.1VGreen 2.2VBlue 3.2VSuper blue 3.6V White cool 3.6V

Kaya maaari mong gamitin ang isang mataas na asul na ilaw na LED, ang risistor ay mahuhulog sa 270R. Maaari mong taasan ang kasalukuyang sa 10mA, sa aking pagsubok nalaman kong sapat na ang 5mA.

Ang mga Transistors T1-T3 ay karaniwang NPN BJT transistors, BC547 / BC548 / 2N2222 atbp Kinokontrol nila ang paglipat ng bawat isa sa tatlong mga layer. Ang mga resistors R2-R4 ay naglilimita sa kasalukuyang batayan ng risistor.

Ang R6 at ang PWR LED ay opsyonal, kinopya mula sa Arduino, ito ay uri ng halata kung ang lakas ay nasa LED cube.

Ang C2, C3 at Q2 ay bumubuo ng circuit ng orasan para sa aparato na Atmega 168 / 328p, paunang naka-program sa bootloader. Siguraduhin na magkasya ka sa mga capacitor ng 22pF dito at hindi sa ibang lugar at ang chip ay mabibigo upang magsimula. Ang C1, C4 at C5 ay decoupling ng power supply. Ang IC2, C6 at C7 ay bumubuo ng isang simpleng linear regulator circuit. Hindi gaanong sasabihin tungkol dito ngunit tiyakin na umaangkop ka sa mga capacitor sa tamang paraan. Mayroong + mga simbolo sa pagguhit ng PCB at ang silkscreen.

Ang SK1 at R8 at R9 ang serial interface. Gamit ang isang USB sa TTL adapter, maaari mong i-program ang aparato, gamit ang halimbawa dito

Hakbang 3: Pagkuha ng Mga Disenyo ng File at Paggawa ng PCB

Maaaring ma-download ang data ng disenyo ng PCB mula sa Github sa

Mayroong mga naprosesong Gerber file para sa pagpapadala sa isang taga-gawa ng PCB, eskematiko at overlay ng PCB sa format na-p.webp

Ang PCB ay maaaring gawa-gawa sa bahay, gagawin ko sana ito ngunit naubusan ako ng Etchant. Ang disenyo ay maaaring gawa-gawa gamit ang isang solong panig ng PCB at ang tuktok na layer (PULA sa mga imahe) ay maaaring ipatupad gamit ang mga naka-link na naka-link na tinned wire. Gumamit ako ng https://pcbshopper.com/ upang makahanap ng angkop na vendor, para sa mga prototype na ginamit ko ang Elecrow.

Ang disenyo ng PCB sa Github ay may 3 mga pagbabago sa disenyo ng prototype na ipinakita dito:

1. Ang regulator ng 7805CV ay pinalitan ng isang mas maliit na regulator ng 78L05.
2. Ang PCB ay nabawasan ng 5mm.
3. Inalis ko ang polyfuse mula sa feed ng USB + 5V.

Hakbang 4: Pag-iipon ng PCB

Ang PCB ay makatwirang deretso upang magtipon. Nagdagdag ako ng isang larawan ng binuo PCB at ang layout sa itaas para sa sanggunian. Palagi akong nagsisimula sa pamamagitan ng pag-aakma sa pinakamaliit na mga bahagi at pagtatrabaho pataas, lalo na mahalaga kung wala kang isang PCB na paninindigan.

1. Magsimula sa pamamagitan ng pag-aakma muna sa mga resistors, huwag pa silang maghinang. Tiyaking ipinasok mo ang tamang sangkap sa tamang lugar. Para sa kadalian ng pag-check, iakma ang mga ito gamit ang tolerance band sa kanan / ilalim, ginagawang mas madaling suriin pagkatapos. Tumingin dito kung kailangan mo ng tulong sa pagtukoy ng mga code ng kulay ng resistor. Kapag napatunayan mo na ang mga tamang bahagi ay nasa tamang lugar, solder ang mga bahagi.
2. Paghinang ng kristal na Q2 sa lugar at mga capacitor C2 at C3.
3. Paghinang ang 28 pin socket para sa Atmega168 / 328 sa lugar, tiyaking mayroon kang pin na 1 bingaw sa pinakamataas, makakatulong ito na maiwasan ang paglagay ng aparato sa paurong.
4. Pagkasyahin ang mga konektor ng ICSP at JP1.
5. Pagkasyahin ang mga capacitor C1, C4 at C5, lahat ng 100nF (part code 104).
6. Ang linear regulator IC2.
7. Pagkasyahin ang transistors T1, T2 at T3. Tiyaking hindi mo pa napalitan ang T1 / T2 / T23 at IC1 dahil lahat sila ay nasa parehong pakete.
8. Pagkasyahin ang S1, ang oryentasyon ay hindi mahalaga.
9. Pagkasyahin ang C6 at C7, tiyaking nakukuha mo ang polarity na tama!
10. Pagkasyahin ang USB konektor X4.
11. Pagkasyahin ang DC power plug J1.

Ang huling bit upang tipunin ay ang SIL na naka-pin na header. Gumagamit ako ng isang pares ng mga pinong pamutol upang maingat na alisin ang plastik mula sa bawat pin ng strip, inuulit ko ito hanggang sa magkaroon ako ng 12 naka-pin na mga socket, pagkatapos ay gumagamit ng isang pares ng pliers at 3 mga kamay, solder bawat isa sa turn sa PCB. Tulad ng karamihan sa mga tao ay walang 3 mga kamay, i-lata ang bawat butas na may ilang panghinang, upang takpan ang pad, hayaan itong cool. Pagkatapos ay ilapat ang soldering iron upang matunaw ang solder at ipasok ang pin, alisin ang soldering iron para sa isang pinagsamang. Maaaring kailanganin mo ang ilang sariwang panghinang kung mayroon kang isang dry joint.

Bago suriin ang iyong paghihinang, kumuha ng isang maikling pahinga, marahil para sa isang inumin? Suriin ang iyong paghihinang, suriin ang konektor ng USB habang ang mga pin ay malapit na spaced at ang mga pin sa aparato ng Atmega168 / 328.

Kapag masaya ka na sa iyong paghihinang, idikit ang mga paa ng malagkit sa sarili sa ilalim ng PCB.

Hakbang 5: Pag-iipon ng LED Cube

Ito ang pinakamahirap na bahagi ng pagpupulong. Dalhin ang iyong oras, huwag matakot.

Nagdagdag ako ng mga tala sa mga larawan sa itaas bilang isang larawan na nagsasabing isang libong salita.

Ilang mahahalagang punto.

1. Tiyaking ang positibong tingga (mas mahabang binti) ay tumuturo pababa habang ang disenyo ay lilipat + V sa 9 LEDs sa bawat layer.
2. Tiyaking baluktot ang negatibong tingga sa 90 degree sa LED, upang gawin ang mga pahalang na bar.
3. Isa-isang buuin ang bawat layer at i-double / triple suriin ang build.
4. Tiyaking ang naka-tin na wire na tanso, kapag ginamit, ay kalahating paraan sa pagitan ng bawat hilera ng mga LED, ginagawang mas madali ang paghawak sa layer switch wire.

Hakbang 6: Pagsubok at Huling Cube Assembly

Bago i-plug sa pagpupulong ng LED cube o ang aparato ng Atmega168 / 328, maaari kang gumawa ng ilang simpleng mga pagsusuri.

Kung mayroon kang isang DMM (dapat mayroon ka kung bumuo ka ng isang proyekto tulad nito), sukatin ang paglaban sa mga pin na 7 (positibo) at 8 (negatibong) ng socket ng 28 pin, dapat ay mayroon kang> 1K. Kung ito ay mas mababa sa ito, suriin ang iyong paghihinang.

Susunod na mag-apply ng isang 7-15V input sa J1, bumalik sa mga pin 7 & 8 ng 28 pin socket, sukatin ang boltahe, dapat mong makita ang 5V ngunit maaaring kahit saan sa pagitan ng 4.90V at 5.1V, ito ay mabuti. Kung nilagyan mo ang R6 at ang PWR LED, dapat itong naiilawan.

I-unplug ang J1, i-plug ang isang USB lead sa X4, i-plug ang cable sa isang hub o mains sa 5V USB adapter, ulitin ang pagbasa ng boltahe sa mga pin na 7 & 8 ng 28 pin socket, ang pagbasa ba sa paligid ng 5V?

Ang mga tseke sa itaas ay upang matiyak na ang mga supply voltages ay tama at ng tamang polarity.

Susunod, maingat na ipasok ang aparato ng Atmega168p / 328p. Bend ang mga pin nang kaunti, kung kinakailangan, upang magkasya sa socket. Gamit ang J1 at ang iyong 7-15V supply, lumipat sa kuryente, tingnan kung ang IC2 ay nag-iinit kaagad pagkatapos ng pag-on. Kung gagawin ito, patayin ang kuryente at suriin ang oryentasyon ng IC1.

Susunod na maingat na ipasok ang unang hilera ng LED array. Siguraduhin na ang isa sa mga naka-tin na bar ng suporta sa kawad na tanso ay malapit sa PADL1, PADL2 at PADL3, kailangan mo ito sa paglaon kapag hinihinang mo ang kawad para sa bawat layer. Mas mahusay na magsimula sa isang sulok na pin at gumagamit ng isang pares ng karayom na ilong ng ilong, maingat na baluktot nang bahagya ang bawat pin, magkakasunod-sunod, upang magkasya ang socket sa PCB. Nagdagdag ako ng larawan ng unang binuo layer sa itaas. Gamit ang isang piraso ng solong napadpad na 1 / 0.6 wire, gupitin ito sa isang haba na angkop upang pumunta mula sa PADL1 / PADL2 o PADL3 sa bawat layer ng kubo. Nahanap ko na mas madaling ipasok ang unang hilera ng mga LED sa PCB at solder ang unang layer control wire (ipinakita sa puti) pagkatapos ay bumalik sa nakaraang hakbang, gumawa ng isa pang hilera, pagkatapos ay tipunin ang bawat layer sa PCB dahil nagbibigay ito ng isang matatag base.

Magsimula sa pamamagitan ng paghihinang sa susunod na layer sa pamamagitan ng paghihinang ng isa sa mga sulok na LED, Pagkatapos ay maghinang sa tapat ng sulok. Ngayon suriin ang layer ay antas bago ka maghinang pa. Kapag naayos mo ang layer, maghinang ng iba pang dalawang sulok na LEDs, ang array ay dapat na levle ngunit muling suriin ito. Paghinang ng natitirang mga LED. Ulitin ang pagpupulong ng layer para sa pangwakas na layer.

Hakbang 7: Programming

Nakasalalay sa iyong aparato ng Atmega, maaaring kailanganin mong i-program ang bootloader o i-download lamang ang code. Kung mayroon kang isang chip na may program na bootloader, maaari kang gumamit ng USB sa adapter na TTL. Sundin ang gabay na ito:

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

Maaari mo ring gamitin ang 2x3 pin Sa Circuit System Programmable (ICSP) na konektor, maaari kang gumamit ng isa pang Arduino upang magawa ito:

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

Gumagamit ako ng isang programmer ng Usbasp na gumagana sa Arduino IDE, i-configure ito sa pamamagitan ng menu na Tools-> Programmer. Maaari kang pumili ng mga programmer ng Arduino / Atmel AVR nang murang sa pamamagitan ng Ebay o iba pang mga site sa auction.

I-download ang LED cube library mula sa https://github.com/gzip/arduino-ledcube, sundin ang mga tagubilin sa Github at tingnan ang iyong direktoryo ng Mga halimbawa para sa 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Kung gumagamit ka ng programmer ng ICSP, hawakan ang shift bago mag-click sa upload upang turuan ang Arduino IDE na gamitin ang programmer. Kung gumagamit ka ng USB-to TTL adapter, pindutin at palabasin ang pag-reset sa sandaling natapos ang pag-iipon ng IDE.

Kapag na-program ang halimbawa ng code, dapat kang magkaroon ng isang LED cube na may magagandang mga pattern.

Ito ang aking unang itinuturo, ang mga komento at puna ay malugod na tinatanggap.