LED куб DIY: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

LED Cube не е нищо друго освен триизмерен набор от светодиоди, които да светят в различни форми и модели. Това е интересен проект, за да научите или подобрите уменията си за запояване, проектиране на вериги, 3D печат и програмиране. Въпреки че бих искал да конструирам RGB куб, мисля, че първо ще започна с прост едноцветен LED куб, за да натрупам опит.

Бях супер впечатлен и вдъхновен от проекта на Char от Instructables, трябва да го проверите, ако имате време.

Ще конструирам 8x8x8 led куб, който не е нищо друго освен 8 реда, 8 колони и 8 слоя светодиоди. Това са 512 светодиода. Сега най -важният елемент е светодиодът, изберете най -малкия размер, така че кубът да е компактен. Също така е по -добре дифузните светодиоди да се поставят върху полупрозрачни, тъй като полупрозрачните разсейват светлината и не са много привлекателни.

Стъпка 1: Необходими компоненти

Светодиоди - 512 бр

Резистори 1k, 220E - малко

Тактилен превключвател - 1 бр

Бутон за включване - 1 бр

Заглавки M/F - Малко

Arduino Pro Mini - 1бр

Кондензатори 0.1uF - 9бр

Perfboard (15см х 15см) - 2бр

LED - 1бр

74HC594 - 8бр

2N2222 Транзистор - 16бр

74LS138D - 1бр

IC гнезда 20 пина - 9бр

IC гнезда 16 пина - 1бр

Лентови кабели - 5 метра

UART програмист

RPS

Достъп до 3D принтер

Стъпка 2: Сглобяване на структурата на LED куб

Взех пакет от 1000 разсеяни светодиода, от които ще използвам 512. Сега трябва да можем да управляваме всеки от светодиодите независимо, само тогава можем да направим интересни модели.

Ще използвам платка Arduino Pro Mini за управление на светодиодите, но тази платка има само 21 пина за управление на светодиодите. Но мога да използвам мултиплексор за задвижване на всички 512 светодиода през 21 -те пина.

Преди да влезем в дизайна на веригата на драйвера, нека изградим структурата за LED куба. Много е важно да постигнем симетрията така, че кубът да изглежда добре, така че нека първо подготвим концерт, който ще ни помогне да поддържаме симетрия.

Отивам да отпечатам 3D основа 120x120x2mm за конструиране на куба. Ще използвам това за създаване на всеки слой светодиоди, който ще бъде около 64 светодиода на слой. Сега трябва да разпределя светодиодите равномерно по цялата платка. Тъй като катодът е около 17 мм, оставяйки 2 мм за запояване, ще разпределя дупките на 15 мм един от друг. Нека започнем 3D отпечатването.

Първо подреждам светодиодите подред и скъсявам катода. По същия начин ще подредя 8 реда светодиоди с къси катоди. След като свърша, имам 1 катоден щифт и 64 анодни щифта, това образува 1 слой.

Подреждането на 8 такива слоя един върху друг ще го направи нестабилен и структурата ще се деформира. Затова ще му дам допълнителна подкрепа. Има доста начини да се направи и един такъв начин е да се използва сребърна медна тел, но тъй като нямам това с мен, ще изпробвам груб метод. Разтягането на запояващия проводник го втвърдява, така че ще го използвам за поддръжка. Нанесете малко запояване върху катодните щифтове, преди да използвате проводника, за да осигурите опора. Надяваме се, че използването му в центъра и отстрани трябва да даде на куба необходимата сила. Ще ни трябват около 16 проводника и е много важно да оправим тази част.

Ще изправя анодните щифтове, за да ги направя симетрични.

Светодиодите могат да се повредят понякога поради топлината на запояване, така че е по -добре да ги проверите след изграждането на всеки слой. След като свършат, слоевете могат да бъдат сглобени един върху друг и този път анодните щифтове могат да бъдат запоени. В крайна сметка трябва да имате 64 анодни щифта и един катоден щифт на слой. Така че с тези 64 + 8 = 72 пина, трябва да можем да контролираме всеки от светодиодите в този куб.

Сега се нуждаем от поддържаща структура за сглобяване на слоевете един върху друг.

Направих грешка. Бях малко ентусиазиран и не проверих дали анодните щифтове са подравнени един с друг. Трябваше да огъна анодните щифтове с 2 мм, така че всеки слой да бъде споен един към друг и да се образува права линия. Тъй като не съм направил това, ще трябва да огъна ръчно всички щифтове, които съм запоял и това може да повлияе на симетрията ми в крайна сметка. Но когато го конструирате, внимавайте да не направите същата грешка. Сега конструкцията е завършена, ще трябва да работим по веригата на драйвера.

Стъпка 3: Верига на водача - Намалете броя на пиновете

Както споменах в началото, ще ни трябват 72 IO пина от контролера, но това е лукс, който не можем да си позволим. Така че нека да изградим схема за мултиплексиране и да намалим броя на пиновете. Нека разгледаме един пример, нека вземем джапанка. Това е джапанка тип D, нека не се притесняваме за техническите особености на този етап. Основната задача на ИС е да запомни 8 -те пина, от които 2 са за захранване, D0 - D7 са входните щифтове за получаване на данните и Q0 - Q7 са изходните щифтове за изпращане на обработените данни. Изводът за активиране на изхода е активен нисък щифт, т.е. само когато го направим 0, входните данни ще се появят в изходните щифтове. Има и щифт за часовник, нека видим защо имаме нужда от него.

Сега фиксирах интегралната схема на макет и зададох стойностите на входа на 10101010 с 8 светодиода, свързани към изхода. Сега светодиодите са включени или изключени в зависимост от входа. Позволете ми да променя входа на 10101011 и да проверя изхода. Не виждам промяна в светодиодите. Но когато изпращам нисък към висок импулс през часовника, изходът се променя въз основа на новия вход.

Ще използваме тази концепция, за да разработим нашата платка с драйвери. Но нашата IC може да запомни само 8 входни пинови данни, така че ще използваме общо 8 такива IC за поддържане на 64 входа.

Стъпка 4: Дизайн на веригата на водача

Започвам с мултиплексиране на всички входни щифтове на IC към 8 -те пина за данни на микроконтролера. Номерът тук е да разделите 64-битовите данни на 8-те пина на 8 бита данни.

Сега, когато предам 8 -битовите данни към първата IC, последвана от сигнал с нисък до висок импулс в часовника, ще видя как входните данни се отразяват в изходните щифтове. По същия начин, като изпращам 8 бита данни към останалите интегрални схеми и контролирам пиновете на часовника, мога да изпратя 64 бита данни до всички интегрални схеми. Сега другият проблем е недостигът на часовникови щифтове в контролера. Така че ще използвам 3 до 8 линия декодер IC, за да мултиплексирам контролите на часовника. С помощта на 3 -те адресни щифта в декодера в комбинация с микроконтролера мога да контролирам 8 -те изходни пина на декодера. Тези 8 изходни пина трябва да бъдат свързани към тактовите щифтове в интегралните схеми. Сега трябва да съкратим всички изводи за разрешаване на изхода и да се свържем с щифт на микроконтролера, като използваме това, трябва да можем да включим или изключим всички светодиоди.

Това, което направихме досега, е само за един слой, сега трябва да разширим функционалността до други слоеве чрез програмиране. Един светодиод консумира около 15mA ток, така че като се подходим към това число, ще имаме нужда от около 1 Amp ток за един слой. Сега платката Arduino pro mini може да подава или поглъща само до 200 mA ток. Тъй като комутационният ни ток е твърде голям, ще трябва да използваме BJT или MOSFET, за да контролираме слоя от светодиоди. Нямам много MOSFET, но имам няколко NPN и PNP транзистори. Теоретично може да се наложи да превключим до 1 ампер ток на слой. От транзисторите, които получих, най -високият може да превключи само около 800mA ток, транзисторът 2N22222.

Нека вземем 2 транзистора и да увеличим текущите им възможности, като ги свържем паралелно. Много хора, когато приемат този метод, използват само резистор на базовата граница, но проблемът тук е, тъй като температурата променя тока през транзисторите се дисбалансира и причинява проблеми със стабилността. За да смекчим проблема, можем да използваме подобни 2 резистора в излъчвателя, както и за регулиране на тока, дори когато температурата се промени. Тази концепция се нарича излъчване на излъчватели. Емитерният резистор осигурява вид обратна връзка за стабилизиране на усилването на транзистора.

Просто ще използвам резистори само в основата. Това може да причини проблеми в бъдеще, но тъй като това е само прототип, ще се справя по -късно.

Стъпка 5: Запояване на компонентите

Сега, нека съберем веригата на перфорирана дъска. Нека започнем с джапанките и използваме за тази цел държач за интегрална схема. Винаги започвайте с първия и последния щифт, проверявайте за стабилност, след това запоявайте останалите ПИН кодове. Нека използваме и някаква мъжка заглавка за включване и възпроизвеждане на ограничаващите тока резистори и за свързване с куба. Сега свържете разединителните кондензатори на ИС близо до щифтовете за захранване на ИС.

След това нека работим върху микроконтролера. За да го включите и пуснете, нека използваме държач и първо свържем женските щифтове, след което поставете микроконтролера.

Време е за работа върху транзисторите. 16 1K ома резистора са необходими за свързване към основата на транзисторите. За да поддържам общите катодни щифтове на LED Cube в логическо състояние по подразбиране, ще използвам 8 K ом ципов резистор, който съдържа 8 резистора. И накрая, нека работим върху IC декодера на адреса. Сега веригата е подготвена подобно на схемата на веригата.

Стъпка 6: 3D печат

Нуждаем се от корпус за поставяне на платката и светодиодния куб, така че нека използваме 3D отпечатан. Ще го разделя на 3 части за по -лесно сглобяване.

Първо, основна плоча за задържане на водещата конструкция. Второ, централен корпус за електрониката. Трето, капак за затваряне на корпуса.

Стъпка 7: Приключване

Нека започнем с монтирането на LED структурата. Можете да избутате щифтовете през отворите и директно да го запоите към платката, но за по -голяма стабилност първо ще използвам перф платка, след което ще я запоя към веригата. Използвам лентов кабел за запояване към светодиодите, след което свързвам другия край към съответните изходни щифтове на ICs на джапанки.

За да се свържем между транзистора и слоевете LED куб, трябва да имаме независими щифтове за свързване към катодните щифтове. Преди да го включите, важно е да проверите за непрекъснатост и напрежение между точките. След като всичко е наред, интегралните схеми могат да бъдат свързани и след това включени. Отново е добре да проверите дали всички светодиоди светят, като го свържете директно към захранването, преди да го свържете през веригата. Ако се окаже, че всичко е наред, светодиодните кабели могат да бъдат свързани към съответните джапанки.

Нека свършим почистваща работа - изключете кабела за програмиране на микроконтролера, изрежете изпъкналите щифтове и т.н. Сега нека свържем кабела за програмиране към тялото на корпуса, поправим светодиод за състояние, превключвател на захранването и накрая ключ за нулиране. Ние сме близо до завършването му, така че нека съберем трите части. Започнете с LED основата към тялото, след което след като кабелите седнат добре затворете капака в долната част.

Изтеглете кода на Arduino Pro Mini и това е всичко!

Благодаря на Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ за отличните му инструкции и код.