DIY LED Cube: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

LED Cube er intet andet end et tredimensionelt udvalg af LED'er til at lyse op i forskellige former og mønstre. Det er et interessant projekt at lære eller forbedre dine lodninger, kredsløbsdesign, 3D -udskrivning og programmeringsevner. Selvom jeg gerne vil konstruere en RGB -terning, tror jeg, at jeg først vil starte med en enkel enfarvet led -terning for at få erfaring.

Jeg var superimponeret og inspireret af Char’s projekt fra Instructables, du bør tjekke det ud, hvis du fik tid.

Jeg skal konstruere en 8x8x8 led -terning, som ikke er andet end 8 rækker, 8 kolonner og 8 lag lysdioder. Det er i alt 512 lysdioder. Nu er det vigtigste element LED, vælg den mindste størrelse, så terningen er kompakt. Det er også bedre at få de diffust lysdioder over gennemsigtige, fordi de gennemsigtige spreder lys og ikke er meget tiltalende.

Trin 1: Komponenter påkrævet

Lysdioder - 512 stk

Modstande 1k, 220E - få

Taktil kontakt - 1 stk

Skub til ON -kontakt - 1 stk

Overskrifter M/F - Få

Arduino Pro Mini - 1 stk

Kondensatorer 0.1uF - 9pc

Perfboard (15cm x 15cm) - 2 stk

LED - 1 stk

74HC594 - 8 stk

2N2222 Transistor - 16stk

74LS138D - 1 stk

IC -stik 20 pin - 9 stk

IC -stik 16 -benet - 1 stk

Båndkabler - 5 meter

UART programmerer

RPS

Adgang til 3D -printer

Trin 2: Samling af strukturen af LED Cube

Jeg har hentet en pakke med 1000 diffust lysdioder, som jeg vil bruge 512. Nu skal vi være i stand til at styre hver enkelt LED uafhængigt, først da kan vi lave interessante mønstre.

Jeg kommer til at bruge et Arduino Pro Mini -kort til at styre LED'erne, men dette board har kun 21 ben til at styre LED'erne. Men jeg kan bruge en multiplexer til at køre alle de 512 lysdioder gennem de 21 ben.

Inden vi går ind i designet af driverkredsløbet, lad os bygge strukturen til LED -terningen. Det er meget vigtigt, at vi får symmetrien til at terningen ser godt ud, så lad os først gøre en koncert klar, der hjælper os med at opretholde symmetri.

Jeg skal 3D udskrive en 120x120x2mm base til konstruktion af terningen. Jeg vil bruge dette til at oprette hvert lag af lysdioder, hvilket vil være omkring 64 lysdioder pr. Lag. Nu skal jeg placere lysdioderne ensartet over hele linjen. Da katoden er omkring 17 mm og efterlader 2 mm til lodning, vil jeg placere hullerne 15 mm fra hinanden. Lad os starte 3d -udskrivning.

Jeg arrangerer først lysdioderne i træk og kortslutter katoden. Tilsvarende vil jeg arrangere 8 rækker af lysdioder med deres katoder kortsluttet. Når det er gjort, har jeg 1 katodestift og 64 anodestifter, dette danner 1 lag.

Ved at placere 8 sådanne lag oven på hinanden vil det blive ustabilt, og strukturen deformeres. Så jeg vil give det lidt ekstra støtte. Der er ganske få måder at gøre, og en sådan måde er at bruge sølvbelagt kobbertråd, men da jeg ikke har dette med mig, vil jeg prøve en rå metode. Strækning af lodningstråden stiver den, så jeg vil bruge den til støtte. Påfør lidt lodning på katodestifterne, før du bruger tråden til at give støtte. Forhåbentlig bør brug af den i midten og siderne give terningen den styrke, den har brug for. Vi skal bruge omkring 16 ledninger, og det er meget vigtigt, at vi får denne del rigtigt.

Jeg skal rette anodestifterne ud for at gøre dem symmetriske.

Lysdioderne kan til tider blive beskadiget på grund af loddevarmen, så det er bedre at kontrollere dem efter at have konstrueret hvert lag. Når det er gjort, kan lagene samles oven på hinanden, og denne gang kan anodestifterne loddes. Til sidst skal du have 64 anodestifter og en katodestift pr. Lag. Så med disse 64 + 8 = 72 ben skulle vi være i stand til at styre hver af lysdioderne i denne terning.

Nu har vi brug for en understøtningsstruktur til at samle lagene oven på hinanden.

Jeg begik en fejl. Jeg var lidt for begejstret og kontrollerede ikke, om anodestifterne flugter med hinanden. Jeg skulle have bøjet anodestifterne med 2 mm, så hvert lag kan loddes til hinanden, og der kan dannes en lige linje. Da jeg ikke gjorde dette, bliver jeg nødt til manuelt at bøje alle de stifter, jeg har loddet, og dette kan påvirke min symmetri i sidste ende. Men når du konstruerer det, skal du passe på ikke at begå den samme fejl. Nu er konstruktionen færdig, vi bliver nødt til at arbejde på førerkredsløbet.

Trin 3: Driver Circuit - Reducer antallet af pins

Som jeg nævnte i begyndelsen, skal vi bruge 72 IO -pins fra controlleren, men det er en luksus, vi ikke har råd til. Så lad os bygge et multiplexkredsløb og reducere antallet af ben. Lad os se på et eksempel, lad os tage en flip-flop IC. Dette er en flip-flop af D-typen, lad os ikke bekymre os om det tekniske på dette tidspunkt. IC's grundlæggende opgave er at huske de 8 ben, hvoraf 2 er til strømforsyning, D0 - D7 er inputstifterne til modtagelse af dataene og Q0 - Q7 er udgangsstifterne til udsendelse af de behandlede data. Output -aktiveringspinden er en aktiv lav pin, dvs. kun når vi gør det til 0, vises inputdataene i output -benene. Der er også en urnål, lad os se, hvorfor vi har brug for det.

Nu har jeg rettet IC'en på et brødbræt og indstillet værdierne til 10101010 med 8 lysdioder forbundet til udgangen. Nu er lysdioderne tændt eller slukket baseret på input. Lad mig ændre input til 10101011 og tjekke outputtet. Jeg kan ikke se nogen ændring med lysdioderne. Men når jeg sender en lav til høj puls gennem urpinden, ændres udgangen baseret på den nye indgang.

Vi kommer til at bruge dette koncept til at udvikle vores driver printkort. Men vores IC kan kun huske 8 input pin data, så vi kommer til at bruge i alt 8 sådanne IC'er til at understøtte 64 input.

Trin 4: Driver Circuit Design

Jeg begynder med at multiplexere alle input -benene på IC'en til de 8 datastifter på mikrokontrolleren. Tricket her er at opdele 64-bit data fra de 8 ben i 8 bit data.

Når jeg nu videregiver de 8 bits data til den første IC efterfulgt af et lavt til højt pulssignal i urstiften, vil jeg se inputdataene afspejle sig i outputstifterne. På samme måde kan jeg ved at sende 8 bits data til resten af IC'erne og styre urstifterne sende 64 bit data til alle IC'erne. Nu er det andet problem manglen på urpinde i controlleren. Så jeg kommer til at bruge en 3- til 8 -linjers dekoder IC til at multiplexere urpin -kontrollerne. Ved hjælp af de 3 adressestifter i dekoderen i kombination med mikrokontrolleren kan jeg styre de 8 udgangsstifter på dekoderen. Disse 8 udgangsstifter skal forbindes til urstifterne i IC'erne. Nu er vi nødt til at kortslutte alle output -aktiveringsstifterne og forbinde til en stift på mikrokontrolleren, ved hjælp af denne skulle vi være i stand til at tænde eller slukke alle lysdioder.

Det, vi hidtil har gjort, er kun for et enkelt lag, nu skal vi udvide funktionaliteten til andre lag via programmering. Én LED forbruger omkring 15mA strøm, så hvis vi går efter dette tal, skal vi bruge omkring 1 amp strøm til et enkelt lag. Nu kan Arduino pro mini -kortet kun kilde til eller synke op til 200 mA strøm. Da vores koblingsstrøm er for meget, bliver vi nødt til at bruge en BJT eller MOSFET til at styre laget af lysdioder. Jeg har ikke mange MOSFET'er, men jeg har et par NPN- og PNP -transistorer. Teoretisk set skal vi muligvis skifte op til 1 amp strøm pr. Lag. Af de transistorer, jeg fik, kan den højeste kun skifte omkring 800mA strøm, 2N22222 -transistoren.

Så lad os tage 2 transistorer og øge deres nuværende kapacitet ved at forbinde dem parallelt. Mange mennesker, når de anvender denne metode, bruger kun basisgrænsemodstanden, men problemet her er, da temperaturen ændrer strømmen gennem transistorer bliver ubalanceret og forårsager stabilitetsproblemer. For at afbøde problemet kan vi også bruge lignende 2 modstande i emitteren til at regulere strømmen, selv når temperaturen ændres. Dette koncept kaldes emitter degeneration. Emittermodstanden giver en slags feedback for at stabilisere transistorens forstærkning.

Jeg vil bare bruge modstande kun i basen. Dette kan forårsage problemer i fremtiden, men da dette kun er en prototype, håndterer jeg det senere.

Trin 5: Lodning af komponenterne

Lad os nu samle kredsløbet på et perfboard. Lad os starte med flipflop -IC'erne og bruge en IC -holder til dette formål. Start altid med de første og sidste ben, tjek for stabilitet, og lod derefter resten af PIN -koder. Lad os også bruge en mandlig header af hensyn til plug and play af de nuværende begrænsningsmodstande og for forbindelse til Cube. Tilslut nu IC's afkoblingskondensatorer tæt på strømforsyningstappene på IC'en.

Lad os derefter arbejde med mikrokontrolleren. For at gøre det plug and play, lad os bruge en holder og forbinde hunstifterne først og derefter placere mikrokontrolleren.

Tid til at arbejde på transistorer. 16 1K ohm modstande er nødvendige for at forbinde til bunden af transistorer. For at holde de almindelige katodestifter af LED Cube i en standard logisk tilstand, vil jeg bruge en 8 K ohm zip -modstand, som indeholder 8 modstande. Endelig lader vi arbejde på adressedekoder IC. Nu er kredsløbet gjort klar ligner kredsløbets design.

Trin 6: 3D -udskrivning

Vi har brug for et kabinet til at rumme printkortet og den ledte terning, så lad os bruge en 3D -printet. Jeg vil lave det i 3 dele for at lette monteringen.

Først en bundplade til at holde den ledede struktur. For det andet et centralt organ til elektronikken. For det tredje et låg til at lukke huset.

Trin 7: Indpakning

Lad os starte med at montere ledstrukturen. Du kan skubbe stifterne gennem hullerne og lodde det direkte til kredsløbskortet, men af hensyn til stabiliteten vil jeg først bruge et perf -bord og derefter lodde det til kredsløbet. Jeg bruger et båndkabel til at lodde til lysdioderne, og slut derefter den anden ende til de respektive flip-flop IC'er udgangsstifter.

For at forbinde mellem transistoren og LED -terningelagene skal vi have uafhængige stifter til at forbinde til katodestifterne. Inden vi tænder den, er det vigtigt at kontrollere kontinuitet og spænding mellem punkterne. Når alt er godt, kan IC'erne tilsluttes og derefter tændes. Igen er det godt at kontrollere, om alle lysdioder lyser ved at tilslutte det direkte til strømmen, før det tilsluttes gennem kredsløbet. Hvis alt viste sig at være godt, kan LED-kablerne tilsluttes de respektive flip-flop-punkter.

Lad os gøre noget oprydning - frakobl mikrokontrollerens programmeringskabel, skær af stikkende stifter osv. Lad os nu tilslutte programmeringskablet til husets hus, reparere en status -LED, en afbryder og til sidst en nulstillingskontakt. Vi er tæt på at afslutte det, så lad os sammensætte de 3 dele. Start med LED -basen til kroppen, og når kablerne sidder godt, lukkes låget i bunden.

Download koden til Arduino Pro Mini, og det er det!

Tak til Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ for hans fremragende Instructable og Code.