DIY LED Cube: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

LED-kuben är inget annat än en tredimensionell uppsättning lysdioder för att lysa upp i olika former och mönster. Det är ett intressant projekt för att lära dig eller förbättra dina lödnings-, kretsdesign-, 3D -utskrifts- och programmeringskunskaper. Även om jag skulle vilja bygga en RGB -kub, tror jag att jag först kommer att börja med en enkel enfärgad kub för att få erfarenhet.

Jag var superimponerad och inspirerad av Char’s projekt från Instructables, du bör kolla in det om du fick tid.

Jag ska bygga en 8x8x8 led kub, som inte är annat än 8 rader, 8 kolumner och 8 lager av lysdioder. Det är totalt 512 lysdioder. Nu är det viktigaste objektet LED: n, välj den minsta storleken så att kuben är kompakt. Det är också bättre att få de diffusa lysdioderna över genomskinliga eftersom de genomskinliga sprider ljus och är inte särskilt tilltalande.

Steg 1: Komponenter krävs

Lysdioder - 512 st

Motstånd 1k, 220E - få

Taktil switch - 1 st

Tryck till strömbrytaren - 1 st

Rubriker M/F - Få

Arduino Pro Mini - 1st

Kondensatorer 0.1uF - 9st

Perfboard (15cm x 15cm) - 2st

LED - 1 st

74HC594 - 8st

2N2222 Transistor - 16st

74LS138D - 1st

IC -uttag 20 stift - 9st

IC -uttag 16 stift - 1st

Bandkablar - 5 meter

UART -programmerare

RPS

Tillgång till 3D -skrivare

Steg 2: Montering av strukturen för LED -kuben

Jag har hämtat ett paket med 1000 diffusa lysdioder som jag kommer att använda 512. Nu måste vi kunna styra var och en av lysdioderna oberoende, först då kan vi göra intressanta mönster.

Jag ska använda ett Arduino Pro Mini -kort för att styra lysdioderna, men det här kortet har bara 21 stift för att styra lysdioderna. Men jag kan använda en multiplexer för att driva alla 512 lysdioder genom de 21 stiften.

Innan vi går in på designen av förarkretsen, låt oss bygga strukturen för LED -kuben. Det är mycket viktigt att vi får symmetrin rätt för att kuben ska se bra ut, så låt oss först göra en spelning klar som hjälper oss att behålla symmetri.

Jag ska 3D -skriva ut en 120x120x2mm bas för att konstruera kuben. Jag kommer att använda detta för att skapa varje lager av lysdioder, vilket kommer att vara cirka 64 lysdioder per lager. Nu måste jag placera lysdioderna jämnt över hela linjen. Eftersom katoden är cirka 17 mm och lämnar 2 mm för lödning, ska jag placera hålen 15 mm från varandra. Låt oss börja med 3D -utskriften.

Jag ordnar först lysdioderna i rad och kortar katoden. På samma sätt kommer jag att ordna 8 rader med lysdioder med deras katoder kortslutna. När det väl är gjort har jag 1 katodstift och 64 anodstift, detta bildar 1 lager.

Att placera 8 sådana lager ovanpå varandra gör det instabilt och strukturen deformeras. Så jag kommer att ge det ytterligare stöd. Det finns ganska många sätt att göra och ett sådant sätt är att använda silverpläterad koppartråd, men eftersom jag inte har detta med mig kommer jag att testa en rå metod. Att sträcka lödtråden stelnar den, så jag kommer att använda den som stöd. Applicera lite lödning på katodstiftet innan du använder tråden för att ge stöd. Förhoppningsvis bör den i mitten och sidorna ge kuben den styrka den behöver. Vi kommer att behöva cirka 16 ledningar och det är mycket viktigt att vi får den här delen rätt.

Jag ska räta ut anodstiften för att göra dem symmetriska.

Lysdioderna kan ibland skadas på grund av lödningsvärmen, så det är bättre att kontrollera dem efter att ha byggt varje lager. När de är klara kan skikten monteras ovanpå varandra och den här gången kan anodstiften lödas. I slutändan bör du ha 64 anodstift och en katodstift per lager. Så med dessa 64 + 8 = 72 stift borde vi kunna styra var och en av lysdioderna i denna kub.

Nu behöver vi en stödstruktur för att montera skikten ovanpå varandra.

Jag gjorde ett misstag. Jag var lite för entusiastisk och kollade inte om anodstiften var i linje med varandra. Jag borde ha böjt anodstiften med 2 mm så att varje lager kan lödas till varandra och en rak linje kan bildas. Eftersom jag inte gjorde detta måste jag manuellt böja alla stift som jag har lödt och detta kan påverka min symmetri i slutändan. Men när du bygger det, var noga med att inte göra samma misstag. Nu är konstruktionen klar, vi måste arbeta med förarkretsen.

Steg 3: Förarkrets - Minska antalet stift

Som jag nämnde i början kommer vi att behöva 72 IO -stift från styrenheten, men det är en lyx vi inte har råd med. Så låt oss bygga en multiplexkrets och minska antalet stift. Låt oss titta på ett exempel, låt oss ta en flip-flop IC. Detta är en flip-flopp av D-typ, låt oss inte oroa oss för det tekniska nu. IC: s grundläggande jobb är att komma ihåg de 8 stiften, varav 2 är för strömförsörjning, D0 - D7 är ingångsstiften för mottagning av data och Q0 - Q7 är utgångsstiften för att skicka ut de bearbetade data. Utgångsaktiveringsstiftet är ett aktivt lågt stift, dvs bara när vi gör det till 0 kommer ingångsdata att visas i utgångsstiften. Det finns också en klocknål, låt oss se varför vi behöver det.

Nu har jag fixat IC: n på en brödbräda och ställt in värdena till 10101010 med 8 lysdioder anslutna till utgången. Nu är lysdioderna på eller av baserade på ingången. Låt mig ändra ingången till 10101011 och kolla utgången. Jag ser ingen förändring med lysdioderna. Men när jag skickar en låg till hög puls genom klockstiftet ändras utgången baserat på den nya ingången.

Vi kommer att använda detta koncept för att utveckla vårt förarkretskort. Men vår IC kan bara komma ihåg 8 ingångsstiftdata, så vi kommer att använda totalt 8 sådana IC: er för att stödja 64 ingångar.

Steg 4: Förarkretsdesign

Jag börjar med att multiplexera alla ingångsstiften på IC: n till de 8 datastiften på mikrokontrollern. Tricket här är att dela upp 64-bitars data från de 8 stiften i 8 bitar data.

Nu, när jag skickar de 8 bitarna av data till den första IC följt av en låg till hög puls signal i klockstiftet, kommer jag att se ingångsdata reflektera i utgångsstiften. På samma sätt kan jag skicka 64 bitar data till alla IC: er genom att skicka 8 bitar data till resten av IC: erna och styra klockpinnarna. Nu är det andra problemet bristen på klockstift i styrenheten. Så jag kommer att använda en 3 till 8 raders avkodare IC för att multiplexa klockstiftets kontroller. Med hjälp av de tre adressstiftarna i avkodaren i kombination med mikrokontrollern kan jag styra de 8 utgångsstiften på avkodaren. Dessa 8 utgångsstiften måste anslutas till klockstiften i IC: erna. Nu måste vi korta alla utgångsaktiveringsstift och ansluta till en stift på mikrokontrollen, med hjälp av detta bör vi kunna slå på eller av alla lysdioder.

Det vi har gjort hittills är bara för ett enda lager, nu måste vi utöka funktionaliteten till andra lager via programmering. En LED förbrukar cirka 15 mA ström, så med det numret kommer vi att behöva cirka 1 amp ström för ett enda lager. Nu kan Arduino pro mini -kortet bara hämta eller sjunka upp till 200 mA ström. Eftersom vår omkopplingsström är för mycket måste vi använda en BJT eller MOSFET för att styra lagret av lysdioder. Jag har inte många MOSFET, men jag har några NPN- och PNP -transistorer. Teoretiskt sett kan vi behöva byta upp till 1 amp ström per lager. Av de transistorer jag fick kan de högsta bara växla cirka 800mA ström, 2N22222 -transistorn.

Så låt oss ta 2 transistorer och öka deras nuvarande kapacitet genom att ansluta dem parallellt. Många människor när de använder den här metoden använder bara basgränsmotståndet, men problemet här är när temperaturen ändrar strömmen genom transistorerna blir obalanserade och orsakar stabilitetsproblem. För att mildra problemet kan vi också använda liknande 2 motstånd i sändaren för att reglera strömmen även när temperaturen ändras. Detta koncept kallas emitter degeneration. Emittermotståndet ger ett slags återkoppling för att stabilisera transistorns förstärkning.

Jag kommer bara att använda motstånd bara i basen. Detta kan orsaka problem i framtiden, men eftersom detta bara är en prototyp kommer jag att hantera det senare.

Steg 5: Lödning av komponenterna

Låt oss nu montera kretsen på en perfboard. Låt oss börja med flipflop -IC: erna och använda en IC -hållare för detta ändamål. Börja alltid med de första och sista stiften, kolla efter stabilitet och löd sedan resten av PIN -koder. Låt oss också använda en manlig rubrik för plug -and -play för de nuvarande begränsningsmotstånden och för anslutning till kuben. Anslut nu IC: s avkopplingskondensatorer nära IC: s nätaggregat.

Låt oss sedan arbeta med mikrokontrollern. För att göra det plug and play, låt oss använda en hållare och anslut först honstiften och placera sedan mikrokontrollen.

Dags att arbeta med transistorerna. 16 1K ohm motstånd krävs för att ansluta till basen på transistorerna. För att hålla de vanliga katodstiftarna i LED -kuben i ett logiskt standardläge kommer jag att använda ett 8 K ohm zip -motstånd, som innehåller 8 motstånd. Slutligen kan vi arbeta med adressavkodaren IC. Nu är kretsen klar som kretsens design.

Steg 6: 3D -utskrift

Vi behöver ett hölje för kretskortet och ledkuben, så låt oss använda en 3D -tryckt. Jag kommer att göra det till 3 delar för enkel montering.

Först en basplatta för att hålla den ledade strukturen. För det andra en central enhet för elektroniken. För det tredje, ett lock för att stänga huset.

Steg 7: Avsluta

Låt oss börja med att montera ledstrukturen. Du kan trycka stiften genom hålen och lödda det direkt på kretskortet, men för stabilitetens skull ska jag först använda ett perf -kort och sedan lödda det till kretsen. Jag använder en bandkabel för att löda till lysdioderna och anslut sedan den andra änden till respektive flip-flop IC: s utgångsstiften.

För att ansluta mellan transistorn och LED -kubskikten måste vi ha oberoende stift för att ansluta till katodstiften. Innan vi slår på den är det viktigt att kontrollera kontinuitet och spänning mellan punkterna. När allt är bra kan IC: erna anslutas och sedan slås på. Återigen är det bra att kontrollera om alla lysdioder lyser genom att ansluta den direkt till strömmen innan den ansluts genom kretsen. Om allt visar sig vara bra kan ledkablarna anslutas till respektive vipppunkter.

Låt oss göra lite rengöringsarbete - koppla bort mikrokontrollerns programmeringskabel, klipp ut utstickande stift etc. Låt oss nu ansluta programmeringskabeln till husets hus, fixa en statuslampa, en strömbrytare och slutligen en återställningsbrytare. Vi är nära att avsluta det, så låt oss sätta ihop de tre delarna. Börja med LED -basen till kroppen och sedan när kablarna sitter väl stänger du locket längst ner.

Ladda ner koden till Arduino Pro Mini och det är det!

Tack till Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ för hans utmärkta instruerbara och kod.