Cub Led de 8x8x8: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

En aquest instructiu, mostrarem com construir un cub de 8x8x8 Led. Tot va començar com una idea de l'assignatura "Electrònica Creativa", pertanyent al mòdul de 4t curs d'Enginyeria Electrònica de la Universitat de Màlaga, Facultat de Telecomunicacions:

El projecte en general consisteix en un codisseny de maquinari i programari. La part de maquinari es compon del cub i totes les connexions, així com una base que suporta el disseny. La part del programari consisteix en una biblioteca escalable, que s'ha implementat per tal de ser útil per a altres projectes.

Controlat per un Arduino Uno, cinc-cents dotze leds formen aquest cub i, com que estan separats en columnes i capes, es poden encendre cadascun individualment.

Presentem alguns passos que poden fer el projecte més fàcil, tot i que es necessiten uns quants dies de soldadura. Per al projecte, hem utilitzat transistors Blue Leds i NPN.

Aquí adjuntem una llista amb el material necessari:

• 512 LEDs.
• 64 resistències de 220 ohms.
• 9 registres de torns 74HC595.
• 16 Transistors 2N222.
• Tauler d'escuma.
• Diversos metres de fil fi (1,2 mm).
• Filferro de tira.
• Connectors (mascle i femella).
• Font d'alimentació.
• Placa perforada prèviament (PCB).
• Suport per a l'estructura.
• Caixa de fusta per a estructura.

Esperem que a tothom li agradi això instructiu.

Pas 1: dibuixar la plantilla per als LEDs

El primer pas és dibuixar una plantilla per facilitar el procés del soldat. En un tauler d'escuma, hem de dibuixar un quadrat i dividir-lo en 64 quadrats, tots separats d'una polzada. A la unió d’un quadrat amb un altre, hem de fer un forat amb un tornavís, per exemple, per posar els leds al seu interior per soldar-los.

Pas 2: creeu una base

Hem de fer una base on descansin els leds. És millor fer-ho amb un tauló de fusta, que no sigui pesat però tampoc flàccid. Després d’aconseguir el tauler, hem de repetir el pas 1, però ara aquí. Hem de marcar la fusta dibuixant un quadrat de 8 polzades, on a l'interior es dibuixaran altres 64 quadrats de polzada.

Un cop hem dibuixat tot, és el moment d’utilitzar una perforadora. Amb una mica d’1mm, farem un forat que perfori la fusta a la unió de cada quadrat, per posar els cables que aguantaran l’estructura al seu interior.

Agafeu la màquina de perforar i treieu-la!

Hem fet un vídeo per mostrar-vos com fer-ho. El resultat final hauria de ser semblant a aquestes imatges donades aquí.

Pas 3: poseu els cables rectes

És millor que l’estructura utilitzi cables entre leds, perquè faran que l’estructura sigui més rígida o inflexible. Com que normalment els cables es venen en rotllo, els hem de posar rectes. També necessitarem una broca per aquest pas.

Hem de tallar el filferro i posar una llesca a la broca. Després d’haver-la fixat, hem de subjectar l’altra part del cable i encendre la màquina de trepar. En pocs segons, el fil estarà recte com una espelma.

Us mostrem com fer aquest procés al vídeo i us donem una clau per fer que el procés sigui més ràpid: podeu tallar un cable més llarg, redreçar-lo una vegada i després tallar-lo.

Pas 4: soldeu una capa

Un cop estem segurs que tots els leds s’encenen bé, és el moment de soldar-los. Hem de separar càtodes i ànodes per fer el procés més ràpid.

En aquest pas, es connectaran tots els càtodes. S'utilitzaran 64 leds i 11 cables: un per a cada fila i 3 més per subjectar l'estructura. Podeu veure com ho hem aconseguit. Posem 3 monedes de 10 cèntims per posar tots els cables a la mateixa alçada i, a continuació, comença el procés.

És molt important comprovar després del procés de soldadura que tots els leds estiguin ben soldats. Podeu fer-ho mitjançant l'Arduino, connectant un cable a GND i sondejant amb l'entrada de 5V cada led, com podeu veure al vídeo.

No oblideu tallar la part de cada càtode que no ha estat soldat.

I ara ja n'heu fet un, continueu amb els altres set!

Vam fer algunes fotos per mostrar també el procés.

Pas 5: feu l'estructura del cub

Si heu acabat de soldar, el següent pas és fer l’estructura del cub. Soldarem una capa per sobre de l'altra, separant-la amb uns coixinets fets amb tauler d'escuma, tal com mostrem a la foto.

En aquest pas, tots els ànodes s'han de soldar als cables. La clau és mantenir els cables verticals quan arribi el moment d’incorporar la capa a l’estructura i el vostre treball no serà molt complicat.

Com hem dit abans, és molt important comprovar després de soldar el funcionament correcte dels leds. No oblideu en aquest pas eliminar la pota d’ànode sobrant. Ara és més fàcil fer-ho en comptes de fer-ho al final.

El procés es completarà quan les vuit capes es situin una sobre l'altra pels ànodes. Després, els ànodes es soldaran a un PCB.

Cal connectar cables verticals des de la base a cada capa vertical de LEDs per al bon funcionament de cada capa i orientar el led als eixos x, y i z. Ho podeu veure a les fotos.

Pas 6: Connecteu la base

Hem de soldar les capes corresponents mitjançant cables de tires, als quals afegirem connectors que entraran a la placa de circuits impresos, per il·luminar finalment el cub.

Cada columna tindrà un cable soldat i cada vuit columnes, que formen una capa vertical, s’uneixen al mateix connector mascle, que després s’inserirà en un connector femella del PCB. Les capes horitzontals també portaran un connector per tal de tenir junts els càtodes per connectar-los al PCB.

Pas 7: soldeu el circuit

Seguint l’esquema del circuit, soldarem tots els components a la placa perforada, unint les connexions necessàries i estirant el cable per si no hi ha lloc per soldar.

Per a aquest pas necessitem:

• Placa perforada (pot ser en tires o sense patró). Hem utilitzat sense patró
• Resistències
• Connectors mascle
• Rècords
• Transistors NPN
• Cable de tires

Pas 8: suport del cub

Elaborarem un suport, en el nostre cas de fusta, on introduirem els circuits i donem suport al cub.

Com ho hem fet? Una caixa de 26 cm d'ample, 31 de llarg i 10 d'alt. Posem uns petits suports que evitaran que el cub caigui al fons de la caixa, danyant així els circuits que hi ha a sota.

Pas 9: Codi i programació

El codi consta d'una matriu booleana de 512 valors que representen l'estat de cada led.

Està dividit en dues parts, una és responsable de variar l’estat de cadascun liderat canviant els valors de la matriu, l’altra és l’enviament d’informació als registres.

Per a l’enviament d’informació als registres, s’utilitza la funció shiftOut (), que té com a entrada dades de tipus byte, genera els senyals de rellotge i dades per a la transmissió en sèrie amb els registres.

Apareix la necessitat de traduir la matriu booleana a una matriu de tipus byte, cada byte representa un registre. Depenent de la mida del cub per dissenyar el nombre de registres de canvis en els canvis del projecte. Aquesta part del codi és escalable per facilitar l'enviament d'informació a cubs de diferent mida.

Per a la creació d’animacions al cub utilitzem la funció voxelWrite (), aquesta funció ens permet canviar l’estat d’un led segons algunes coordenades x, y, z.

al següent enllaç a la nostra pàgina de GitHub, podeu trobar informació útil: