Cub LED 3x3 basat en Arduino: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Hola i benvinguts al meu primer instructable.

Us presento un disseny senzill i ordenat per a un cub LED de 3x3x3 per a principiants. Per facilitar la construcció, us proporciono detalls de PCB personalitzats, us podeu fer o comprar, instruccions i podeu, com jo, tornar a utilitzar el programari d’aquesta gran biblioteca LED Arduino, cub LED i arduino lib.

Un dels objectius del disseny era utilitzar-los només a través de peces de forats, són més fàcils de soldar per al principiant i tot està fàcilment disponible a través d'Internet als vostres llocs de subhastes / compres preferits.

El disseny es pot alimentar mitjançant un cable USB o un adaptador de corrent de 7,5-12 V CC.

El circuit utilitza un disseny bàsic d'Arduino reduït i el podeu programar en circuit mitjançant un programador barat In Circuit System Programable (ICSP) o un adaptador USB a TTL fàcilment disponible. L'únic programari que necessiteu és el venerable IDE Arduino.

Aquest disseny no és revolucionari, només es basa en alguns treballs anteriors i el vaig empaquetar perfectament. Espero que us agradi.

Pas 1: requereixen parts

Aquest disseny s'utilitza àmpliament disponible a través de peces de forats. El vostre distribuïdor local preferit hauria d’emmagatzemar les peces que necessiteu.

Necessiteu un Atmega 168p o un Atmega 328p amb el carregador d’arrencada Arduino incorporat. Podeu trobar-los a Ebay, cercar el "carregador d'arrencada arduino" i assegureu-vos de comprar la variant Dual In Line (DIL). També necessiteu un endoll USB tipus B, el normal, més antic i gros. He escollit això perquè és fàcil de soldar. Els transistors, T1-T3, són transistors NPN d’ús general, així com els tipus enumerats, podeu utilitzar BC108, 2N2222, 2N3904, etc.

Per als LEDs tan importants, assegureu-vos de comprar LEDs d’alta brillantor o ultra brillants. He utilitzat 10000-12000mcd LED d’un venedor a Ebay per al cub d’exemple que es mostra aquí. En voleu de brillants perquè pugueu veure el cub en il·luminació normal de l’habitació. Si la descripció de l’ítem detalla l’angle de visió, normalment és de 20 graus, però en podeu trobar un amb un angle de visió més ampli, tingueu en compte. Aquests LED ultrabrillants no són els clerest quan es veuen de costat. És possible que hàgiu de provar uns quants LEDs de diferents proveïdors abans de trobar-ne uns que s’adaptin a les vostres necessitats.

Llista completa de peces:

Valor de la peça Descripció PCB El bonic PCB verd, fabriqueu-lo o compreu-lo.27 LED de 3 mm, color que trieu. Condensador ceràmic C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm C2

C3 22p 22pF, 25V, condensador ceràmic de pas de 4,4 mm C4 100n 100nF, 25V, condensador ceràmic de pas de 7,5 C5 100n 100nF, 25V, condensador ceràmic de pas de 7,5 mm C6 10u 10uF 16V, caixa de 5,5 mm Condensador electrolític, 16V C7 22u 10uF 16V, Condensador electrolític de caixa de 5,5 mm, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 o ATMEGA328 amb carregador d’arrencada Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, regulador lineal 100mA, paquet TO92 ICSP ICSP Tira de capçal de pin, pas de 0,1 ", 2x3 vies. Tira de capçalera JP1 Pin, pas de 0,1 ", 1x3 vies. Q2 16MHz 16MHz, caixa de vidre HC49, 50ppm, perfil baix R1 10k 10K 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R2 1k 1K 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R3 1k 1K 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R4 1k 1K 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R5 470 470 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R6 1k 1K 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R8 100 100R 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R9 100 100R 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R10 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R11 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R12 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R13 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula metàl·lica 1% R14 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula de metall 1% R15 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula de metall 1% R16 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula de metall 1% R17 470 470R 1 / 4W resistència de pel·lícula de metall 1% R18 1k 1K 1 / 4W resistència de pel·lícula de metall 1% R19 LDR Opcional LDR S1 S1 4 pins, interruptor PTH de muntatge PCB de 6x6 mm. T1 BC547 BC547 / BC548 transistor NPN de baixa potència, TO92 T2 BC547 BC547 / BC548 transistor NPN de baixa potència, TO92 T3 BC547 BC547 / BC548 transistor NPN de baixa potència, endoll TO92 X4 USB tipus B, muntatge PCB a través del forat.4 x 3-5mm d’altura enganxar-se als peus de goma.

Pas 2: diagrama del circuit i explicació del funcionament

L’esquema es mostra més amunt.

El disseny es basa en l’esquema Arduino Duemilanove, despullat fins a l’essencial. El dispositiu USB a sèrie es va eliminar, però hi ha una capçalera sèrie, JP1, que permet que un adaptador USB a TTL programi el dispositiu, més sobre la programació posterior. També hi ha la capçalera ICSP.

La placa pot funcionar des de l’endoll USB, mitjançant el còmode subministrament de 5 V del PC, o bé mitjançant un paquet de carregador de telèfon mòbil de botiga lliura / dòlar. L'altra opció utilitza l'entrada d'endoll de CC, que accepta una entrada de CC de 7-15V perquè pugueu utilitzar qualsevol adaptador d'endoll que tingueu. El circuit només utilitza 30 mA, de manera que l’adaptador descartat d’un aparell mort hauria de funcionar; comproveu la vostra casella brossa.

Les resistències R12 a R17 configuren el corrent, que estableix la brillantor dels LED. Amb els leds VERMELLS i les resistències 470R mostrades, el corrent és de ~ 5mA per LED. Per calcular el corrent de LED necessiteu la tensió de sortida del dispositiu Atmega (4,2V) i la caiguda de tensió directa del LED, per a un LED vermell és 1,7V. La fórmula és:

Corrent LED = (tensió de sortida Atmega - Voltatge LED) / Led Led

Amb les parts que he fet servir: corrent LED = (4.2-1.7) / corrent 470LED = 5.31mA

Limiteu el corrent de l'Atmega 168/328 a 10 mA

Algunes caigudes de tensió del LED comuns:

Vermell 1,7 V Groc 2,1 V Gamma 2,1 V Verd 2,2 V Blau 3,2 V Blau súper 3,6 V Blanc fresc 3,6 V

Així, podeu utilitzar un LED blau d’alta brillantor, la resistència cauria a 270R. Podeu augmentar el corrent a 10 mA, a la meva prova he trobat que 5 mA eren suficients.

Els transistors T1-T3 són transistors NPN BJT comuns, BC547 / BC548 / 2N2222, etc. Controlen la commutació de cadascuna de les tres capes. Les resistències R2-R4 limiten el corrent base de la resistència.

R6 i el LED PWR són opcionals, copiats des de l’Arduino, és obvi si l’alimentació del cub LED està encesa.

C2, C3 i Q2 formen el circuit de rellotge del dispositiu Atmega 168 / 328p, preprogramat amb el carregador d’arrencada. Assegureu-vos d’ajustar els condensadors de 22pF aquí i no en cap altre lloc, ja que el xip no s’iniciarà. C1, C4 i C5 són un desacoblament de la font d’alimentació. IC2, C6 i C7 formen un circuit regulador simple. No hi ha molt a dir sobre això, però assegureu-vos que s'adapten correctament als condensadors. Hi ha + símbols al dibuix del PCB i a la serigrafia.

SK1 i R8 i R9 són la interfície sèrie. Mitjançant un adaptador USB a TTL, podeu programar el dispositiu amb l'exemple aquí

Pas 3: Obtenció dels fitxers de disseny i creació del PCB

Les dades de disseny de PCB es poden descarregar de Github a

Hi ha fitxers Gerber processats per enviar-los a un fabricant de PCB, esquemes i superposicions de PCB en format-p.webp

El PCB es podria fabricar a casa, ho hauria fet però em vaig quedar sense Etchant. El disseny es pot fabricar mitjançant un PCB d’una cara i la capa superior (VERMELL a les imatges) es pot implementar mitjançant enllaços de filferro de coure estanyat. He utilitzat https://pcbshopper.com/ per trobar un proveïdor adequat per als prototips que he utilitzat Elecrow.

El disseny de PCB a Github té 3 canvis en el disseny del prototip que es mostra aquí:

1. El regulador 7805CV ha estat substituït per un regulador més petit 78L05.
2. El PCB es va reduir en 5 mm.
3. He eliminat el polifusible de l’alimentació USB + 5V.

Pas 4: Muntatge del PCB

El PCB és raonablement senzill de muntar. He afegit una foto del PCB muntat i el disseny anterior com a referència. Començo sempre per ajustar les parts més petites primer i treballar cap amunt, especialment important si no teniu un suport de PCB.

1. Comenceu per col·locar primer les resistències, encara no les soldeu. Assegureu-vos d’inserir el component correcte al lloc adequat. Per facilitar la comprovació, col·loqueu-los amb la banda de tolerància a la part inferior dreta / dreta, perquè sigui més fàcil comprovar després. Mireu aquí si necessiteu ajuda per identificar els codis de colors de les resistències. Un cop hàgiu verificat que les peces correctes estan al lloc adequat, soldeu-les.
2. Soldeu el cristall Q2 al lloc i els condensadors C2 i C3.
3. Soldeu el sòcol de 28 pins de l'Atmega168 / 328 al seu lloc, assegureu-vos que teniu el pin 1 de la ranura superior, cosa que ajuda a evitar col·locar el dispositiu cap enrere.
4. Instal·leu els connectors ICSP i JP1.
5. Instal·leu els condensadors C1, C4 i C5, tots 100nF (codi peça 104).
6. El regulador lineal IC2.
7. Instal·leu els transistors T1, T2 i T3. Assegureu-vos que no heu canviat T1 / T2 / T23 i IC1, ja que tots estan al mateix paquet.
8. Ajust S1, l'orientació no importa.
9. Ajusteu C6 i C7 per assegurar-vos que la polaritat és correcta.
10. Introduïu el connector USB X4.
11. Col·loqueu el connector de corrent continu J1.

L'últim bit que cal muntar és la capçalera del pin girat SIL. Utilitzo un parell de talladores fines per treure amb cura el plàstic de cada passador de la tira, ho repeteixo fins que tinc 12 endolls de passadors girats i, a continuació, faig servir un parell d’alicates i 3 mans, soldant cadascun al seu torn al PCB. Com la majoria de la gent no té 3 mans, esteneu cada forat amb una mica de soldadura per tapar el coixinet, deixeu-lo refredar. A continuació, apliqueu el soldador per fondre la soldadura i introduïu el passador, traieu el soldador per una junta. És possible que necessiteu una mica de soldadura fresca si teniu una unió seca.

Abans de comprovar la vostra soldadura, feu un breu descans, potser per prendre una beguda? Inspeccioneu la vostra soldadura, comproveu el connector USB ja que els pins estan ben separats i els pins del dispositiu Atmega168 / 328.

Quan estigueu satisfet amb la vostra soldadura, poseu els peus autoadhesius a la part inferior del PCB.

Pas 5: Muntatge del cub LED

Aquesta és la part més complicada del muntatge. Preneu-vos el temps, no tingueu por.

He afegit notes a les imatges anteriors mentre una imatge diu mil paraules.

Alguns punts importants.

1. Assegureu-vos que el punt positiu (cama més llarga) apunta cap avall mentre el disseny canvia + V als 9 LED de cada capa.
2. Assegureu-vos que el cable negatiu estigui doblegat a 90 graus respecte al LED, per fer les barres horitzontals.
3. Construeix cada capa individualment i fes doble / triple comprovació de la construcció.
4. Assegureu-vos que el filferro de coure estanyat, quan s’utilitza, estigui a mig camí entre cada fila de LEDs, cosa que facilita l’adhesió al fil de l’interruptor de capa.

Pas 6: Prova i muntatge final del cub

Abans d’endollar el conjunt de cubs LED o el dispositiu Atmega168 / 328, podeu fer algunes comprovacions senzilles.

Si teniu un DMM (hauríeu de tenir-ne un si construïu un projecte com aquest), mesureu la resistència entre els pins 7 (positius) i 8 (negatius) del sòcol de 28 pins, hauríeu de tenir> 1K. Si és inferior a això, comproveu la soldadura.

A continuació, apliqueu una entrada de 7-15V a J1, tornant als pins 7 i 8 de la presa de 28 pins, mida el voltatge, hauríeu de veure 5V, però pot estar entre 4,90V i 5,1V, està bé. Si heu instal·lat R6 i el LED PWR, aquest hauria d’estar encès.

Desconnecteu J1, connecteu un cable USB a X4, connecteu el cable a un concentrador o a l’adaptador USB de 5 V, repetiu la lectura de tensió als pins 7 i 8 de la presa de 28 pins, la lectura és al voltant de 5 V?

Les comprovacions anteriors havien de garantir que les tensions d’alimentació eren correctes i de la polaritat adequada.

A continuació, inseriu amb cura el dispositiu Atmega168p / 328p. Doblegueu una mica els passadors, si cal, per ajustar-los al sòcol. Amb J1 i l’alimentació de 7-15V, enceneu l’alimentació i comproveu si l’IC2 s’escalfa poc després de l’encesa. Si ho fa, apagueu l’alimentació i comproveu l’orientació d’IC1.

A continuació, inseriu amb cura la primera fila de la matriu de LED. Assegureu-vos que una de les barres de suport de filferro de coure estanyat sigui a prop de PADL1, PADL2 i PADL3, ho necessiteu més endavant quan soldeu el filferro per a cada capa. El millor és començar amb un passador de cantonada i fer servir unes alicates de punta d’agulla, doblegar amb cura cada pas, filera per fila, per adaptar-lo al sòcol del PCB. He afegit una foto de la primera capa reunida a dalt. Amb un tros de filferro de 1 / 0,6 filament simple, talleu-lo a una longitud adequada per anar de PADL1 / PADL2 o PADL3 a cada capa del cub. Em va resultar més fàcil inserir la primera fila de LEDs al PCB i soldar el primer cable de control de la capa (que es mostra en blanc), després tornar al pas anterior, fer una altra fila i muntar cada capa al PCB ja que proporcionava una base.

Comenceu per soldar la següent capa soldant un dels LED de les cantonades i, a continuació, soldeu la cantonada oposada. Ara comproveu que la capa estigui al nivell abans de soldar més. Un cop hàgiu ajustat la capa, soldeu els altres dos LED de cantonades, la matriu hauria de ser elevada però torneu-la a comprovar. Soldeu els LED restants. Repetiu el conjunt de la capa per a la capa final.

Pas 7: Programació

En funció del dispositiu Atmega, és possible que hàgiu de programar el carregador d’arrencada o simplement descarregar el codi. Si teniu un xip amb el carregador d’arrencada ja programat, podeu utilitzar un adaptador USB a TTL. Seguiu aquesta guia:

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

També podeu utilitzar el connector 2x3 pin In Circuit System Programable (ICSP), podeu fer servir un altre Arduino per fer-ho:

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

Utilitzo un programador Usbasp que funciona amb l'IDE Arduino, ho configuro mitjançant el menú Eines-> Programador. Podeu obtenir programadors d'Arduino / Atmel AVR de manera econòmica a través d'Ebay o d'altres llocs de subhastes.

Descarregueu la biblioteca de cubs LED des de https://github.com/gzip/arduino-ledcube, seguiu les instruccions de Github i busqueu 'arduino-led-cube-> ledcube' al directori d'Exemples.

Si utilitzeu el programador ICSP, manteniu premuda la tecla Maj abans de fer clic a Carrega per indicar a l'IDE Arduino que utilitzi el programador. Si utilitzeu l’adaptador USB-TTL, premeu i deixeu anar Restabliment un cop l’IDE acabi de compilar.

Un cop s'hagi programat el codi d'exemple, hauríeu de tenir un cub LED amb bonics patrons.

Aquest és el meu primer instructiu, els comentaris i comentaris són benvinguts.