Cub LED 3x3x3 amb Arduino Lib: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:18

Hi ha altres instruccions sobre la construcció de cubs LED, aquest és diferent per diversos motius: 1. Està construït amb un nombre baix de components disponibles i es connecta directament a l'Arduino. 2. Es proporciona un esquema de circuits clar i fàcil de reproduir amb moltes fotografies. 3. S'utilitza un enfocament únic per al programari que facilita i expressiva la programació del cub. Peces necessàries: - 1 perfboard - 3 transistors NPN (2N2222, 2N3904, BC547, etc.) - 12 resistències (~ 220 ohms i ~ 10k ohms) - 13 capçaleres (mascle o femella) - 27 LED - Filferro

Pas 1: prepareu els LED

Aquest pas segueix en gran mesura el LED Cube 4x4x4, però en lloc d’això crearem un cub de 3x3x3. Un cub d'aquesta mida és tan gran com es fa sense introduir circuits i complexitat addicionals. Necessitarem un total de 27 LED que s’agruparan en tres conjunts de nou. Cada conjunt de nou LED compartirà una connexió comuna entre els seus càtodes (cables negatius). Em referiré a cadascun d’aquests conjunts com a “nivell”. Cadascun dels nou LEDs d’un nivell està connectat al LED corresponent dels altres dos nivells mitjançant els seus ànodes (derivacions positives). S'anomenaran "columnes". Si això no tenia sentit, es convertirà en explicatiu a mesura que anem construint el cub. Per començar, utilitzarem un trepant per crear una plantilla a partir d’un tros petit de ferralla. La plantilla mantindrà els LEDs al seu lloc mentre els soldem. Vaig decidir espaiar els forats a uns 5/8 de polzada de distància (~ 15 mm), però la distància exacta no és fonamental. El forat hauria de tenir un ajust ajustat al voltant del LED, ja que no volem que es moguin mentre es solden. Un cop feta la plantilla, doblarem el càtode de cada LED en un angle de 90 graus. El càtode es pot identificar de tres maneres: 1) És la cama més curta, 2) Es troba al costat pla d'un LED rodó, 3) està connectat a la peça més gran que hi ha dins del LED. Assegureu-vos que doblegueu el càtode en la mateixa direcció per a tots els LED. Ara estem preparats per començar a soldar.

Pas 2: soldeu els LED

En primer lloc, col·loqueu nou dels LED a la plantilla de nova construcció. Col·loqueu-les de manera que les potes apuntin en la mateixa direcció en sentit antihorari. Les fotos mostren el càtode apuntant cap a les agulles del rellotge amb l’ànode cap a fora, però giraria els LED si ho tornés a fer per evitar que la cama obstruís la vista del LED. Soldeu els costats junts, un parell a cada costat. Utilitzeu clips petits per mantenir les cames subjectes mentre apliqueu la soldadura. Un cop soldats cadascun dels quatre costats, moveu els clips per mantenir les cantonades juntes i apliqueu-hi soldadura. Per últim, soldeu el càtode del LED central a un dels costats i retalleu l’excés. Repetiu tres vegades. Ara hauríeu de tenir tres conjunts de nou LED. Col·loqueu dos dels conjunts un sobre l’altre. Mantingueu la distància igual a l’espaiat ja establert entre els LED. Un cop us sentiu còmode amb l’espaiat, podeu fixar cada joc de potes mitjançant dos clips, un en cada direcció, per mantenir les potes fermes al seu lloc mentre soldeu. És possible que hagueu de doblegar-vos al voltant d’un LED per obtenir una bona connexió. Soldeu cadascun dels nou parells, un per un. Feu-ho una vegada més i ja heu acabat amb el cub. Col·loqueu el cub a un costat del perfboard. Assegureu-vos que les nou potes estiguin ben separades mentre les guieu per un forat. El meu tauler té cinc forats entre cada conjunt de potes. Voleu deixar el màxim espai possible a l’altre extrem del perfboard per adaptar-se als diferents components. Afegiu uns quants clips per mantenir les cames al seu lloc quan estigueu satisfets amb el posicionament. Deixeu un munt de cames ficant pel fons, ja que facilitarà la soldadura de les resistències més endavant. Gireu el tauler i soldeu cadascuna de les potes per mantenir-les al seu lloc. Volteu el cub cap enrere un cop s’hagin soldat totes les potes. Per últim, hem de soldar un avantatge de cadascun dels nivells a la part inferior del tauler. Tireu un tros de filferro massís i doblegueu un petit ganxo en un dels extrems. Pengeu el ganxo en una de les potes dels LED centrals i guieu-lo per un forat del perfboard. Soldeu l’extrem del ganxo per mantenir el filferro al seu lloc. Repetiu de nou per als altres dos nivells. El següent pas és construir la resta del circuit.

Pas 3: Construeix el circuit

El circuit és força senzill. Cadascuna de les nou columnes es connectarà a un pin de l'Arduino mitjançant una resistència limitant el corrent. Cadascun dels tres nivells es connecta a terra mitjançant un transistor NPN quan s’activa mitjançant un pin Arduino. Utilitzarem 12 pins de sortida en total a l’Arduino, però hi ha 18 LED per alimentar-se. El truc és que només es pot il·luminar un sol nivell alhora. Quan un nivell està connectat a terra, cadascun dels LED d’aquest nivell es pot alimentar individualment a través d’un dels altres nou pins Arduino. Si encenem els nivells prou ràpidament, apareixerà com si els tres nivells estiguessin il·luminats alhora. Construïm el circuit. El primer pas és preparar els nou resistors limitants de corrent. Estic fent servir 220 ohms per pin que atraurà els 22 mA. El valor pot variar en funció dels LED que s’utilitzin, però es pot mantenir entre uns 135 i 470 ohms. Cada pin pot abastir-se fins a 40 mA. Per estalviar espai volem soldar les resistències en posició vertical. Doblegueu un cable cap avall de manera que tots dos cables siguin paral·lels entre si. Feu això per als nou resistors. Un cop preparades les resistències, les soldarem una per una. Per fer-ho més fàcil, soldarem els cables de la resistència directament als altres components en lloc d’utilitzar un cable separat per a cadascun. Un extrem de la resistència es connectarà a una columna i l’altre es connectarà a una capçalera. Comenceu per la primera fila de LEDs que es troba més a prop de les resistències i torneu al camí. Un cop finalitzada cada fila, podeu utilitzar un petit tros de cinta per aïllar els cables superposats per evitar un curt. Consulteu les fotos i el diagrama per veure com serà un cop acabat. Ara que les columnes estan fora del camí, el següent pas és soldar els components que controlen els nivells. La base d’un transistor NPN s’activarà mitjançant un pin Arduino a través d’una resistència limitant el corrent de 10 k (o per aquí). Això connectarà el nivell corresponent a terra que permetrà que el corrent flueixi a través dels LED. Consulteu les fotos i l’esquema. Un cop finalitzats, els LED s’han de connectar als pins 2-10 de l’Arduino i els nivells s’haurien de connectar als pins 11-13, de baix a dalt. Els pins també es poden configurar al programari si necessiteu una configuració diferent. El circuit ja està complet, és hora de passar al programari.

Pas 4: utilitzar el programari

He trobat alguns exemples de codi que suren al voltant de la xarxa per controlar un cub LED. Tots necessitaven grans matrius de dades binàries o hexadecimals per controlar els LED. Vaig pensar que hi havia d’haver una manera més senzilla, així que em vaig proposar escriure el meu propi programari. La meva primera decisió va ser fer que el programari reflectís el maquinari. Això significava dirigir cada LED per columna i nivell en lloc d’utilitzar les dades de port en brut o les tradicionals x, y, z. La segona decisió va ser començar amb funcions bàsiques, com encendre o apagar una sola llum i construir-se a partir d’aquí. Finalment, vaig decidir introduir dues funcions útils per obtenir efectes més interessants. Un és un buffer que permet a les funcions bàsiques construir patrons més complexos. L’altra és una funció de seqüència que il·lumina una sèrie de LEDs d’un en un, o tots alhora. La biblioteca va començar com a codi de procediment i funcions soltes. A partir d’aquí va ser molt fàcil seguir el tutorial per crear una biblioteca Arduino reutilitzable. Assegureu-vos de descarregar la biblioteca i descomprimir-la al quadern de dibuixos / biblioteques. Si està configurat correctament, hauríeu de trobar un exemple al programari Arduino a Fitxer> Exemples> LedCube> ledcube. El codi també està disponible a Github a gzip / arduino-ledcube. Gràcies per llegir!