DIY LED kubs: 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

LED kubs ir nekas cits kā trīsdimensiju gaismas diodes, kas iedegas dažādās formās un modeļos. Tas ir interesants projekts, lai apgūtu vai uzlabotu savas lodēšanas, shēmu projektēšanas, 3D drukāšanas un programmēšanas prasmes. Lai gan es vēlētos izveidot RGB kubu, es domāju, ka vispirms es sākšu ar vienkāršu vienas krāsas led kubu, lai iegūtu pieredzi.

Mani ļoti pārsteidza un iedvesmoja Čāra projekts no Instructables, jums tas jāpārbauda, ja jums ir laiks.

Es būvēšu 8x8x8 vadītu kubu, kas ir nekas cits kā 8 rindas, 8 kolonnas un 8 gaismas diožu slāņi. Kopumā ir 512 gaismas diodes. Tagad vissvarīgākais priekšmets ir LED, izvēlieties mazāko izmēru, lai kubs būtu kompakts. Turklāt labāk ir iegūt izkliedētās gaismas diodes pārredzamām, jo caurspīdīgās izkliedē gaismu un nav ļoti pievilcīgas.

1. darbība. Nepieciešamās sastāvdaļas

LED - 512 gab

Rezistori 1k, 220E - maz

Taustes slēdzis - 1 gab

Nospiest ON slēdzi - 1 gab

Galvenes M/F - daži

Arduino Pro Mini - 1 gab

Kondensatori 0,1uF - 9gab

Perfboard (15 cm x 15 cm) - 2 gab

LED - 1 gab

74HC594 - 8 gab

2N2222 tranzistors - 16 gab

74LS138D - 1gab

IC ligzdas 20 tapas - 9 gab

IC ligzdas 16 tapas - 1 gab

Lentes kabeļi - 5 metri

UART programmētājs

RPS

Piekļuve 3D printerim

2. solis: LED kuba struktūras montāža

Esmu paņēmis iepakojumu ar 1000 izkliedētām gaismas diodēm, no kurām es izmantošu 512. Tagad mums jāspēj patstāvīgi kontrolēt katru gaismas diodi, tikai tad mēs varam izveidot interesantus modeļus.

Es izmantošu Arduino Pro Mini plati, lai kontrolētu gaismas diodes, taču šai plāksnei ir tikai 21 tapa, lai kontrolētu gaismas diodes. Bet es varu izmantot multipleksoru, lai vadītu visas 512 gaismas diodes caur 21 tapām.

Pirms iedziļināties vadītāja shēmas dizainā, izveidosim LED kuba struktūru. Ir ļoti svarīgi, lai mēs iegūtu pareizu simetriju, lai kubs izskatītos labi, tāpēc vispirms sagatavosim koncertu, kas palīdzēs mums saglabāt simetriju.

Es gatavojas 3D drukāt 120x120x2mm pamatni kuba konstruēšanai. Es to izmantošu, lai izveidotu katru LED slāni, kas vienā slānī būs aptuveni 64 gaismas diodes. Tagad man vienmērīgi jāizvieto gaismas diodes. Tā kā katods ir aptuveni 17 mm, atstājot 2 mm lodēšanai, es ievietošu caurumus 15 mm attālumā viens no otra. Sāksim 3D drukāšanu.

Es vispirms sakārtoju gaismas diodes pēc kārtas un saīsinu katodu. Līdzīgi es sakārtoju 8 LED rindas ar saīsinātiem katodiem. Kad tas ir izdarīts, man ir 1 katoda tapa un 64 anoda tapas, tas veido 1 slāni.

Sakārtojot 8 šādus slāņus vienu virs otra, tas kļūs nestabils un struktūra deformēsies. Tāpēc es sniegšu tam papildu atbalstu. Ir diezgan daudz veidu, kā to izdarīt, un viens no šādiem veidiem ir izmantot sudraba pārklājuma vara stiepli, taču, tā kā man tā nav, es izmēģināšu neapstrādātu metodi. Lodēšanas stieples izstiepšana to nostiprina, tāpēc es to izmantošu kā atbalstu. Pirms stieples izmantošanas, lai sniegtu atbalstu, uz katoda tapām uzklājiet nedaudz lodēšanas. Cerams, ka, izmantojot to centrā un sānos, kubam jāpiešķir nepieciešamais spēks. Mums būs nepieciešami apmēram 16 vadi, un ir ļoti svarīgi, lai šī daļa būtu pareiza.

Es taisos iztaisnot anoda tapas, lai tās būtu simetriskas.

Gaismas diodes dažkārt var tikt sabojātas lodēšanas karstuma dēļ, tāpēc labāk tās pārbaudīt pēc katra slāņa uzbūvēšanas. Kad tas ir izdarīts, slāņus var salikt viens virs otra un šoreiz anoda tapas var pielodēt. Galu galā jums vajadzētu būt 64 anoda tapām un vienam katoda tapam uz slāni. Tātad ar šīm 64 + 8 = 72 tapām mums vajadzētu būt iespējai kontrolēt katru no šī kuba gaismas diodēm.

Tagad mums ir nepieciešama atbalsta struktūra slāņu salikšanai viens virs otra.

ES pieļāvu kļūdu. Es biju mazliet pārāk entuziastisks un nepārbaudīju, vai anoda tapas ir izlīdzinātas viena ar otru. Man vajadzēja saliekt anoda tapas par 2 mm, lai katru slāni varētu pielodēt un izveidot taisnu līniju. Tā kā es to nedarīju, man būs manuāli jāizliek visas tapas, kuras esmu pielodējis, un tas galu galā var ietekmēt manu simetriju. Bet, to veidojot, uzmanieties, lai nepieļautu to pašu kļūdu. Tagad būvniecība ir pabeigta, mums būs jāstrādā pie vadītāja ķēdes.

3. darbība. Vadītāja ķēde - samaziniet tapas

Kā jau minēju sākumā, no kontroliera mums būs vajadzīgas 72 IO tapas, taču tā ir greznība, ko nevaram atļauties. Tāpēc izveidosim multipleksēšanas ķēdi un samazināsim tapu skaitu. Apskatīsim piemēru, pieņemsim flip-flop IC. Šī ir D tipa flip-flop, šajā brīdī neuztraucamies par tehniskajām īpašībām. IC pamatuzdevums ir atcerēties 8 tapas, no kurām 2 ir paredzētas barošanai, D0 - D7 ir ievades tapas datu saņemšanai un Q0 - Q7 ir izejas tapas apstrādāto datu nosūtīšanai. Izejas iespējošanas tapa ir aktīva zemā tapa, ti, tikai tad, kad mēs to padarīsim par 0, ievades dati parādīsies izejas tapās. Ir arī pulksteņa tapa, redzēsim, kāpēc mums tas ir vajadzīgs.

Tagad es esmu fiksējis IC uz maizes dēļa un iestatījis ievades vērtības uz 10101010 ar 8 gaismas diodēm, kas savienotas ar izeju. Tagad gaismas diodes ir ieslēgtas vai izslēgtas, pamatojoties uz ievadi. Ļaujiet man mainīt ievadi uz 10101011 un pārbaudīt izvadi. Es neredzu nekādas izmaiņas ar gaismas diodēm. Bet, kad caur pulksteņa tapu es sūtu zemu līdz augstu impulsu, izeja mainās, pamatojoties uz jauno ievadi.

Mēs izmantosim šo koncepciju, lai izstrādātu mūsu draivera shēmas plati. Bet mūsu IC var atcerēties tikai 8 ievades tapas datus, tāpēc mēs izmantosim kopumā 8 šādus IC, lai atbalstītu 64 ievades.

4. solis: vadītāja shēmas dizains

Es sāku ar visu IC ievades tapu multipleksēšanu ar mikrokontrollera 8 datu tapām. Šeit triks ir sadalīt 8 kontaktu 64 bitu datus 8 datu bitos.

Tagad, kad es nododu 8 datu bitus pirmajam IC, kam seko zema vai augsta impulsa signāls pulksteņa tapā, es redzēšu, ka ievades dati atspoguļojas izejas tapās. Līdzīgi, nosūtot 8 datu bitus uz pārējiem IC un kontrolējot pulksteņa tapas, es varu nosūtīt 64 datu bitus uz visiem IC. Tagad otra problēma ir pulksteņa tapu trūkums kontrollerī. Tāpēc es izmantošu 3 līdz 8 līniju dekodētāja IC, lai multipleksētu pulksteņa tapu vadīklas. Izmantojot dekodētāja 3 adatu tapas kombinācijā ar mikrokontrolleru, es varu kontrolēt 8 dekodētāja izejas tapas. Šīs 8 izejas tapas ir jāpievieno IC pulksteņa tapām. Tagad mums ir jāsaīsina visas izejas iespējošanas tapas un jāsavienojas ar mikrokontrollera tapu, izmantojot to, mums vajadzētu būt iespējai ieslēgt vai izslēgt visas gaismas diodes.

Tas, ko mēs līdz šim esam darījuši, attiecas tikai uz vienu slāni, tagad mums ir jāpaplašina funkcionalitāte uz citiem slāņiem, izmantojot programmēšanu. Viens LED patērē aptuveni 15 mA strāvu, tāpēc, ņemot vērā šo skaitli, vienam slānim mums būs nepieciešams aptuveni 1 ampērs strāvas. Tagad Arduino pro mini plate var iegūt vai nogremdēt tikai līdz 200 mA strāvu. Tā kā mūsu pārslēgšanās strāva ir pārāk liela, mums būs jāizmanto BJT vai MOSFET, lai kontrolētu gaismas diodes slāni. Man nav daudz MOSFET, bet man ir daži NPN un PNP tranzistori. Teorētiski mums var būt jāpārslēdz līdz 1 amp strāvai uz slāni. No maniem tranzistoriem augstākais var pārslēgt tikai aptuveni 800 mA strāvu, 2N22222 tranzistors.

Tātad, ņemsim 2 tranzistorus un palielināsim to pašreizējo spēju, savienojot tos paralēli. Daudzi cilvēki, pieņemot šo metodi, izmanto tikai bāzes ierobežojuma rezistoru, taču problēma ir tā, ka temperatūras izmaiņas pašreizējā caur tranzistoriem kļūst nelīdzsvarotas un rada stabilitātes problēmas. Lai mazinātu problēmu, mēs varam izmantot līdzīgus 2 rezistorus emitētājā, lai regulētu strāvu pat tad, ja temperatūra mainās. Šo koncepciju sauc par emitera deģenerāciju. Emitētāja rezistors nodrošina sava veida atgriezenisko saiti, lai stabilizētu tranzistora pastiprinājumu.

Es tikai gatavojas izmantot rezistorus tikai pamatnē. Tas var radīt problēmas nākotnē, bet, tā kā šis ir tikai prototips, es ar to rīkošos vēlāk.

5. solis: komponentu lodēšana

Tagad saliksim ķēdi uz perforatora. Sāksim ar flipflop IC un šim nolūkam izmantosim IC turētāju. Vienmēr sāciet ar pirmo un pēdējo tapām, pārbaudiet stabilitāti, pēc tam pielodējiet pārējos PIN. Izmantosim arī kādu vīriešu kārtas galveni, lai pievienotu strāvu ierobežojošajiem rezistoriem un izveidotu savienojumu ar kubu. Tagad pievienojiet IC atvienošanas kondensatorus tuvu IC strāvas padeves tapām.

Tālāk strādāsim pie mikrokontrollera. Lai to pievienotu un izmantotu, vispirms izmantosim turētāju un pievienosim sieviešu tapas, pēc tam ievietojam mikrokontrolleru.

Laiks strādāt pie tranzistoriem. Lai izveidotu savienojumu ar tranzistoru pamatni, ir nepieciešami 16 1K omi rezistori. Lai LED kuba kopējās katoda tapas uzturētu noklusējuma loģiskajā stāvoklī, es izmantošu 8 K omu rāvējslēdzēja rezistoru, kurā ir 8 rezistori. Visbeidzot ļauj strādāt pie adrešu dekodētāja IC. Tagad ķēde ir sagatavota līdzīgi shēmas konstrukcijai.

6. darbība: 3D drukāšana

Mums ir nepieciešams korpuss shēmas plates un led kuba ievietošanai, tāpēc ļaujim izmantot 3D drukātu. Es to salikšu 3 daļās, lai būtu vieglāk salikt.

Pirmkārt, pamatplāksne LED struktūras turēšanai. Otrkārt, elektronikas centrālā struktūra. Treškārt, vāks korpusa aizvēršanai.

7. solis: iesaiņošana

Sāksim ar led konstrukcijas montāžu. Jūs varat iespiest tapas caur caurumiem un tieši pielodēt to pie shēmas plates, bet stabilitātes labad es vispirms izmantošu perf plāksni, pēc tam pielodēšu pie ķēdes. Es izmantoju lentes kabeli, lai pielodētu gaismas diodes, pēc tam pievienojiet otru galu attiecīgajām flip-flop IC izejas tapām.

Lai izveidotu savienojumu starp tranzistoru un LED kuba slāņiem, mums ir jābūt neatkarīgām tapām, lai izveidotu savienojumu ar katoda tapām. Pirms mēs to ieslēdzam, ir svarīgi pārbaudīt nepārtrauktību un spriegumu starp punktiem. Kad viss ir kārtībā, IC var pievienot un pēc tam ieslēgt. Atkal, pirms pievienošanas caur ķēdi ir labi pārbaudīt, vai visas gaismas diodes spīd, tieši pievienojot to strāvas avotam. Ja visi ir labi, tad vadu kabeļus var savienot ar attiecīgajiem flip-flop punktiem.

Veiksim dažus tīrīšanas darbus - atvienosim mikrokontrollera programmēšanas kabeli, nogriezīsim izvirzītās tapas utt. Mēs esam tuvu tās pabeigšanai, tāpēc ļaujim salikt kopā 3 daļas. Sāciet ar LED pamatni pie korpusa, pēc tam, kad kabeļi ir labi novietoti, aizveriet vāku apakšā.

Lejupielādējiet kodu Arduino Pro Mini un viss!

Paldies Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ par viņa izcilo pamācību un kodu.