- Moduł zasilany jest z modułu Arduino Nano lub z zewnętrznego zasilacza (5V) podłączanego do złącza na płycie sterującej.
- Jak się okazało, obwody różnych producentów modułów podobnych do Arduino różnią się od oryginalnego Arduino NANO. Wzięliśmy to pod uwagę przy opracowywaniu proponowanego rozszerzenia. W lewych złączach montowany jest oryginalny moduł mikrokontrolera, w prawych złączach montowany jest np. moduł ze znakiem towarowym DFRduino. Różnice pomiędzy modułami można zobaczyć na naszym schemacie.
- Prawie każdy pilot na podczerwień w domu może sterować Twoją kostką.
Dodatkowe informacje
Krótki opis bibliotek dla LED CUBE 4x4x4
Specjalnie na potrzeby tego projektu stworzyliśmy bibliotekę dla języka WIRING.
MP1051.Init() - inicjalizacja początkowa
MP1051.Brightness(B) - ustawienie jasności diod LED, B=0...32
MP1051.Set(D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8) - sterowanie diodami LED warstwa po warstwie, D1-D2 - pierwsza warstwa (A1), D7-D8 - czwarta warstwa (A4)
MP1051.IR(T) - oczekiwanie na polecenie pilota IR przez T ms. Zwraca: 0 – brak polecenia, 1 – polecenie przyjęte, 2 – powtórzenie przyjęte
MP1051.IRAdr() - zwraca adres wysyłki IR
MP1051.IRData() - zwraca polecenie wysłania podczerwieni
Procedura montażu kostki LED 4x4x4.
Przede wszystkim należy przygotować przewody LED.
Krok 1. Zegnij krótki o 90 stopni.
Krok 2. Za pomocą pęsety uformuj krótszą tak, aby miała 3 mm. odstęp między zaciskami wzrósł.
Krok 3. Teraz zegnij długi na bok.
Dla wygody późniejszych czynności znajdź 4 śruby M3 z nakrętkami i zabezpiecz je w narożnych otworach płyty sterującej. Cóż, jeśli nie ma śrub, to cztery identyczne spinacze do bielizny przymocowane do rogów deski cię uratują.
Zainstaluj uformowane diody LED w otworach na płycie. Najpierw pierwszy rząd.
Przylutuj razem długie przewody.
Następnie druga warstwa.
Przylutuj długie w drugim rzędzie. W trzecim i czwartym.
Długie przewody od najbardziej zewnętrznych diod LED każdego rzędu wystają poza krawędź płytki. Ostrożnie zegnij je wzdłuż płytki i zlutuj ze sobą
Okazało się, że jest to jedna warstwa 4 x 4.
Można go wyrównać dodatkowymi kawałkami drutu.
Robimy cztery warstwy. Ostrożnie instalujemy pierwszą warstwę na płycie sterującej, wkładając przewody LED do otworów L11-L14, L21-L24, L31-L34, L41-L44. Przede wszystkim lutujemy zaciski narożne. Wyrównujemy warstwę w jednej płaszczyźnie w rogach, podgrzewając przewody lutownicą i przesuwając je w górę i w dół (jeśli to konieczne). Gdy masz pewność, że narożne diody LED znajdują się w tej samej płaszczyźnie, przylutuj pozostałe przewody.
Druga warstwa jest przylutowana do pierwszej. Krótkie przejście do krótkiego. Spójrz na rys. 10 po prawej stronie, punkty lutownicze są wyraźnie widoczne w skrajnej kolumnie.
W tym artykule opisano, jak stworzyć kostkę LED 4x4x4 za pomocą Arduino. Arduino (Freeduino) ma 20 pinów (razem z pinami ADC), więc można obejść się bez rejestrów przesuwnych.
Lista elementów
1. 64 diody LED
2. 16 rezystorów
3. 1 Arduino (użyłem Freeduino)
4. 1 płyta rozwojowa
5. Lutownica
6. Wiertarka
7. Kawałek drewna
Wybór diody
Diody LED występują w różnych kształtach, rozmiarach i kolorach. Potrzebujemy rozproszonych diod LED. Dzięki nim kostka będzie pięknie prezentować się ze wszystkich stron, bo... Rozproszone diody LED świecą we wszystkich kierunkach, podczas gdy nierozproszone diody LED świecą głównie w górę. Zdecydowałem się zastosować super jasne diody LED o średnicy 5 mm. Diody 3mm dobrze wyglądają w większych kostkach i są na to za małe, ale można je zastosować jeśli chcesz. Kupiłem diody niedyfuzyjne i każdą musiałem ostrzyć papierem ściernym.
Przed montażem kostki polecam przetestować każdą diodę. Wystarczy przyłożyć do niego +5V przez rezystor. Jeśli kostka jest wykonana z wadliwą diodą LED, jej wymiana może być trudna. Większość diod LED ma dłuższy przewód dodatni (anoda) niż przewód ujemny (katoda). Możesz także przytrzymać diodę LED pod światło, a widoczne będą dwa kawałki metalu. Mniejszy to zacisk dodatni (anoda). Przeczytaj więcej o diodach LED.
Obliczanie rezystora
Wartość rezystora będzie zależeć od rodzaju posiadanych diod LED. Korzystając z prawa Ohma U = IR, możemy obliczyć rezystor. Musimy znać maksymalny prąd roboczy i spadek napięcia na diodzie LED. Moje diody LED mają spadek napięcia 3,4 V i maksymalny prąd 20 mA. Piny Arduino mają napięcie 5 V i otrzymujemy (5-3,4) / 0,020 = 80. Otrzymaliśmy wartość 80 omów. Aby przedłużyć żywotność diody LED, zastosowałem rezystory 100 omów. Możesz obliczyć rezystancję diody LED przy.
Podstawowa zasada sześcianu
Kostka 4x4x4 będzie zawierać 64 diody LED ułożone w 16 kolumnach i 4 poziomych warstwach. Anody (+) wszystkich diod LED w każdej kolumnie są ze sobą połączone. Warstwy składają się z połączonych katod LED. Aby sterować diodami LED, należy przyłożyć 5 V do wymaganej kolumny i GND do wymaganej warstwy poziomej. Aby zapobiec przetężeniu, jednocześnie można uruchomić tylko jedną warstwę i kolumnę. Aby zaświecić kilka diod LED lub całą kostkę na raz zastosujemy sygnalizację dynamiczną, czyli tzw. przełączaj je z częstotliwością większą niż postrzegana przez osobę. Na przykład, jeśli chcesz zapalić trzecią diodę LED w czwartej kolumnie, musisz zastosować WYSOKI (5 V) do kolumny i NISKI (0 V) do warstwy.
Wykonanie szablonu
Aby złożyć piękną symetryczną kostkę, potrzebujemy szablonu. Jest to kawałek deski z wywierconymi w równych odstępach otworami. Do stworzenia szablonu będziemy potrzebować kawałka deski, wierteł i narzędzi pomiarowych. Odległość między otworami zależy od długości wygiętej katody LED. Długość wygiętej katody mojej diody LED wynosi około 25 mm, więc przyjąłem, że odległość między diodami LED wynosi około 23 mm. Rozmiar otworów należy dobrać tak, aby dioda LED nie osadzała się w nich ani za ciasno, ani za luźno.
Tworzenie warstw kostek
Mając szablon w ręku, możemy przystąpić do składania warstw. Staraj się nie przegrzewać diod LED, ponieważ... może to prowadzić do ich niepowodzenia.
Zacznij od narożnej diody LED i skieruj jej wygiętą katodę na zewnątrz sześcianu. Następnie umieść i przylutuj kolejną diodę LED zgodnie z wystającym przewodem. Następnie przylutuj kolejną linię. Zrób w ten sposób 4 warstwy.
Gdy mamy już wszystkie warstwy, możemy przystąpić do składania kostki. Umieść jedną z warstw w szablonie i lekko zagnij górne końce wystających przewodów. Przylutuj do nich kolejną warstwę diod LED. Aby zachować odległości pomiędzy warstwami użyłem gumki zmniejszonej do pożądanego rozmiaru. Zlutuj w ten sposób wszystkie 4 warstwy.
Podstawy
Jako podstawę sześcianu użyłem płytki stykowej. Umieszczono na nim również rezystory. Ta część projektu nie wygląda zbyt dobrze, ponieważ... Spieszyłem się. Możesz sprawić, że będzie znacznie lepiej.
Rama
Znudziło mi się ciągle zwisające przewody i postanowiłem zrobić obudowę. Sam korpus wykonałem z płyty wiórowej, a nakładkę na kostkę z akrylu. Pomalowałem PCB i płytę wiórową dla poprawy wyglądu. Nie miałam narzędzi do cięcia akrylu, więc zdecydowałam się na domową przecinarkę. Za jego pomocą wzdłuż akrylu rysuje się kilka linii, wzdłuż których pęka.
Oprogramowanie sprzętowe
Tworzenie oprogramowania sprzętowego może zająć trochę czasu, szczególnie jeśli jesteś początkujący, ponieważ... Jest sporo dobrych książek o programowaniu. Miałem mało czasu, więc nie robiłem bardzo skomplikowanego oprogramowania. Udało mi się jednak zrobić kilka programów i patrząc na nie łatwiej będzie Wam wszystko zrozumieć. Poniżej załączam moje oprogramowanie sprzętowe.
Pomysł ten przyszedł mi do głowy spontanicznie, aż do jesieni tego roku nawet nie mogłam się domyślić, że ludzie robią w życiu coś podobnego. Tak naprawdę nauczyciel projektowania obwodów powiedział mi, że takie „kostki” istnieją i zasugerował potraktowanie tego tematu jako zajęć.Patrząc w przyszłość, chcę powiedzieć, że nie trzeba myśleć o ilości pracy jako o czymś kolosalnym. Wręcz przeciwnie, musiałem zrobić bardzo niewiele, ale ci, którzy myślą: „Ha, zrobię to za kilka dni”, przygotowują się na coś odwrotnego. A sam proces wymaga pracy nie gorszej niż pisanie kodu programu...
Oglądając małe prace o wymiarach 3x3x3, 4x4x4 i 5x5x5 powoli zdawałem sobie sprawę, że im większe, tym lepiej.
Kamień milowy nr 1:
Jeśli wcześniej nie pracowałeś z lutownicą, najpierw zdaj sobie sprawę, że będziesz musiał przylutować wszystkie nogi diod LED, to jest 2 * 512, a nie tak mało. Więc poćwicz na niektórych kotach.
Internet jest pełen instrukcji na ten temat. Ale od początku do końca chyba widziałem to tylko na instructables.com i od razu powiem, że jest jakoś zbyt szczegółowo pod każdym względem. Osobiście zużyłem dwa razy mniej komponentów. Oczywiście sprzęt okazał się prostszy. W efekcie dla nas mała zabawka potrzebujemy:
512 diod LED (6 USD – aliexp)
- 5 specjalnych chipów do diod LED STP16CPS05MTR (9 USD - aliexp)
Oczywiście bardziej opłaca się brać takie części partiami
- 8 tranzystorów pnp BD136 (odpowiednie są również analogi domowe)
- 5 rezystorów 1kOhm (moc robocza 2W)
- 5 kondensatorów 10uF (napięcie pracy 35-50 V)
- przewody połączeniowe (około 10 m, biorąc pod uwagę awarie), lutowanie i cała zabawa
Czas zacząć tworzyć układ
Bierzemy wiertło, linijkę, wykonujemy siatkę 8x8 (najważniejsze, żeby nie robić 8x9 jak ja) na czymkolwiek, czy to na piance, drewnianej desce czy czymś innym. I ostrożnie wywierć otwory na diody LED.Kamień milowy nr 2:
Słowo klucz to „ostrożnie”, kilka milimetrów w lewo lub w prawo, a na końcu otrzymasz krzywą kostkę.
Po zakończeniu tego kroku włóż diody LED do ogniw i postępuj zgodnie z poniższą zasadą:
A) Wszystkie anody powinny znajdować się po lewej stronie, a katody po prawej stronie. Lub odwrotnie. Jak wolisz.
b) Już w pierwszym rzędzie od góry powinny znajdować się diody LED ustawione pod kątem:
Korzystając z tej zasady, łączymy katody (-). W miejscach oznaczonych linią przerywaną przymocuj jakiś drut, aby warstwa była mocno trzymana po obu stronach.
Trzymając tę delikatną warstwę, może Ci się wydawać, że zaraz się rozpadnie, ale tak naprawdę, gdy zaczniesz sklejać warstwy, wtedy tę konstrukcję można bezpiecznie rzucić na podłogę i najprawdopodobniej nic się nie rozpadnie.
Podsumowanie pierwszej warstwy
Zanim zaczniesz lutować drugą warstwę, musisz wziąć i zgiąć wszystkie anody w następujący sposób:
Łączenie kilku warstw
Kamień milowy nr 3:
Początkujący, jeśli macie do czynienia z przewodami, proszę użyć specjalnej pasty lutowniczej (topnika), oszczędzicie sobie w ten sposób sporo nerwów (nie tak jak mój pierwszy raz).
Kiedy jesteś trochę zmęczony
Tak więc, przylutowując 64 przewody do anod, które mamy „na dole”, możemy przystąpić do samego obwodu elektronicznego.
Widzimy, że wyjścia naszych mikroukładów po obu stronach trafiają do wspólnych anod kolumn sześcianów, a w piątym multipleksujemy warstwy sterujące przez tranzystory. Wydaje się, że wszystko nie jest skomplikowane: sygnał jest wysyłany do określonych kolumn i warstw, a my otrzymujemy parę świecących diod LED.
W rzeczywistości działa to tak:
Dostępne są 3 wejścia: zegar, dane i zatrzask. Po przetworzeniu 8 bitów następuje zatrzask i dane są umieszczane w rejestrze. Ponieważ nasze mikroukłady są zbudowane na rejestrach przesuwnych, to aby raz wyrenderować naszą kostkę różnymi bitami informacji, musimy zapisać 1 bajt (8 bitów z numerami warstw, do których przyłożone jest napięcie), wówczas zostaną puste dane, ponieważ W przypadku piątego układu lewe piny nie są do niczego podłączone. Następnie zapisujemy po 1 bajcie dla każdej z grupy ośmiu kolumn. Odpowiedni bit określi, która kolumna ma się zaświecić, a w miejscu przecięcia z warstwą aktywowaną dioda LED na ich przecięciu powinna otrzymać napięcie.
Poniżej znajduje się diagram z arkusza danych dewelopera w celach ogólnych:
Jak zapiszemy 1 bajt danych:
Void CUBE::send_data(char byte_to_send)( for(int i = 0; i< 8; i++){
if(byte_to_send & 0x01<
Zwróć szczególną uwagę na dodatkowy zasilacz (użyłem zasilacza 12V 2A); aby wyświetlić wszystkie warstwy, wydaje się, że prąd ma dokładnie taką samą moc, jaka jest potrzebna.
Cały kod źródłowy w formie szkicu dla Arduino będzie
Projekt proponuje projekt kostki LED 4x4x4 kosztującej około 15 dolarów.
W kostce zastosowano 64 zielone diody LED, które tworzą 4 warstwy i 16 kolumn. Sterowanie kostką odbywa się za pomocą Arduino. Podano przykład programu dla Arduino Uno, który realizuje sterowanie każdą pojedynczą diodą LED z całego układu.
Części niezbędne do projektu
- 64 diody LED
- 4 rezystory na 100 omów
- Złącza do rozlutowania
- Przewodnicy
- Płytka rozwojowa do rozlutowywania
- Skrzynka
- Zasilanie 9V
- Arduino Uno
Narzędzia, które mogą Ci się przydać, pokazane są na zdjęciu poniżej.
Formowanie podstawy kostki LED
Możesz skorzystać z dostarczonego szkicu. Wydrukuj go i przyklej na kartonowym pudełku. Podczas drukowania sprawdź, czy ustawiony jest rzeczywisty rozmiar i orientacja pozioma. Za pomocą ołówka wykonaj otwory w punktach węzłowych. Sprawdź, czy diody LED dobrze pasują do przygotowanych otworów.
Montaż kostki LED
Weź 64 diody LED i sprawdź ich działanie, podłączając każdą do baterii AA. Jest to oczywiście nudna procedura, ale konieczna. W przeciwnym razie jedna niedziałająca dioda LED może powodować później wiele problemów. Umieść 16 diod LED w otworach zgodnie ze strzałkami na wydruku. Czerwone strzałki odpowiadają plusowi (anodzie), niebieskie strzałki minusowi (katodzie). Połącz ze sobą wszystkie anody. Następnie odwróć pudełko i wypchnij diody LED. Wyciśnij ostrożnie, aby nie uszkodzić zebranej warstwy. Wszystko. Pierwsza warstwa jest gotowa. Podobnie tworzymy jeszcze trzy warstwy. Następnie łączymy cztery powstałe warstwy za pomocą wolnych katod. Radzę łączyć styki zaczynając od środka i kierując się w stronę obrzeży. Kostka LED zaczyna nabierać niezbędnego kształtu!
Montaż kostki LED
Za pomocą markera wykonaj oznaczenia na płytce stykowej. Należy pamiętać, że zaznaczony prostokąt powinien być nieco mniejszy niż pudełko, na którym zostanie zamontowana kostka. Po zaznaczeniu wykonaj mały rowek wzdłuż linii przyszłej krawędzi i ostrożnie odłam krawędzie deski. Zrób 20 otworów w górnej części pudełka na kostkę. Możesz oznaczyć miejsca wiercenia za pomocą odpowiednich otworów na płytce prototypowej.
Podłączenie kostki LED
Najpierw podziel pasek złączy na trzy części, tak aby pasowały do pinów cyfrowych i analogowych Arduino Uno. Odizoluj i zainstaluj 16 przewodów wejść cyfrowych (rzędów) na płycie głównej w pudełku. Podłącz 4 przewody wejść analogowych za pomocą rezystorów 100 omów. Teraz przystąp do podłączenia końcówek przewodów do trzech szyn łączących. Połączenie zrealizowane jest w taki sposób, że możliwe jest sterowanie diodami LED w trzech osiach. Kolumny odpowiadają osiom X i Y. Dodatkowo dzięki czterem warstwom otrzymujemy współrzędną Z. Jeśli spojrzymy z rogu kostki LED w dół, pierwsza ćwiartka będzie odpowiadać oznaczeniu (1, 1). W ten sposób każdą diodę LED można zainicjować przy użyciu podobnej metody. Spójrzmy na przykład. Spójrz na obrazek powyżej i znajdź diodę LED A(1,4). „A” oznacza, że jest to jedna z pierwszych warstw, a „(1,4)” odpowiada współrzędnym X=1, Y=4.
Diagram połączeń
Rzędy kolumny
Warstwy
[Przypinki do warstw]
Podłączenie zasilania dla Arduino
Do zasilania płytki można użyć osobnego zasilacza 9 V i 1 A. Można użyć adaptera do baterii Krona i zasilać ją z niej. Tak czy inaczej, będziesz musiał zrobić kolejny otwór na przewód zasilający. Wykonując otwór, upewnij się, że jego rozmiar jest nieco większy niż samo złącze.
Ogólnie rzecz biorąc, pozostaje Ci tylko przesłać szkic do Arduino i cieszyć się efektem:
Twoja kostka jest gotowa!
Film przedstawiający zmontowaną kostkę LED 4x4x4
Często na YouTube można natknąć się na ciekawe projekty. Jednym z nich jest kostka LED. Piękno tego urządzenia polega na tym, że wyświetla prawdziwy obraz 3D. Możesz rysować dowolne trójwymiarowe animowane kształty. Ale w ramach wybranej rozdzielczości kostki.
Za podstawę przyjęto artykuł z Radiocat (kto chce, może googlować). Rozmiar kostki 5x5x5 nie został wybrany przypadkowo. Do złożenia tej kostki potrzebne będzie 5*5*5=125 diod LED. Jeśli porównamy to z inną popularną opcją 8*8*8=512, tj. liczba diod LED wzrośnie 4-krotnie. Dlatego 5x5x5 wydaje mi się optymalne.
Nie miałem czasu na zamówienie diod LED, więc kupiłem je w sprzedaży detalicznej. Niestety dostępne były tylko zielone przezroczyste 5mm, przez co efekt końcowy mocno ucierpiał. Niebieskie matowe wyglądają bardziej efektownie, ale niestety. Zaleca się stosowanie diod matowych, ponieważ przezroczyste oświetlają sąsiednie diody i tworzą efekt świecenia nieświecącej diody LED.
Zacząłem bezpośrednio od samej kostki. Narysowałem matrycę o wymiarach 100x100. Odległość między okręgami wynosi 20 mm. Średnica 5mm. Wydrukowałem go na papierze i przykleiłem do kawałka drewna. 
Wywiercone otwory. Sprytnie wyginamy katodę (-) diody LED. Zaginamy anodę pod kątem 90 stopni.
Zostawiamy katodę wystającą do góry i przylutowujemy anodę do sąsiedniej diody LED. Okazuje się, że jest to „podłoga” diod LED ze wspólnym „+”.
Aby wzmocnić konstrukcję po lewej stronie, przylutowałem kolejny przewodnik. Pierwsze piętro jest gotowe. W ten sam sposób wykonujemy jeszcze 4 piętra.
Zbieramy wszystkie podłogi razem. W tym celu przylutowujemy poprzednie piętra do kolejnych.
Do podstawy użyłem folii laminowanej z włókna szklanego o wymiarach 100x100. Wytrawiłem miejsca do lutowania diod LED. W rezultacie powstał następujący projekt:
Nie całkiem prosto, ale wszystko łatwo się wygina. Teraz bezpośrednio do diagramu. Do montażu potrzebujesz:
- 25 rezystorów 150-220 Ohm,
- 125 diod LED,
- 5 kondensatorów 0,1 µF (zainstalowanych do zasilania wyzwalaczy),
- 2 kondensatory 22pF,
- Atmega16,
- kwarcowy 12-16 MHz,
- 5 rezystorów 2,2 kM,
- 5 wyzwalaczy 74hc574,
- 5 tranzystorów BC558.
- 1 kondensator 100uF ( odżywianie to konieczność!!! w przeciwnym razie obwód nie będzie działać)
Z jednej strony wszystko jest tutaj proste, ale nie można się mylić. W przeciwieństwie do poprzednich projektów zastosowano tutaj Atmega16 (Atmega16A-16PU). Użyłem częstotliwości roboczej 12 MHz; przy 16 MHz diody LED będą przełączać się nieco szybciej. Dodatkowo stosowane są tutaj wyzwalacze. Aby zrozumieć dlaczego, musisz zrozumieć logikę schematu.
Wszystkie wejścia wyzwalające są połączone równolegle. Powiedzmy, że musimy włączyć pierwszą diodę LED na drugim piętrze (D2.1) i nie włączać diod LED na piętrach 1,3,4,5 (D1.1, D3.1, D4.1, D5. 1). Wyprowadzamy do PORTC.0=0, ponieważ w tym przypadku wartość 0 powoduje włączenie diody LED. Na wejściu wyzwalacza pojawia się wartość 0, natomiast na wyjściu jego stan nie ulega zmianie. Aby zmienić stan należy podać impuls na wejście CLK tj. wyprowadzaj na przemian logiczne zero i logiczną jedynkę na pin PA1. Teraz wszystkie katody DA1.1-DA5.1 są podłączone do masy, aby zapalić D2.1, wystarczy włączyć 2. piętro, tj. otwarty tranzystor Q2, wyjście logiczne zera na PD6.
Próbowałem napisać własne efekty, udało się, ale jakoś nie przychodziło mi do głowy nic, czego nie było w gotowym firmware. Dlatego ostatni wziął gotowe oprogramowanie, dla kostki 5x5x5 było kilka opcji w Internecie. Montaż trwał zaledwie 3 dni. Dobry prezent, złożony własnymi rękami.
Wreszcie film przedstawiający powstałą kostkę wygląda szczególnie imponująco w ciemności.
- W kontakcie z 0
- Google+ 0
- OK 0
- Facebook 0
