DIY LED -kocka: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A LED-kocka nem más, mint egy háromdimenziós LED-tömb, amely különböző formákban és mintákban világít. Ez egy érdekes projekt a forrasztási, áramköri tervezési, 3D nyomtatási és programozási ismeretek elsajátításához vagy javításához. Bár szeretnék építeni egy RGB kockát, azt hiszem, először egy egyszerű, színes led kockával kezdek, hogy tapasztalatokat szerezzek.

Nagyon lenyűgözött és inspirált Char projektje az Instructables -ből, érdemes megnézni, ha van időd.

Építeni fogok egy 8x8x8 led kockát, ami nem más, mint 8 sor, 8 oszlop és 8 réteg LED. Ez összesen 512 LED -et. Most a legfontosabb elem a LED, válassza ki a legkisebb méretet, hogy a kocka kompakt legyen. Ezenkívül jobb, ha a szórt LED -eket áttetszőre helyezi, mert az áttetsző fényt szórja, és nem túl vonzó.

1. lépés: Szükséges összetevők

LED -ek - 512 db

Ellenállások 1k, 220E - kevés

Tapintható kapcsoló - 1 db

Nyomja be a ON kapcsolót - 1 db

Fejlécek M/F - Kevés

Arduino Pro Mini - 1 db

Kondenzátorok 0,1uF - 9db

Perfboard (15 cm x 15 cm) - 2 db

LED - 1db

74HC594 - 8db

2N2222 tranzisztor - 16db

74LS138D - 1db

IC aljzatok 20 tűs - 9db

IC aljzatok 16 tűs - 1db

Szalagkábelek - 5 méter

UART programozó

RPS

Hozzáférés a 3D nyomtatóhoz

2. lépés: A LED -kocka szerkezetének összeszerelése

Összegyűjtöttem egy 1000 db diffúz LED -et tartalmazó csomagot, amelyekből 512 -et fogok használni. Most már mindegyik LED -et külön -külön kell vezérelnünk, csak akkor tudunk érdekes mintákat készíteni.

Arduino Pro Mini kártyát fogok használni a LED -ek vezérlésére, de ennek a táblának csak 21 csapja van a LED -ek vezérléséhez. De használhatok egy multiplexert, hogy meghajtjam az összes 512 LED -et a 21 érintkezőn.

Mielőtt belekezdenénk a meghajtó áramkör kialakításába, építsük fel a LED -kocka szerkezetét. Nagyon fontos, hogy megfelelő szimmetriát kapjunk ahhoz, hogy a kocka jól nézzen ki, ezért először készítsünk elő egy koncertet, amely segít megőrizni a szimmetriát.

3D nyomtatást fogok készíteni egy 120x120x2 mm -es alapra a kocka felépítéséhez. Ezt fogom használni a LED -ek minden rétegének létrehozásához, amely rétegenként körülbelül 64 LED lesz. Most egyenletesen kell elhelyeznem a LED -eket az egész táblán. Mivel a katód körülbelül 17 mm, és 2 mm marad a forrasztáshoz, a lyukakat 15 mm -re helyezem el egymástól. Kezdjük a 3D nyomtatást.

Először sorba rendezem a LED -eket, és rövidre zárom a katódot. Hasonlóképpen elrendezek 8 sor LED -et, rövidre zárva a katódjaikat. Miután elkészült, van 1 katódcsapom és 64 anódcsapom, ez 1 réteget képez.

Ha 8 ilyen réteget egymásra helyez, instabillá válik, és a szerkezet deformálódik. Tehát további támogatást fogok nyújtani neki. Ennek számos módja van, és az egyik ilyen módszer az ezüstözött rézhuzal használata, de mivel ez nincs nálam, megpróbálok egy nyers módszert. A forrasztóhuzal nyújtása megmerevedik, ezért ezt fogom támogatni. Mielőtt a vezetéket megtámasztja, vigyen fel néhány forrasztást a katódcsapokra. Remélhetőleg a közepén és az oldalán történő használat biztosítja a kocka számára a szükséges erőt. Körülbelül 16 vezetékre lesz szükségünk, és nagyon fontos, hogy ezt a részt helyesen kapjuk meg.

Kiegyenesítem az anódcsapokat, hogy szimmetrikusak legyenek.

A LED -ek időnként megsérülhetnek a forrasztási hő hatására, ezért jobb, ha minden réteg felépítése után ellenőrizni kell őket. Ha elkészült, a rétegeket egymásra lehet szerelni, és ezúttal az anódcsapokat forraszthatjuk. Végül rétegenként 64 anódtűvel és egy katódcsappal kell rendelkeznie. Tehát ezekkel a 64 + 8 = 72 csapokkal képesnek kell lennünk a kocka LED -jeinek vezérlésére.

Most egy tartószerkezetre van szükségünk a rétegek egymásra szereléséhez.

Hibáztam. Kicsit túl lelkes voltam, és nem ellenőriztem, hogy az anódcsapok illeszkednek -e egymáshoz. 2 mm -rel meg kellett volna hajlítanom az anódcsapokat, hogy minden réteg forrasztható legyen, és egyenes vonal alakulhasson ki. Mivel ezt nem én tettem, manuálisan meg kell hajlítanom a csapokat, amelyeket forrasztottam, és ez végül befolyásolhatja a szimmetriámat. De amikor felépíti, vigyázzon, hogy ne kövesse el ugyanazt a hibát. Most az építkezés befejeződött, dolgoznunk kell a meghajtókörön.

3. lépés: Meghajtó áramkör - Csökkentse a csapok számát

Mint az elején említettem, szükségünk lesz 72 IO csapra a vezérlőből, de ez nem luxus, amit nem engedhetünk meg magunknak. Építsünk tehát egy multiplexelő áramkört, és csökkentsük a csapok számát. Nézzünk egy példát, vegyünk egy flip-flop IC-t. Ez egy D típusú flip-flop, ne aggódjunk ezen a ponton. Az IC alapvető feladata, hogy emlékezzen a 8 érintkezőre, amelyek közül 2 tápegység, D0 - D7 a bemeneti érintkezők az adatok fogadására, és Q0 - Q7 a kimeneti tűk a feldolgozott adatok kiküldéséhez. A kimenet engedélyező csap aktív alacsony tű, azaz csak akkor, ha 0 -ra állítjuk, a bemeneti adatok megjelennek a kimeneti tüskékben. Van egy óracsap is, nézzük meg, miért van szükségünk rá.

Most rögzítettem az IC -t egy kenyértáblán, és a bemeneti értékeket 10101010 -re állítottam, a kimenethez csatlakoztatott 8 LED -del. Most a LED -ek a bemenet alapján be- vagy kikapcsolnak. Hadd változtassam a bemenetet 10101011 -re, és nézzem meg a kimenetet. A LED -ekben nem látok változást. De amikor alacsony -magas impulzust küldök az óra érintkezőjén, a kimenet az új bemenet alapján változik.

Ezt a koncepciót fogjuk használni a meghajtó áramköri lapunk fejlesztéséhez. Az IC azonban csak 8 bemeneti pin adatot képes megjegyezni, így összesen 8 ilyen IC -t fogunk használni 64 bemenet támogatására.

4. lépés: Meghajtó áramkör tervezése

Kezdem azzal, hogy az IC összes bemeneti érintkezőjét a mikrokontroller 8 adattűjére multiplexeljük. A trükk itt az, hogy a 8 érintkező 64 bites adatait 8 bit adatra osztja fel.

Most, amikor átadom a 8 bit adatot az első IC -nek, majd az alacsony és a magas impulzusjelet az óra érintkezőjében, látni fogom, hogy a bemeneti adatok tükröződnek a kimeneti érintkezőkben. Hasonlóképpen, ha 8 bit adatot küldök a többi IC -hez, és irányítom az óra csapjait, 64 bit adatot tudok küldeni az összes IC -nek. Most a másik probléma az óracsapok hiánya a vezérlőben. Tehát 3-8 soros dekódoló IC -t fogok használni az órajel vezérlőinek multiplexelésére. A dekóderben található 3 címtűvel a mikrokontrollerrel kombinálva szabályozhatom a dekódoló 8 kimeneti érintkezőjét. Ezt a 8 kimeneti csapot kell csatlakoztatni az IC -k órajelcsapjaihoz. Most rövidre kell zárnunk az összes kimeneti engedélyező csapot, és csatlakoznunk kell a mikrokontroller egy tűjéhez, ennek segítségével képesnek kell lennünk az összes LED be- vagy kikapcsolására.

Amit eddig csináltunk, csak egyetlen rétegre vonatkozik, most programozással ki kell terjesztenünk a funkcionalitást más rétegekre. Egy Led körülbelül 15mA áramot fogyaszt, tehát ezt a számot figyelembe véve körülbelül 1 Amp áramra lesz szükségünk egyetlen réteghez. Most az Arduino pro mini kártya csak 200 mA áramot képes forrni vagy elnyelni. Mivel a kapcsolóáramunk túl nagy, BJT vagy MOSFET -et kell használnunk a LED -rétegek szabályozásához. Nincs sok MOSFETem, de van néhány NPN és PNP tranzisztorom. Elméletileg rétegenként legfeljebb 1 amperes áramot kell kapcsolnunk. A kapott tranzisztorok közül a legmagasabb csak körülbelül 800mA áramot képes kapcsolni, a 2N22222 tranzisztor.

Vegyünk tehát 2 tranzisztort, és párhuzamos csatlakoztatással növeljük jelenlegi képességüket. Sokan, amikor elfogadják ezt a módszert, csak az alaphatár -ellenállást használják, de a probléma itt az, hogy a hőmérséklet változása miatt a tranzisztorokon keresztül érkező áram kiegyensúlyozatlanná válik, és stabilitási problémákat okoz. A probléma enyhítésére hasonló 2 ellenállást is használhatunk az emitterben, hogy szabályozzuk az áramot akkor is, ha a hőmérséklet változik. Ezt a fogalmat emitter degenerációnak nevezik. Az emitter ellenállás egyfajta visszacsatolást biztosít a tranzisztor erősítésének stabilizálásához.

Csak ellenállásokat fogok használni az alapban. Ez problémákat okozhat a jövőben, de mivel ez csak egy prototípus, később foglalkozom vele.

5. lépés: Az alkatrészek forrasztása

Most szereljük össze az áramkört egy perfboardon. Kezdjük a flipflop IC -kkel, és használjunk IC tartót erre a célra. Mindig az első és az utolsó tűvel kezdje, ellenőrizze a stabilitást, majd forrasztja be a többi PIN -kódot. Használjunk néhány férfi fejlécet is az áramkorlátozó ellenállások csatlakoztatása és lejátszása érdekében, valamint a Cube -hoz való csatlakoztatás érdekében. Most csatlakoztassa az IC leválasztó kondenzátorait az IC tápegységeihez.

Ezután dolgozzunk a mikrovezérlőn. Annak érdekében, hogy csatlakoztatható legyen, használjunk tartót, és először csatlakoztassuk a hüvelyes csatlakozókat, majd helyezzük el a mikrokontrollert.

Ideje dolgozni a tranzisztorokon. 16 1K ohmos ellenállás szükséges a tranzisztorok bázisához való csatlakozáshoz. Annak érdekében, hogy a LED -kocka közös katódcsapjait alapértelmezett logikai állapotban tartsam, 8 K ohmos zip ellenállást fogok használni, amely 8 ellenállást tartalmaz. Végül dolgozzunk a cím dekódoló IC -n. Most az áramkör az áramkör kialakításához hasonlóan készen áll.

6. lépés: 3D nyomtatás

Szekrényre van szükségünk az áramköri lap és a led kocka elhelyezéséhez, ezért használjunk 3D nyomtatottat. Az összeszerelés megkönnyítése érdekében három részből állok.

Először is, egy alaplemez a ledszerkezet tartására. Másodszor, az elektronika központi szerve. Harmadszor, fedél a ház bezárásához.

7. lépés: Csomagolás

Kezdjük a ledszerkezet szerelésével. Nyomhatja a csapokat a lyukakon keresztül, és közvetlenül forraszthatja az áramköri laphoz, de a stabilitás érdekében először egy perf kártyát fogok használni, majd forrasztani az áramkörhöz. Szalagkábellel forrasztom a LED-eket, majd a másik végét a megfelelő flip-flop IC-k kimeneti csapjaihoz kötöm.

A tranzisztor és a LED -kockarétegek közötti kapcsolathoz független csapokkal kell rendelkeznünk a katódcsapokhoz. Mielőtt bekapcsolnánk, fontos ellenőrizni a folytonosságot és a feszültséget a pontok között. Ha minden rendben van, az IC -k csatlakoztathatók, majd bekapcsolhatók. Ismét jó ellenőrizni, hogy az összes LED világít -e, ha közvetlenül az áramkörhöz csatlakoztatja, mielőtt az áramkört csatlakoztatja. Ha minden jónak bizonyult, akkor a led kábelek csatlakoztathatók a megfelelő flip-flop pontokhoz.

Végezzünk néhány tisztítási munkát - húzzuk le a mikrokontroller programozó kábelét, vágjuk ki a kiálló csapokat stb. Közel járunk a befejezéshez, ezért állítsuk össze a 3 részt. Kezdje a LED -alappal a testhez, majd miután a kábelek jól beilleszkedtek, zárja le a fedelet alul.

Töltse le a kódot az Arduino Pro Mini készülékre, és kész!

Köszönet Chr-nek https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ kiváló oktatható és kódért.