Arduino alapú 3x3 LED kocka: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Üdvözöllek az első Instructable -ban.

Egy egyszerű, letisztult dizájnt mutatok be egy kezdő 3x3x3 LED kocka számára. Az építés megkönnyítése érdekében részletekkel szolgálok az egyéni PCB-ről, amelyeket saját maga készíthet vagy vásárolhat, utasításokat, és hozzám hasonlóan újra felhasználhatja a nagyszerű Arduino könyvtár LED-kocka és arduino lib szoftverét.

A tervezés egyik célja az volt, hogy csak lyukas alkatrészeket használjon, ezeket a kezdő könnyebben forrasztja, és minden könnyen elérhető az interneten a kedvenc aukciós/bevásárló oldalain.

A kialakítás USB-kábellel vagy 7,5-12 V-os egyenáramú tápegységről táplálható.

Az áramkör egy lecsökkent Arduino magot használ, és az áramkörbe programozhatja egy olcsó In Circuit System Programmable (ICSP) programozó vagy egy könnyen elérhető USB-TTL adapter segítségével. Az egyetlen szoftver, amire szüksége van, a tiszteletre méltó Arduino IDE.

Ez a design nem forradalmi, csak néhány korábbi munkára épít, és szépen becsomagoltam. Remélem élvezed.

1. lépés: Szükséges alkatrészek

Ez a kialakítás széles körben elérhető lyukakat tartalmaz. Kedvenc helyi forgalmazójának raktároznia kell a szükséges alkatrészeket.

Szüksége van egy Atmega 168p vagy Atmega 328p készülékre, amelybe az Arduino rendszerbetöltő van bekapcsolva. Ezeket megtalálod az Ebay -en, keress rá az "arduino bootloader" kifejezésre, és győződj meg arról, hogy megvásárolod a Dual In Line (DIL) változatot. Szüksége van egy USB típusú B aljzatra is, a normál, régebbi, kövér. Ezt azért választottam, mert könnyen forrasztható. A T1-T3 tranzisztorok általános célú NPN tranzisztorok, valamint a felsorolt típusok, használhatja a BC108, 2N2222, 2N3904 stb.

A legfontosabb LED-ek esetében győződjön meg arról, hogy nagy fényerejű vagy ultra fényes LED-eket vásárol. 10000-12000mcd LED-eket használtam az Ebay-en lévő eladótól az itt látható példakockához. Világos színeket szeretne, így a normál szobafényben is láthatja a kockát. Ha az elemleírás részletezi a betekintési szöget, általában a 20 fokot, de szélesebb látószöggel is rendelkezik, fontolja meg. Ezek az ultra fényes LED -ek nem a legokosabbak, ha oldalról nézzük. Előfordulhat, hogy ki kell próbálnia néhány LED -et különböző szállítóktól, mielőtt megtalálja az igényeinek megfelelő LED -eket.

Teljes alkatrészlista:

Részérték Leírás PCB A szép zöld NYÁK, készítse el vagy vásárolja meg. 27 db 3 mm -es LED, tetszés szerinti színben. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch kerámia kondenzátor C2 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch kerámia kondenzátor

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm -es kerámia kondenzátor C4 100n 100nF, 25V, 7,5 mm -es kerámia kondenzátor C5 100n 100nF, 25V, 7,5 mm -es kerámia kondenzátor C6 10u 10uF 16V, 5,5 mm -es tok Elektrolitikus kondenzátor, 16V C7 22u 10uF 16V, 5,5 mm -es tok Elektrolitikus kondenzátor, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 vagy ATMEGA328 Arduino rendszerbetöltővel IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA lineáris szabályozó, TO92 csomag ICSP ICSP Pin fejléc, 0,1 "-os, 2x3 -as. J1 DCJ0202 DC belső átmérő, 2.1 JP1 Pin fejléc, 0,1 "-os, 1x3 -as irányú. Q2 16MHz 16MHz, HC49 tok kristály, 50ppm, alacsony profilú R1 10k 10K 1/4W fémfólia ellenállás 1% R2 1k 1K 1/4W fémfólia ellenállás 1% R3 1k 1K 1/4W fémfólia ellenállás 1% R4 1k 1K 1/ 4W fémfóliaellenállás 1% R5 470470 1/4W fémfóliaellenállás 1% R6 1k 1K 1/4W fémfóliaellenállás 1% R8 100 100R 1/4W fémfóliaellenállás 1% R9 100 100R 1/4W fémfóliaellenállás 1% R10 470 470R 1/4W fém film ellenállás 1% R11 470 470R 1/4W fém fólia ellenállás 1% R12 470 470R 1/4W fém film ellenállás 1% R13 470 470R 1/4W fém film ellenállás 1% R14 470 470R 1/4W fémfóliaellenállás 1% R15 470 470R 1/4W fémfóliaellenállás 1% R16 470 470R 1/4W fémfóliaellenállás 1% R17 470 470R 1/4W fémfóliaellenállás 1% R18 1k 1K 1/4W fémfóliaellenállás 1% R19 LDR Opcionális LDR S1 S1 4 tűs, 6x6 mm -es NYÁK -szerelésű PTH kapcsoló. T1 BC547 BC547/BC548 kis teljesítményű NPN tranzisztor, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 kis teljesítményű NPN tranzisztor, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 kis teljesítményű NPN tranzisztor, TO92 X4 USB B típusú foglalat, PCB rögzítés a lyukon keresztül. 4 x 3-5 mm magas ragaszkodjon a gumitalpakhoz.

2. lépés: A kapcsolási rajz és a működés magyarázata

A vázlat a fent látható.

A dizájn az Arduino Duemilanove sematikáján alapul, lecsupaszítva a legszükségesebbekre. Az USB -soros eszköz eltávolításra került, de van egy soros fejléc, a JP1, amely lehetővé teszi, hogy az USB -TTL adapter programozza az eszközt, később a programozásról. Ott van az ICSP fejléc is.

Az alaplap működtethető az USB -csatlakozóról, a számítógép kényelmes 5 V -os tápegységével vagy egy olcsó font/dollár áruházból származó mobiltelefon -töltőcsomaggal. A másik opció az egyenáramú dugasz bemenetet használja, ez 7-15V egyenáramú bemenetet fogad el, így bármilyen csatlakoztatott adaptert használhat. Az áramkör csak 30 mA -t használ, így a kidobott adapternek egy működő modulból működnie kell, ellenőrizze a szemétdobozt.

Az R12 -R17 ellenállások beállítják az áramot, amely beállítja a LED -ek fényerejét. PIROS LED -ekkel és a bemutatott 470R ellenállásokkal az áram ~ 5mA LED -enként. A LED áram kiszámításához szüksége van az Atmega eszköz kimeneti feszültségére (4,2 V) és a LED előremenő feszültségcsökkenésére, egy piros LED esetén 1,7 V. A képlet a következő:

LED áram = (Atmega kimeneti feszültség - LED feszültség)/I Led

Az általam használt alkatrészekkel: LED áram = (4,2-1,7)/470LED áram = 5,31 mA

Korlátozza az Atmega 168/328 áramát 10 mA -re

Néhány gyakori LED feszültségcsökkenés:

Piros 1.7V Sárga 2.1V Narancs 2.1V Zöld 2.2V Kék 3.2V Szuper kék 3.6V Fehér hideg 3.6V

Tehát használhat nagy fényerejű kék LED -et, az ellenállás 270R -ra csökken. Növelheti az áramot 10 mA -re, a tesztelés során azt találtam, hogy az 5 mA elegendő.

A T1-T3 tranzisztorok gyakori NPN BJT tranzisztorok, BC547/BC548/2N2222 stb. Ezek vezérlik a három réteg kapcsolását. Az R2-R4 ellenállások korlátozzák az ellenállás alapáramát.

Az R6 és a PWR LED opcionális, az Arduino -ból másolva, nyilvánvaló, ha a LED -kocka be van kapcsolva.

A C2, C3 és Q2 a rendszerindítóval előre programozott Atmega 168/328p eszköz óraáramkörét képezi. Győződjön meg róla, hogy a 22pF kondenzátorokat ide helyezi, és nem máshol, de a chip nem indul el. A C1, C4 és C5 a tápellátás leválasztása. Az IC2, C6 és C7 egyszerű lineáris szabályozó áramkört alkot. Erről nem sok mondanivaló, de győződjön meg arról, hogy a kondenzátorokat megfelelően illeszti. A NYÁK rajzon és a szitanyomáson + szimbólumok láthatók.

Az SK1 és az R8 és az R9 a soros interfész. Az USB-TTL adapter használatával programozhatja az eszközt az alábbi példa segítségével:

3. lépés: A tervezési fájlok beszerzése és a NYÁK elkészítése

A NYÁK tervezési adatai letölthetők a Github webhelyről:

Vannak feldolgozott Gerber -fájlok, amelyeket PCB -gyártóknak kell elküldeni, sematikus és PCB -fedvények-p.webp

A NYÁK -t otthon is le lehetett gyártani, ezt megtettem volna, de elfogyott az Etchant. A kialakítás egyoldalas NYÁK -val készíthető, és a felső réteg (a képeken PIROS) ónozott rézhuzalok segítségével valósítható meg. A https://pcbshopper.com/ weboldalt használtam, hogy megtaláljam a megfelelő szállítót, a prototípusokhoz az Elecrow -t használtam.

A Githubon található NYÁK -tervezés 3 változtatást tartalmaz az itt bemutatott prototípus -kivitelben:

1. A 7805CV szabályozót egy kisebb 78L05 szabályozó váltotta fel.
2. A NYÁK 5 mm -rel zsugorodott.
3. Eltávolítottam a polifúziót az USB +5V feedből.

4. lépés: A NYÁK összeszerelése

A NYÁK -t viszonylag egyenesen lehet összeszerelni. Hozzáadtam egy fényképet az összeszerelt NYÁK -ról és a fenti elrendezésről referenciaként. Mindig azzal kezdem, hogy először a legkisebb alkatrészeket szerelem fel, és felfelé dolgozom, különösen akkor fontos, ha nincs NYÁK -állványa.

1. Először szerelje fel az ellenállásokat, még ne forrasztja őket. Győződjön meg arról, hogy a megfelelő alkatrészt helyezi be a megfelelő helyre. Az ellenőrzés megkönnyítése érdekében illessze őket a tűrésszalaggal jobbra/alulra, így könnyebb az utólagos ellenőrzés. Nézzen ide, ha segítségre van szüksége az ellenállás színkódjainak azonosításában. Miután ellenőrizte, hogy a megfelelő alkatrészek a megfelelő helyen vannak -e, forrasztja az alkatrészeket.
2. Forrasztja a Q2 kristályt a helyére és a C2 és C3 kondenzátorokat.
3. Forrasztja a helyére az Atmega168/328 28 tűs foglalatát, győződjön meg arról, hogy az 1 tűs bemélyedés a legfelső helyen van, ez segít megelőzni a készülék hátrahelyezését.
4. Szerelje fel az ICSP és JP1 csatlakozókat.
5. Szerelje fel a C1, C4 és C5 kondenzátorokat, mindegyik 100nF (cikkszám 104).
6. Az IC2 lineáris szabályozó.
7. Szerelje fel a T1, T2 és T3 tranzisztorokat. Győződjön meg arról, hogy nem cserélte fel a T1/T2/T23 és az IC1 elemeket, mivel mind ugyanabban a csomagban vannak.
8. Illessze az S1 -et, a tájolás nem számít.
9. Illessze be a C6 -ot és a C7 -et, ügyeljen a helyes polaritásra!
10. Szerelje fel az X4 USB -csatlakozót.
11. Szerelje be a J1 egyenáramú tápkábelt.

Az utolsó bit összeszerelése a SIL esztergált csapfej. Egy finomvágóval párhuzamosan óvatosan eltávolítom a műanyagot a szalag minden csapjából, ezt ismételgetem, amíg nem lesz 12 elfordított tűs foglalatom, majd egy fogó és 3 kéz segítségével mindegyiket sorra forrasztom a NYÁK -hoz. Mivel a legtöbb embernek nincs három keze, ónozzon minden lyukat valamilyen forrasztóval, hogy lefedje a párnát, hagyja kihűlni. Ezután vigye fel a forrasztópáka segítségével a forrasztóanyagot, és helyezze be a csapot, távolítsa el a forrasztópáka kötést. Szüksége lehet friss forrasztásra, ha száraz a kötése.

Mielőtt ellenőrizné a forrasztást, tegyen egy rövid szünetet, esetleg italfogyasztásra? Ellenőrizze a forrasztást, ellenőrizze az USB -csatlakozót, mivel a tűk szorosan helyezkednek el, és az Atmega168/328 eszköz csapjai.

Ha elégedett a forrasztással, rögzítse az öntapadó lábakat a NYÁK aljára.

5. lépés: A LED -kocka összeszerelése

Ez az összeszerelés legbonyolultabb része. Szánjon rá időt, ne féljen.

A fenti képekhez megjegyzéseket fűztem, mivel a kép ezer szót mond.

Néhány fontos pont.

1. Győződjön meg róla, hogy a pozitív vezeték (hosszabb láb) lefelé mutat, miközben a kialakítás +V kapcsol a 9 LED -re minden rétegen.
2. Győződjön meg arról, hogy a negatív vezeték 90 fokban meg van hajlítva a LED -hez, hogy a vízszintes oszlopok megjelenjenek.
3. Minden réteget külön -külön építsen, és ellenőrizze duplán/hármasban.
4. Győződjön meg róla, hogy az ónozott rézdrót, ha használják, félúton van a LED -sorok között, ez megkönnyíti a rétegkapcsoló vezetékének rögzítését.

6. lépés: A kocka összeszerelése és tesztelése

Mielőtt bedugná a LED kocka szerelvényt vagy az Atmega168/328 eszközt, elvégezhet néhány egyszerű ellenőrzést.

Ha van DMM -je (ha ilyen projektet építene, akkor rendelkeznie kell vele), mérje meg az ellenállást a 28 tűs foglalat 7 -es (pozitív) és 8 -as (negatív) érintkezőjén,> 1K legyen. Ha ennél alacsonyabb, ellenőrizze a forrasztást.

Ezután alkalmazzon 7-15 V-os bemenetet a J1-hez, visszatérve a 28-as csatlakozóaljzat 7-es és 8-as érintkezőihez, mérje meg a feszültséget, látnia kell az 5 V-ot, de lehet, hogy 4,90 V és 5,1 V között van, ez rendben van. Ha felszerelte az R6 -ot és a PWR LED -et, annak világítania kell.

Húzza ki a J1 -et, csatlakoztasson egy USB -vezetéket az X4 -hez, csatlakoztassa a kábelt egy hubhoz vagy a hálózathoz az 5 V -os USB -adapterhez, ismételje meg a feszültség leolvasását a 28 tűs aljzat 7. és 8. lábán, az érték 5V körül van?

A fenti ellenőrzések biztosították, hogy a tápfeszültségek megfelelőek és megfelelő polaritásúak legyenek.

Ezután óvatosan helyezze be az Atmega168p/328p eszközt. Ha szükséges, hajlítsa meg egy kicsit a csapokat, hogy illeszkedjen az aljzathoz. A J1 és a 7-15 V-os tápegység használatával kapcsolja be a tápellátást, és nézze meg, hogy az IC2 hamar felmelegszik-e a bekapcsolás után. Ha igen, kapcsolja ki a készüléket, és ellenőrizze az IC1 tájolását.

Ezután óvatosan illessze be a LED -tömb első sorát. Győződjön meg arról, hogy az ónozott rézhuzal -tartó rudak egyike a PADL1, PADL2 és PADL3 közelében van, erre később lesz szüksége, amikor forrasztja a vezetéket az egyes rétegekhez. A legjobb, ha sarokcsappal kezdi, és egy pár tűfogóval egy óvatosan hajlítsa meg kissé a sorokat soronként, hogy illeszkedjen a NYÁK foglalatához. Fent hozzáadtam egy fotót az első összeszerelt rétegről. Egyszálú 1/0,6 huzaldarab segítségével vágja el olyan hosszúságúra, hogy a PADL1/PADL2 vagy PADL3 -tól a kocka minden rétegéhez eljusson. Könnyebbnek találtam behelyezni az első LED -sorokat a NYÁK -ba, és forrasztani az első réteg vezérlővezetéket (fehér színnel), majd visszatérni az előző lépéshez, elkészíteni egy másik sort, majd minden réteget összeszerelni a NYÁK -ra, mivel ez stabilitást biztosított bázis.

Kezdje a következő réteg forrasztásával az egyik sarok LED forrasztásával, majd forrasztja az ellenkező sarkot. Most ellenőrizze, hogy a réteg vízszintes -e, mielőtt tovább forrasztja. Miután beállította a réteget, forrasztja be a másik két sarok LED-et, a tömbnek laposnak kell lennie, de ellenőrizze újra. Forrasztja a többi LED -et. Ismételje meg a rétegszerelést az utolsó réteghez.

7. lépés: Programozás

Az Atmega eszköztől függően előfordulhat, hogy be kell programoznia a rendszerbetöltőt, vagy csak le kell töltenie a kódot. Ha van chipje, amelyen a rendszerbetöltő programozva van, használhat USB -TTL adaptert. Kövesse ezt az útmutatót:

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

Használhatja a 2x3 tűs In Circuit System Programmable (ICSP) csatlakozót is, ehhez használhat egy másik Arduino -t:

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

Usbasp programozót használok, amely az Arduino IDE-vel működik, ezt az Eszközök-> Programozó menüben konfigurálhatja. Az Arduino/Atmel AVR programozókat olcsón választhatja ki az Ebay -en vagy más aukciós oldalakon keresztül.

Töltse le a LED kocka könyvtárat a https://github.com/gzip/arduino-ledcube webhelyről, kövesse a Githubon található utasításokat, és keresse meg a Példák könyvtárban az 'arduino-led-cube-> ledcube' címet.

Ha ICSP programozót használ, tartsa lenyomva a Shift billentyűt, mielőtt rákattint a feltöltésre, és utasítja az Arduino IDE -t a programozó használatára. Ha USB-TTL adaptert használ, nyomja meg és engedje fel a reset gombot, miután az IDE befejezte a fordítást.

Miután a példakódot beprogramozták, rendelkeznie kell egy szép LED -es kockával.

Ez az első tanulságos, megjegyzéseket és visszajelzéseket szívesen fogadok.