DIY LED kocka: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

LED kocka nije ništa drugo nego trodimenzionalni niz LED dioda koje svijetle u različitim oblicima i uzorcima. Zanimljiv je projekt za učenje ili poboljšanje vještina lemljenja, projektiranja krugova, 3D ispisa i programiranja. Iako bih želio konstruirati RGB kocku, mislim da ću prvo početi s jednostavnom jednobojnom LED kockom kako bih stekao iskustvo.

Bio sam impresioniran i nadahnut Charovim projektom iz Instructablesa, trebali biste to provjeriti imate li vremena.

Konstruirat ću 8x8x8 LED kocku, koja nije ništa drugo nego 8 redaka, 8 stupaca i 8 slojeva LED dioda. To je ukupno 512 LED dioda. Sada je najvažnija stavka LED, odaberite najmanju veličinu tako da kocka bude kompaktna. Također, bolje je difuzne LED diode postaviti na one prozirne jer prozirne one raspršuju svjetlost i nisu jako privlačne.

Korak 1: Potrebne komponente

LED diode - 512 kom

Otpornici 1k, 220E - malo

Taktilni prekidač - 1 kom

Prekidač za uključivanje - 1 kom

Zaglavlja M/Ž - nekoliko

Arduino Pro Mini - 1 kom

Kondenzatori 0,1uF - 9kom

Perfboard (15cm x 15cm) - 2 kom

LED - 1 kom

74HC594 - 8 kom

2N2222 Tranzistor - 16kom

74LS138D - 1 kom

IC utičnice 20 pin - 9kom

IC utičnice 16 pina - 1 kom

Vrpčasti kabeli - 5 metara

UART programer

RPS

Pristup 3D pisaču

Korak 2: Sastavljanje strukture LED kocke

Uzeo sam paket od 1000 raspršenih LED dioda od kojih ću koristiti 512. Sada moramo moći samostalno upravljati svakom od LED dioda, tek tada možemo napraviti zanimljive uzorke.

Koristit ću Arduino Pro Mini ploču za upravljanje LED diodama, ali ova ploča ima samo 21 pina za upravljanje LED diodama. Ali mogu koristiti multiplekser za pogon svih 512 LED dioda kroz 21 pina.

Prije nego što krenemo u dizajn upravljačkog kruga, izgradimo strukturu za LED kocku. Vrlo je važno da simetrija bude ispravna kako bi kocka izgledala dobro, pa prvo pripremimo svirku koja će nam pomoći u održavanju simetrije.

Idem na 3D ispis baze 120x120x2mm za konstrukciju kocke. Ovo ću upotrijebiti za stvaranje svakog sloja LED dioda, što će biti oko 64 LED diode po sloju. Sada moram jednoliko rasporediti LED diode po ploči. Budući da je katoda oko 17 mm, ostavljajući 2 mm za lemljenje, otvorit ću rupe udaljene 15 mm. Počnimo s 3D ispisom.

Prvo redom postavljam LED diode i skraćujem katodu. Slično, namjestit ću 8 redova LED dioda s kratkim katodama. Kad završim, imam 1 katodni pin i 64 anodna pina, to čini 1 sloj.

Postavljanje 8 takvih slojeva jedan na drugi učinit će ga nestabilnim i struktura će se deformirati. Pa ću mu dati dodatnu podršku. Postoji nekoliko načina, a jedan takav način je korištenje posrebrene bakrene žice, ali budući da ovo nemam sa sobom, isprobat ću grubu metodu. Istezanje žice za lemljenje učvršćuje je pa ću je upotrijebiti za potporu. Nanesite malo lemljenja na katodne igle prije nego što upotrijebite žicu za pružanje potpore. Nadajmo se da će upotreba u sredini i sa strane dati kocki potrebnu snagu. Trebat će nam oko 16 žica i vrlo je važno da ovaj dio ispravimo.

Poravnat ću anodne igle kako bi bile simetrične.

LED diode se mogu povremeno oštetiti zbog topline lemljenja, pa ih je bolje provjeriti nakon izgradnje svakog sloja. Nakon završetka, slojevi se mogu sastaviti jedan na drugi, a ovaj put se anodni zatiči mogu zalemiti. Na kraju biste trebali imati 64 anodna igle i jednu katodnu iglu po sloju. Dakle, s ovih 64 + 8 = 72 pinova, trebali bismo moći kontrolirati svaku od LED dioda u ovoj kocki.

Sada nam je potrebna potporna struktura za sastavljanje slojeva jedan na drugi.

Pogriješio sam. Bio sam malo previše oduševljen i nisam provjerio jesu li anodni pinovi poravnani jedan s drugim. Trebao sam saviti anodne igle za 2 mm tako da se svaki sloj može zalemiti jedan na drugi i stvoriti ravnu liniju. Budući da to nisam učinio, morat ću ručno saviti sve igle koje sam lemio i to bi na kraju moglo utjecati na moju simetriju. No, kad ga konstruirate, pazite da ne napravite istu pogrešku. Sada je izgradnja završena, morat ćemo poraditi na upravljačkom krugu.

Korak 3: Krug upravljačkog programa - smanjite broj pinova

Kao što sam spomenuo na početku, trebat će nam 72 IO pina iz kontrolera, ali to je luksuz koji si ne možemo priuštiti. Dakle, izgradimo sklop multipleksiranja i smanjimo broj pinova. Pogledajmo primjer, uzmimo IC japanku. Ovo je japanka tipa D, nemojmo se brinuti o tehničkim karakteristikama u ovom trenutku. Temeljni posao IC -a je zapamtiti 8 pinova, od kojih su 2 za napajanje, D0 - D7 su ulazni pinovi za primanje podataka, a Q0 - Q7 izlazni pinovi za slanje obrađenih podataka. Pin za omogućavanje izlaza je aktivni niski pin, tj. Tek kad učinimo 0, ulazni podaci će se pojaviti u izlaznim pinovima. Tu je i pin za sat, da vidimo zašto nam treba.

Sada sam fiksirao IC na ploču i postavio ulazne vrijednosti na 10101010 s 8 LED dioda spojenih na izlaz. LED diode su sada uključene ili isključene na temelju ulaza. Dopustite mi da promijenim ulaz na 10101011 i provjerim izlaz. Ne vidim nikakvu promjenu sa LED diodama. Ali kad pošaljem niski do visoki impuls kroz satnu iglu, izlaz se mijenja ovisno o novom ulazu.

Ovaj ćemo koncept koristiti za razvoj naše upravljačke ploče. Ali naš IC može zapamtiti samo 8 ulaznih pin podataka, pa ćemo koristiti ukupno 8 takvih IC -ova za podršku 64 ulaza.

Korak 4: Dizajn upravljačkog kruga

Počinjem s multipleksiranjem svih ulaznih pinova IC -a na 8 podatkovnih pinova mikrokontrolera. Trik je ovdje podijeliti 64-bitne podatke 8 pinova u 8 bitova podataka.

Sada, kad proslijedim 8 bitova podataka prvom IC -u, nakon čega slijedi signal niskog do visokog impulsa u satnoj iglici, vidjet ću kako se ulazni podaci odražavaju u izlaznim pinovima. Slično, slanjem 8 bita podataka ostalim IC -ovima i kontroliranjem igala takta mogu poslati 64 bita podataka svim IC -ovima. Drugi je problem nedostatak taktova igle u kontroleru. Zato ću koristiti IC dekoder od 3 do 8 linija za multipleksiranje kontrola sata sata. Koristeći 3 adresna pina u dekoderu u kombinaciji s mikrokontrolerom mogu kontrolirati 8 izlaznih pinova dekodera. Tih 8 izlaznih pinova mora biti spojeno na taktove u IC -u. Sada moramo skratiti sve pinove za omogućavanje izlaza i spojiti se na pin na mikrokontroleru, pomoću toga bismo trebali moći uključiti ili isključiti sve LED diode.

Ono što smo do sada učinili je samo za jedan sloj, sada moramo proširiti funkcionalnost na druge slojeve putem programiranja. Jedan Led troši oko 15mA struje, pa ćemo prema tom broju trebati oko 1 Amp struje za jedan sloj. Sada Arduino pro mini ploča može samo izvoriti ili potopiti do 200 mA struje. Budući da je naša sklopna struja prevelika, morat ćemo koristiti BJT ili MOSFET za kontrolu sloja LED dioda. Nemam mnogo MOSFET -ova, ali imam nekoliko NPN i PNP tranzistora. Teoretski, možda ćemo morati prebaciti do 1 ampera struje po sloju. Od tranzistora koje sam dobio, najviši može prebaciti samo oko 800mA struje, tranzistor 2N22222.

Uzmimo dakle 2 tranzistora i povećajmo njihovu trenutnu sposobnost paralelnim povezivanjem. Mnogi ljudi kada usvoje ovu metodu koriste samo osnovni granični otpornik, no problem je ovdje u tome što temperatura mijenja struju kroz tranzistore i postaje neuravnotežena te uzrokuje probleme sa stabilnošću. Kako bismo ublažili problem, možemo upotrijebiti slična 2 otpornika u odašiljaču i za regulaciju struje čak i pri promjeni temperature. Taj se koncept naziva degeneracija emitera. Otpornik emitera daje svojevrsnu povratnu informaciju za stabilizaciju pojačanja tranzistora.

Ja ću samo koristiti otpornike samo u bazi. To bi moglo uzrokovati probleme u budućnosti, ali budući da je ovo samo prototip, riješit ću to kasnije.

Korak 5: Lemljenje komponenti

Sada, sklopimo krug na ploči. Počnimo s flipflop IC -ovima i u tu svrhu upotrijebimo IC držač. Uvijek počnite s prvim i posljednjim pinom, provjerite stabilnost, a zatim lemite ostale PIN -ove. Upotrijebimo i neko muško zaglavlje radi uključivanja i isključivanja otpornika za ograničavanje struje i radi povezivanja s kockom. Sada spojite IC kondenzatore za razdvajanje blizu pinova za napajanje IC -a.

Zatim, poradimo na mikrokontroleru. Da bismo ga mogli uključiti i uključiti, upotrijebimo držač i prvo spojimo ženske pinove, a zatim postavimo mikrokontroler.

Vrijeme je za rad na tranzistorima. Za spajanje na bazu tranzistora potrebno je 16 1K ohmskih otpornika. Kako bih zadržao uobičajene katodne pinove LED kocke u zadanom logičkom stanju, upotrijebit ću 8 K ohmski zip otpornik koji sadrži 8 otpornika. Na kraju, počnimo raditi na IC dekoderu adrese. Sada je krug pripremljen slično dizajnu kruga.

Korak 6: 3D ispis

Trebamo kućište za smještaj ploče i LED kocke, pa upotrijebimo 3D tiskano. Napravit ću ga u 3 dijela radi lakšeg sastavljanja.

Prvo, osnovna ploča za držanje LED strukture. Drugo, središnje tijelo za elektroniku. Treće, poklopac za zatvaranje kućišta.

Korak 7: Zaključno

Počnimo s montažom LED strukture. Igle možete gurnuti kroz rupe i izravno ih lemiti na ploču, ali radi stabilnosti prvo ću upotrijebiti perf ploču, a zatim je lemiti u krug. Koristim vrpčni kabel za lemljenje LED dioda, a zatim drugi kraj spojite na odgovarajuće izlazne pinove IC-ova za japanke.

Za povezivanje tranzistora i slojeva LED kocke moramo imati neovisne pinove za spajanje na katodne pinove. Prije nego ga uključimo, važno je provjeriti kontinuitet i napon između točaka. Kad sve bude dobro, IC se mogu spojiti i zatim uključiti. Opet je dobro provjeriti svijetle li sve LED diode izravnim priključivanjem na napajanje prije nego što ih spojite kroz krug. Ako se utvrdi da su svi dobri, tada se LED kabeli mogu spojiti na odgovarajuće japanke.

Učinimo nešto čišćenja - odspojite kabel za programiranje mikrokontrolera, odrežite izbočene pinove itd. Sada spojimo kabel za programiranje na tijelo kućišta, popravimo statusnu LED, prekidač za napajanje i na kraju prekidač za resetiranje. Blizu smo završetka, pa spojimo tri dijela. Počnite s LED postoljem prema tijelu, a zatim kad kabeli dobro sjednu dobro zatvorite poklopac na dnu.

Preuzmite kôd na Arduino Pro Mini i to je to!

Hvala Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ na izvrsnim uputama i kodu.