3x3 LED kocka zasnovana na Arduinu: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Pozdrav i dobrodošli u moj prvi Instructable.

Predstavljam jednostavan, uredan dizajn za početnike 3x3x3 LED kocke za početnike. Da bih vam olakšao izgradnju, dajem pojedinosti o acustom PCB-u, možete sami izraditi ili kupiti, upute i možete, poput mene, ponovno koristiti softver iz ove sjajne LED kocke Arduino knjižnice i arduino lib.

Jedan od ciljeva dizajna bio je koristiti samo dijelove kroz rupe, početnike je lakše lemiti i sve je lako dostupno putem interneta na vašim omiljenim web stranicama za dražbe/kupnju.

Dizajn se može napajati putem USB kabela ili istosmjernog adaptera od 7,5-12V.

Krug koristi skraćeni Arduino dizajn jezgre i možete ga programirati u krugu pomoću jeftinog programatora za programiranje u sustavu s krugom (ICSP) ili lako dostupnog adaptera USB na TTL. Jedini softver koji vam je potreban je časni Arduino IDE.

Ovaj dizajn nije revolucionaran, već se nadovezuje na neke prethodne radove i uredno sam ga zapakirao. Nadam se da ćete uživati.

Korak 1: Potrebni dijelovi

Ovaj dizajn koristi široko dostupne dijelove s rupama. Vaš omiljeni lokalni distributer trebao bi opskrbiti potrebne dijelove.

Potreban vam je Atmega 168p ili Atmega 328p s umetnutim Arduino pokretačkim programom. Možete ih pronaći na Ebayu, tražiti "arduino bootloader", pobrinite se da kupite varijantu Dual In Line (DIL). Također vam je potrebna USB utičnica tipa B, obična, starija, debela. Odabrao sam ovo jer se lako lemi. Tranzistori, T1-T3 su NPN tranzistori opće namjene, kao i navedene vrste, možete koristiti BC108, 2N2222, 2N3904 itd. Uvijek provjerite ispis tranzistora prema PCB-u.

Za najvažnije LED diode, pobrinite se da kupite LED diode visoke ili jako svijetle svjetlosti. Koristio sam 10000-12000mcd LED dioda od prodavatelja na Ebayu za primjer kocke prikazan ovdje. Želite svijetle, tako da i dalje možete vidjeti kocku pri normalnoj sobnoj rasvjeti. Uzmite u obzir da opis stavke opisuje kut gledanja, obično 20 stupnjeva, ali možete pronaći i širi kut gledanja. Ove ultra svijetle LED diode nisu najjasnije kada se gledaju sa strane. Možda ćete morati isprobati nekoliko LED dioda različitih dobavljača prije nego pronađete one koje odgovaraju vašim potrebama.

Kompletna lista dijelova:

Dio Vrijednost Opis PCB Lijepa zelena PCB ploča, napravite je ili kupite. 27 LED diode od 3 mm, boja po vašem izboru. C1 100n 100nF, 25V, 7,5 mm keramički kondenzator koraka C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm keramički kondenzator

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm keramički kondenzator koraka C4 100n 100nF, 25V, 7,5 mm keramički kondenzator C5 100n 100nF, 25V, 7,5 mm keramički kondenzator C6 10u 10uF 16V, kućište 5,5 mm Elektrolitički kondenzator, 16V C7 22u 10uF 16V, Kućište od 5,5 mm Elektrolitički kondenzator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 ili ATMEGA328 s Arduino pokretačkim programom IC2 L7805T L7805CV 5V, linearni regulator 100mA, paket IC92 ICSP ICSP traka za zaglavlje, 0,1 "korak, 2x3 utičnice. J1 DCJ0202 Utičnica za DC promjer, 2,1 mm JP1 zaglavlje sa zaglavljem, razmak 0,1 ", 1x3 smjera. Q2 16MHz 16MHz, kristal HC49 kućišta, 50 ppm, niski profil R1 10k 10K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R2 1k 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R3 1k 1K 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R4 1k 1K 1/ 4W otpornik metalnog filma 1% R5 470 470 1/4W otpornik metalnog filma 1% R6 1k 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R8 100 100R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R9 100 100R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R10 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R11 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R12 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R13 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R14 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R15 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R16 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R17 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R18 1k 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R19 LDR Opcijski LDR S1 S1 4 -pinski, PTH prekidač za montažu na PCB 6x6 mm. T1 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor male snage, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor male snage, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor male snage, TO92 X4 USB utičnica tipa B, nosač za PCB kroz otvor 4 x 3-5 mm visok zalijepite na gumene noge.

Korak 2: Dijagram kruga i objašnjenje rada

Shema je prikazana gore.

Dizajn se temelji na shemi Arduino Duemilanove, ogoljenoj do golih osnova. USB na serijski uređaj je uklonjen, ali postoji serijsko zaglavlje, JP1, koje omogućuje USB -u -TTL adapteru da programira uređaj, više o programiranju kasnije. Tu je i ICSP zaglavlje.

Ploča može raditi s USB priključka, koristeći prikladno napajanje od 5 V u računalu, ili jeftino punjenje za mobilne telefone u trgovini funta/dolar. Druga opcija koristi istosmjerni utikački ulaz, prihvaća istosmjerni ulaz od 7-15 V tako da možete koristiti bilo koji adapter koji imate. Krug koristi samo 30 mA pa bi odbačeni adapter s mrtvog gadgeta trebao funkcionirati, provjerite svoju kutiju za smeće.

Otpornici R12 do R17 postavljaju struju koja postavlja svjetlinu LED dioda. Sa prikazanim crvenim LED diodama i otpornicima 470R, struja je ~ 5mA po LED. Za izračun LED struje potreban vam je izlazni napon Atmega uređaja (4,2 V) i prednji pad napona LED, za crvenu LED to je 1,7 V. Formula je:

LED struja = (Atmega izlazni napon - LED napon)/I Led

S dijelovima koje sam koristio: LED struja = (4.2-1.7)/470LED struja = 5.31mA

Ograničite struju s Atmega 168/328 na 10mA

Neki uobičajeni padovi LED napona:

Crvena 1,7 V Žuta 2,1 Narančasta 2,1 V Zelena 2,2 V Plava 3,2 V Super plava 3,6 V Bijela hladna 3,6 V

Dakle, možete koristiti plavu LED diodu velike svjetline, otpornik bi pao na 270R. Možete povećati struju na 10mA, u mom sam testiranju otkrio da je 5mA dovoljno.

Tranzistori T1-T3 uobičajeni su NPN BJT tranzistori, BC547/BC548/2N2222 itd. Oni upravljaju uključivanjem svakog od tri sloja. Otpornici R2-R4 ograničavaju osnovnu struju otpornika.

R6 i PWR LED su izborni, kopirani s Arduina, očito je ako je napajanje uključeno u LED kocku.

C2, C3 i Q2 tvore krug sata za uređaj Atmega 168/328p, unaprijed programiran s pokretačkim programom. Uvjerite se da ovdje postavljate kondenzatore od 22 pF, a ne na drugom mjestu gdje se čip neće uspjeti pokrenuti. C1, C4 i C5 predstavljaju odvajanje napajanja. IC2, C6 i C7 tvore jednostavan linearni krug regulatora. Nema mnogo toga za reći o ovome, ali pazite da kondenzatore ispravno postavite. Na crtežu PCB -a i sitotisku nalaze se + simboli.

SK1 i R8 i R9 su serijsko sučelje. Pomoću USB na TTL adaptera možete programirati uređaj koristeći primjer ovdje

Korak 3: Dobivanje datoteka dizajna i izrada PCB -a

Podaci o dizajnu PCB -a mogu se preuzeti s Githuba na

Obrađene su Gerberove datoteke za slanje proizvođaču PCB -a, shematski i PCB preklop u-p.webp

PCB se mogao izraditi kod kuće, ja bih to učinio, ali ostao sam bez Etchanta. Dizajn se može izraditi pomoću jednostranog PCB -a, a gornji sloj (CRVENO na slikama) može se izvesti pomoću kalajisanih bakrenih žica. Koristio sam https://pcbshopper.com/ da pronađem odgovarajućeg dobavljača, za prototipe sam koristio Elecrow.

Dizajn PCB -a na Githubu ima 3 promjene u dizajnu prototipa koji je prikazan ovdje:

1. Regulator 7805CV zamijenjen je manjim regulatorom 78L05.
2. PCB se smanjio za 5 mm.
3. Uklonio sam polifuz iz USB +5V izvora.

Korak 4: Sastavljanje PCB -a

PCB je razumno jednostavan za sastavljanje. Za referencu sam dodao fotografiju sastavljene PCB -a i gornji izgled. Uvijek počinjem tako da najprije ugradim najmanje dijelove i radim prema gore, što je posebno važno ako nemate stalak za PCB.

1. Počnite tako da prvo postavite otpornike, nemojte ih još lemiti. Uvjerite se da ste ispravnu komponentu umetnuli na pravo mjesto. Radi lakše provjere, postavite ih tolerancijskim pojasom desno/dolje, što olakšava provjeru nakon toga. Ovdje pogledajte ako vam je potrebna pomoć pri identificiranju kodova boja otpornika. Nakon što provjerite jesu li ispravni dijelovi na pravom mjestu, lemite dijelove.
2. Lemiti kristal Q2 na mjestu i kondenzatore C2 i C3.
3. Lemite 28 -polnu utičnicu za Atmega168/328 na mjestu, provjerite imate li gornji zarez na iglici 1, to će spriječiti stavljanje uređaja unatrag.
4. Postavite ICSP i JP1 konektore.
5. Postavite kondenzatore C1, C4 i C5, sve 100nF (šifra dijela 104).
6. Linearni regulator IC2.
7. Ugradite tranzistore T1, T2 i T3. Uvjerite se da niste zamijenili T1/T2/T23 i IC1 jer su svi u istom paketu.
8. Odgovara S1, orijentacija nije bitna.
9. Postavite C6 i C7, pobrinite se za ispravan polaritet!
10. Postavite USB konektor X4.
11. Postavite utikač istosmjernog napajanja J1.

Posljednji bit za sastavljanje je SIL -ovo zaglavlje sa zavrtnjima. Koristim par finih rezača za pažljivo uklanjanje plastike sa svakog zatiča trake, ponavljam to dok ne dobijem 12 zavrnutih utičnica, zatim pomoću kliješta i 3 ruke lemim svaki zauzvrat na PCB. Kako većina ljudi nema 3 ruke, svaku rupu zalijepite lemljenjem, kako biste prekrili jastučić, ostavite da se ohladi. Zatim nanesite lemilicu da rastopite lem i umetnite iglu, uklonite lemilicu za spoj. Možda vam je potreban svježi lem ako imate suhi spoj.

Prije nego što provjerite svoje lemljenje, napravite kratku pauzu, možda za piće? Pregledajte svoje lemljenje, provjerite USB priključak jer su pinovi blisko razmaknuti i pinovi na uređaju Atmega168/328.

Kad budete zadovoljni svojim lemljenjem, pričvrstite samoljepljive nožice na donju stranu PCB -a.

Korak 5: Sastavljanje LED kocke

Ovo je najteži dio montaže. Ne žurite, ne bojte se.

Dodao sam bilješke na gornje slike jer slika govori tisuću riječi.

Nekoliko važnih točaka.

1. Osigurajte da pozitivni vod (duža noga) gleda prema dolje dok dizajn prelazi s +V na 9 LED dioda na svakom sloju.
2. Pobrinite se da je negativni vod savijen pod uglom od 90 stupnjeva u odnosu na LED, kako biste dobili vodoravne šipke.
3. Izgradite svaki sloj zasebno i dvaput/trostruko provjerite sastav.
4. Pobrinite se da je kalajisana bakrena žica, kada se koristi, na pola puta između svakog reda LED dioda, što olakšava pričvršćivanje žice prekidača slojeva.

Korak 6: Testiranje i završna montaža kocke

Prije nego što priključite sklop LED kocke ili uređaj Atmega168/328, možete napraviti nekoliko jednostavnih provjera.

Ako imate DMM (trebali biste ga imati ako gradite ovakav projekt), izmjerite otpor na pinovima 7 (pozitivan) i 8 (negativan) 28 -polne utičnice, trebali biste imati> 1K. Ako je niži od ovoga, provjerite lemljenje.

Zatim priključite ulaz 7-15V na J1, vraćajući se na pinove 7 i 8 28-polne utičnice, izmjerite napon, trebali biste vidjeti 5V, ali može biti bilo gdje između 4,90 V i 5,1 V, to je u redu. Ako ste ugradili R6 i PWR LED, ovaj bi trebao svijetliti.

Isključite J1, priključite USB kabel u X4, kabel priključite u čvorište ili napajanje na 5V USB adapter, ponovite očitanje napona na pinovima 7 i 8 28 -polne utičnice, je li očitanje oko 5 V?

Gore navedene provjere trebale su osigurati ispravne napone napajanja i pravilan polaritet.

Zatim pažljivo umetnite uređaj Atmega168p/328p. Savijte igle malo, ako je potrebno, kako bi odgovarale utičnici. Pomoću J1 i napajanja od 7-15V uključite napajanje i provjerite zagrijava li se IC2 ubrzo nakon uključivanja. U tom slučaju isključite napajanje i provjerite orijentaciju IC1.

Zatim pažljivo umetnite prvi red LED polja. Uvjerite se da je jedna od potpornih šipki od limene bakrene žice blizu PADL1, PADL2 i PADL3, to će vam trebati kasnije kada lemite žicu za svaki sloj. Najbolje je početi s kutnom iglom i pomoću par kliješta s iglastim nosem pažljivo savijati svaki zatik, red po red, kako bi se utičnica uklopila na PCB. Dodao sam gornju fotografiju prvog složenog sloja. Koristeći komad jednolančane žice 1/0,6, izrežite je na duljinu prikladnu za prelazak s PADL1/PADL2 ili PADL3 na svaki sloj kocke. Bilo mi je lakše umetnuti prvi red LED dioda u tiskanu ploču i lemiti kontrolnu žicu prvog sloja (prikazana bijelom bojom), a zatim se vratiti na prethodni korak, napraviti još jedan red, a zatim sastaviti svaki sloj na PCB jer je to osiguralo stabilnost baza.

Započnite lemljenjem sljedećeg sloja lemljenjem jedne od kutnih LED dioda, a zatim lemite suprotni kut. Sada provjerite da li je sloj u ravnini prije nego što više lemite. Nakon što podesite sloj, lemite ostale dvije kutne LED diode, niz bi trebao biti niveliran, ali ga ponovno provjerite. Lemiti preostale LED diode. Ponovite sklop sloja za završni sloj.

Korak 7: Programiranje

Ovisno o vašem uređaju Atmega, možda ćete morati programirati pokretački program ili samo preuzeti kod. Ako imate čip s već programiranim pokretačkim programom, možete koristiti USB na TTL adapter. Slijedite ovaj vodič:

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

Također možete upotrijebiti priključak 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP), za to možete upotrijebiti drugi Arduino:

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

Koristim Usbasp programer koji radi s Arduino IDE-om, to konfiguriram putem izbornika Alati-> Programer. Arduino/Atmel AVR programere možete kupiti jeftino putem Ebaya ili drugih aukcijskih stranica.

Preuzmite biblioteku LED kockica s https://github.com/gzip/arduino-ledcube, slijedite upute na Githubu i u direktoriju Primjeri potražite 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Ako koristite ICSP programer, držite shift prije nego kliknete upload kako biste uputili Arduino IDE da koristi programer. Ako koristite USB-na-TTL adapter, pritisnite i otpustite reset kad IDE završi sa sastavljanjem.

Nakon što je primjer koda programiran, trebali biste imati LED kocku s lijepim uzorcima.

Ovo je moje prvo uputstvo, komentari i povratne informacije su dobrodošli.