DIY LED kocka: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

LED kocka ni nič drugega kot tridimenzionalna paleta LED, ki zasvetijo v različnih oblikah in vzorcih. To je zanimiv projekt za učenje ali izboljšanje veščin spajkanja, oblikovanja vezij, 3D tiskanja in programiranja. Čeprav bi rad sestavil kocko RGB, mislim, da bom najprej začel s preprosto enobarvno led kocko, da bom pridobil izkušnje.

Bil sem zelo navdušen in navdihnjen nad Charjevim projektom iz Instructables, preverite, če imate čas.

Zgradil bom 8x8x8 led kocko, ki ni nič drugega kot 8 vrstic, 8 stolpcev in 8 plasti LED. To je skupaj 512 LED. Zdaj je najpomembnejši element LED, izberite najmanjšo velikost, da bo kocka kompaktna. Prav tako je bolje, da razpršene LED diode postavite na prosojne, ker prosojne svetlobe razpršijo svetlobo in niso zelo privlačne.

1. korak: potrebne komponente

LED - 512 kosov

Upori 1k, 220E - nekaj

Taktilno stikalo - 1 kos

Stikalo za vklop - 1 kos

Glave M/Ž - nekaj

Arduino Pro Mini - 1 kos

Kondenzatorji 0,1 uF - 9 kosov

Perfboard (15 cm x 15 cm) - 2 kosa

LED - 1 kos

74HC594 - 8 kosov

2N2222 Tranzistor - 16 kosov

74LS138D - 1 kos

Vtičnice IC 20 pin - 9pc

IC vtičnice 16 pol - 1 kos

Tračni kabli - 5 metrov

UART programer

RPS

Dostop do 3D tiskalnika

2. korak: Sestavljanje strukture LED kocke

Pobral sem paket 1000 razpršenih LED, od katerih bom uporabljal 512. Zdaj moramo biti sposobni samostojno upravljati vsako od LED, šele nato lahko naredimo zanimive vzorce.

Za krmiljenje LED bom uporabil ploščo Arduino Pro Mini, vendar ima ta plošča samo 21 zatičev za upravljanje LED. Lahko pa uporabim multiplekser za pogon vseh 512 LED skozi 21 zatičev.

Preden se lotimo zasnove gonilniškega vezja, zgradimo strukturo za LED kocko. Zelo pomembno je, da imamo simetrijo pravo, da bo kocka videti dobro, zato si najprej pripravimo koncert, ki nam bo pomagal ohraniti simetrijo.

3D -tiskal bom podstavek 120x120x2mm za izdelavo kocke. To bom uporabil za ustvarjanje vsake plasti LED, kar bo približno 64 LED na plast. Zdaj moram LED enakomerno razporediti po plošči. Ker je katoda približno 17 mm, 2 mm pa ostane za spajkanje, bom luknje razporedil 15 mm narazen. Začnimo s 3D tiskanjem.

Najprej po vrsti razporedim LED in skrajšam katodo. Podobno bom uredil 8 vrstic LED s kratkimi katodami. Ko končam, imam 1 katodni zatič in 64 anodnih zatičev, kar tvori 1 plast.

Če 8 takih slojev postavite drug na drugega, bo nestabilen, struktura pa se bo deformirala. Zato mu bom dal dodatno podporo. Obstaja kar nekaj načinov, eden takšnih pa je uporaba posrebrene bakrene žice, a ker tega nimam pri sebi, bom preizkusil surovo metodo. Raztezanje spajkalne žice ga utrdi, zato ga bom uporabil za podporo. Preden uporabite žico za podporo, na katodne zatiče nanesite nekaj spajkanja. Upajmo, da bo uporaba v sredini in na straneh dala kocki moč, ki jo potrebuje. Potrebovali bomo približno 16 žic in zelo pomembno je, da ta del pravilno popravimo.

Anodne zatiče bom poravnal, da bodo simetrični.

LED se lahko zaradi toplote spajkanja včasih poškodujejo, zato jih je bolje preveriti po izdelavi vsakega sloja. Ko je plast narejena, jo lahko sestavimo eno na drugo in tokrat anodne zatiče spajkamo. Na koncu bi morali imeti 64 anodnih zatičev in en katodni zatič na plast. Torej bi morali s temi 64 + 8 = 72 zatiči nadzorovati vsako od LED v tej kocki.

Zdaj potrebujemo podporno strukturo za sestavljanje plasti drug na drugega.

Naredil sem napako. Bil sem malo preveč navdušen in nisem preveril, ali so anodni zatiči poravnani drug z drugim. Moral bi upogniti anodne zatiče za 2 mm, tako da je mogoče vsako plast spajati med seboj in oblikovati ravno črto. Ker tega nisem storil, bom moral ročno upogniti vse zatiče, ki sem jih spajkal, kar bi lahko na koncu vplivalo na mojo simetrijo. Ko pa jo sestavite, pazite, da ne naredite iste napake. Zdaj je gradnja končana, delati bomo morali na gonilniškem vezju.

3. korak: Voznikovo vezje - Zmanjšajte število zatičev

Kot sem omenil na začetku, bomo potrebovali 72 IO zatičev iz krmilnika, vendar si tega ne moremo privoščiti. Zato zgradimo vezje multipleksiranja in zmanjšajmo število zatičev. Poglejmo primer, vzemimo IC s flip-flopom. To je natikač tipa D, ne skrbimo za tehnične značilnosti na tej točki. Temeljna naloga IC je, da si zapomni 8 zatičev, od tega 2 za napajanje, D0 - D7 so vhodni zatiči za sprejem podatkov in Q0 - Q7 so izhodni zatiči za pošiljanje obdelanih podatkov. Pin za omogočanje izhoda je aktivni nizek zatič, tj. Šele, ko nastavimo na 0, se bodo vhodni podatki prikazali na izhodnih zatičih. Obstaja tudi zatič za uro, poglejmo, zakaj ga potrebujemo.

Zdaj sem pritrdil IC na ploščo in nastavil vrednosti vhoda na 10101010 z 8 LED diodami, priključenimi na izhod. Zdaj so LED vklopljene ali izklopljene glede na vhod. Naj spremenim vhod v 10101011 in preverim izhod. Pri LED diodah ne vidim nobene spremembe. Ko pa pošljem nizki do visoki impulz skozi zatič ure, se izhod spremeni glede na nov vhod.

Ta koncept bomo uporabili za razvoj našega gonilnega vezja. Toda naš IC se lahko spomni le 8 vhodnih pin podatkov, zato bomo skupaj uporabili 8 takih IC za podporo 64 vhodov.

4. korak: Oblikovanje vezja voznika

Začnem z multipleksiranjem vseh vhodnih zatičev IC na 8 podatkovnih zatičev mikrokrmilnika. Trik tukaj je, da 64-bitne podatke 8 zatičev razdelite na 8 bitov podatkov.

Zdaj, ko posredujem 8 bitov podatkov prvemu IC, čemur sledi signal nizkega do visokega impulza v uri za uro, bom videl, da se vhodni podatki odražajo v izhodnih zatičih. Podobno lahko s pošiljanjem 8 bitov podatkov preostalim IC -jem in nadzorom zatičev ure pošljem 64 bitov podatkov vsem IC. Druga težava je pomanjkanje urnih zatičev v krmilniku. Zato bom uporabil 3 do 8 linijski dekoder IC za multipleksiranje krmilnikov za uro. Z uporabo 3 naslovnih zatičev v dekoderju v kombinaciji z mikrokrmilnikom lahko nadziram 8 izhodnih zatičev dekoderja. Teh 8 izhodnih zatičev je treba povezati z urami v IC -jih. Zdaj moramo skrajšati vse zatiče za omogočanje izhoda in se povezati z nožico na mikrokrmilniku, s tem bi morali imeti možnost vklopa ali izklopa vseh LED.

Kar smo doslej naredili, je samo za eno plast, zdaj moramo s programiranjem razširiti funkcionalnost na druge plasti. En Led porabi približno 15 mA toka, zato bomo za to število potrebovali približno 1 Amp toka za en sloj. Zdaj lahko mini plošča Arduino pro proizvede ali potone le do 200 mA toka. Ker je naš preklopni tok prevelik, bomo morali za nadzor plasti LED uporabiti BJT ali MOSFET. Nimam veliko MOSFET -ov, vendar imam nekaj tranzistorjev NPN in PNP. Teoretično bomo morda morali preklopiti do 1 amp toka na plast. Od tranzistorjev, ki sem jih dobil, lahko najvišji preklopi le približno 800 mA toka, tranzistor 2N22222.

Vzemimo torej 2 tranzistorja in povečajmo njihovo trenutno zmogljivost tako, da ju vzporedno povežemo. Mnogi ljudje, ko sprejmejo to metodo, uporabljajo samo osnovni mejni upor, vendar je problem tukaj, ker temperaturne spremembe toka skozi tranzistorje postanejo neuravnotežene in povzročajo težave s stabilnostjo. Za ublažitev problema lahko uporabimo podobna 2 upora v oddajniku za uravnavanje toka tudi pri spremembi temperature. Ta koncept se imenuje degeneracija oddajnika. Oddajniški upor zagotavlja neke vrste povratno informacijo za stabilizacijo dobička tranzistorja.

Uporabil bom samo upore v bazi. To bi lahko v prihodnosti povzročilo težave, a ker je to le prototip, se bom tega lotil kasneje.

5. korak: Spajkanje komponent

Zdaj pa sestavimo vezje na plošči. Začnimo s flipflop IC -ji in v ta namen uporabimo držalo IC. Vedno začnite s prvim in zadnjim zatičem, preverite stabilnost, nato spajkajte preostale kode PIN. Uporabimo tudi moško glavo zaradi priključitve in omejevanja trenutnih omejevalnih uporov in povezljivosti s kocko. Zdaj priključite IC ločevalne kondenzatorje blizu napajalnih zatičev IC.

Nato se lotimo mikrokrmilnika. Če želite, da se vklopi in predvaja, uporabimo držalo in najprej povežemo ženske zatiče, nato postavimo mikrokrmilnik.

Čas je za delo na tranzistorjih. Za priključitev na osnovo tranzistorjev je potrebnih 16 uporov 1K ohma. Da bi bili skupni katodni zatiči LED kocke v privzetem logičnem stanju, bom uporabil 8 K ohmski upor z zadrgo, ki vsebuje 8 uporov. Končno se lotimo IC dekodirnika naslovov. Zdaj je vezje pripravljeno podobno kot vezje.

6. korak: 3D tiskanje

Potrebujemo ohišje za namestitev tiskanega vezja in LED kocke, zato uporabimo 3D tiskano. Za lažje sestavljanje ga bom razdelil na 3 dele.

Najprej osnovna plošča za držanje vodilne strukture. Drugič, osrednje telo za elektroniko. Tretjič, pokrov za zapiranje ohišja.

7. korak: Zaključek

Začnimo z montažo led strukture. Zatiče lahko potisnete skozi luknje in jih neposredno spajkate na vezje, vendar bom zaradi stabilnosti najprej uporabil perf ploščo, nato pa jo spajal v vezje. Za spajkanje LED uporabljam trakovni kabel, nato pa drugi konec povežem z ustreznimi izhodnimi zatiči IC-ja flip-flop.

Za povezavo med tranzistorjem in plastmi LED kocke moramo imeti neodvisne zatiče za povezavo s katodnimi zatiči. Preden ga vklopimo, je pomembno preveriti neprekinjenost in napetost med točkami. Ko je vse v redu, lahko IC povežemo in nato vklopimo. Še enkrat je dobro preveriti, ali svetijo svetleče diode, tako da jih priklopite neposredno na napajanje, preden jih priključite skozi vezje. Če je vse v redu, lahko LED kable povežete z ustreznimi japonkami.

Naredimo nekaj čiščenja - odklopite programski kabel mikrokrmilnika, odrežite štrleče zatiče itd. Zdaj pa priključimo programski kabel na ohišje ohišja, popravimo statusno LED, stikalo za vklop in na koncu stikalo za ponastavitev. Smo blizu zaključka, zato sestavimo 3 dele. Začnite z LED podnožjem proti telesu, nato pa, ko so kabli dobro nameščeni, zaprite pokrov na dnu.

Prenesite kodo v Arduino Pro Mini in to je to!

Hvala Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ za odličen Instructable in Code.