Arduino LED kocka 3x3: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Pozdravljeni in dobrodošli v mojem prvem Instructable.

Predstavljam preprost in čeden dizajn za začetnike LED kocke 3x3x3. Za lažjo gradnjo podajam podrobnosti o acustom PCB, ki jih lahko izdelate sami ali kupite, navodila in lahko, tako kot jaz, znova uporabite programsko opremo iz te odlične LED kocke Arduino knjižnice in arduino lib.

Eden od načrtovalskih ciljev je bil, da se uporabljajo le skozi luknje, začetnike lažje spajkajo in vse je na voljo na internetu na vaših najljubših dražbenih/nakupovalnih mestih.

Zasnovo lahko napajate s kablom USB ali napajalnikom 7,5-12V DC.

Vezje uporablja skrajšano zasnovo jedra Arduino in ga lahko programirate v vezju s pomočjo poceni programatorja za programiranje v vezju (ICSP) ali preprosto dostopnega adapterja USB na TTL. Edina programska oprema, ki jo potrebujete, je častitljivi Arduino IDE.

Ta zasnova ni revolucionarna, ampak le temelji na nekaterih prejšnjih delih in sem jo lepo zapakiral. Upam, da boste uživali.

1. korak: potrebni deli

Ta zasnova uporablja široko dostopne dele za luknje. Vaš najljubši lokalni distributer mora založiti dele, ki jih potrebujete.

Potrebujete Atmega 168p ali Atmega 328p z vstavljenim nalagalnikom Arduino. Te lahko najdete na Ebayu, poiščite "arduino bootloader" in se prepričajte, da kupujete različico Dual In Line (DIL). Potrebujete tudi običajno vtičnico USB tipa B, običajno, starejšo, debelo. To sem izbral, ker ga je enostavno spajkati. Tranzistorji, T1-T3 so tranzistorji NPN splošnega namena, pa tudi navedene vrste, lahko uporabite BC108, 2N2222, 2N3904 itd., Vedno pa preverite tranzistor pinout proti tiskanemu vezju.

Za vse pomembne LED diode poskrbite, da boste kupili LED z visoko svetilnostjo ali ultra svetle LED diode. Za primer kocke, prikazane tukaj, sem uporabil 10000-12000mcd LED diod od prodajalca na Ebayu. Želite svetle, tako da lahko kocko še vedno vidite pri običajni sobni razsvetljavi. Če opis predmeta podrobno navaja vidni kot, običajno 20 stopinj, lahko pa ga najdete s širšim vidnim kotom, upoštevajte. Te ultra svetle LED diode niso najbolj jasne, če jih gledate s strani. Morda boste morali preizkusiti nekaj LED od različnih dobaviteljev, preden najdete tiste, ki ustrezajo vašim potrebam.

Celoten seznam delov:

Del Vrednost Opis PCB Lepo zeleno tiskano vezje, naredite ga ali kupite. 27 3 mm LED diode, barva po vaši izbiri. C1 100n 100nF, 25V, 7,5 mm keramični kondenzator C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm nagib keramični kondenzator

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 -milimetrski keramični kondenzator C4 100n 100nF, 25V, 7,5 -milimetrski keramični kondenzator C5 100n 100nF, 25V, 7,5 -milimetrski keramični kondenzator C6 10u 10uF 16V, 5,5 mm ohišje Elektrolitski kondenzator, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5 mm ohišje Elektrolitski kondenzator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 ali ATMEGA328 z zagonskim nalagalnikom Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, linearni regulator 100mA, paket TO92 ICSP ICSP zatični trak, 0,1 "korak, 2x3 vtičnica. J1 DCJ0202 DC vtičnica, 2,1 mm JP1 trak glave zatiča, 0,1 "korak, 1x3 smer. Q2 16MHz 16MHz, HC49 ohišje kristala, 50 ppm, nizki profil R1 10k 10K 1/4W kovinski filmski upor 1% R2 1k 1K 1/4W kovinski filmski upor 1% R3 1k 1K 1/4W kovinski filmski upor 1% R4 1k 1K 1/ 4W kovinski filmski upor 1% R5 470 470 1/4W kovinski filmski upor 1% R6 1k 1K 1/4W kovinski filmski upor 1% R8 100 100R 1/4W kovinski filmski upor 1% R9 100 100R 1/4W kovinski filmski upor 1% R10 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R11 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R12 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R13 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R14 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R15 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R16 470 470R 1/4W kovinski filmski upor 1% R17 470 470R 1/4W kovinski upor 1% R18 1k 1K 1/4W kovinski filmski upor 1% R19 LDR Izbirno LDR S1 S1 4 -polno stikalo, pritrjeno na PCB 6x6 mm, na stikalo PTH. T1 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor z nizko močjo, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor z nizko močjo, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor z nizko močjo, TO92 X4 vtičnica USB tipa B, montaža na PCB skozi luknjo. 4 x 3-5 mm visoko prilepite na gumijaste noge.

2. korak: Shema vezja in razlaga delovanja

Shema je prikazana zgoraj.

Zasnova temelji na shemi Arduino Duemilanove, razčlenjeni do bistvenega. USB na serijsko napravo je bil odstranjen, vendar obstaja serijska glava JP1, ki omogoča, da adapter USB -TTL programira napravo, več o programiranju kasneje. Obstaja tudi glava ICSP.

Plošča lahko deluje prek vtiča USB z uporabo priročnega napajanja 5 V v računalniku ali poceni polnilnika za mobilne telefone v trgovini funt/dolar. Druga možnost uporablja enosmerni vtični vhod, ki sprejema 7-15V enosmerni vhod, tako da lahko uporabite kateri koli vtični adapter, ki ga imate. Vezje uporablja samo 30 mA, zato bi moral zavržen adapter z mrtvega pripomočka delovati, preverite polje za neželene vsebine.

Upori R12 do R17 nastavljajo tok, ki nastavlja svetlost LED. Pri prikazanih rdečih LED diodah in uporih 470R je tok ~ 5 mA na LED. Za izračun toka LED potrebujete izhodno napetost naprave Atmega (4,2 V) in padec napetosti LED naprej, pri rdeči LED je 1,7 V. Formula je:

LED tok = (Atmega izhodna napetost - LED napetost)/I Led

Z deli, ki sem jih uporabil: LED tok = (4,2-1,7)/470LED tok = 5,31 mA

Omejite tok z Atmega 168/328 na 10 mA

Nekateri pogosti padci napetosti LED:

Rdeča 1,7 V Rumena 2,1 Vrančasta 2,1 V Zelena 2,2 V Modra 3,2 V Super modra 3,6 V Bela hladna 3,6 V

Tako lahko uporabite modro LED z visoko svetlostjo, upor bi padel na 270R. Lahko povečate tok na 10 mA, pri mojem testiranju sem ugotovil, da zadostuje 5 mA.

Tranzistorji T1-T3 so običajni tranzistorji NPN BJT, BC547/BC548/2N2222 itd. Nadzirajo preklapljanje vsake od treh plasti. Upori R2-R4 omejujejo osnovni tok upora.

R6 in LED PWR sta neobvezna, kopirana iz Arduina, kar je očitno, če je napajanje na LED kocki.

C2, C3 in Q2 tvorijo vezje ure za napravo Atmega 168/328p, predhodno programirano z zagonskim nalagalnikom. Prepričajte se, da kondenzatorje 22pF namestite tukaj in ne drugje, kjer se čip ne bo zagnal. C1, C4 in C5 so ločitev napajalnika. IC2, C6 in C7 tvorijo preprosto linearno regulatorno vezje. O tem ni veliko za povedati, vendar pazite, da kondenzatorje pravilno namestite. Na risbi tiskanega vezja in sitotisku sta simbola +.

SK1, R8 in R9 sta serijski vmesnik. Z adapterjem USB v TTL lahko napravo programirate z uporabo primera tukaj

3. korak: Pridobitev oblikovalskih datotek in izdelava tiskanega vezja

Podatke o načrtovanju tiskanih vezij lahko prenesete iz Github na naslovu

Obstajajo obdelane datoteke Gerber za pošiljanje izdelovalcem tiskanih vezij, shematske in prekrivne plošče v formatu-p.webp

PCB bi lahko izdelali doma, jaz bi to storil, vendar mi je zmanjkalo Etchanta. Zasnova je lahko izdelana z enostranskim tiskanim vezjem, zgornja plast (RDEČA na slikah) pa se lahko izvede z uporabo povezav iz pokositrene bakrene žice. Uporabil sem https://pcbshopper.com/, da sem našel ustreznega prodajalca, za prototipe sem uporabil Elecrow.

Zasnova tiskanega vezja v Githubu ima 3 spremembe v prototipni zasnovi, prikazani tukaj:

1. Regulator 7805CV je bil zamenjan z manjšim regulatorjem 78L05.
2. PCB se je skrčil za 5 mm.
3. Polifuzo sem odstranil iz vira USB +5V.

4. korak: Sestavljanje tiskanega vezja

PCB je razumno enostaven za sestavljanje. Za referenco sem dodal fotografijo sestavljenega tiskanega vezja in zgornjo postavitev. Vedno začnem tako, da najprej namestim najmanjše dele in delam navzgor, še posebej pomembno, če nimate stojala za PCB.

1. Začnite tako, da najprej namestite upore, ne spajkajte jih še. Poskrbite, da boste pravilno komponento vstavili na pravo mesto. Za lažje preverjanje jih namestite s tolerančnim pasom desno/spodaj, kar olajša preverjanje. Tukaj poiščite, če potrebujete pomoč pri prepoznavanju barvnih kod upora. Ko preverite, ali so pravilni deli na pravem mestu, jih spajkajte.
2. Spajkajte kristal Q2 na mestu in kondenzatorja C2 in C3.
3. Spajite 28 -polno vtičnico za Atmega168/328 na mestu, poskrbite, da imate zarezo 1 na vrhu, kar preprečuje, da bi napravo postavili nazaj.
4. Namestite priključka ICSP in JP1.
5. Namestite kondenzatorje C1, C4 in C5, vse 100nF (oznaka dela 104).
6. Linearni regulator IC2.
7. Namestite tranzistorje T1, T2 in T3. Prepričajte se, da niste zamenjali T1/T2/T23 in IC1, saj sta vsi v istem paketu.
8. Namestite S1, orientacija ni pomembna.
9. Namestite C6 in C7, zagotovite pravilno polariteto!
10. Namestite priključek USB X4.
11. Namestite enosmerni vtič J1.

Zadnji del, ki ga je treba sestaviti, je glava SIL obrnjenega zatiča. S pari finimi rezalniki previdno odstranim plastiko z vsakega zatiča traku, to ponavljam, dokler ne dobim 12 obrnjenih vtičnic, nato pa s kleščami in tremi rokami vsako za drugo spajkam na tiskano vezje. Ker večina ljudi nima treh rok, vsako luknjo kosite z nekaj spajkanja, da prekrijete blazinico in pustite, da se ohladi. Nato uporabite spajkalnik, da stopite spajkalnik in vstavite zatič, odstranite spajkalnik za spoj. Če imate suh spoj, boste morda potrebovali nekaj svežega spajkanja.

Preden preverite spajkanje, si vzemite kratek odmor, morda za pijačo? Preglejte spajkanje, preverite priključek USB, saj so nožice blizu in zatiči na napravi Atmega168/328.

Ko ste zadovoljni s spajkanjem, pritrdite samolepilne nogice na spodnjo stran tiskanega vezja.

5. korak: Sestavljanje LED kocke

To je najtežji del sestave. Vzemite si čas, ne bojte se.

Zgornjim slikam sem dodal opombe, saj slika pove tisoč besed.

Nekaj pomembnih točk.

1. Poskrbite, da bo pozitivni vod (daljša noga) usmerjen navzdol, ko bo zasnova preklopila +V na 9 LED na vsaki plasti.
2. Prepričajte se, da je negativni vod upognjen pod kotom 90 stopinj glede na LED, da naredite vodoravne palice.
3. Zgradite vsako plast posebej in dvakrat/trojno preverite zgradbo.
4. Prepričajte se, da je kositrena bakrena žica, ko je v uporabi, na polovici poti med vsako vrsto LED, kar olajša pritrditev žice stikala za plast.

6. korak: Testiranje in končna montaža kocke

Preden priključite sklop LED kocke ali napravo Atmega168/328, lahko izvedete nekaj preprostih preverjanj.

Če imate DMM (morate ga imeti, če gradite takšen projekt), izmerite upornost na nožicah 7 (pozitivni) in 8 (negativni) 28 -polne vtičnice, bi morali imeti> 1K. Če je nižja od te, preverite spajkanje.

Nato priključite 7-15V vhod na J1 in se vrnite na nožice 7 in 8 28-polne vtičnice, izmerite napetost, videli boste 5V, vendar je lahko kjerkoli med 4,90 V in 5,1 V, to je v redu. Če ste namestili R6 in LED PWR, naj ta sveti.

Odklopite J1, priključite kabel USB v X4, kabel priključite v zvezdišče ali omrežje v 5V USB adapter, ponovite odčitavanje napetosti na nožicah 7 in 8 28 -polne vtičnice, ali je odčitek okoli 5V?

Zgornja preverjanja so bila za zagotovitev pravilne napajalne napetosti in pravilne polaritete.

Nato previdno vstavite napravo Atmega168p/328p. Če je potrebno, rahlo upognite zatiče, da se prilegajo vtičnici. Z J1 in napajanjem 7-15V vklopite napajanje in preverite, ali se IC2 segreje kmalu po vklopu. Če se to zgodi, izklopite napajanje in preverite usmerjenost IC1.

Nato previdno vstavite prvo vrstico matrike LED. Prepričajte se, da je ena od podpornih bakrenih žic iz kositrene žice blizu PADL1, PADL2 in PADL3, to potrebujete kasneje, ko žico spajkate za vsako plast. Najbolje je, da začnete z vogalnim zatičem in z uporabo par klešč za igelni nos rahlo upognite vsak zatič, eno za drugo, da se prilega vtičnici na tiskanem vezju. Zgoraj sem dodal fotografijo prve sestavljene plasti. Z kosom enožične 1/0,6 žice ga razrežite na dolžino, primerno za prehod od PADL1/PADL2 ali PADL3 do vsakega sloja kocke. Ugotovil sem, da je lažje vstaviti prvo vrsto LED v tiskano vezje in spajkati krmilno žico prve plasti (prikazano v beli barvi), nato pa se vrniti na prejšnji korak, narediti drugo vrstico in nato sestaviti vsako plast na tiskano vezje, saj je to zagotovilo stabilnost bazo.

Začnite s spajkanjem naslednjega sloja s spajkanjem ene od vogalnih LED, nato pa spajkajte nasprotni kot. Zdaj preverite, ali je plast ravna, preden jo še spajkate. Ko prilagodite plast, spajkate drugi dve kotni LED, mora biti matrika poravnana, vendar jo znova preverite. Spajkajte preostale LED diode. Za zadnji sloj ponovite sklop plasti.

7. korak: Programiranje

Odvisno od vaše naprave Atmega boste morda morali programirati zagonski nalagalnik ali preprosto prenesti kodo. Če imate čip z že programiranim zagonskim nalagalnikom, lahko uporabite adapter USB na TTL. Sledite tem navodilom:

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

Uporabite lahko tudi priključek 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP), za to lahko uporabite drug Arduino:

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

Uporabljam programer Usbasp, ki deluje z Arduino IDE, to konfiguriram v meniju Orodja-> Programer. Programerje Arduino/Atmel AVR lahko poceni poberete prek Ebaya ali drugih dražbenih mest.

Prenesite knjižnico LED kock s spletnega mesta https://github.com/gzip/arduino-ledcube, sledite navodilom na Githubu in v imeniku Primeri poiščite 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Če uporabljate programer ICSP, pridržite tipko Shift, preden kliknete nalaganje, da naročite Arduino IDE, naj uporablja programer. Če uporabljate adapter USB-to TTL, pritisnite in spustite reset, ko IDE konča s sestavljanjem.

Ko je bila vzorčna koda programirana, bi morali imeti LED kocko z lepimi vzorci.

To je moj prvi pouk, komentarji in povratne informacije so dobrodošli.