קוביית LED DIY: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

קוביית ה- LED אינה אלא מערך תלת מימדי של נוריות LED שיאירו בצורות ודפוסים שונים. זהו פרויקט מעניין ללמוד או לשפר את כישורי הלחמה, עיצוב מעגלים, הדפסה תלת מימדית ותכנות. למרות שהייתי רוצה לבנות קוביית RGB, אני חושב שאתחיל עם קובייה פשוטה בצבע אחד כדי לצבור ניסיון.

התרשמתי במיוחד והשראה אותי מהפרויקט של צ'אר מ- Instructables, כדאי שתבדוק אם יש לך זמן.

אני עומד לבנות קוביית LED בגודל 8x8x8, שאינה אלא 8 שורות, 8 עמודים ו -8 שכבות של נוריות LED. זה 512 נוריות בסך הכל. כעת, הפריט החשוב ביותר הוא ה- LED, בחר את הגודל הקטן ביותר כך שהקובייה תהיה קומפקטית. כמו כן, עדיף לקבל את הנורות המפוזרות על אלה שקופות כיוון שהשקופות מפזרות אור ואינן מושכות במיוחד.

שלב 1: דרושים רכיבים

נוריות - 512 יחידות

נגדים 1k, 220E - מעטים

מתג מישוש - 1 יחידה

מתג לחיצה למצב ON - 1 יחידה

כותרות M/F - מעטות

Arduino Pro Mini - 1 יח '

קבלים 0.1uF - 9pc

פרבורד (15 ס"מ על 15 ס"מ) - 2 יח '

LED - 1 יח '

74HC594 - 8 יח '

טרנזיסטור 2N2222 - 16 יחידות

74LS138D - 1 יח '

שקעי IC 20 פינים - 9 יח '

שקעי IC 16 פינים - 1 יח '

כבלי סרט - 5 מטר

מתכנת UART

RPS

גישה למדפסת תלת מימד

שלב 2: הרכבת המבנה של קוביית LED

אספתי חבילה של 1000 נוריות מפוזרות שמהן אשתמש 512. כעת, עלינו להיות מסוגלים לשלוט בכל אחת מהנוריות באופן עצמאי, רק אז נוכל ליצור דפוסים מעניינים.

אני הולך להשתמש בלוח Arduino Pro Mini לשליטה בנורות הלדים, אך ללוח זה יש 21 סיכות בלבד לשליטה בנורות הלדים. אבל אני יכול להשתמש במכפלה כדי להניע את כל 512 הלדים דרך 21 הפינים.

לפני שנכנס לעיצוב מעגל הנהג, בואו נבנה את המבנה של קוביית ה- LED. חשוב מאוד שנעשה את הסימטריה הנכונה כדי שהקובייה תיראה טוב, אז קודם כל נכין הופעה שתסייע לנו לשמור על סימטריה.

אני הולך להדפיס תלת מימד בסיס 120x120x2mm לבניית הקובייה. אני הולך להשתמש בזה כדי ליצור כל שכבת נוריות, שיהיו בערך 64 נוריות לד לשכבה. עכשיו, אני צריך לרווח את נוריות LED באופן אחיד על הלוח. מכיוון שהקטודה היא בערך 17 מ"מ, ומשאירה 2 מ"מ להלחמה, אני הולכת לחלל את החורים במרחק של 15 מ"מ זה מזה. נתחיל בהדפסה תלת מימדית.

אני קודם כל מסדר את הלדים בשורה וקצר את הקתודה. באופן דומה, אני הולך לסדר 8 שורות של נוריות כאשר הקתודות שלהן קצרות. ברגע שזה נעשה, יש לי סיכת קתודה אחת ו -64 סיכות אנודה, זה יוצר שכבה אחת.

סידור 8 שכבות כאלה זו על גבי זו יהפוך אותו ליציב והמבנה יתעוות. אז אני אתן לזה תמיכה נוספת. יש לא מעט דרכים לעשות ואחת כזו היא להשתמש בחוט נחושת מצופה כסף, אך מכיוון שאין לי את זה איתי אני הולך לנסות שיטה גסה. מתיחת חוט ההלחמה מקשיחה אותו, אז אני הולך להשתמש בזה לתמיכה. החל מעט הלחמה על סיכות הקתודה לפני השימוש בחוט כדי לתת תמיכה. אני מקווה שהשימוש בו במרכז ובצדדים אמור לתת לקוביה את הכוח הדרוש לה. נזדקק לכ -16 חוטים וחשוב מאוד שנעשה את החלק הזה נכון.

אני הולך ליישר את סיכות האנודה כדי שיהיו סימטריות.

נוריות ה- LED עלולות להיפגע לפעמים בגלל חום ההלחמה, ולכן עדיף לבדוק אותן לאחר בניית כל שכבה. לאחר סיום, ניתן להרכיב את השכבות זו על זו והפעם ניתן להלחם את סיכות האנודה. בסופו של דבר, אמורים להיות לך 64 סיכות אנודה וסיכת קתודה אחת לשכבה. אז עם 64 + 8 = 72 סיכות אלה, אנחנו אמורים להיות מסוגלים לשלוט בכל אחת מהנוריות בקוביה הזו.

כעת, אנו זקוקים למבנה תמיכה להרכבת השכבות זו על זו.

עשיתי טעות. הייתי קצת נלהב מדי ולא בדקתי אם סיכות האנודה מיושרות זו לזו. הייתי צריך לכופף את סיכות האנודה ב -2 מ מ, כך שניתן יהיה להלחם כל שכבה זו לזו וליצור קו ישר. מכיוון שלא עשיתי זאת, אצטרך לכופף ידנית את כל הסיכות שהלחמתי וזה עלול להשפיע על הסימטריה שלי בסופו של דבר. אך כאשר אתה בונה אותו, היזהר שלא לעשות את אותה הטעות. עכשיו הבנייה הושלמה, נצטרך לעבוד על מעגל הנהג.

שלב 3: מעגל נהגים - צמצום מספר הסיכות

כמו שציינתי בהתחלה, נצטרך 72 סיכות IO מהבקר, אבל זה מותרות שאנחנו לא יכולים להרשות לעצמנו. אז בואו נבנה מעגל ריבוב ונצמצם את מספר הפינים. בואו נסתכל על דוגמה, בואו ניקח IC כפכפים. זוהי כפכף מסוג D, בואו לא נדאג מהטכנולוגיות בשלב זה. התפקיד הבסיסי של ה- IC הוא לזכור את 8 הפינים, מתוכם 2 עבור אספקת חשמל, D0 - D7 הם סיכות הקלט לקבלת הנתונים ו- Q0 - Q7 הם סיכות הפלט לשליחת הנתונים המעובדים. סיכת הפלט הפלט היא סיכה נמוכה פעילה, כלומר רק כשאנו עושים אותה 0 יופיעו נתוני הקלט בסיכות הפלט. יש גם סיכת שעון, בואו נראה מדוע אנו זקוקים לה.

כעת, תיקנתי את ה- IC על לוח לחם והגדרתי את הקלט של הערכים ל- 10101010 כאשר 8 נוריות LED מחוברות לפלט. כעת, הנוריות דולקות או כבויות על סמך הקלט. תן לי לשנות את הקלט ל- 10101011 ולבדוק את הפלט. אני לא רואה שום שינוי עם הלדים. אבל כשאני שולחת דופק נמוך עד גבוה דרך סיכת השעון, הפלט משתנה בהתאם לקלט החדש.

אנו הולכים להשתמש ברעיון זה כדי לפתח את מעגל הנהגים שלנו. אבל ה- IC שלנו יכול לזכור רק 8 נתוני סיכות קלט, ולכן נשתמש בסך הכל ב -8 מעגלים כאלה לתמיכה ב -64 כניסות.

שלב 4: עיצוב מעגל הנהג

אני מתחיל בכפל את כל סיכות הקלט של ה- IC ל -8 סיכות הנתונים של המיקרו -בקר. הטריק כאן הוא לפצל את הנתונים של 64 סיביות של 8 הפינים ל -8 סיביות נתונים.

כעת, כשאעביר את 8 סיביות הנתונים ל- IC הראשון ואחריו אות דופק נמוך לגבוה בסיכת השעון, אראה את נתוני הקלט משתקפים בסיכות הפלט. באופן דומה, על ידי שליחת 8 סיביות של נתונים לשאר ה- ICs ושליטה על סיכות השעון, אני יכול לשלוח 64 סיביות של נתונים לכל ה- ICs. כעת הבעיה השנייה היא המחסור בסיכות השעון בבקר. אז אני הולך להשתמש במפענח IC של 3 עד 8 קווים כדי להכפיל את פקדי סיכת השעון. באמצעות 3 סיכות הכתובת במפענח בשילוב עם המיקרו -בקר אני יכול לשלוט על 8 סיכות הפלט של המפענח. יש לחבר את 8 סיכות הפלט הללו לסיכות השעון במעגלי ה- IC. כעת עלינו לקצר את כל סיכות הפלט לאפשר הפלט ולהתחבר לסיכה על המיקרו -בקר, באמצעות זה עלינו להיות מסוגלים להדליק או לכבות את כל הלדים.

מה שעשינו עד כה הוא רק לשכבה אחת, כעת עלינו להרחיב את הפונקציונליות לשכבות אחרות באמצעות תכנות. לד אחד צורך כ- 15mA של זרם, כך שמספר זה נצטרך בערך 1 אמפר זרם לשכבה אחת. כעת לוח המיני Arduino pro יכול להזין או לשקוע עד 200 mA של זרם בלבד. מכיוון שזרם המעבר שלנו הוא גדול מדי, נצטרך להשתמש ב- BJT או MOSFET כדי לשלוט בשכבת הנורות. אין לי הרבה MOSFET, אבל יש לי כמה טרנזיסטורים מסוג NPN ו- PNP. תיאורטית, ייתכן שנצטרך להחליף עד 1 אמפר של זרם לשכבה. מבין הטרנזיסטורים שקיבלתי, הגבוה ביותר יכול להחליף רק כ 800mA של זרם, הטרנזיסטור 2N22222.

אז בואו ניקח 2 טרנזיסטורים ונגדיל את היכולת הנוכחית שלהם על ידי חיבורם במקביל. הרבה אנשים כאשר הם מאמצים שיטה זו משתמשים רק בנגד מגבלת הבסיס, אך הבעיה כאן היא כשהטמפרטורה משנה את הזרם דרך הטרנזיסטורים הופכים לחוסר איזון וגורמים לבעיות יציבות. כדי להקל על הבעיה, אנו יכולים להשתמש ב 2 נגדים דומים גם בפולט כדי לווסת את הזרם גם כאשר הטמפרטורה משתנה. מושג זה נקרא ניוון פולט. הנגד הפולט מספק מעין משוב לייצוב הרווח של הטרנזיסטור.

אני רק הולך להשתמש בנגדים רק בבסיס. זה עשוי לגרום לבעיות בעתיד, אך מכיוון שמדובר באב טיפוס בלבד אטפל בו מאוחר יותר.

שלב 5: הלחמת הרכיבים

עכשיו, בואו להרכיב את המעגל על לוח לוח. נתחיל ממעגלי הכפכפים ונשתמש במחזיק IC למטרה זו. התחל תמיד בסיכות הראשונות והאחרונות, בדוק אם יש יציבות ואז הלחם את שאר ה- PIN. בואו נשתמש גם בכותרת גברית לשם חיבור והפעלה של נגדי הגבלת הזרם וקישוריות לקובייה. כעת חבר את קבלים הניתוק של ה- IC קרוב לפיני אספקת החשמל של ה- IC.

לאחר מכן, בואו נעבוד על המיקרו -בקר. כדי לגרום לו להתחבר ולהפעיל, הבה נשתמש במחזיק ונחבר תחילה את סיכות הנקבה, ולאחר מכן הנח את המיקרו -בקר.

הגיע הזמן לעבוד על הטרנזיסטורים. נדרשים 16 נגדים של 1K אוהם כדי להתחבר לבסיס הטרנזיסטורים. על מנת לשמור על סיכות הקתודה הנפוצות של קוביית ה- LED במצב היגיון ברירת מחדל, אני הולך להשתמש בנגד זיפ 8 קילו -אוהם, המכיל 8 נגדים. לבסוף מאפשר לעבוד על מפענח הכתובת IC. כעת המעגל מוכן בדומה לתכנון המעגל.

שלב 6: הדפסה תלת מימדית

אנחנו צריכים מארז לדיור הלוח והקוביה המובילה, אז אפשר להשתמש במדפסת תלת מימד. אני הולך להפוך את זה לשלושה חלקים כדי להקל על ההרכבה.

ראשית, צלחת בסיס לאחיזת מבנה הלד. שנית, גוף מרכזי לאלקטרוניקה. שלישית, מכסה לסגירת הדיור.

שלב 7: סיכום

נתחיל בהרכבת מבנה הלד. אתה יכול לדחוף את הפינים דרך החורים ולהלחם אותם ישירות ללוח המעגלים, אך למען יציבות, אני הולך קודם כל להשתמש בלוח perf, ולאחר מכן להלחם אותו למעגל. אני משתמש בכבל סרט להלחמה לנוריות, ואז מחבר את הקצה השני לסיכות הפלט ICs המתאימות לכפכפים.

כדי לחבר בין הטרנזיסטור לשכבות קוביות ה- LED, עלינו לקבל סיכות עצמאיות לחיבור לסיכות הקתודה. לפני שנפעיל אותו, חשוב לבדוק את ההמשכיות והמתח בין הנקודות. ברגע שהכל טוב, ניתן לחבר את ה- IC ולאחר מכן להפעיל אותו. שוב, טוב לבדוק אם כל הנוריות זוהרות על ידי חיבורו ישירות לחשמל לפני חיבורו דרך המעגל. אם הכל נראה טוב, ניתן לחבר את כבלי ה- LED לנקודות הכפכפים המתאימות.

בואו נעשה קצת עבודות ניקוי - נתקו את כבל התכנות של המיקרו -בקר, חתכו סיכות בולטות וכו '. עכשיו בואו נחבר את כבל התכנות לגוף הבית, נתקן לד LED, מתג הפעלה ולבסוף מתג איפוס. אנחנו קרובים לסיים אותו, אז בואו להרכיב את 3 החלקים. התחל עם בסיס ה- LED לגוף ולאחר מכן לאחר שהכבלים יושבים היטב סגור את המכסה בתחתית.

הורד את הקוד ל- Arduino Pro Mini וזהו!

תודה ל- Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ על ההנחיה והקוד המעולים שלו.