קוביית LED 3x3 מבוססת ארדואינו: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

שלום וברוכים הבאים למדריך הראשון שלי.

אני מציג עיצוב פשוט ומסודר לקוביית LED בגודל 3x3x3. כדי להקל על הבנייה, אני מספק פרטים על PCB מותאם אישית, אתה יכול להכין בעצמך או לקנות, הוראות ותוכל, כמוני, להשתמש מחדש בתוכנה מקוביית ה- LED הגדולה של ספריית Arduino ו- arduino lib.

אחת ממטרות העיצוב הייתה להשתמש רק בחלקי חורים, הם קלים יותר למתחילים להלחם והכל זמין באינטרנט דרך אתרי המכירה הפומבית/קניות האהובים עליך.

העיצוב יכול להיות מופעל באמצעות כבל USB או מתאם מתח DC 12-12V.

המעגל משתמש בעיצוב ליבה Arduino מקוצר ותוכל לתכנת אותו במעגל באמצעות מתכנת זול במעגל הניתן לתכנות (ICSP) או מתאם USB ל TTL זמין. התוכנה היחידה שאתה צריך היא ה- Arduino IDE המכובד.

העיצוב הזה אינו מהפכני, הוא רק בונה על עבודות קודמות ואני ארזתי אותו בצורה מסודרת. אני מקווה שתהנה מזה.

שלב 1: דרושים חלקים

עיצוב זה משתמש בחלקים חורים הזמינים באופן נרחב. המפיץ המקומי האהוב עליך אמור לאחסן את החלקים הדרושים לך.

אתה צריך Atmega 168p או Atmega 328p עם מטען האתחול של Arduino מהבהב לתוכו. אתה יכול למצוא אותם ב- Ebay, חפש "מטען אתחול arduino", וודא שאתה קונה את הגרסה הכפולה In In (DIL). אתה צריך גם שקע מסוג USB B, הרגיל, המבוגר והשמן. בחרתי בזה כי זה קל להלחם. הטרנזיסטורים, T1-T3 הם טרנזיסטורים NPN למטרות כלליות, כמו גם את הסוגים המפורטים, אתה יכול להשתמש BC108, 2N2222, 2N3904 וכו ', תמיד לבדוק את הטרנזיסטור pinout נגד הלוח אם כי.

עבור נוריות החשובות ביותר, ודא שאתה קונה בהירות גבוהה או נוריות בהירות במיוחד. השתמשתי בנורות LED 10000-12000mcd ממוכר ב- eBay עבור הקוביה לדוגמה שמוצגת כאן. אתה רוצה אלה בהירים כך שתוכל עדיין לראות את הקוביה בתאורת חדר רגילה. אם תיאור הפריט מפרט את זווית הצפייה, בדרך כלל 20 מעלות, אך אתה יכול למצוא אחד עם זווית צפייה רחבה יותר, שקול זאת. נוריות אולטרה -בהירות אלה אינן הבולטות ביותר כאשר הן נראות בצד. ייתכן שתצטרך לנסות כמה נוריות של ספקים שונים לפני שתמצא כאלו שמתאימות לצרכים שלך.

רשימת החלקים המלאה:

ערך חלק תיאור PCB הלוח הירוק והיפה, הכינו אותו או קנו אותו.27 נוריות 3 מ"מ, צבע לבחירתכם. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm קבלים קרמיקה בגובה C2 22p 22pF, 25V, 4.4 מ"מ קבלים קרמיקה המגרשים.

קבל קרמיקה C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm קבל קרמיקה המגרש C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm קבל קרמיקה pitch C6 10u 10uF 16V, 5.5mm מארז קבלים אלקטרוליטיים, 16V C7 22u 10uF 16V, קבלים אלקטרוליטיים 5.5 מ"מ, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 או ATMEGA328 עם מטען אתחול Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, ווסת לינארי 100mA, חבילת TO92 חבילת ICSP ICSP פין, 0.1 "פינה, 2x3 דרך. J1 DCJ0202 שקע חשמל פנימי, 2.1 מ"מ קוטר פנימי. רצועת כותרת JP1 פין, 0.1 אינץ ', 1x3 דרך. Q2 16MHz 16MHz, קריסטל מארז HC49, 50ppm, פרופיל נמוך R1 10k 1/4W נגד סרט מתכת 1% R2 1k 1K 1/4W resistor film 1% R3 1k 1K 1/4W resistor film 1% R4 1k 1K 1/ נגד סרטי מתכת 4W 1% R5 470 470 1/4W נגד סרט מתכת 1% R6 1k 1K 1K 1/4W נגד סרט מתכת 1% R8 100 100R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R9 100 100R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R10 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R11 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R12 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R13 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R14 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R15 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R16 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R17 470 470R 1/4W נגד סרט מתכת 1% R18 1k 1K 1/4W נגד סרט מתכת 1% R19 LDR אופציונלי LDR S1 S1 4 פינים, 6x6 מ"מ מתג PTH. טרנזיסטור NPN בעל הספק נמוך T1 BC547 BC547/BC548, טרנזיסטור NPN בעל הספק נמוך, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 טרנזיסטור NPN בעל הספק נמוך, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 טרנזיסטור NPN בעל הספק נמוך, שקע מסוג USB מסוג B92, הר PCB דרך חור.4 x 3-5 מ"מ גבוה מקל על רגלי גומי.

שלב 2: תרשים מעגלים והסבר הפעולה

הסכימה מוצגת למעלה.

העיצוב מבוסס על סכמטי Arduino Duemilanove, המופשט עד היסודות החשובים. ה- USB למכשיר הטורי הוסר אך יש כותרת טורית, JP1, המאפשרת מתאם USB ל- TTL לתכנת את המכשיר, עוד על תכנות מאוחר יותר. יש גם את הכותרת של ICSP.

הלוח יכול לפעול מתוך תקע ה- USB, באמצעות אספקת 5V הנוחה במחשב האישי, או חבילת מטען לטלפונים ניידים בחנות פאונד/דולר. האפשרות השנייה משתמשת בכניסת תקע DC, זה מקבל כניסת DC 7-15V כך שתוכל להשתמש בכל מתאם תקע שיש לך. המעגל משתמש רק ב- 30mA ולכן מתאם שנזרק מגאדג'ט מת אמור לעבוד, בדוק את תיבת הזבל שלך.

הנגדים R12 עד R17 קובעים את הזרם, שקובע את בהירות הנורות. עם נוריות אדומות ונגדים 470R המוצגים, הזרם הוא ~ 5mA לכל LED. כדי לחשב את זרם ה- LED אתה צריך את מתח המוצא של מכשיר Atmega (4.2V) ואת ירידת המתח קדימה של ה- LED, עבור LED אדום הוא 1.7V. הנוסחה היא:

זרם LED = (מתח יציאת Atmega - מתח LED)/I Led

עם החלקים בהם השתמשתי: זרם LED = (4.2-1.7)/470LED זרם = 5.31mA

הגבל את הזרם מה- Atmega 168/328 ל- 10mA

כמה ירידות מתח LED נפוצות:

אדום 1.7V צהוב 2.1V כתום 2.1V ירוק 2.2V כחול 3.2V כחול סופר 3.6V לבן מגניב 3.6V

כך שתוכל להשתמש בנורית כחולה בהירות גבוהה, הנגד יורד ל -270R. אתה יכול להגדיל את הזרם ל 10mA, בבדיקה שלי מצאתי ש -5mA מספיקה.

טרנזיסטורים T1-T3 הם טרנזיסטורים נפוצים של NPN BJT, BC547/BC548/2N2222 וכו '. הם שולטים על המיתוג של כל אחת משלוש השכבות. הנגדים R2-R4 מגבילים את זרם הבסיס של הנגד.

R6 ו- LED PWR אופציונאליים, מועתקים מהארדואינו, זה די ברור אם הכוח מופעל לקוביית ה- LED.

C2, C3 ו- Q2 יוצרים את מעגל השעון למכשיר Atmega 168/328p, המתוכנת מראש עם מטען האתחול. ודא שאתה מתאים לקבלים 22pF כאן ולא במקומות אחרים, השבב לא יתחיל. C1, C4 ו- C5 הם ניתוק אספקת החשמל. IC2, C6 ו- C7 יוצרים מעגל רגולטור ליניארי פשוט. אין הרבה מה להגיד על זה אבל תוודא שאתה מתאים את הקבלים בצורה הנכונה. ישנם סימנים + על ציור ה- PCB ועל מסך המשי.

SK1 ו- R8 ו- R9 הם הממשק הטורי. באמצעות מתאם USB ל- TTL, ניתן לתכנת את המכשיר באמצעות הדוגמה כאן

שלב 3: השגת קבצי העיצוב והכנת ה- PCB

ניתן להוריד את נתוני עיצוב ה- PCB מ- Github בכתובת

ישנם קבצי גרבר מעובדים לשליחת יצרן PCB, כיסוי סכמטי ו- PCB בפורמט-p.webp

PCB יכול להיות מפוברק בבית, הייתי עושה את זה אבל נגמר לי האצט'נט. ניתן לייצר את העיצוב באמצעות PCB חד צדדי וליישם את השכבה העליונה (אדומה בתמונות) באמצעות קישורי חוטי נחושת משומרים. השתמשתי ב- https://pcbshopper.com/ כדי למצוא ספק מתאים לאב טיפוס שהשתמשתי ב- Elecrow.

עיצוב PCB ב- Github כולל 3 שינויים בעיצוב אב הטיפוס המוצג כאן:

1. הרגולטור 7805CV הוחלף בווסת 78L05 קטן יותר.
2. ה- PCB הצטמק ב -5 מ"מ.
3. הסרתי את הפולפיוז מהזנת USB +5V.

שלב 4: הרכבת ה- PCB

ה- PCB ישר למדי להרכבה. הוספתי תמונה של הלוח המורכב והפריסה למעלה לעיון. אני תמיד מתחיל בהתאמת החלקים הקטנים תחילה ועובד כלפי מעלה, חשוב במיוחד אם אין לך מעמד PCB.

1. התחל בהתאמת הנגדים תחילה, אל תלחץ אותם עדיין. הקפד להכניס את הרכיב הנכון למקום הנכון. כדי להקל על הבדיקה, התאם אותם עם רצועת הסובלנות מימין/למטה, זה מקל על הבדיקה לאחר מכן. עיין כאן אם אתה זקוק לעזרה בזיהוי קודי צבע הנגד. לאחר שתוודא שהחלקים הנכונים נמצאים במקום הנכון, הלחם את החלקים.
2. הלחם את הגביש Q2 במקום והקבלים C2 ו- C3.
3. הלחם את שקע 28 הפינים עבור Atmega168/328 במקומו, ודא שיש לך את החריץ של סיכה 1 למעלה, זה עוזר למנוע הכנסת המכשיר לאחור.
4. התאם את מחברי ICSP ו- JP1.
5. התאם את הקבלים C1, C4 ו- C5, כולם 100nF (קוד חלק 104).
6. הרגולטור הליניארי IC2.
7. התאם את הטרנזיסטורים T1, T2 ו- T3. ודא שלא החלפת T1/T2/T23 ו- IC1 מכיוון שכולם נמצאים באותה חבילה.
8. Fit S1, הכיוון לא משנה.
9. התאמת C6 ו- C7, וודא שאתה מקבל את הקוטביות הנכונה!
10. התאם את מחבר ה- USB X4.
11. התאם את תקע החשמל DC J1.

הקטע האחרון להרכבה הוא כותרת הסיכה שהופכה ל- SIL. אני משתמש בזוג חותכים עדינים כדי להסיר בזהירות את הפלסטיק מכל סיכה של הרצועה, אני חוזר על זה עד שיש לי 12 שקעי סיכה סובבים, ואז בעזרת צבת ו -3 ידיים, הלחם כל אחד בתורו ללוח הלוח. מכיוון שלרוב האנשים אין 3 ידיים, הפכו כל חור בעזרת הלחמה, כדי לכסות את הכרית, הניחו לה להתקרר. לאחר מכן יש למרוח את מגהץ ההלחמה כדי להמיס את ההלחמה ולהכניס את הסיכה, להסיר מלחם למפרק. ייתכן שיהיה עליך הלחמה טרייה אם יש לך מפרק יבש.

לפני בדיקת ההלחמה, קח הפסקה קצרה, אולי למשקה? בדוק את הלחמתך, בדוק את מחבר ה- USB מכיוון שהסיכות נמצאות ברווחים הדוקים והסיכות במכשיר Atmega168/328.

ברגע שאתה מרוצה מההלחמה שלך, הדבק את כפות הרגליים הדביקות על החלק התחתון של הלוח הלוח.

שלב 5: הרכבת קוביית ה- LED

זהו החלק המסובך ביותר של האסיפה. קח את הזמן, אל תפחד.

הוספתי הערות לתמונות למעלה כתמונה אומרת אלף מילים.

כמה נקודות חשובות.

1. וודא שההובלה החיובית (רגל ארוכה יותר) מצביעה כלפי מטה כאשר העיצוב עובר +V ל -9 נוריות הלדים בכל שכבה.
2. וודא שהעופרת השלילית כפופה ב -90 מעלות לנורית, כדי ליצור את הסורגים האופקיים.
3. בנה כל שכבה בנפרד ובדוק את הבנייה כפולה/משולשת.
4. וודא שחוט הנחושת המשומר, בשימוש, נמצא באמצע הדרך בין כל שורה של נוריות LED, הדבר מקל על הדבק בחוט מתג השכבות.

שלב 6: בדיקה והרכבת קובייה אחרונה

לפני חיבור מכלול קוביות ה- LED או התקן Atmega168/328, תוכל לבצע מספר בדיקות פשוטות.

אם יש לך DMM (אתה צריך להיות כזה אם אתה בונה פרויקט כזה), מדוד את ההתנגדות על פינים 7 (חיובי) ו- 8 (שלילי) של שקע 28 פינים, אתה צריך להיות> 1K. אם הוא נמוך מזה, בדוק את הלחמתך.

לאחר מכן החל קלט 7-15V ל- J1, חזור לפינים 7 ו -8 של שקע 28 הפינים, מדוד את המתח, אתה אמור לראות 5V אבל זה יכול להיות בכל מקום בין 4.90V ל- 5.1V, זה בסדר. אם התאמת את R6 ואת נורית ה- PWR, זה צריך להיות מואר.

נתק את J1, חבר כבל USB ל- X4, חבר את הכבל לרכזת או לרשת מתאם USB של 5V, חזור על קריאת המתח על פינים 7 ו -8 של שקע 28 הפינים, האם הקריאה היא סביב 5V?

הבדיקות לעיל נועדו לוודא שמתחי האספקה נכונים והקוטביות הנכונה.

לאחר מכן, הכנס בזהירות את מכשיר Atmega168p/328p. כופפו מעט את הסיכות, במידת הצורך, כך שיתאימו לשקע. השתמש ב- J1 ובאספקת 7-15V שלך והפעל את החשמל, בדוק אם IC2 מתחמם זמן קצר לאחר ההפעלה. אם כן, כבה את החשמל ובדוק את כיוון ה- IC1.

לאחר מכן הכנס בזהירות את השורה הראשונה של מערך ה- LED. וודא שאחד מסרגלי התמיכה של חוטי הנחושת השחורים נמצא קרוב ל- PADL1, PADL2 ו- PADL3, תצטרך זאת מאוחר יותר בעת הלחמת החוט עבור כל שכבה. עדיף להתחיל בסיכה פינתית ובאמצעות צבת אף מחט, לכופף בזהירות כל סיכה מעט, שורה אחר שורה, כך שיתאים לשקע שעל הלוח. הוספתי תמונה של השכבה הראשונה שהורכבה למעלה. בעזרת פיסת חוט 1/0.6 חד גדילי, חותכים אותו לאורך המתאים לעבור מ- PADL1/PADL2 או PADL3 לכל שכבה של הקוביה. מצאתי שקל יותר להכניס את השורה הראשונה של נוריות הלוח למעגל הלוח וללחם את חוט הבקרה של השכבה הראשונה (מוצג בלבן) ואז לחזור לשלב הקודם, לעשות שורה נוספת, ואז להרכיב כל שכבה על הלוח כי זה סיפק יציבה בסיס.

התחל בהלחמת השכבה הבאה על ידי הלחמת אחת מנורות הלד הפינריות, ולאחר מכן הלחמה בפינה הנגדית. עכשיו בדוק את השכבה ברמה לפני שתלחם עוד. לאחר התאמת השכבה, הלחם את שני נוריות הפינה האחרות, המערך צריך להיות מורם אך בדוק אותו מחדש. הלחם את הלדים הנותרים. חזור על מכלול השכבות עבור השכבה האחרונה.

שלב 7: תכנות

בהתאם למכשיר Atmega שלך, ייתכן שתצטרך לתכנת את מטען האתחול או פשוט להוריד את הקוד. אם יש לך שבב עם מטען האתחול כבר מתוכנת, אתה יכול להשתמש במתאם USB ל- TTL. עקוב אחר מדריך זה:

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

אתה יכול גם להשתמש במחבר 2x3 פינים במערכת מעגלים לתכנות (ICSP), אתה יכול להשתמש בארדואינו אחר כדי לעשות זאת:

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

אני משתמש במתכנת Usbasp שעובד עם Arduino IDE, מגדיר זאת באמצעות תפריט הכלים-> מתכנת. אתה יכול לאסוף תוכנת AVR Arduino/Atmel בזול באמצעות eBay או אתרי מכירות פומביות אחרות.

הורד את ספריית קוביות LED מ https://github.com/gzip/arduino-ledcube, בצע את ההוראות ב- Github וחפש בספריית דוגמאות שלך 'arduino-led-cube-> ledcube'.

אם אתה משתמש במתכנת ICSP, החזק את המשמרת לפני לחיצה על העלאה כדי להורות ל- Arduino IDE להשתמש במתכנת. אם אתה משתמש במתאם USB-to-TTL, לחץ ושחרר את האיפוס לאחר ש- IDE מסיים את החיבור.

לאחר שתוכנת הקוד לדוגמה, תהיה לך קוביית LED עם דפוסים יפים.

זו ההנחיה הראשונה שלי, הערות ומשוב יתקבלו בברכה.