מטריית LED עם ארדואינו: 14 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:18

מטריית ה- LED עם Arduino משלבת מטריה, מטריצת LED 8x10 ומייקרו Arduino ליצירת חווית LED ניתנת לתכנות בפרטיות המטריה שלך. הפרויקט הזה היה בהשראת המטריה החשמלית של sockmaster ומספר מדריכי LED מטריקס באתר זה, במיוחד השלמה הזו של barney_1.

היכונו לסרסר המטריה שלי! כל מי שמבצע פרויקט זה צריך לקבל גישה לכלי הלחמה סטנדרטיים - צבת, חותכים אלכסוניים, חותכי חוטים ופשיטות, הלחמה והלחמה, מולטימטר - ובעלי ניסיון בעבודה עם ה- Arduino. ההתקנה של Arduino אינה קשה ותוכנית הכוללת מספר אנימציות שונות של נוריות הלדים כלולה במדריך זה. הסרטון בדרך! קוד לדוגמה (ראה שלב אחרון) גם הוא בדרך. הקוד שיש לי לא מנצל את מתג הלחיצה ואני עובד על זה עכשיו.

שלב 1: חלקים

ישנם מעט מאוד חלקים לפרויקט זה והם לרוב גנריים. ניתן להשיג אותם בקלות מכל מספר קמעונאים מקוונים - Adafruit Industries, DigiKey, Jameco ו- All Electronics, ועוד רבים אחרים. תחליף כפי שנראה סביר. אלקטרוניקה 1 x מיקרו-בקר-Arduino Diecimilia 1 x מטרייה 1 x MIC2981-מערך מנהלי התקנים של 8 ערוצים, מתח גבוה וזרם גבוה-576-1158-ND1 x Protoshield עבור Arduino עם קרש לחם זעיר-Adafruit Industries 80 x LED - אפשרויות רבות אפשריות 8 x נגדים - תלוי בבחירת מתח LED ומקור חוט דרוש הרבה חוט לפרויקט זה. לכל צלע של המטריה יש חוט שחור (לקתודות הנורות) וכל מעגל נוריות סביב המטרייה דורש אורך חוט אדום מלא (לאנודות של הלדים). חלקם נחוצים גם כדי להחזיר את קצוות השרשראות לארדואינו. חוט שחור 24 רגל לשרשראות קתודות (עקוב אחר הצלעות חזרה למרכז) 70 רגל חוט אדום לטבעות אנודה (טבעות סביב מטריה) כותרות זכר סטנדרטיות שונות - צינורות כיווץ חום 1/16 אינץ ' - נדרש כשבעה רגל צינורות מיתוג מישוש -Off-MomPatience … וכישורי הלחמה. יש לבנות את מטריצת הנורות בקפידה ולבודד את האנודות והקטודות זו מזו באמצעות צינורות כיווץ חום. זה יכול לקחת זמן.

שלב 2: מחשבות אחרונות - מוזהר מראש

מטריה אל תשתמש במטריה הטובה ביותר שלך! או אפילו המטריה הטובה ביותר של מישהו אחר. המטריה מחויבת לפרויקט, ולמרות שאתה יכול להוציא את מטריצת ה- LED החוצה, לא תרצה עד שתסיים. מיקום למרות שהנוריות מספקות חוויה הניתנת להתאמה אישית מתחת למטריה, הן אינן נראות במיוחד מבחוץ /מעל המטריה. שקול אם אתה רוצה את הנורות החיצוניות של המטרייה. הם יהיו הרבה יותר גלויים וההתקנה תהיה הרבה יותר קלה. יהיה עליך לתקוע חורים בבד כדי להזין את החוטים לתוך הארדואינו. סגנון במקרה זה גובר על איטום. נוריות בחר צבע נחמד לפני שאתה משקיע הרבה זמן בהכנת הדבר הזה. נראה כי נוריות LED זולות יותר ב- eBay מאשר באמצעות קטלוגים, אז בדוק את האפשרויות שלך. חוט מד קטן יותר או חוט רב גדילי הוא כנראה טוב יותר מאשר חוט מוצק AWG xxx. השתמשתי בחוט מוצק וזה הופך את קיפול המטרייה כמעט בלתי אפשרי. כמו כן, לא הייתי משתמש בחוט אדום לטבעות האנודה. הייתי בוחר בצבע כהה יותר שהוא פחות גלוי.

שלב 3: שיקולי עיצוב

Arduino בחרתי להשתמש ב- Arduino ולא במיקרו -בקר AVR אחר של Atmel כדי להפוך את הפרויקט לנגיש. עם ה- Arduino, אין צורך לעצב לוח מותאם ותכנות והתאמה אישית הרבה יותר קלים עם פלטפורמת Arduino. החיסרון היחיד של הארדואינו הוא שהוא גדול ואינו מתאים היטב למטריה. אולם היתרונות עולים על העלויות. פרויקט זה מבוסס על ה- Arduino Diecimilia אך (אני חושב) הסיכות זהות לגרסאות חדשות יותר. בכל מקרה, אם אתה לוקח על עצמך פרויקט זה, ודא שיש לך הבנה ברורה של המצבים והסיכות של דגם ה- Arduino שבו אתה משתמש. זה יעשה את כל השינויים בין מה שמתואר כאן לבין מה שאתה צריך לעשות קל ליישם. MIC2981 שבב MIC2981 של Micrel יכול להניע 8 שרשראות של נוריות LED. המשמעות היא שלשמונה השורות/טבעות העגולות של עשר נוריות הלד שמקיפות את המטרייה האנאודות שלהן מקושרות ל- MIC2981 (סיכה אחת המפעילה כל שורה/טבעת) ולנוריות השרשראות לאורך הצלעות (העמודות) יש את הקתודות שלהן מקושרות סיכה על הארדואינו. זה מאפשר את האפשרות כי 10 נוריות השורה בשורה/טבעת דולקות בו זמנית עם מספיק זרם כדי להדליק אותן באופן אחיד. שבב זה אינו בשימוש כרגע בפרויקט זה. יש לי תוכניות להשתמש בו כדי להפעיל ולהאיר את טבעות הלד.פרוטו מגן עבור Arduino מ AdaFruit Industries השתמשתי במגן פרוטוש זה עם לוח לחם זעיר, כך שאוכל לנתק את הארדואינו מהמטריה לפרויקטים אחרים. ללוח הלחם הזעיר יש מספיק מקום לחיבורים הדרושים לפרויקט זה.

שלב 4: MockUp

על מנת לוודא שהבנתי כיצד יש לבנות את מערך ה- LED, הכנתי מערך 3x3 כדי לראות אם ההלחמה והתכנות יעבדו. הם עשו! אז החלטתי להמשיך בפרויקט. אם אתה בטוח שאתה מבין את מערך ה- LED, דלג על שלב זה. אחרת, תשקיע כמה נוריות, כמה חוטים, מעטפת כיווץ, כשעה בערך בהכנת מערך 3x3 ובדיקתו. הפרטים של הכנת המערך נמצאים בשלבים הבאים, אך הם חלים על המוקאפ.

כדי ליצור את מטריצת LED 3x3, בצע ושנה את השלבים ביצוע מטריצת LED המתארים את המטריצה המלאה. הקוד לדוגמא להלן עבור המוקאפ אינו מנצל את ה- MIC2981 (כתבתי אותו לפני שהיה לי:-). כל LED מואר בתורו. זה עובד עבור מערך 3x3 אך אינו בסדר גודל. [למעשה, הוא קנה מידה סביר למטריצה המלאה, אך נוריות ה- LED מעט עמומות.]

שלב 5: הכנת מטריצת ה- LED - הכנת החלקים

נוריות הכינו את הלדים על ידי כיפוף הלידים שלהם. להלן מכווני את נוריות הלדים כאשר הקצוות השטוחים שלהן פונים לאותו כיוון. הבחירה היא שרירותית, אך סטנדרטיזציה של אוריינטציה מפחיתה את הסיכון לטעויות. החזק את הנורית כאשר הצד השטוח שלה (צד הקתודה) פונה ימינה. כופף את הקתודה אליך. זה מצביע על הקתודות לקרקע, הכיוון שהחשמל רוצה לזרום:-). צור את העיקול בערך 1-2 מ"מ מתחת לתחתית הנורית. זה יאפשר לנורית לעמוד גאה בחוט. האנודה תהיה כפופה שמאלה לאחר שהקטודות יומלכו למקומן. זה ימנע בלבול בעת הלחמה. שני המוליכים צריכים ליצור זווית ישרה כאשר הקתודה מצביעה כלפיך והאנודה מצביעה לשמאלך. צינורות חימום חום חותכים שני חתיכות ארוכות 1/2 "של צינורות חום של 1/16" לכל נורית. זה מאה שישים חלקים ודורש כשבעה מטרים רק בשביל אלה. חותכים שמונה עשר (18) חתיכות נוספות לכותרות. חוט חוט חוטים שחורים השווים במספרם לצלעות המטריה. הפוך אותם מספיק ארוכים מהצלעות כך שיהיה מספיק חוט ליצירת הכותרות המתחברות לארדואינו. ישנן 8 טבעות של נוריות הנעות סביב המטריה (זהו מספר סיכות הפלט ב- MIC2981) כך שכל שרשרת או עמוד קתודה יכללו 8 נורות. הניחו את החוטים וסמנו את המיקומים של הלדים לאורך הצלעות. המרווח בנקודה זו קובע את המרחק בין הטבעות הקונצנטריות. רצו פיסת בידוד קטנה (כ -3 מ"מ) בכל נקודה. חותכים את הבידוד באמצעות חשפניות תיל בשני מקומות במרחק של רבע סנטימטר זה מזה. לאחר מכן כתשו את הבידוד בעזרת צבת וחתכו את הבידוד בעזרת סכין או הוציאו אותו בעזרת האצבעות. בכל שטח פתוח, לשים כמות קטנה של הלחמה. זה כהכנה להלחמת קתודות ה- LED לנקודות אלה.

שלב 6: הכנת מטריצת ה- LED - שרשראות קתודות

השלב הראשון ביצירת מטריצת ה- LED הוא בניית השרשראות לקתודות ה- LED. בשלב הקודם חתכת עשרה (או מספר הצלעות על המטריה שלך) חוטים שחורים והפשטת את הבידוד בנקודות שבהן הלדים נלחמים. בשלב זה תלחם את הקתודות של הלדים.

קבל כף הלחמה קטנה על קצה המגהץ שלך. מקם את הנורית כך שהחוט יעבור בין שני המוליכים של הנורית והנח את הברזל החם להלחמת הקתודה. הלחמה על הברזל והחוט צריכים לזרום כדי ליצור חיבור. אתה תשרוף את האצבע והם יעייפו אותך. לאחר ההלחמה, חתכו את האנודה כך שהיא תהיה קצרה ככל האפשר. כדי למנוע קצר חשמלי, כל מפרק הלחמה מכוסה בקטע צינורות כיווץ חום. יש למרוח את הצינור לאחר חיבור ולפני הצמדת הלד הבא (בלבול כלשהו? בקרוב תבינו:-) אז החלק החלק עכשיו. חום להתכווץ למקומו. חזור על הנורות הנותרות בשרשרת והשרשראות הנותרות. הערה במדריך זה, שרשראות הלדים העוקבות אחר צלעות המטריה מכונות עמודים וכל אחת מסתיימת בסיכה של הארדואינו. קתודות ה- LED מולחמות בחוטים (שחורים) אלה. טבעות הנורות המקיפות סביב המטריה מכונות שורות וכל אחת מהן מתחילה באחד מפיני הפלט MIC2981. אנודות ה- LED מולחמות לחוטים (אדומים) אלה.

שלב 7: הכנת מטריצת ה- LED - טבעות האנודה

שלב זה הוא הארוך והמתסכל ביותר. מקום בחוץ אתה עובד במשך מספר ימים, או כל עוד אתה יכול להשתלט על שולחן האוכל.

מטריצת ה- LED הושלמה על ידי הלחמת האנודות של הלדים על שרשראות הקתודות לשורות/טבעות מעגליות של חוטים אדומים. המדידה בשלב זה מעט מסובכת יותר מאשר עבור שרשראות הקתודות מכיוון שכל טבעת היא רדיוס שונה ומרווח ה- LED שונה לכל טבעת. חשב את האורך הנכון על ידי איתור היכן כל טבעת נופלת על המטריה ומדוד את המרחק בין צלעות המטריה. תוכל גם להשתמש במדידה זו כדי לקבוע את המרווח על הטבעת. הכפל את המרחק הזה במספר הצלעות ואז חשב את אורך ההחזרה. לכל טבעת צריך לחזור לארדואינו. לטבעת החיצונית ביותר יש החזרה הארוכה ביותר, והתשואות מתקצרות בהדרגה ככל שהטבעות הולכות וקטנות. חותכים שמונה (8) חתיכות חוט אדום באורך מתאים. כמו בשלב הקודם, סמנו את החוטים במרווחים הנכונים, כתשו והסירו את הבידוד והכניסו מעט הלחמה לכל פתח. שרשראות הקתודות יושבות על גבי החוטים האדומים (ולכן העיקול במוביל ה- LED מעט נמוך יותר). הלחם כמו קודם והנח צינורות כיווץ חום על כל מפרק לפני שתמשיך לשרשרת הבאה. הדבק חם את החוטים בצמתים אלה כדי לאבטח את מוליכי הלד מפני מתח ושברים. זה חשוב ביותר מכיוון שעבודת המטריצה לתוך המטרייה גורמת לעומס רב על המפרקים. בסוף שלב זה צריך להיות מערך מעגלי של נוריות LED עם שתי קבוצות חוטים (אחד שחור, אחד אדום) שחוזרים לאמצע המעגל. בשלב הבא, תיצור כותרות סיכות לחיבור חוטים אלה לארדואינו ולנהג.

שלב 8: הכנת מטריצת ה- LED - מטריקס הושלם

בשלב זה אמורה להיות לך מטריצת LED שהושלמה. הקתודות מולחמות בחוטים השחורים, האנודות לאדום. זה צריך להיות בצורת מטריה. כנראה האצבעות שלך נשרפות. המשפחה שלך חושבת שאתה משוגע.

גרסת המוקאפ מוצגת להלן. הגרסה המלאה במקרה הטוב היא לא מסובכת ולא הפסקתי לצלם. תסתכל על תמונות המטריה עם המטריצה המותקנת כדי לראות את מטריצת ה- LED המוגמרת.

שלב 9: הכנת מטריצת ה- LED - כותרות סיכה ונגדים

לפני שתחתוך את החוטים האדומים והשחורים לאורך, קבע היכן וכיצד אתה הולך לחבר את הארדואינו למטריה. זה צריך להתאים לשטח הפתוח בחלק העליון. לאחר קביעתם, חותכים את החוטים באורך ומלחימים אותם לכותרות.

החלק חלקים של צינורות כיווץ חום על שמונה החוטים האדומים, הלחם אותם לכותרת בעלת 8 פינים והכווץ את הצינור. הקפד ליצור את החיבורים בצורה הגיונית. אני מחשיב את הטבעת הפנימית הקטנה ביותר לשורה 1 כך שהיא מתחברת לסיכה 1 בכותרת ולסיכה המתאימה ב- MIC2981. אם אתה עושה טעות, אתה יכול לפתור את החוטים או לתקן את הקוד. אל תעשה טעות. [חיברתי את חוטי האנודה והייתי עצלן מכדי לסדר את הסדר ההגיוני. מתברר שזה פשוט לא פחות לשלוט בקוד. ראה הערות בסעיף התכנות.] באופן דומה צור כותרות עבור שרשראות הקתודות. אולם הפעם, מיקומי הפינים בארדואינו מכתיבים שאתה יוצר שתי כותרות. אתה גם צריך להלחם נגד יחיד בתור. הנגד תלוי במנורה ובמתח-התייעץ עם מחשבון נגדי LED מקוון לקבלת הערך הנכון. לכל כותרת צריך להיות חמישה (5) סיכות. הקפד ליצור את החיבורים בצורה הגיונית. הדבק חם את החיבורים מכיוון שאלו יעברו כיפוף ומתח. התמונה למטה היא של הדוגמא.

שלב 10: מתג לחצן לשינוי תוכניות

מתג הכפתור משמש למעבר בין תוכניות. הוא מעורר הפרעה בארדואינו שמקדמת את מספר התוכנית. ל- Arduino Diecimilia (ואחרים; בדוק את גרסתך) יש שתי הפרעות חיצוניות שניתן להפעיל על פינים 2 ו -3 דיגיטליים באמצעות הפונקציה attachInterrupt (interrupt, function, mode). שמור סיכה דיגיטלית 3 למתג הכפתור. זה משאיר סיכות דיגיטליות 0, 1 ו -2 ו -4, 5, 6, 7, 8 כבלוקים לסיכות האנודה.

ההפרעה מוגדרת לפעול כאשר סיכה 3 יורדת. לכן יש להחזיק אותו גבוה עד ללחוץ על הכפתור, שבו הסיכה יורדת. זה דורש נגד משיכה של 10K כדי להחזיק את הסיכה גבוהה. עיין בתמונת לוח הלחם וקרא על נגדי משיכה ומשיכה.

שלב 11: לוח לחם

פרויקט זה משתמש ב- Protoshield מ- Adafruit Industries עם קרש לחם זעיר (אם כי כל התקנה שמתאימה למטריה אמורה לעבוד). לוח הלחם הזעיר כולל שבע עשרה (17) שורות והפרויקט הזה משתמש בכולן! שים לב כי לוח הלוח המוצג אינו כולל את MIC2981. אין לי אחד. עדיין. המטריה עובדת מספיק טוב בלי זה, שהחלטתי לכתוב את זה להוראה לפני שאני מקבל אחד.

הרבה תצורות שונות אפשריות, אז השתמש בזה כמדריך. שים לב, עם זאת, המיקום של מתג הכפתור. ניתן להגדיר (בקלות) שני סיכות בארדואינו כהפסקות, ומתג הלחצן צריך להתחבר לאחד מהם. התמונה למטה היא ללא שבב MIC2981. אעלה תמונה כשאקבל את החלק ואשנה את לוח הלחם בהתאם.

שלב 12: בדיקת מטריצת ה- LED

זה כנראה מאוחר במשחק כדי לשקול בדיקות, אבל עדיף מאוחר מאשר מאוחר מדי. לפני התקנת מטריצת ה- LED במטריה (השלב הבא), חבר את המטריצה ל- Arduino והפעל את קוד הבדיקה הכלול להלן. הקוד פשוט עובר דרך כל LED ובודק אותו. אם חיבורים גרועים או נוריות שבורות, תקן אותן כעת כשהכל נגיש.

זה גם הזמן לקבוע איזו סיכה מתאימה לאיזו שורה או עמודה. אם היית זהיר ביצירת כותרות הסיכה, אתה כבר יודע. אחרת, יהיה עליך להבין זאת על ידי האטת האנימציה וקביעת סיכה השולטת באיזו שורה או עמודה. אתה מגדיר מערך בקוד המכיל את מספרי הסיכה בסדר הנכון.

שלב 13: הרכבת נוריות ה- LED במטריה

כאשר מטריצת ה- LED השלמה וכותרות הסיכות והנגדים במקום, הגיע הזמן לסיים את ההרכבה. יש למקם את מטריצת ה- LED בין בד המטריה לצלעות. בד המטריה נמתח על הצלעות ותפור בדרך כלל במקום אחד לכל צלע. זה יצטרך לחתוך לפני שניתן יהיה להחליק את כל מטריצת ה- LED בין הצלעות והבד. לאחר מיקום מטריצת ה- LED, תפרו מחדש את מה שחתכתם. זה יאבטח את המטריצה לתוך המטריה. אין לתפור מחדש אם אתה חושב שתרצה להסיר את הנורות. לא יכול לדמיין מדוע.

זהו תהליך רב זמן רב. אם עדיין לא הדבקת את מולידי ה- LED חם, עשה זאת כעת. אם לא, אתה בהחלט ישבור כמה נוריות במהלך ההתקנה. עבדתי כשהמטריה תלויה על מקל מטאטא תלוי בין שני כיסאות (אין תמונה:-). המטריה נפתחה בכוח המשיכה והבד לא נמתח חזק. יכולתי להסתובב. התחל בהחלקת טור שלם מתחת לאחת הצלעות. קדם אותו והטור הבא. חזור. זהו תהליך מייגע. כאשר אתה סוף סוף ממקם את נוריות ה- LED הקפד שהצלעות יונחו על צינור הצטמקות החום. זה ימזער את הסיכוי לשחיקה. המטריה לא תיסגר יפה. אני מניח שהייתי צריך להזכיר זאת קודם. למרות שעוד לא עשיתי זאת, אני הולך לתפור כמה לולאות סביב הלדים ולתפר הבד כדי להחזיק אותם במקומם. התבונן היטב בתפרי הלוחות ותראה מעט חומר שאליו תוכל לתפור.