Cubo Led 4x4x4: 13 Passi (con Immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Perché costruire questo cubo LED?

* Quando hai finito puoi visualizzare un modello bello e intricato.

* Ti fa pensare e risolvere i problemi.

* È divertente e soddisfacente vedere come tutto si combina bene.

* È un progetto piccolo e gestibile per chiunque sia nuovo alla saldatura e all'elettronica da imparare, ed è ancora abbastanza grande da mostrare modelli abbaglianti e impressionanti.

* Il codice Arduino è abbastanza facile da gestire.

* Un costo relativamente basso per un alto intrattenimento e l'enorme quantità che imparerai se sei nuovo nell'elettronica.

Per prima cosa ti mostrerò come realizzare questo cubo led 4x4x4 veloce che richiede solo poche ore di lavoro per essere impostato (una volta realizzate le maschere) ma è anche un design robusto. Farò del mio meglio per spiegare in modo che tutti capiscano le mie scelte di design. Infine spiegherò come programmare nuovi pattern in 2 modi diversi.

Forniture

Parti:

1. Scheda di prototipazione da 10 cm * 15 cm - 1x $2 cad
2. sn74hc595n - 2x $ 0,57 ciascuno
3. Resistori da 120 ohm - 16x $ 0,04 ciascuno (il valore dipende dal LED, vedere il passaggio 7)
4. Resistori da 10k ohm - 4x $ 0,10 ea
5. Fqp20n06l MOSFET a canale N - 4x $ 0,95 ciascuno
6. Arduino nano v3 - 1x $ 22 cad
7. Jack CC da 5,5 mm - 1x 0,35 USD opzionale ea
8. Filo di rame stagnato 20 AWG - 15 piedi $ 0,12/piedi
9. Cavo a nastro 40 conduttori o altro filo di piccolo calibro (AWG) - meno di 1 piedi $ 2,3 / piedi
10. Compensato da 5 mm 6", 12" - 1 x $2 cad
11. saldatura.8mm - 1x $10.89 cad
12. Tavola da 1" x 6" x 4' - 6" $ 8,39 cad
13. LED diffusi 5mm - kit 64 $15
14. Tappo in ceramica 100nf - 2x $ 0,25 ea

Costo stimato per cubo: $ 40 (se le parti vengono acquistate in blocco il costo per diminuirà in modo significativo)

Utensili:

1. Pinze ad ago x2
2. Taglierine a filo o Taglierine laterali
3. Saldatore
4. Spelafili
5. Sega da banco
6. Trapano (si consiglia un trapano a colonna)
7. Seghetto o sega a nastro
8. Computer per la programmazione

Passaggio 1: la prima maschera**

La prima maschera è composta da 2) punte da 0,8 mm, scheda di prototipazione e un foro da 5 mm per il LED. Inizia prendendo la tua scheda di prototipazione (almeno 2 cm di larghezza e 2,54 mm (0,1") di distanza tra il centro e il centro dei fori) segna il primo punto su uno dei bordi della scheda. Quindi in linea retta fai un altro segno dopo aver spostato su altri 3 fori. Quindi segna il punto che è 2 fori più in alto (vedi immagine n. 1). Successivamente nel foro segnato al centro, fai un foro da 5 mm. Ho usato una punta da 13/64 pollici e ha funzionato bene. È meglio se tu usa punte più piccole e lavora fino a 13/64 pollici solo per assicurarti che sia perfettamente centrato nel foro se non lo è l'intero cubo sarà spento. Quindi sulla marcatura esterna usa le punte da 0,8 mm per allargare leggermente il fori. Assicurati che tutti i fori siano perpendicolari alla tavola di prototipazione, se disponibile, usa un trapano a colonna, ma un trapano a mano funzionerà. Taglia 3) quadrati da 1" È più facile usare una sega a nastro, ma funzionerà anche una sega a mano. Con la colla di olmo crea una piccola catasta di legno con tutti i bordi allineati l'uno con l'altro. Infine incollalo alla scheda di prototipazione fissalo insieme e attendi. Una volta che tutto è asciutto, fora nuovamente tutto in modo che i fori nella scheda di prototipazione attraversino completamente il supporto in legno. Posiziona le punte da 0,8 mm nel foro che è stato praticato sul bordo. Se tutto è stato fatto correttamente dovrebbe apparire come nell'immagine n.

**Le maschere nella foto sono progettate per creare un cubo LED 8*8*8, quindi sono leggermente sovradimensionate. La tua maschera sarà più piccola. Queste maschere sono basate sui progetti di Steve Manley per il suo cubo LED RGB 8*8*8. Sembra e funziona alla grande. Consiglierei di dare un'occhiata ai suoi video.

il suo canale you-tube

Passaggio 2: la seconda maschera**

La seconda maschera è realizzata in compensato da 5 mm. Inizia segnando e tagliando 3 pezzi che sono 4 "per 2" per questo ho usato una sega a nastro ma funzionerebbe anche una sega a mano. Su uno dei pezzi segna 1" sul lato 2" su entrambe le estremità e traccia una linea tra i due. Sul lato 4" vai a 1/2" sulla linea precedentemente fatta il segno successivo dovrebbe essere 1" da quello attuale continua fino a raggiungere la fine del tabellone. Gli altri due pezzi dovrebbero essere allineati e incollati insieme con la colla di elmer. Una volta che la colla è asciutta, prendi sia la sezione segnata che la sezione incollata allineandoli e fissali insieme. Praticare dei fori di 5 mm (13/64) nel punto in cui le linee si incrociano sulla tavola. Il passaggio finale è quello di creare i fori del pezzo incollato insieme più grande sono andato con 1/4".

Passaggio 3: la terza maschera**

La terza maschera è composta da un pezzo di 1" x 6". Per prima cosa taglia la tavola in una sezione più maneggevole di circa 5 pollici di lunghezza. Una volta fatto, puoi portarla su una sega da tavolo per tagliare i boschetti di circa 1/4 di profondità, qualsiasi orientamento funzionerà. Dovrebbero avere una spaziatura di 1 pollice da centro a centro dei boschetti. Il taglio (la fessura fatta dalla lama della sega) dovrebbe essere largo 0,1". Inizia tagliando il primo pollice della fessura dal bordo della tavola. Quindi spegni la sega e sposta la recinzione di oltre 1 "ripeti questo processo fino a quando non hai tagliato 4 slot nella tua scheda. La maschera dovrebbe assomigliare all'immagine sopra.

Passaggio 4: utilizzo della prima maschera

Questa è la parte più monotona della costruzione che piega tutti i cavi dei LED. Il motivo per cui vuoi usare questo jig è ottenere una costruzione robusta che abbia un bell'aspetto. Prendi la tua prima maschera, piega il catodo (filo corto vedi figura 2) fino alla punta del trapano più vicina (0,2 ), quindi avvolgilo attorno alla punta e allenta. Prendi l'anodo e piegalo attorno alla seconda punta e allenta. Taglia la parte extra condurre con tronchesi a filo / tronchesi laterali e rimuovere il LED. Appiattire sia l'anodo che il catodo. Ruotare il catodo di 90 gradi in modo che sia rivolto verso il basso (vedi figura 3) continuare il processo altre 63 volte.

Nota: spesso è utile avere una piccola pinza ad ago per piegare i cavi attorno alle punte del trapano.

Passaggio 5: utilizzo della seconda maschera

Prima di usare questa maschera, dobbiamo raddrizzare e tagliare il nostro filo di rame stagnato da 20 gauge (awg). Per prima cosa taglia almeno 36 sezioni da 4 pollici di filo, è meglio se fai altre 4 sezioni perché rende il cubo simmetrico (nota: è utile raddrizzare le sezioni più grandi del filo prima di tagliarlo a misura, ma in entrambi i casi funzionerebbe). Per raddrizzare il filo basta prendere due pinze e tirare da ciascuna estremità allungando un po' il filo. Questo metodo è difficile quindi se hai una morsa puoi bloccare il filo nella morsa e tirare da lì e otterrai molto meglio risulta più facile. Una volta che hai preparato tutto il filo, posiziona 4 LED nella maschera n. 2 (vedi immagine n. 2) il catodo dovrebbe essere rivolto lontano da te. Posiziona una delle sezioni di filo da 4 attraverso gli anelli del catodo saldare tutti e 4 i giunti (si consiglia di testare tutti i LED prima di saldare). Una volta saldati tutti i LED, sollevare la sezione superiore e premere sulla maschera in modo che le estremità arrotondate dei LED sulla superficie piana. La fila di LED dovrebbe uscire. Ora ripeti questo processo altre 16 volte.

Passaggio 6: utilizzo della terza maschera

Ora che hai completato tutte e 16 le tue file di LED, è il momento di usare la maschera finale. Prendi 4 strisce di LED e posiziona i fili di collegamento in metallo in una delle fessure assicurandoti che tutti i fori delle diverse sezioni siano allineati. Inserisci una delle tue sezioni di filo dal basso verso l'alto nei fori rimanenti di quella colonna. Assicurati che sia quadrato, quindi salda tutte e 16 le connessioni e passa a farne altre 3.

Passaggio 7: l'elettronica

La prima cosa che devi fare è calcolare i 16 resistori necessari per il funzionamento del cubo. Questo può essere fatto tramite questa calcolatrice o questa formula Resistenza = (sorgente di tensione - tensione LED) / corrente led. L'unico problema è che spesso il venditore non fornisce i valori necessari. Se stai usando il link fornito per il kit LED che ho preso, i LED gialli hanno bisogno di 120 ohm perché sono 2v e per i blu 75 ohm 3v. Se non vuoi preoccuparti di questo puoi semplicemente usare i 220 ohm forniti nel kit dovrebbero funzionare bene ma il tuo cubo sarà un po' fioco a volte il giallo può essere un po' fioco (il colore più brillante che ho trovato da questo kit è blu, escluso il bianco che non è diffuso).

Passaggio 8: l'elettronica

Quindi ora hai 2 opzioni, puoi uscire dallo schema qui sotto/creare il tuo layout usando le immagini per aiutare in un buon layout, ordinare un PCB personalizzato usando il file Gerber che trovi di seguito (ottimo se ne stai realizzando diversi).

PCB e schema-- https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

Passaggio 9: saldatura del cubo alla scheda di prototipazione

Ora che hai l'elettronica collegata, devi prendere le 4 sezioni verticali che hai fatto in precedenza. Posiziona una delle sezioni come mostrato nella prima immagine e saldala assicurandoti che sia quadrata con la scheda di prototipazione. Aggiungi un altro con 9 fori in mezzo e finisci aggiungendo gli ultimi 2 allo stesso modo.

Passaggio 10: Collegare i livelli

Successivamente è necessario collegare gli strati del catodo comune, prendere un pezzo di filo che è stato raddrizzato e posarlo sul pezzo di filo del catodo comune che sporge e fare un giunto di saldatura ad ogni intersezione. Devi farne almeno 4, ma potresti notare che l'ho fatto su entrambi i lati per rendere il cubo simmetrico. Dopo aver eseguito tutte le connessioni dei livelli, è necessario aggiungere il filo dalla scheda di prototipazione agli strati del cubo. Questo può essere fatto prendendo una sezione di filo raddrizzata che ha una curvatura di 90 gradi sul che sporge di circa 1/2 . Attacca l'estremità lunga del filo vicino a dove vuoi collegarlo al primo strato e saldalo al ripetere mentre si sposta un buco e si passa al livello successivo. Quando si ottengono tutte e 4 le connessioni dei livelli, passare al passaggio successivo.

Passaggio 11: ultimi frammenti di cablaggio

La parte successiva è quella di collegare il drain dei MOSFET agli strati vedere la prima immagine. Fatto ciò collegare le uscite dei registri a scorrimento alle colonne del cubo. Vedere lo schema per maggiori dettagli.

Passaggio 12: programmare il cubo

Hai 3 opzioni per codificare il cubo, usa i codici forniti, usa arduino o usa arduino con python per ottenere un'esperienza di codifica più semplice. L'unico che spiegherò è arduino con python perché è il più facile da usare, ma avrai bisogno solo di un po' di esperienza con arduino/la struttura del linguaggio. Inizia scaricando tutti i collegamenti in ordine iniziando con il software arduino e finendo con la libreria tkinter per python. Il modo in cui funziona l'editor python è per lo più autoesplicativo, basta eseguire il codice python in basso. Quando premi il pulsante Salva, la shell python sputerà i byte binari che dovrai incollare nell'array arduino che dice diapositive. Dovrai quindi aggiungere ritardi nell'array arduino che dice delay_array il numero di diapositive che hai è il numero di ritardi di cui hai bisogno. Il numero massimo di diapositive che puoi utilizzare è 150 a causa della memoria di arduino nano, sembra molto, ma quando inizi a fare traduzioni grafiche si consuma rapidamente quel numero.

I codici sono in gruppi di 3 perché non sono riuscito a scaricarli come un file tranne il file python.

raggruppamenti di file (tutti i file nel gruppo devono essere inseriti nella stessa cartella affinché funzioni correttamente)

arduino codificato (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

file codificati in byte arduino (clear, easy_programing_v2, show_pattern)

python gui (generatore di codice 4x4x4 V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

docs.python.org/3/library/tkinter.html#mod…

Passaggio 13: è fatto

A questo punto dovresti essere in grado di visualizzare almeno alcuni modelli sul tuo cubo e, si spera, tutto è andato liscio.

Se hai domande chiedi qui sotto nei commenti.