Cubo LED 3x3x3 con Arduino Lib: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Esistono altri Instructables sulla costruzione di cubi LED, questo è diverso per diversi motivi: 1. È costruito con un basso numero di componenti standard e si collega direttamente ad Arduino. 2. Viene fornito uno schema elettrico chiaro e facile da riprodurre con numerose foto. 3. Viene utilizzato un approccio unico per il software che rende la programmazione del cubo più semplice ed espressiva. Parti necessarie: - 1 Perfboard - 3 transistor NPN (2N2222, 2N3904, BC547, ecc.) - 12 resistori (~220 ohm e ~10k ohm) - 13 connettori (maschio o femmina) - 27 LED - cavo

Passaggio 1: preparare i LED

Questo passaggio segue in gran parte il LED Cube 4x4x4, ma costruiremo invece un cubo 3x3x3. Un cubo di queste dimensioni è più o meno grande senza introdurre circuiti e complessità aggiuntivi. Avremo bisogno di un totale di 27 LED che saranno raggruppati in tre serie di nove. Ogni serie di nove LED condividerà una connessione comune tra i loro catodi (conduttori negativi). Mi riferirò a ciascuno di questi set come un "livello". Ciascuno dei nove LED di un livello è collegato al corrispondente LED degli altri due livelli tramite i rispettivi anodi (conduttori positivi). Questi saranno indicati come "colonne". Se ciò non avesse senso, diventerà autoesplicativo mentre costruiamo il cubo. Per iniziare useremo un trapano per creare una maschera da un piccolo pezzo di legno di scarto. La maschera manterrà i LED in posizione mentre li saldiamo. Ho deciso di distanziare i fori a circa 5/8 di pollice (~15 mm) ma la distanza esatta non è critica. Il foro dovrebbe avere una perfetta aderenza attorno al LED poiché non vogliamo che si muovano durante la saldatura. Una volta completata la maschera, piegheremo il catodo di ciascun LED con un angolo di 90 gradi. Il catodo è identificabile in tre modi: 1) È la gamba più corta, 2) È sul lato piatto di un LED rotondo, 3) È collegato al pezzo più grande all'interno del LED. Assicurati di piegare il catodo nella stessa direzione per tutti i LED. Ora siamo pronti per iniziare la saldatura.

Passaggio 2: saldare i LED

Per prima cosa posiziona nove dei LED nella tua maschera appena costruita. Posizionali in modo che le gambe puntino nella stessa direzione in senso antiorario. Le foto mostrano il catodo che punta in senso orario con l'anodo rivolto verso l'esterno, ma girerei i LED se lo facessi di nuovo per evitare che la gamba ostruisca la vista del LED. Saldare i lati insieme, una coppia per lato. Usa piccole clip per tenere unite le gambe mentre applichi la saldatura. Una volta saldato ciascuno dei quattro lati, sposta le clip per tenere insieme gli angoli e applica la saldatura su ciascuno. Infine, saldare il catodo del LED centrale su uno dei lati e tagliare l'eccesso. Ripetere tre volte. Ora dovresti avere tre serie di nove LED. Posiziona due dei set uno sopra l'altro. Mantenere la distanza uguale alla distanza già stabilita tra i LED. Una volta che ti senti a tuo agio con la spaziatura, puoi bloccare ogni set di gambe usando due clip, una in ogni direzione, per mantenere le gambe saldamente in posizione durante la saldatura. Potrebbe essere necessario piegarsi attorno a un LED per ottenere una buona connessione. Saldare ciascuna delle nove coppie, una alla volta. Fallo ancora una volta e hai finito con il cubo. Posiziona il cubo su un lato della perfboard. Assicurati che le nove gambe siano posizionate in modo uniforme mentre le guidi attraverso un foro. La mia tavola ha cinque fori tra ogni serie di gambe. Vuoi lasciare più spazio possibile sull'altra estremità del perfboard per adattarsi ai vari componenti. Aggiungi alcune clip per tenere le gambe in posizione una volta che sei soddisfatto del posizionamento. Lascia un sacco di gambe che spuntano dal fondo poiché ciò renderà più facile saldare i resistori in seguito. Capovolgi la tavola e salda ciascuna delle gambe per tenerle in posizione. Capovolgi il cubo una volta che tutte le gambe sono state saldate. Infine, dobbiamo saldare un piombo da ciascuno dei livelli fino alla parte inferiore della scheda. Spellare un pezzo di filo solido e piegare un piccolo gancio su un'estremità. Appendi il gancio su una delle gambe centrali dei LED e guidalo attraverso un foro sulla perfboard. Saldare l'estremità del gancio per mantenere il filo in posizione. Ripetere di nuovo per gli altri due livelli. Il prossimo passo è costruire il resto del circuito.

Passaggio 3: costruisci il circuito

Il circuito è piuttosto semplice. Ognuna delle nove colonne si collegherà a un pin su Arduino attraverso un resistore di limitazione della corrente. Ciascuno dei tre livelli si collega a terra tramite un transistor NPN quando attivato da un pin Arduino. Useremo 12 pin di uscita in totale su Arduino ma ci sono 18 LED da alimentare. Il trucco è che può essere acceso un solo livello alla volta. Quando un livello è collegato a terra, ciascuno dei LED su quel livello può essere alimentato individualmente tramite uno degli altri nove pin Arduino. Se accendiamo i livelli abbastanza velocemente, sembrerà che tutti e tre i livelli siano accesi contemporaneamente. Costruiamo il circuito. Il primo passo è preparare i nove resistori di limitazione della corrente. Sto usando 220 ohm per pin che disegneranno circa 22 mA. Il valore può variare a seconda dei LED che vengono utilizzati ma rimanere tra circa 135 e 470 ohm. Ciascun pin è in grado di fornire fino a 40 mA. Per risparmiare spazio vogliamo saldare le resistenze in posizione verticale. Piegare un cavo verso il basso in modo che entrambi i cavi siano paralleli l'uno all'altro. Fallo per tutti e nove i resistori. Una volta che le resistenze saranno pronte le salderemo una per una. Per semplificare, salderemo i cavi del resistore direttamente agli altri componenti invece di utilizzare un filo separato per ciascuno. Un'estremità del resistore si collegherà a una colonna e l'altra si collegherà a un'intestazione. Inizia con la prima fila di LED che è più vicina ai resistori e torna indietro. Una volta terminata ogni riga, puoi utilizzare un pezzetto di nastro adesivo per isolare i cavi sovrapposti in modo da evitare un cortocircuito. Fare riferimento alle foto e al diagramma per vedere come sarà una volta terminato. Ora che le colonne sono fuori mano, il passo successivo è saldare i componenti che controllano i livelli. La base di un transistor NPN sarà attivata da un pin Arduino attraverso un resistore di limitazione di corrente di 10k (o giù di lì). Questo collegherà il livello corrispondente a terra che consentirà alla corrente di fluire attraverso i LED. Fare riferimento alle foto e al diagramma. Una volta completato, i LED dovrebbero connettersi ai pin 2-10 su Arduino e i livelli dovrebbero connettersi ai pin 11-13, dal basso verso l'alto. I pin sono anche configurabili nel software se è necessaria una configurazione diversa. Il circuito è ora completo, è ora di passare al software!

Passaggio 4: utilizzo del software

Ho trovato alcuni esempi di codice in giro per la rete per il controllo di un cubo LED. Tutti richiedevano grandi array di dati binari o esadecimali per controllare i LED. Ho pensato che dovesse esserci un modo più semplice, quindi ho deciso di scrivere il mio software. La mia prima decisione è stata quella di fare in modo che il software rispecchiasse l'hardware. Ciò significava indirizzare ciascun LED per colonna e livello invece di utilizzare i dati grezzi della porta o i tradizionali x, y, z. La seconda decisione è stata quella di iniziare con le funzioni di base, come accendere o spegnere una singola luce e costruire da lì. Infine ho deciso di introdurre due funzionalità utili per effetti più interessanti. Uno è un buffer che consente alle funzioni di base di creare schemi più complessi. L'altra è una funzione di sequenza che accende una serie di LED uno alla volta o tutti insieme. La libreria è iniziata come codice procedurale e funzioni sciolte. Da lì è stato molto facile seguire il tutorial per creare una libreria Arduino riutilizzabile. Assicurati di scaricare la libreria e decomprimerla in sketchbook/librerie. Se impostato correttamente dovresti trovare un esempio nel software Arduino in File > Esempi > LedCube > ledcube. Il codice è disponibile anche su Github all'indirizzo gzip/arduino-ledcube. Grazie per aver letto!