14. januára 2016 o 13:42 hod

LED kocka 8x8x8, zaujímavá a krásna

Návrh obvodu

Úvod

Táto myšlienka mi prišla na um spontánne, do jesene tohto roku som ani nevedel tušiť, že ľudia niečo podobné v živote robia. V skutočnosti mi učiteľ dizajnu obvodov povedal, že takéto „kocky“ existujú, a navrhol vziať túto tému ako ročníkovú prácu.

Pri pohľade do budúcnosti by som rád povedal, že nemusíte myslieť na množstvo práce ako na niečo kolosálne. Naopak, musel som urobiť veľmi málo, ale tí, ktorí si myslia: „Ha, urobím to za pár dní“, sa pripravte na opak. A samotný proces vás zapája do práce, ktorá nie je horšia ako písanie nejakého programového kódu...

Pri sledovaní malých diel s rozmermi 3x3x3 a 4x4x4 a 5x5x5 som si pomaly uvedomil, že čím väčšie, tým lepšie.

Míľnik č. 1:

Ak ste predtým nepracovali s spájkovačkou, najprv si uvedomte, že budete musieť spájkovať všetky nohy LED diód, to je 2 * 512, nie tak málo. Takže cvičte na niektorých mačkách.

Návodov na túto tému je plný internet. Ale od začiatku do konca si myslím, že som to videl iba na instructables.com a hneď poviem, že je to príliš podrobné, pokiaľ ide o všetko. Osobne som použil dvakrát menej komponentov. Prirodzene, zariadenie sa ukázalo byť jednoduchšie. V dôsledku toho pre naše malá hračka potrebujeme:

512 LED diód (6 dolárov - aliexp)
- 5 špeciálnych čipov pre LED diódy STP16CPS05MTR (9 USD - aliexp)
Prirodzene, je výhodnejšie odoberať takéto diely v dávkach
- 8 tranzistorov BD136 pnp (vhodné sú aj domáce analógy)
- 5 rezistorov 1kOhm (prevádzkový výkon 2W)
- 5 kondenzátorov 10uF (prevádzkové napätie 35-50 V)
- prepojovacie vodiče (asi 10 m, berúc do úvahy poruchy), spájku a všetko, čo je zábavné

Je čas začať vytvárať rozloženie

Vezmeme vŕtačku, pravítko, vytvoríme sieť 8x8 (hlavná vec nie je robiť 8x9, ako ja) na čokoľvek, či už je to penový plast, drevená doska alebo niečo iné. A opatrne vyvŕtajte otvory pre LED diódy.

Míľnik č. 2:

Kľúčovým slovom je „opatrne“, pár milimetrov doľava alebo doprava a na konci budete mať krivú kocku.

Po dokončení tohto kroku vložte LED diódy do buniek a postupujte podľa nasledujúceho pravidla:

A) Všetky anódy by mali byť vľavo a katódy vpravo. Alebo naopak. Ako chcete.
b) Úplne prvý riadok zhora by mal obsahovať LED pod uhlom:

Pomocou tohto princípu spájame katódy (-). Tam, kde je to označené bodkovanou čiarou, pripojte nejaký druh drôtu tak, aby vrstva pevne držala na oboch stranách.

Keď držíte túto jemnú vrstvu, môže sa vám zdať, že sa rozpadne, ale v skutočnosti, keď začnete upevňovať vrstvy, môže byť táto štruktúra bezpečne hodená na podlahu a s najväčšou pravdepodobnosťou sa nič nerozpadne.

Zhrnutie prvej vrstvy

Predtým, ako začnete spájkovať druhú vrstvu, musíte zobrať a ohnúť všetky anódy nasledovne:

Spojenie niekoľkých vrstiev

Míľnik č. 3:

Začiatočníci, prosím, použite špeciálnu spájkovaciu pastu (tavidlo), ak máte čo do činenia s drôtmi, ušetríte si tak veľa nervov (nie ako ja prvýkrát).

Keď si trochu unavený

Takže po prispájkovaní 64 vodičov k anódam, ktoré sme dostali „na spodok“, môžeme pristúpiť k samotnému elektronickému obvodu.

Vidíme, že výstupy našich mikroobvodov na oboch stranách idú do spoločných anód kubických stĺpcov a v 5. multiplexujeme riadiace vrstvy cez tranzistory. Zdá sa, že všetko nie je zložité: do určitých stĺpcov a vrstiev sa posiela signál a dostaneme pár žiariacich LED diód.

V realite to funguje takto:

K dispozícii sú 3 vstupy: hodiny, dáta a západka. Keď sa spracuje 8 bitov, dôjde k zablokovaniu a dáta sa umiestnia do registra. Pretože naše mikroobvody sú vyrobené na posuvných registroch, potom, aby sme raz vykreslili našu kocku s rôznymi bitmi informácií, musíme zapísať 1 bajt (8 bitov s počtom vrstiev, na ktoré je privedené napätie), potom budú prázdne dáta, pretože Pre piaty čip nie sú ľavé kolíky spojené s ničím. Ďalej napíšeme 1 bajt pre každý zo skupiny ôsmich stĺpcov. Zodpovedajúci bit určí, ktorý stĺpec má svietiť a tam, kde sa pretína s aktivovanou vrstvou, by mala LED v ich priesečníku prijímať napätie.

Nižšie je uvedený diagram z údajového listu vývojára pre všeobecný prehľad:

Ako zapíšeme 1 bajt údajov:

Void CUBE::send_data(char byte_to_send)( for(int i = 0; i< 8; i++){ if(byte_to_send & 0x01<Použil som Arduino UNO (požičal som si ho), ale tu postačí akýkoľvek model. Nano aj mini, pretože sa používajú iba 3 digitálne vstupy a vcc + gnd.

Špeciálne si dajte pozor na prídavné napájanie (použil som 12V 2A adaptér), na zobrazenie všetkých vrstiev sa zdá, že prúd je presne taký istý, aký je potrebný.

Všetok zdrojový kód vo forme náčrtu pre Arduino bude

Kocka opísaná na tejto stránke používa maticu 5 x 5 x 5 s jednou farbou LED. Toto je dobrá veľkosť pre experiment, ale požadovaný počet LED diód je 125, čo zvyšuje náklady. Výkon - do 1 ampér prúdu a 5V napätia t.j. 5W (jednoduchá aritmetika).

Celá kocka sa aktualizuje každých 10 ms (100 Hz). To nemá za následok žiadne viditeľné blikanie.

Každá z vrstiev LED je usporiadaná v matici 5 x 5 a je riadená tranzistormi pripojenými k anódam LED. Pri vhodnej kontrole vrstvy vychádza z PIC vysoká úroveň tranzistorovej bázy, +5 V a emitor je asi 0,7 voltov. Použité tranzistory sú BC637 NPN, ak použité alternatívy musia mať podobnú špecifikáciu.

LED katódy sú pripojené k IC2 a IC3. Tento STP16CP05 16-bitový ovládač konštantného prúdu pre LED diódy. Rezistor 680R dáva prúd LED ~ 28 mA; hodnotu tohto odporu je možné zmeniť tak, aby vyhovovala rôznym LED (rôzne LED majú rôzne hodnoty).

Jedna vrstva kocky:

Jeden stĺpec LED v kocke:

Kondenzátory poskytujú energiu... Dôležité sú najmä C4 a C5 a mali by byť tantalové, umiestnené v blízkosti integrovaných obvodov.

Pokiaľ ide o LED diódy, môžete použiť takmer akékoľvek 5 mm alebo 3 mm LED diódy, ktoré chcete.

Podľa mňa majú kocky s 3mm LED diódami viac miesta vo vnútri kocky, čo ju robí vizuálne krajšou.

Ryža. 3

Obr.4

Obr.5

Ryža. 6

Obr.7

Ryža. 9

Obr.10

Ryža. 12

Obr. Anóda musí byť ohnutá pod uhlom 90°.

Obrázok 2. Spojte anódy dohromady a katódy by mali byť kolmé na anódy.

Obrázok 3. Pomocou 5 voltového zdroja a odporu (od 120 do 330 ohmov) musíte skontrolovať a vizuálne sa uistiť, že je všetko správne spájkované. Priložte „+“ na anódu a „-“ na katódu a LED by sa mala rozsvietiť. Na obmedzenie prúdu je potrebný odpor! Pri kontrole nezabudnite!

Pozornosť. Ak tento test preskočíte a LED diódy zostavíte do kocky, bude veľmi ťažké nájsť nefunkčnú LED!

Obr. 4,5,6. Nainštalujte LED diódy v ďalšom rade a ich anódy spojte.

Obrázok 7. Pokračujte v inštalácii LED diód v každom z riadkov, v spájkovaní a testovaní za pochodu.

Obr. 8. Po dokončení všetkých piatich radov spájkujte drôty vo všetkých radoch a umiestnite ich vo vrstve do formy. Tento vodič slúži aj ako elektrické spojenie. Všimnite si, ktoré vodiče idú nad a pod anódové vodiče LED.

Opakujte predchádzajúce kroky pre každú z piatich vrstiev.

Obrázok 9-12. Tieto fotografie zobrazujú všeobecné rozloženie kockových LED diód.

Projekt navrhuje dizajn kocky LED 4x4x4 v cene približne 15 dolárov.

Kocka využíva 64 zelených LED diód, ktoré tvoria 4 vrstvy a 16 stĺpcov. Kocka sa ovláda pomocou Arduina. Je uvedený príklad programu pre Arduino Uno, ktorý implementuje ovládanie každej jednotlivej LED z celého poľa.

Potrebné diely pre projekt

64 LED diód
4 odpory na 100 ohmov
Konektory na odspájkovanie
Dirigenti
Vývojová doska na odspájkovanie
Box
Napájanie 9V
Arduino Uno

Nástroje, ktoré vám môžu byť užitočné, sú zobrazené na fotografii nižšie.

Formovanie základne LED kocky

Môžete použiť poskytnutú skicu. Vytlačte a nalepte na kartónovú škatuľu. Pri tlači skontrolujte, či je nastavená skutočná veľkosť a horizontálna orientácia. Ceruzkou urobte otvory v uzlových bodoch. Skontrolujte, či LED diódy dobre zapadajú do pripravených otvorov.

Zostavenie LED kocky

Vezmite 64 LED diód a skontrolujte ich výkon pripojením každej k AA batérii. Toto je, samozrejme, nudný postup, ale je potrebný. V opačnom prípade môže jedna nefunkčná LED spôsobiť neskôr veľa problémov. Umiestnite 16 LED diód do otvorov podľa šípok na výtlačku. Červené šípky zodpovedajú plusu (anóda), modré šípky mínus (katóda). Spojte všetky anódy dohromady. Potom otočte krabicu a vytlačte LED diódy. Vytlačte opatrne, aby ste nepoškodili nazbieranú vrstvu. Všetky. Prvá vrstva je pripravená. Podobne vytvoríme ďalšie tri vrstvy. Potom spojíme štyri výsledné vrstvy pomocou voľných katód. Odporúčam vám spájať kontakty začínajúc od stredu a smerom k periférii. LED kocka začína naberať potrebný tvar!

Inštalácia LED kocky

Urobte značky na doštičku pomocou značky. Upozorňujeme, že vyznačený obdĺžnik by mal byť o niečo menší ako krabica, na ktorej bude vaša kocka namontovaná. Po označení urobte malú drážku pozdĺž línie budúceho okraja a opatrne odlomte okraje doštičky. Vyrazte 20 otvorov v hornej časti krabice pre kocku. Miesta vŕtania môžete označiť pomocou príslušných otvorov na doske.

Pripojenie LED kocky

Najprv rozdeľte svoj pás konektorov na tri časti tak, aby vyhovovali digitálnym a analógovým kolíkom Arduino Uno. Odizolujte a nainštalujte 16 vodičov pre digitálne vstupy (riadky) na základnej doske v krabici. Pripojte 4 vodiče z analógových vstupov pomocou 100 ohmových odporov. Teraz pokračujte v pripájaní koncov vodičov k trom konektorovým koľajničkám. Zapojenie je realizované tak, že je možné ovládať LED diódy pozdĺž troch osí. Stĺpce zodpovedajú osám X a Y. Navyše vďaka štyrom vrstvám dostaneme súradnicu Z. Ak sa pozriete dole z rohu LED kocky, prvý kvadrant bude zodpovedať označeniu (1, 1). Každá LED môže byť teda inicializovaná podobným spôsobom. Pozrime sa na príklad. Pozrite sa na obrázok vyššie a nájdite LED A(1,4). "A" znamená, že toto je jedna z prvých vrstiev a "(1,4)" zodpovedá súradniciam X=1, Y=4.

Schéma zapojenia

Riadky/Stĺpce

Vrstvy

[Špendlíky pre vrstvy]

Pripojenie napájacieho zdroja pre Arduino

Na napájanie dosky môžete použiť samostatný 9 voltový, 1 ampérový adaptér. Môžete použiť adaptér na batériu Krona a napájať ju z nej. V každom prípade budete musieť urobiť ďalší otvor pre napájací kábel. Keď vytvoríte otvor, uistite sa, že jeho veľkosť je o niečo väčšia ako samotný konektor.

Vo všeobecnosti vám potom zostáva len nahrať náčrt do Arduina a vychutnať si výsledok:

Vaša kocka je pripravená!

Video zostavenej LED kocky 4x4x4

Celá sada bola spočiatku pevne zabalená do niekoľkých vrstiev peny - s tým je všetko v poriadku. Po odložení stien akrylového puzdra som vo vrecúšku s ostatnými komponentmi videl priložený papierik s odkazom na návod na zostavenie kocky.

6. Závery, myšlienky a nápady

Skladanie tejto kocky nie je pre slabé povahy. Jeho vybudovanie si bude vyžadovať veľa odhodlania a trpezlivosti. Na montáž Strávil som dva dni: trvalo mi jeden deň svetla, kým som vytvoril LED mriežky, a 5-6 hodín nasledujúceho dňa som zostavil všetko ostatné. Naozaj som to chcel zložiť čo najrýchlejšie.
Moje dojmy z neho sú vo všeobecnosti pozitívne, keďže nejde len o hračku, ale už v súčasnosti upravované zariadenie, ktoré vďaka podpore Arduina ponúka skutočný priestor pre kreativitu. Je to pre mňa aj príležitosť, ako jednoznačne zdokonaliť svoje zručnosti v práci s poľami, bez ktorých sa už pri serióznych projektoch nezaobídem. Ide o rôzne operácie, napríklad kruhový posun určitého rozsahu prvkov poľa v určenom smere, ktorý sa často používa v nástenných displejoch na zobrazenie bežiacej čiary.
Bolo však veľa momentov, ktoré sa mi nepáčili - toto sú implementácia analýzy hudobného spektra, najzbytočnejšia a najzbytočnejšia vec tu, ale toto je podľa mňa. Môžete mať iný názor.
Funkčnosť diaľkového ovládania nepoužívané na 100 %, iba štyri funkčné tlačidlá - nie veľa.
Aj keď je tu plus - to je možnosť vypnúť spodné osvetlenie z ekonomických alebo estetických dôvodov, pretože... Pre niektorých to môže vyvolať pocit „čínskej hračky“. Ak si vezmete najlacnejšiu verziu kocky s podporou Arduina a bez diaľkového ovládača, potom s najväčšou pravdepodobnosťou nebudete môcť vypnúť spodné osvetlenie, ale existuje cesta von - LED diódy môžete neskôr jednoducho odspájkovať dotykom oba LED vodiče s hrubým hrotom spájkovačky naraz.
Používajte však všetky tlačidlá diaľkového ovládača Je celkom možné, že napíšete príslušný kód pre Arduino, pripojíte k nemu infračervený prijímač a potom môžete pomocou očíslovaných kláves prepínať medzi vašimi animáciami alebo výstupom dát, napríklad medzi výmennými kurzami, teplotou a časom. Je pravda, že tu sa bez ESP8266 nezaobídete. Vo všeobecnosti samotná skutočnosť možnosti výstupu užitočných informácií cez Arduino robí kocku veľmi zaujímavou pre výskum a implementáciu jej užitočných vlastností.