4x4x4 Led Cube: 13 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Зачем строить этот светодиодный куб?

* Когда вы закончите, вы можете отобразить красивый и замысловатый узор.

* Это заставляет задуматься и решить проблемы.

* Приятно и приятно видеть, насколько хорошо все это сочетается.

* Это небольшой и управляемый проект, которому может научиться каждый, кто плохо знаком с пайкой и электроникой, и он все еще достаточно велик, чтобы отображать ослепительные и впечатляющие узоры.

* Кодом Arduino довольно легко управлять.

* Относительно невысокая стоимость развлечений и огромное количество знаний, которые вы узнаете, если вы новичок в электронике.

Сначала я покажу вам, как сделать этот быстрый светодиодный куб 4x4x4, для настройки которого требуется всего несколько часов (после изготовления приспособлений), но при этом он имеет прочную конструкцию. Я постараюсь изо всех сил объяснить, чтобы все понимали мой выбор дизайна. Наконец, я объясню, как программировать новые шаблоны двумя разными способами.

Запасы

Части:

1. Макетная плата 10см * 15см - 1x $ 2 шт.
2. sn74hc595n - 2x 0,57 $ шт.
3. Резисторы 120 Ом - 16x 0,04 доллара США (значение зависит от вашего светодиода, см. Шаг 7)
4. Резисторы 10кОм - 4x0,10 $ шт.
5. Fqp20n06l N-канальные МОП-транзисторы - 4x $ 0,95 шт.
6. Arduino nano v3 - 1x 22 доллара США за штуку
7. Разъем постоянного тока 5,5 мм - 1x опционально 0,35 доллара США за шт.
8. Луженый медный провод 20 AWG - 15 футов $ 0,12 / фут
9. Ленточный кабель с 40-жильным проводом или другой провод малого сечения (AWG) - менее 1 фута $ 2,3 / фут
10. Фанера 5 мм 6 дюймов, 12 дюймов - 1 x 2 доллара США
11. припой 0,8 мм - 1x 10,89 $ за шт.
12. Доска 1 "x 6" x 4 фута - 6 "8,39 долл. США за шт.
13. 5мм рассеянные светодиоды - комплект 64 $ 15
14. Керамический колпачок 100 нф - 2x $ 0,25 за шт.

Ориентировочная стоимость куба: 40 долларов США (если детали закупаются оптом, стоимость одного куба значительно снизится).

Инструменты:

1. Плоскогубцы-иглы x2
2. Фрезы заподлицо или боковые фрезы
3. Паяльник
4. Инструмент для зачистки проводов
5. Настольная пила
6. Сверло (рекомендуется сверлильный станок)
7. Ножовка по металлу или ленточная пила
8. Компьютер для программирования

Шаг 1: первая джиг-приманка **

Первое приспособление состоит из 2) сверл 0,8 мм, макетной платы и 5-миллиметрового отверстия для светодиода. Начните с того, что возьмите макетную плату (шириной не менее 2 см и расстоянием от центра до центра отверстий 2,54 мм (0,1 дюйма)) отметьте первую точку на одном из краев платы. Затем на прямой линии сделайте еще одну отметку после перемещения. наверху еще 3 отверстия. Затем отметьте точку, которая находится на 2 отверстия выше (см. изображение № 1). Затем в центре просверлите отверстие диаметром 5 мм. Я использовал сверло 13/64 дюйма, и оно сработало нормально. Лучше, если вы используйте биты меньшего размера и продвигайтесь до 13/64 дюйма, чтобы убедиться, что он идеально отцентрирован в отверстии, если это не так, весь куб будет выключен. Затем на внешней маркировке используйте биты 0,8 мм, чтобы немного расширить Убедитесь, что все отверстия перпендикулярны макетной плате, если она доступна, используйте дрель, но подойдет ручная дрель. Вырежьте 3) квадраты размером 1 дюйм. Проще всего использовать ленточную пилу, но подойдет и ручная пила. С помощью клея Элмера сделайте небольшую деревянную стопку так, чтобы все края совпадали друг с другом. Наконец приклейте его к макетной плате, зажмите все вместе и подождите. Когда все высохнет, просверлите все заново так, чтобы отверстия в макетной плате полностью проходили через деревянную основу. Вставьте биты 0,8 мм в отверстие, сделанное на краю. Если все было сделано правильно, это должно выглядеть как на картинке №2.

** Изображенные приспособления предназначены для изготовления светодиодного куба 8 * 8 * 8, поэтому они немного превышены по размеру. Ваша джиг будет меньше. Эти приспособления основаны на дизайне Стива Мэнли для его светодиодного куба 8 * 8 * 8 RGB. Выглядит и отлично работает. Я бы порекомендовал посмотреть его видео.

его канал you-tube

Шаг 2: Вторая джиг-приманка **

Второй шаблон сделан из фанеры толщиной 5 мм. Начните с разметки и вырезания 3 частей размером 4 на 2 дюйма. Для этого я использовал ленточную пилу, но подойдет и ручная пила. На одной из частей отметьте 1 дюйм на стороне 2 дюйма на обоих концах и проведите линию между ними. На стороне 4 дюйма пройдите 1/2 дюйма на ранее проведенной линии, следующая отметка должна быть на 1 дюйм от текущей, продолжайте, пока не дойдете до конца доски. Две другие части должны быть выровнены и склеены клеем Элмера.. Как только клей высохнет, возьмите отмеченный участок и склеенный участок, выровняйте их и зажмите их вместе. Просверлите 5 мм (13/64) отверстия в местах пересечения линий на доске. Последний шаг - сделать отверстия в склеенной детали. больше я пошел с 1/4 дюйма.

Шаг 3: Третья джиг-приманка **

Третий зажим сделан из кусочка размером 1 x 6 дюймов. Сначала разрежьте доску на более удобную секцию длиной около 5 дюймов. Как только это будет сделано, вы можете отнести ее к настольной пиле, чтобы вырезать канавки глубиной около 1/4 дюйма, любая ориентация будет работать. Расстояние между ними должно быть равным От центра до центра канавок - 1 дюйм. Ширина пропила (прорезь, сделанная пильным полотном) должна составлять 0,1 дюйма. Начните с вырезания первой прорези в дюйме от края доски. Затем выключите пилу и переместите забор на 1 дюйм, повторяйте этот процесс, пока в доске не сделаете 4 паза. Приспособление должно выглядеть, как на картинке выше.

Шаг 4: Использование первого приспособления

Это самая монотонная часть сборки, изгибающая все выводы светодиодов. Причина, по которой вы хотите использовать это приспособление, - получить прочную конструкцию, которая отлично смотрится. Возьмите первое приспособление, согните катод (короткий вывод, см. Рис. 2) до более близкого сверла (0,2 дюйма), затем оберните его вокруг сверла и ослабьте. Возьмите анод, согните его вокруг второго сверла и ослабьте. Отрежьте лишнее Проведите с помощью плоских ножей / боковых ножей и снимите светодиод. Выровняйте анод и катод. Поверните катод на 90 градусов так, чтобы он был направлен вниз (см. рисунок 3), продолжите процесс еще 63 раза.

Примечание: часто бывает полезно иметь маленькие плоскогубцы, чтобы сгибать провода вокруг сверл.

Шаг 5: Использование второго приспособления

Перед тем, как использовать это приспособление, нам нужно выпрямить и отрезать луженую медную проволоку калибра 20 (AWG). Сначала отрежьте не менее 36 4-дюймовых отрезков провода. Лучше всего сделать еще 4 отрезка, потому что это сделает куб симметричным (примечание: полезно выпрямить большие отрезки провода, прежде чем отрезать его до нужной длины, но любой способ будет работать. Для выпрямления проволоки просто возьмите два плоскогубца и потяните за каждый конец, немного натянув проволоку. Этот метод сложен, поэтому, если у вас есть тиски, вы можете зажать проволоку в тисках и вытащить оттуда, и вам станет намного лучше. результаты легче. После того, как вы подготовили весь провод, поместите 4 светодиода в зажим № 2 (см. изображение № 2), катод должен быть направлен от вас. Пропустите один из 4-х дюймовых отрезков провода через катодные петли, припаяйте все 4 соединения (рекомендуется проверить все светодиоды перед пайкой). После того, как вы припаяли все светодиоды, поднимите верхнюю часть и нажмите на зажим так, чтобы закругленные концы светодиодов оказались на плоской поверхности. Ряд светодиодов должен выскочить. Теперь проделайте этот процесс еще 16 раз.

Шаг 6: Использование третьего приспособления

Теперь, когда у вас есть все 16 рядов светодиодов, пришло время использовать последнее приспособление. Возьмите 4 полосы светодиодов и поместите металлические перемычки в один из пазов, убедившись, что все отверстия из разных секций совпадают. Вставьте один из отрезков проволоки снизу вверх в оставшиеся отверстия этой колонки. Убедитесь, что он квадратный, затем припаяйте все 16 соединений и переходите к выполнению еще 3.

Шаг 7: Электроника

Первое, что вам нужно сделать, это рассчитать 16 резисторов, необходимых для работы куба. Это можно сделать с помощью этого калькулятора или формулы Сопротивление = (источник напряжения - напряжение светодиода) / ток светодиода. Единственная проблема заключается в том, что часто продавец не дает необходимых значений. Если вы используете ссылку, предоставленную для комплекта светодиодов, который я получил, для желтых светодиодов требуется 120 Ом, потому что они 2 В, а для синих 75 Ом 3 В. Если вы не хотите беспокоиться об этом, вы можете просто использовать 220 Ом, входящие в комплект, они должны работать нормально, но ваш куб будет немного тусклым, иногда желтый может немного тускнеть (самый яркий цвет, который я нашел из этого набора синий, за исключением белого, который не рассеивается).

Шаг 8: Электроника

Итак, теперь у вас есть 2 варианта: вы можете отказаться от схемы ниже / создать свой собственный макет, используя изображения, чтобы помочь в хорошем макете, заказать пользовательскую печатную плату, используя файл Gerber, указанный ниже (отлично, если вы делаете несколько).

Печатная плата и схема - https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

Шаг 9: Припаиваем куб к макетной плате

Теперь, когда у вас есть электроника, соединенная вместе, вам нужно взять 4 вертикальных секции, которые вы сделали ранее. Поместите одну из секций, как показано на первом рисунке, припаяйте ее, убедившись, что она совпадает с макетной платой. Добавьте еще один с 9 отверстиями между отделками, добавив последние 2 таким же образом.

Шаг 10: соединение слоев

Затем вам нужно соединить общие катодные слои, возьмите кусок выпрямленного провода и положите его на торчащий кусок общего катодного провода, сделав паяное соединение на каждом пересечении. Вам нужно сделать как минимум 4, но вы можете заметить, что я сделал это с обеих сторон, чтобы куб выглядел симметричным. После того, как вы сделали все соединения слоев, вам нужно добавить провод от макетной платы к слоям куба. Это можно сделать, взяв выпрямленный участок провода с изгибом на 90 градусов, который выступает примерно на 1/2 дюйма. Приклейте длинный конец провода рядом с тем местом, где вы хотите соединиться с первым слоем, припаяйте его к слой. повторите, вытаскивая отверстие и переходя к следующему слою. Когда вы сделаете все 4 слоя, переходите к следующему шагу.

Шаг 11: Последние биты проводки

Следующая часть - подключить сток полевых МОП-транзисторов к слоям, как показано на первом рисунке. Как только это будет сделано, подключите выходы регистров сдвига к столбцам куба. См. Схему для более подробной информации.

Шаг 12: программирование вашего куба

У вас есть 3 варианта кодирования куба: используйте предоставленные коды, используйте arduino или используйте arduino с python, чтобы упростить процесс кодирования. Единственное, что я собираюсь объяснить, это arduino с python, потому что он самый простой в использовании, но вам понадобится лишь небольшой опыт работы с arduino / структурой языка. Начните с загрузки всех ссылок по порядку, начиная с программного обеспечения arduino и заканчивая библиотекой tkinter для python. Работа редактора python в основном не требует пояснений, просто запустите код python ниже. Когда вы нажмете кнопку сохранения, оболочка python выдаст двоичные байты, которые вам нужно будет вставить в массив arduino, который говорит слайды. Затем вам нужно будет добавить задержки в массив arduino, в котором указано, что delay_array количество слайдов, которые у вас есть, - это количество необходимых вам задержек. Максимальное количество слайдов, которое вы можете использовать, составляет 150 из-за памяти Arduino nano, это звучит много, но когда вы начинаете делать графические переводы, это количество быстро съедает.

Коды разделены на группы по 3 штуки, потому что мне не удалось загрузить их как один файл, кроме файла python.

группировки файлов (для правильной работы все файлы в группе должны быть помещены в одну папку)

жестко запрограммированный arduino (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

файлы с байтовым кодом arduino (clear, easy_programing_v2, show_pattern)

python gui (генератор кода 4x4x4 V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

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

Шаг 13: Готово

На этом этапе вы сможете отобразить хотя бы несколько шаблонов на своем кубе, и, надеюсь, все прошло гладко.

Если у вас есть вопросы, задавайте их ниже в комментариях.