Светодиодный куб 3x3x3 с Arduino Lib: 4 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Есть и другие инструкции по созданию светодиодных кубов, этот отличается по нескольким причинам: 1. Он построен с небольшим количеством готовых компонентов и подключается непосредственно к Arduino. 2. Четкая, легко воспроизводимая принципиальная схема снабжена большим количеством фотографий. 3. В программе использован уникальный подход, позволяющий упростить программирование куба и сделать его более выразительным. Необходимые детали: - 1 монтажная плата - 3 транзистора NPN (2N2222, 2N3904, BC547 и т. Д.) - 12 резисторов (~ 220 Ом и ~ 10 кОм) - 13 разъемов (вилка или розетка) - 27 светодиодов - провод

Шаг 1. Подготовьте светодиоды

Этот шаг во многом повторяет светодиодный куб 4x4x4, но вместо этого мы построим куб 3x3x3. Куб такого размера примерно такой же большой, как и получается, без дополнительных схем и сложностей. Нам понадобится в общей сложности 27 светодиодов, которые будут сгруппированы в три набора по девять. Каждый набор из девяти светодиодов будет иметь общее соединение между своими катодами (отрицательными выводами). Я буду называть каждый из этих наборов «уровнем». Каждый из девяти светодиодов на уровне подключен к соответствующему светодиоду на двух других уровнях через свои аноды (положительные выводы). Они будут называться «столбцами». Если это не имело смысла, это станет очевидным, когда мы построим куб. Для начала мы воспользуемся дрелью, чтобы создать приспособление из небольшого куска обрезков древесины. Приспособление будет удерживать светодиоды на месте, пока мы их припаяем. Я решил расположить отверстия на расстоянии примерно 5/8 дюйма (~ 15 мм), но точное расстояние не имеет значения. Отверстие должно плотно прилегать к светодиоду, так как мы не хотим, чтобы они двигались во время пайки. После того, как приспособление закончено, мы собираемся согнуть катод каждого светодиода под углом 90 градусов. Катод можно идентифицировать тремя способами: 1) это более короткая ножка, 2) он находится на плоской стороне круглого светодиода, 3) он подключен к большей части внутри светодиода. Убедитесь, что вы изогнули катод в одном направлении для всех светодиодов. Теперь мы готовы приступить к пайке.

Шаг 2: припаиваем светодиоды

Сначала поместите девять светодиодов в недавно построенное приспособление. Расположите их так, чтобы ноги указывали в одном направлении против часовой стрелки. На фотографиях показан катод, направленный по часовой стрелке, анодом наружу, но я бы повернул светодиоды, если бы сделал это снова, чтобы ножка не мешала обзору светодиода. Спаяйте стороны вместе, по одной паре с каждой стороны. Используйте маленькие зажимы, чтобы удерживать ножки вместе во время нанесения припоя. После того, как каждая из четырех сторон будет припаяна, переместите зажимы, чтобы скрепить углы вместе, и нанесите припой на каждую. Наконец, припаяйте катод среднего светодиода к одной из сторон и обрежьте лишнее. Повторить трижды. Теперь у вас должно быть три набора из девяти светодиодов. Поместите два набора один поверх другого. Расстояние между светодиодами должно быть равным уже установленному. Как только вы освоитесь с расстоянием, вы можете зажать каждый комплект ножек двумя зажимами, по одному в каждом направлении, чтобы они надежно удерживались на месте во время пайки. Возможно, вам придется обогнуть светодиод, чтобы получить хорошее соединение. Спаяйте каждую из девяти пар по одной. Сделайте это еще раз, и куб готов. Поместите куб на одну сторону монтажной платы. Убедитесь, что девять ножек расположены равномерно, пока вы продеваете каждую через отверстие. На моей доске по пять отверстий между ножками. Вам нужно оставить как можно больше места на другом конце монтажной платы для различных компонентов. Добавьте несколько зажимов, чтобы удерживать ножки на месте, когда вы будете довольны положением. Оставьте много ножек, торчащих из нижней части, так как это упростит пайку резисторов в дальнейшем. Переверните плату и припаяйте каждую ножку, чтобы она оставалась на месте. После того, как все ножки будут припаяны, переверните кубик. Наконец, нам нужно припаять вывод с каждого уровня вниз через нижнюю часть платы. Зачистите кусок твердой проволоки и согните на одном конце небольшой крючок. Повесьте крючок на одну из центральных ножек светодиодов и проденьте его через отверстие на перфокартоне. Припаяйте конец крючка, чтобы проволока оставалась на месте. Повторите еще раз для двух других уровней. Следующим шагом будет построение остальной части схемы.

Шаг 3: Постройте схему

Схема довольно простая. Каждый из девяти столбцов подключается к выводу на Arduino через токоограничивающий резистор. Каждый из трех уровней подключается к земле через транзистор NPN при активации выводом Arduino. Мы будем использовать всего 12 выходных контактов на Arduino, но для питания требуется 18 светодиодов. Хитрость в том, что одновременно может быть освещен только один уровень. Когда уровень подключен к земле, каждый из светодиодов на этом уровне может получать питание индивидуально через один из девяти других выводов Arduino. Если мы осветим уровни достаточно быстро, будет казаться, что все три уровня горят одновременно. Построим схему. Первым делом нужно подготовить девять токоограничивающих резисторов. Я использую 220 Ом на контакт, который потребляет около 22 мА. Значение может варьироваться в зависимости от используемых светодиодов, но находится в диапазоне от 135 до 470 Ом. Каждый вывод может потреблять до 40 мА. Чтобы сэкономить место, мы хотим припаять резисторы в вертикальном положении. Согните один вывод так, чтобы оба вывода были параллельны друг другу. Сделайте это для всех девяти резисторов. Когда резисторы будут готовы, мы спаяем их по одному. Чтобы упростить задачу, мы собираемся припаять выводы резистора непосредственно к другим компонентам, вместо того, чтобы использовать отдельный провод для каждого из них. Один конец резистора подключается к колонке, а другой - к заголовку. Начните с первого ряда светодиодов, ближайшего к резисторам, и двигайтесь обратно. После того, как каждый ряд закончен, вы можете использовать небольшой кусок ленты, чтобы изолировать перекрывающиеся провода, чтобы предотвратить короткое замыкание. Обратитесь к фотографиям и диаграмме, чтобы увидеть, как это будет выглядеть после завершения. Теперь, когда колонны убраны, следующим шагом будет припайка компонентов, которые контролируют уровни. База транзистора NPN будет активирована выводом Arduino через токоограничивающий резистор 10 кОм (или около того). Это подключит соответствующий уровень к земле, что позволит току течь через светодиоды. Смотрите фотографии и схему. После завершения светодиоды должны подключиться к контактам 2-10 на Arduino, а уровни должны подключиться к контактам 11-13 снизу вверх. Контакты также можно настроить в программном обеспечении, если вам нужна другая настройка. Схема завершена, пора переходить к программному обеспечению!

Шаг 4: Использование программного обеспечения

Я нашел несколько примеров кода, плавающих в сети для управления светодиодным кубом. Всем им требовались большие массивы двоичных или шестнадцатеричных данных для управления светодиодами. Я решил, что должен быть более простой способ, поэтому решил написать собственное программное обеспечение. Моим первым решением было сделать программное обеспечение зеркальным копированием оборудования. Это означало адресацию каждого светодиода по столбцу и уровню вместо использования необработанных данных порта или традиционных x, y, z. Второе решение заключалось в том, чтобы начать с основных функций, таких как включение или выключение одного светильника, и наращивать их. Наконец, я решил представить две функции, которые полезны для более интересных эффектов. Один из них - это буфер, который позволяет базовым функциям создавать более сложные шаблоны. Другой - это функция последовательности, которая зажигает массив светодиодов по одному или все сразу. Библиотека начиналась как процедурный код и отдельные функции. Оттуда было очень легко следовать руководству по созданию многоразовой библиотеки Arduino. Обязательно загрузите библиотеку и разархивируйте ее в альбом / библиотеки. Если все настроено правильно, вы должны найти пример в программном обеспечении Arduino в разделе Файл> Примеры> LedCube> ledcube. Код также доступен на Github по адресу gzip / arduino-ledcube. Спасибо за прочтение!