3x3x3 LED kocka s Arduino Lib: 4 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Existujú aj ďalšie návody na stavbu LED kociek, táto sa líši z niekoľkých dôvodov: 1. Je postavená s nízkym počtom bežných komponentov a pripája sa priamo k Arduinu. 2. Prehľadný a ľahko reprodukovateľný schematický diagram je vybavený množstvom fotografií. 3. V softvéri sa používa jedinečný prístup, vďaka ktorému je programovanie kocky jednoduchšie a expresívnejšie. Potrebné diely: - 1 perfboard - 3 NPN tranzistory (2N2222, 2N3904, BC547 atď.) - 12 odporov (~ 220 ohmov a ~ 10 k ohmov) - 13 záhlaví (mužský alebo ženský) - 27 LED diód - drôt

Krok 1: Pripravte si diódy LED

Tento krok do značnej miery nadväzuje na LED kocku 4x4x4, ale namiesto toho budeme stavať kocku 3x3x3. Kocka tejto veľkosti je zhruba taká veľká, ako je veľká, bez toho, aby predstavovala ďalšie obvody a zložitosť. Budeme potrebovať celkom 27 LED diód, ktoré budú zoskupené do troch sád deviatich. Každá sada deviatich LED diód bude zdieľať spoločné spojenie medzi svojimi katódami (záporné vodiče). Každú z týchto množín budem označovať ako „úroveň“. Každá z deviatich diód LED na úrovni je prostredníctvom svojich anód (kladných vodičov) pripojená k zodpovedajúcej dióde LED na ďalších dvoch úrovniach. Budú sa označovať ako „stĺpce“. Ak to nedávalo zmysel, bude to pri stavaní kocky samozrejmé. Na začiatok použijeme vŕtačku na vytvorenie prípravku z malého kúska šrotu. Prípravok udrží LED diódy na mieste, kým ich spájkujeme. Rozhodol som sa, že diery od seba vzdialim asi 5/8 palca (~ 15 mm), ale presná vzdialenosť nie je rozhodujúca. Otvor by mal tesne priliehať k LED dióde, pretože nechceme, aby sa pri spájkovaní pohybovali. Akonáhle je prípravok hotový, ohneme katódu každej LED v uhle 90 stupňov. Katódu je možné identifikovať tromi spôsobmi: 1) je to kratšia noha, 2) nachádza sa na plochej strane okrúhlej diódy LED, 3) je spojená s väčším kusom vnútri diódy LED. Uistite sa, že katódu ohýbate rovnakým smerom pre všetky LED diódy. Teraz sme pripravení začať spájkovať.

Krok 2: Spájkujte LED diódy

Najprv umiestnite deväť LED diód do novovybudovaného prípravku. Umiestnite ich tak, aby nohy smerovali rovnakým smerom proti smeru hodinových ručičiek. Fotografie zobrazujú katódu smerujúcu v smere hodinových ručičiek anódou smerom von, ale LED diódy by som otočil, keby som to urobil znova, aby noha nebránila výhľadu na LED diódu. Boky spájkujte k sebe, na každej strane jeden pár. Pri nanášaní spájky používajte malé spony, aby boli nohy zovreté k sebe. Akonáhle je každá zo štyroch strán spájkovaná, posuňte spony, aby držali rohy pohromade a na každú naneste spájku. Nakoniec pripájajte katódu strednej diódy LED k jednej zo strán a odstrihnite prebytok. Opakujte trikrát. Teraz by ste mali mať tri sady deviatich LED diód. Dve zo súprav umiestnite jedna na druhú. Udržujte vzdialenosť rovnakú ako vzdialenosť medzi LED diódami. Akonáhle vám bude vyhovovať rozstup, môžete každú sadu nožičiek upnúť pomocou dvoch svoriek, jednej v každom smere, aby nohy zostali pri spájkovaní pevne na svojom mieste. Na dosiahnutie dobrého pripojenia sa možno budete musieť ohnúť okolo diódy LED. Spájkujte každý z deviatich párov, jeden po druhom. Urobte to ešte raz a kocka je hotová. Umiestnite kocku na jednu stranu perfboardu. Dbajte na to, aby bolo deväť nôh rovnomerne rozmiestnených od seba, pričom každú z nich prevlečte otvorom. Moja doska má medzi každou sadou nožičiek päť otvorov. Na druhom konci perfboardu chcete nechať čo najviac priestoru, aby sa zmestili rôzne komponenty. Keď budete s polohovaním spokojní, pridajte niekoľko klipov, aby držali nohy na mieste. Nechajte veľa nožičiek prechádzať dnom, pretože to neskôr uľahčí spájkovanie odporov. Otočte dosku a spájkujte každú nohu, aby zostala na svojom mieste. Prevráťte kocku späť, akonáhle sú všetky nohy spájkované. Nakoniec musíme spájkovať zvod z každej úrovne nadol cez spodok dosky. Odizolujte kus pevného drôtu a na jednom konci ohnite malý háčik. Zaveste háčik na jednu zo stredových nožičiek LED a preveďte ho otvorom na doske. Spájkujte koniec háčika, aby drôt zostal na svojom mieste. Opakujte znova pre ďalšie dve úrovne. Ďalším krokom je vybudovanie zvyšku obvodu.

Krok 3: Vybudujte obvod

Obvod je veľmi jednoduchý. Každý z deviatich stĺpcov sa pripojí k kolíku na Arduine prostredníctvom odporu obmedzujúceho prúd. Každá z troch úrovní sa pripája k zemi pomocou tranzistora NPN, keď je aktivovaná pinom Arduino. Na Arduine použijeme celkom 12 výstupných pinov, ale na napájanie je 18 LED diód. Ide o to, že súčasne je možné rozsvietiť iba jednu úroveň. Keď je úroveň pripojená k zemi, každú z LED diód na tejto úrovni je možné napájať jednotlivo prostredníctvom jedného z deviatich ďalších pinov Arduino. Ak osvetlíme úrovne dostatočne rýchlo, bude to vyzerať, akoby svietili všetky tri úrovne súčasne. Postavme obvod. Prvým krokom je príprava deviatich odporov obmedzujúcich prúd. Na kolík používam 220 ohmov, ktoré budú čerpať okolo 22 mA. Hodnota sa môže líšiť v závislosti od použitých diód LED, ale zostáva v rozmedzí približne 135 až 470 ohmov. Každý kolík dokáže napájať až 40 mA. Aby sme ušetrili miesto, chceme spájkovať odpory vo zvislej polohe. Ohnite jeden zvod nadol, aby boli obidva vodiče navzájom rovnobežné. Vykonajte to pre všetkých deväť rezistorov. Akonáhle sú odpory pripravené, spájkujeme ich jeden po druhom. Aby sme to uľahčili, budeme spájkovať vodiče rezistora priamo s ostatnými komponentmi, namiesto toho, aby sme pre každý použili samostatný vodič. Jeden koniec rezistora sa pripojí k stĺpcu a druhý k záhlaviu. Začnite prvým radom diód LED, ktorý je najbližšie k odporom, a pokračujte späť. Akonáhle je každý rad hotový, môžete použiť malý kúsok pásky na izoláciu prekrývajúcich sa vodičov, aby ste predišli skratu. Pozrite sa na fotografie a diagram, aby ste zistili, ako to bude vyzerať, keď bude hotový. Teraz, keď sú stĺpce mimo cesty, ďalším krokom je spájkovanie komponentov, ktoré riadia úrovne. Základňa tranzistora NPN bude aktivovaná kolíkom Arduino prostredníctvom odporu obmedzujúceho prúd 10k (alebo približne). Pripojí sa zodpovedajúca úroveň k zemi, ktorá umožní prúdeniu LED diódami. Pozrite sa na fotografie a diagram. Po dokončení by sa LED diódy mali pripojiť k pinom 2-10 na Arduine a úrovne by sa mali pripojiť k pinom 11-13 zdola nahor. Piny sú tiež softvérovo konfigurovateľné, ak potrebujete iné nastavenie. Okruh je teraz dokončený, je čas prejsť na softvér!

Krok 4: Používanie softvéru

Našiel som niekoľko príkladov kódu, ktoré plávali po sieti na ovládanie LED kocky. Na ovládanie LED diód vyžadovali všetky veľké množiny binárnych alebo hexadecimálnych dát. Myslel som, že musí existovať jednoduchší spôsob, a tak som sa pustil do písania vlastného softvéru. Moje prvé rozhodnutie bolo, aby softvér odzrkadľoval hardvér. To znamenalo osloviť každú diódu LED podľa stĺpca a úrovne namiesto použitia nespracovaných údajov o porte alebo tradičných x, y, z. Druhým rozhodnutím bolo začať so základnými funkciami, ako je zapnutie alebo vypnutie jediného svetla a odtiaľ stavanie. Nakoniec som sa rozhodol predstaviť dve funkcie, ktoré sú užitočné pre zaujímavejšie efekty. Jeden je buffer, ktorý umožňuje základným funkciám vytvárať zložitejšie vzorce. Druhá je sekvenčná funkcia, ktorá rozsvieti rad diód LED naraz alebo všetky naraz. Knižnica začala ako procedurálny kód a uvoľnené funkcie. Odtiaľ bolo veľmi jednoduché sledovať návod na vytvorenie opakovane použiteľnej knižnice Arduino. Knižnicu si určite stiahnite a rozbaľte do skicára/knižníc. Ak je správne nastavený, mali by ste nájsť príklad v softvéri Arduino v časti Súbor> Príklady> LedCube> ledcube. Kód je k dispozícii aj na Github na gzip/arduino-ledcube. Vďaka za prečítanie!