14. tammikuuta 2016 klo 13:42

LED-kuutio 8x8x8, mielenkiintoinen ja kaunis

• Piirin suunnittelu

Johdanto

Tämä ajatus tuli mieleeni spontaanisti tämän vuoden syksyyn asti, en voinut edes aavistaa, että ihmiset tekevät jotain vastaavaa elämässä. Itse asiassa eräs piirisuunnittelun opettaja kertoi minulle, että tällaisia ​​"kuutioita" on olemassa ja ehdotti tämän aiheen ottamista kurssityönä.

Tulevaisuudessa haluaisin sanoa, että työn määrää ei tarvitse ajatella kolossina. Päinvastoin, minun piti tehdä hyvin vähän, mutta ne, jotka ajattelevat: "Hah, teen sen parissa päivässä", valmistautuvat päinvastoin. Ja itse prosessi vie sinut työhön pahemmin kuin jonkin ohjelmakoodin kirjoittaminen...

Katsoessani pieniä teoksia, mitoiltaan 3x3x3, 4x4x4 ja 5x5x5, tajusin hitaasti, että mitä isompi sen parempi.

Virstanpylväs #1:

Jos et ole aiemmin työskennellyt juotosraudalla, ymmärrä ensin, että sinun on juotettava kaikki LEDien jalat, tämä on 2 * 512, ei niin vähän. Joten harjoittele joillakin kissoilla.

Internet on täynnä ohjeita tästä aiheesta. Mutta alusta loppuun, luulen nähneeni sen vain osoitteessa instructables.com, ja sanon heti, että se on jotenkin liian yksityiskohtainen kaiken suhteen. Itse käytin kaksi kertaa vähemmän komponentteja. Luonnollisesti varusteet osoittautuivat yksinkertaisemmiksi. Tämän seurauksena meidän pieni lelu tarvitsemme:

512 LEDiä (6 dollaria - aliexp)
- 5 erikoissirua LEDeille STP16CPS05MTR (9 dollaria - aliexp)
Luonnollisesti on kannattavampaa ottaa tällaiset osat erissä
- 8 BD136 pnp-transistoria (myös kotimaiset analogit sopivat)
- 5 1kOhm vastusta (käyttöteho 2W)
- 5 10uF kondensaattoria (käyttöjännite 35-50 V)
- liitäntäjohdot (noin 10 m, vikoja huomioiden), juotos ja kaikki mikä on hauskaa

Aika aloittaa layoutin tekeminen

Otetaan pora, viivain, tehdään 8x8 mesh (pääasia ei ole tehdä 8x9 kuten minä) mihin tahansa, olipa kyseessä vaahtomuovi, puulevy tai jotain muuta. Ja poraa huolellisesti reiät LEDeille.

Virstanpylväs #2:

Avainsana on ”varovasti”, pari millimetriä vasemmalle tai oikealle, ja loppujen lopuksi tulee vino kuutio.

Kun tämä vaihe on valmis, aseta LEDit soluihin ja noudata seuraavaa sääntöä:

A) Kaikkien anodien tulee olla vasemmalla ja katodien oikealla. Tai päinvastoin. Kumpi on sinulle kätevämpi.
b) Ensimmäisen rivin ylhäältä tulee sisältää LEDit kulmassa:

Tällä periaatteella yhdistämme katodit (-). Pisteviivalla merkittyyn kohtaan kiinnitä jonkinlainen lanka niin, että kerros pysyy tiukasti molemmilta puolilta.

Pitämällä tätä herkkää kerrosta, sinusta saattaa tuntua, että se on hajoamassa, mutta itse asiassa, kun alat kiinnittää kerroksia, tämä rakenne voidaan turvallisesti heittää lattialle, eikä todennäköisesti mikään hajoa.

Ensimmäisen kerroksen yhteenveto

Ennen kuin aloitat toisen kerroksen juottamisen, sinun on otettava ja taivutettava kaikki anodit seuraavasti:

Useiden kerrosten yhdistäminen

Virstanpylväs #3:

Aloittelijat, käytä erityistä juotospastaa (fluxia), jos olet tekemisissä johtojen kanssa, näin säästät itsesi hermoilta (ei niin kuin ensimmäisellä kerralla).

Kun on vähän väsynyt

Joten juotettuamme 64 johtoa anodeihin, jotka saimme "alalle", voimme siirtyä itse elektroniseen piiriin.

Näemme, että molemmilla puolilla olevien mikropiiriemme lähdöt menevät kuutiosarakkeiden yhteisiin anodeihin, ja viidennessä multipleksoimme ohjauskerrokset transistorien kautta. Näyttää siltä, ​​​​että kaikki ei ole monimutkaista: signaali lähetetään tietyille sarakkeille ja kerroksille, ja saamme parin hehkuvia LED-valoja.

Todellisuudessa se toimii näin:

Siinä on 3 sisääntuloa: kello, data ja salpa. Kun 8 bittiä on käsitelty, tapahtuu salpa ja tiedot sijoitetaan rekisteriin. Koska mikropiirimme on tehty siirtorekistereillä, sitten jotta voimme renderoida kuutiomme kerran eri informaatiobiteillä, meidän on kirjoitettava 1 tavu (8 bittiä kerrosten lukumäärällä, joihin jännite on kytketty), sitten tulee tyhjää dataa, koska Viidennellä sirulla vasenta nastaa ei ole kytketty mihinkään. Seuraavaksi kirjoitetaan 1 tavu jokaiselle kahdeksan sarakkeen ryhmälle. Vastaava bitti määrittää, minkä sarakkeen tulee olla valaistu, ja missä se leikkaa aktivoidun kerroksen, niiden leikkauskohdassa olevan LEDin tulee vastaanottaa jännite.

Alla on kaavio kehittäjän tietolomakkeesta yleiseksi viitteeksi:

Kuinka kirjoitamme 1 tavun dataa:

Void CUBE::send_data(char tavu_lähetettävä)( for(int i = 0; i< 8; i++){ if(byte_to_send & 0x01<Käytin Arduino UNO:ta (lainasin sen), mutta mikä tahansa malli käy tähän. Sekä nano että mini, koska käytössä on vain 3 digitaalista tuloa ja vcc + gnd.

Ole erityisen huolellinen lisävirtalähteestä (käytin 12V 2A sovitinta kaikkien kerrosten näyttämiseen, näyttää siltä, ​​​​että virta on täsmälleen sama kuin tarvitaan);

Kaikki Arduinon luonnoksen muodossa oleva lähdekoodi tulee olemaan

Julkaistu 8.5.2011

Toinen yksinkertainen LED-lelu, mutta yhtä vaikuttava kuin LED-kuutio tai. Voit katsoa videon tapahtuneesta täältä.

Youtubesta löytyy monia samanlaisia ​​ja siistimpiä juttuja. Arvokkain osa on LEDeistä koottu kuutio. Rakennamme yksinkertaisen kuution, jonka pintamitat ovat 4x4x4 LEDiä. Ne. tarvitsemme 4x4x4 = 64 kirkasta LEDiä minkä tahansa väristä. Halusin tehdä 8x8x8 kuution, mutta silloin tarvitsisin 512 LEDiä. Ledien hinta huomioon ottaen se on vähän kallis yksinkertaiselle lelulle, aloitetaan yksinkertaisesta 4x4x4:stä.

Kuinka kuutio toimii?

Emme voi valaista kaikkia LED-valoja kerralla, tarvitsemme paljon mikro-ohjaimen jalkoja. Siksi se on helpompi tehdä – sytyttää yksi "kerros" LED-valoja yksi kerrallaan. Ihmissilmä on inertti eikä pysty havaitsemaan niin nopeaa vaihtoa, ja meistä näyttää siltä, ​​että kaikkien kerrosten LED-valot palavat. Mutta samaan aikaan sinun on ymmärrettävä, että jokainen yksittäinen LED-kerros ei pala koko ajan, vaan sille varatun ajan. Hehkujakso 1 / kerrosten lukumäärä. Meidän tapauksessamme 4. Eli Hehkun kirkkaus on 1/4 nimellisarvosta. Siksi otimme superkirkkaat LEDit, muuten olisimme päätyneet vaaleaan kuutioon.

Ohjauskortti

Ohjauskortilla ATMega8-mikro-ohjain vastaa toimintalogiikasta, parista mikropiireistä - siirtorekistereistä signaalien lähettämiseksi "pilareille" ja 4 transistorikytkimelle, jotka kytkevät päälle halutun LED-kerroksen. Mikrokontrolleri lähettää tarvittavan numeron siirtorekistereihin ja kytkee sitten päälle halutun transistorikytkimen valaisemalla halutun kerroksen. Sitten toimenpide toistetaan jokaiselle "kerrokselle".

Levyssä on liitin kuution liittämiseksi tietokoneeseen moduulin kautta. Näin voit saada kuution hehkumaan tietokoneelta tulevien komentojen perusteella. Kuutio toimii kuitenkin loistavasti ilman tietokonetta, vaikka silloin se voi vain selata "elokuvaa" kiinteästi muistiinsa, mutta tämä on yleensä enemmän kuin tarpeeksi.

Kuutio saa virran tietokoneen USB-portista. Tämä on kätevää kytkettäessä tietokoneeseen. Laitoin siihen virtaa erikseen, koska oli tarkoitus tehdä erillinen laite. Videolta näet erillisen kortin yksinkertaiselle 5V jännitteenvakaajalle, joka saa 12V ulkoisesta virtalähteestä. Koska kerralla ei voi syttyä enintään 64 LEDiä, vaan vain 16, niiden kokonaisvirrankulutus (nopeudella 20 mA jokaiselle LEDille) on 16 * 20 = 320 mA. Mitä USB-portille sallitaan.

LED-kuution kokoonpano

LEDit on juotettu siten, että yksi jaloista on yhdistetty pystysuunnassa muiden LEDien jalkoihin muodostaen "pilarin" ja toinen jalka on kytketty kaikkiin LEDeihin tasossa ("lattiassa"). Juotamme johdot kuutioon, yhden napaan (16 kpl) ja yhden jokaiseen kerrokseen (4 kpl). Nämä 20 johtoa ohjaavat kuutiota. Kuutio liitetään levyyn seuraavasti:

Tietokoneen käyttöliittymä

Viestintä kortille tapahtuu COM-portin kautta moduulia käytettäessä ja virtuaalisen COM-portin kautta UART-USB:tä käytettäessä. Molemmissa tapauksissa tämä on tietokoneen COM-portti. Ohjelmistokehityksessä ei siis ole ongelmia.

Ohjelmisto tehosteiden luomiseen ja toistamiseen

Erilaisten valaistustehosteiden luomisen yksinkertaistamiseksi Flashiin luotiin yksinkertainen ohjelmisto: . Sen avulla voit luoda erilaisia ​​tehosteita ja tallentaa tiedoston. Tiedosto on yksinkertainen numerosarja, joka voidaan lisätä lähdekoodiin, koota ja tuottaa laiteohjelmiston omilla tehosteillaan. Lisäksi tätä tiedostoa voidaan toistaa tietokoneeseen liitetyssä kuutiossa yksinkertaisella Delphissä kirjoitetulla ohjelmalla. Esimerkki siitä on ladattavissa täältä.

• Moduuli saa virran Arduino Nano -moduulista tai ulkoisesta virtalähteestä (5 volttia), joka on kytketty ohjauskortin liittimeen.
• Kuten kävi ilmi, eri Arduino-tyyppisten moduulien valmistajien piirit eroavat alkuperäisestä Arduino NANOsta. Otimme tämän huomioon, kun kehitimme ehdotettua laajennusta. Vasemmanpuoleisiin liittimiin asennetaan alkuperäinen mikrokontrollerimoduuli ja oikeisiin liittimiin esimerkiksi DFRduino-tavaramerkillä varustettu moduuli. Moduulien väliset erot löytyvät kaaviostamme.
• Melkein mikä tahansa talon infrapunakaukosäädin voi ohjata kuutiota.

Lisätietoja

Lyhyt kuvaus kirjastoista LED CUBE 4x4x4:lle

Loimme kirjaston WIRING-kielelle erityisesti tätä projektia varten.
MP1051.Init() - ensimmäinen alustus
MP1051.Brightness(B) - LEDien kirkkauden asetus, B=0...32
MP1051.Set(D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8) - ohjaus-LEDit kerros kerrokselta, D1-D2 - ensimmäinen kerros (A1), D7-D8 - 4. kerros (A4)
MP1051.IR(T) - odottaa infrapunakaukosäätimen komentoa T ms:lle. Palauttaa: 0 - ei ollut komentoa, 1 - komento hyväksytty, 2 - toisto hyväksytty
MP1051.IRAdr() - palauttaa infrapunalähetyksen osoitteen
MP1051.IRData() - palauttaa IR-lähetyskomennon

Kokoamismenettely 4x4x4 LED-kuutiolle.

Ensinnäkin sinun on valmisteltava LED-johdot.
Vaihe 1. Taivuta lyhyttä 90 astetta.
Vaihe 2. Muodostamme pinseteillä lyhyen niin, että se on 3 mm. terminaalien välinen nousu on kasvanut.
Vaihe 3. Taivuta nyt pitkä sivulle.

Seuraavien toimien helpottamiseksi etsi 4 M3-ruuvia muttereilla ja kiinnitä ne ohjauskortin kulmareikiin. No, jos ruuveja ei ole, neljä identtistä laudan kulmiin kiinnitettyä pyykkipoikaa pelastaa sinut.

Asenna valetut LEDit levyn reikiin. Ensimmäinen rivi ensin.

Juota pitkät johdot yhteen.

Sitten toinen kerros.

Juota toisessa rivissä olevat pitkät. Kolmannessa ja neljännessä.

Kunkin rivin uloimpien LEDien pitkät johdot ulottuvat laudan reunan yli. Taivuta niitä varovasti levyä pitkin ja juota ne yhteen

Siitä tuli yksi kerros 4 x 4.

Voit tasoittaa sen lisälangalla.

Teemme neljä kerrosta. Asennamme ensimmäisen kerroksen varovasti ohjauskortille työntämällä LED-johdot reikiin L11-L14, L21-L24, L31-L34, L41-L44. Juota ensin kulmaliittimet. Kohdistamme kerroksen yhteen tasoon kulmissa, lämmitämme johtimet juotosraudalla ja liikutamme niitä ylös ja alas (tarvittaessa). Kun olet varma, että kulma-LEDit ovat samassa tasossa, juota loput johtimet.
Toinen kerros juotetaan ensimmäiseen. Lyhyestä johdosta lyhyeen. Katso oikealla olevaa kuvaa 10, juotoskohdat näkyvät selvästi äärimmäisessä sarakkeessa.

Tässä artikkelissa kerron sinulle askel askeleelta 3D-LED-kuution tekemisestä, jonka mitat ovat 3x3x3. LED-valoa ohjataan Arduino-ohjaimella.

Tämän projektin erottuva piirre muista on:

Pieni määrä lisäkomponentteja, liitetään suoraan Arduinoon ilman erilaisia ​​multipleksereitä jne.

Helposti seurattava kytkentäkaavio, jossa on paljon kuvia ja selityksiä.

Universaalin kirjaston käyttö, mikä yksinkertaistaa huomattavasti ohjelman kirjoittamista.

Tarvitsemme siis:

• kehityslautakunta
• 3 NPN-transistoria (2N2222, 2N3904, BC547 jne.)
• 12 vastusta (~220 ohmia ja 22 kOhm)
• 13 liitintä (uros tai naaras)
• 27 valoa emittoivaa diodia (LED)
• liitäntäjohdot

Ensin pieni video laitteesta toiminnassa:

Eli oletko katsonut videon? No, nyt mennään!

Vaihe 1. LED-valon valmistelu

Tämä vaihe ei käytännössä eroa edellisestä projektista, lukuun ottamatta vastaavaa ulottuvuutta. 4x4x4 kuutio on monimutkaisempi, koska... vaatii lisäelementtien lisäämisen piiriin. Kuutiossamme on 3 tasoa, jokaisessa 9 LEDiä.

Jokaisessa 9 ledin sarjassa kaikki katodit on kytketty toisiinsa, ts. kytketty piirin mukaan, jossa on yhteinen katodi (miinus). Lisäksi kutsumme sarjoja "tasoiksi". Jokainen LED on yhdistetty anodilla eri tasoisiin LEDeihin (alempi tai korkeampi). Lisäksi tekstissä kutsun näitä sarakkeita, ts. Yhdessä sarakkeessa on 3 anodilla yhdistettyä LEDiä ja yhdellä tasolla on kytketty 9 LED-katodia.

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, käytin kuution tekemiseen vanhaa mallia 4x4x4 LED Cube -projektista. LED-päätä varten porataan reiät puuhun, reikien välinen etäisyys on noin 15mm.

Kun valaisin on valmis, on aika aloittaa LED-johtojen muotoilu. Kaikkien LEDien katodit on taivutettava huolellisesti 90 astetta. Johdon taivutussuunnan tulee olla sama kaikille LEDeille. Kuinka määrittää, missä katodi on ja missä anodi on LEDissä, lue täältä tai täältä.

Vaihe 2. Kuution kokoaminen

Aseta ensimmäiset yhdeksän LEDiä puiseen valaisimeen. Aseta kaarevien jalkojen suunta yhteen suuntaan, sanotaan myötäpäivään (tai vastapäivään, sillä ei ole väliä).

Kiinnitä LED-jalat krokotiilipidikkeillä ja juota ne yhteen. Juota lopuksi keskus-LED. Kun yksi taso on valmis, voit tarkistaa oikeat LED-liitännät akulla tai yleismittarilla. Koska silloin on erittäin vaikeaa purkaa mitään, varsinkin jos se on keskellä oleva LED.

Tee kaikki kolme tasoa tällä tavalla. Tämän jälkeen tasot on asennettava ja juotettava päällekkäin. On tärkeää säilyttää määritetty etäisyys. Jos laitteessa LEDien välinen etäisyys oli 15 mm, tasojen välisen etäisyyden tulisi olla 15 mm, muuten päädyt pitkänomaiseen tai puristettuun kuutioon.

Kuutio on valmis. Nyt voit asettaa sen leipälaudalle.

Vaihe 3. Piirin suunnittelu

Laitekaavio on yksinkertainen. Jokainen yhdeksästä sarakkeesta on kytketty Arduino-nastoihin virtaa rajoittavien vastusten kautta. Ja kaikki 3 tasoa on kytketty yhteiseen lähtöön NPN-transistoreilla, jotka puolestaan ​​on kytketty Arduinoon.

Että. Käytössä on vain 12 Arduino-nastaa. Vain yksi tason LED syttyy kerrallaan, mutta nopeasti vaihtamalla tasojen välillä näyttää, että kaikki tasot palavat samanaikaisesti (ohjelmasta riippuen).

Ensimmäinen vaihe on juottaa 9 vastusta. Käytin 220 ohmin vastuksia, jotka rajoittavat virran 22 mA:iin. Vastuksen arvo riippuu käytettyjen LEDien tyypistä ja vaihtelee välillä 135 - 470 ohmia. Tarkempi laskenta LEDin vastuksesta voidaan tehdä täällä: LED-laskin. Jokainen Arduino-nasta pystyy toimittamaan jopa 40 mA.

Juotin levyn vastukset pystysuoraan. Sen jälkeen liimasin kerroksen sähköteippiä, jotta ei tule oikosulkuja jumpperien kanssa.

Seuraava askel on radioelementtien asentaminen tasojen ohjaamiseksi. Tässä käytetään kolmea NPN-transistoria. Transistorien kannat on kytketty 22 kOhm vastuksen kautta Arduinon nastoihin. Että. ohjain avaa transistorin ja koko LED-taso on kytketty "yhteiseen".

Vaihe 4. Ohjelmisto

Internetistä löysin useita esimerkkejä tällaisten LED-kuutioiden ohjaamisesta. Mutta ne kaikki vaativat valtavan alustavan joukon bin- tai hex-tietoja. Päätin kirjoittaa oman ohjausohjelmani.

Ensimmäisenä tehtävänä oli tehdä ohjelman ja laitteiston välinen vastaavuus helposti ymmärrettäväksi. Tein päätöksen käyttää tasoja ja sarakkeita RAW-porttidatan tai perinteisten x, y, z sijaan. Toisena tehtävänä oli tehdä kuution perustoiminnot, kuten erillisen LEDin kytkeminen päälle/pois jne.

Päätin myös ottaa käyttöön kaksi lisävaihtoehtoa erilaisten tehosteiden toteuttamiseen. Ensimmäinen on puskuri, jonka avulla voit toteuttaa perustoimintoja monimutkaisten kuvioiden toteuttamiseksi, ja toinen on sekvenssitoiminto.

Tein kaiken tämän toiminnallisuuden luokkien muodossa ja tein Arduino-kirjaston, jota voidaan käyttää muihin projekteihin ja jopa eri kuutioulottuvuuden kanssa.

Kuutio? Tämä on kuutio, jonka koko tilavuudessa on LED-valoja. Ja jokaista LEDiä (voidaan värittää) ohjataan erikseen. LED-kuution avulla voit luoda erilaisia ​​valoesityksiä ja animaatioita. LED-kuutio voi näyttää erilaisia ​​valoanimaatioita, jotka on jo ohjelmoitu siihen. 3D-LED-kuutioiden monimutkaiset piirit voivat jopa näyttää erilaisia ​​kolmiulotteisia sanoja ja kirjoituksia. Yksinkertaisesti sanottuna LED-kuutio on pohjimmiltaan volumetrinen näyttö, vain alhaisella resoluutiolla, jonka avulla voit näyttää tilarakenteita ja grafiikkaa. Tämä ratkaisu ei tietenkään sovellu videoiden katseluun, mutta sitä voidaan käyttää hyvin esitysten ja esitysten suunnitteluun, viihteeseen ja näyttelyihin, mainontaan ja suunnitteluun. Luulen, että monet ihmiset halusivat rakentaa tällaisen LED-kuution, mutta kaikilla ei ollut mahdollisuutta ostaa mikro-ohjainta, ja tietenkään kaikki eivät osaa ohjelmoida. Siksi tässä on hyvin yksinkertainen piirisuunnitteluvaihtoehto:

LED-kuution ehdotettu versio ei vaadi ohjelmointia, piiri on yksinkertainen ja kaikkiin osiin pääsee käsiksi. Ja CD4020-siru tarjoaa erilaisia ​​sävellyksiä, jotka ovat melkein yhtä hyviä kuin ohjelmoitavat kuutiot. Tässä on luettelo kuutiossa käytetyistä osista kuvauksella:

1) KR1006VI1 (NE555)

Mikropiiri sisältää noin 20 transistoria, 15 vastusta, 2 diodia. Lähtövirta on 200 mA, virrankulutus on noin 3 mA enemmän. Syöttöjännite 4,5 - 18 volttia. Ajastimen tarkkuus ei riipu syöttöjännitteen muutoksista ja on enintään 1 % lasketusta arvosta.

2) K561IE16 (CD4020, MC14020)

Tämä on 14-bittinen binäärijakajalaskuri.

3) LEDit - makusi mukaan, 27 kpl;
4) Vastus 33K;
5) Kondensaattori 10uF;
6) Mikrokytkin lukituksella (valinnainen);
7) Krona 9V;
8) Paneelit mikropiireille (valinnainen).

Joten piirrämme LED-kuution painetun piirilevyn lasikuitulle ja upotamme sen rautakloridiin.

Sillä välin levyämme kaiverretaan, käsitellään vaikein osa - itse LED-kuutio. Porataan vaneriin tai paksuun pahviin reiät ledeille ja laitetaan ne sinne. Nyt taivutamme kaikki katodit (negatiivit) myötäpäivään ja juotamme ne. Juotamme itse johdot keskimmäiseen lediin.

Teemme LED-kuution loput kerrokset samalla tavalla.

Nyt meidän täytyy juottaa ne yhteen. Vain tällä kertaa juotamme LED-anodit (plussit).

Juotamme viimeisen kolmannen kerroksen. Valmis!!)))

Otamme jo syövytetyn levymme ja poraamme reikiä. Ensin juotetaan piirilevylle jumpperit ja sitten osat.

Ja lopuksi viimeinen silaus - juota kuutio.

Nyt kytketään 9V ja odotamme tulosta. Hurraa - toimii:

Mutta jos lisäät piirin virransyöttöä 12 V:iin, CD4020-mikropiiri saattaa palaa loppuun. Siksi asensin 9V kruunun. Tässä on etunsa: voit kuljettaa kuutiota mukanasi, se ei tarvitse pistorasiaa, eikä mikropiiri pala. Mutta on myös haittoja - sinun on vaihdettava akku säännöllisesti. Tein pahvilaatikon LED-kuutiolleni. Ja tähän päädyin:

Materiaalit ja kuvat toimittaa [)eNiS.

Keskustele artikkelista LED CUBE