DIY LED-kub 5x5x5 diagram. LED-kub

Projektet föreslår designen av en 4x4x4 LED-kub som kostar cirka $15.

Kuben använder 64 gröna lysdioder, som bildar 4 lager och 16 kolumner. Kuben styrs av Arduino baserad. Ett exempelprogram för Arduino Uno, som implementerar kontroll av varje enskild lysdiod från hela arrayen.

Nödvändiga delar för projektet

• 64 lysdioder
• 4 motstånd per 100 ohm
• Kontaktdon för avlödning
• Konduktörer
• Utvecklingstavla för avlödning
• Låda
• 9V strömförsörjning
• Arduino Uno

Verktyg som kan vara användbara för dig visas på bilden nedan.

Bildar basen av LED-kuben

Du kan använda den medföljande skissen. Skriv ut den och fäst den på en kartong. Vid utskrift, kontrollera att den faktiska storleken är inställd och horisontell orientering. Använd en penna för att göra hål vid nodpunkterna. Kontrollera om lysdioderna passar bra i de förberedda hålen.

Montering av en LED-kub

Ta 64 lysdioder och kontrollera deras prestanda genom att ansluta var och en till ett AA-batteri. Detta är naturligtvis ett tråkigt förfarande, men det är nödvändigt. Annars, på grund av att en lysdiod inte fungerar, kan det bli många problem senare. Placera de 16 lysdioderna i hålen enligt pilarna på utskriften. Röda pilar motsvarar plus (anod), blå pilar till minus (katod). Koppla ihop alla anoder. Vänd sedan på lådan och tryck ut lysdioderna. Tryck försiktigt ut för att inte skada det uppsamlade lagret. Allt. Det första lagret är klart. På samma sätt bildar vi ytterligare tre lager. Sedan ansluter vi de fyra resulterande skikten med fria katoder. Jag råder dig att ansluta kontakterna från mitten och flytta till periferin. LED-kuben börjar anta den nödvändiga formen!

LED-kubinstallation

Gör markeringar på brödbrädet med hjälp av en markör. Observera att den markerade rektangeln bör vara något mindre än lådan som din kub kommer att installeras på. Efter markering gör du ett litet spår längs linjen för den framtida kanten och bryt försiktigt av kanterna bakbord. Slå 20 hål i toppen av din låda för kuben. Du kan markera borrplatserna med hjälp av motsvarande hål på brödbrädan.

Anslutning av LED-kuben

Dela först upp din remsa med kontakter i tre delar så att de passar de digitala och analoga stiften på Arduino Uno. Skala och installera 16 ledningar för digitala ingångar (rader) på ditt moderkort i lådan. Anslut de 4 ledningarna från de analoga ingångarna med 100 Ohm motstånd. Fortsätt nu med att ansluta ändarna av ledningarna till de tre anslutningsskenorna. Anslutningen är implementerad på ett sådant sätt att det är möjligt att styra lysdioderna längs tre axlar. Kolumnerna motsvarar X- och Y-axlarna Plus, tack vare de fyra skikten får vi Z-koordinaten. Således kan varje lysdiod initieras med en liknande metod. Låt oss titta på ett exempel. Titta på bilden ovan och hitta LED A(1,4). "A" betyder att detta är ett av de första lagren, och "(1,4)" motsvarar koordinaterna X=1, Y=4.

Kopplingsschema

Rader/kolumner

Skikten

[Nålar för lager]

Ansluter strömförsörjningen till Arduino

För att driva kortet kan du använda en separat 9 volt, 1 ampere adapter. Du kan använda en adapter för ett Krona-batteri och driva det från det. Hur som helst måste du göra ett annat hål för strömkabeln. När du gör hålet, se till att dess storlek är något större än själva kontakten.

I allmänhet är allt som återstår för dig efter detta att ladda upp skissen till Arduino och njuta av resultatet:

Din kub är klar!

Video av monterad 4x4x4 LED-kub

• Modulen drivs från Arduino modul Nano eller från extern enhet strömförsörjning (5 volt) ansluten till kontakten på styrkortet.
• Som det visade sig skiljer sig kretsarna från olika tillverkare av Arduino-liknande moduler från den ursprungliga Arduino NANO. Detta tog vi hänsyn till när vi utvecklade den föreslagna tillbyggnaden. Den ursprungliga mikrokontrollermodulen är installerad i de vänstra kontakterna, och till exempel en modul med varumärket DFRduino installeras i de högra kontakterna. Skillnaderna mellan modulerna finns i vårt diagram.
• Nästan vilken infraröd fjärrkontroll som helst i huset kan styra din kub.

ytterligare information

Kort beskrivning av bibliotek för LED CUBE 4x4x4

Vi skapade ett bibliotek för WIRING-språket speciellt för detta projekt.
MP1051.Init() - initial initiering
MP1051.Ljusstyrka(B) - inställning av ljusstyrkan för lysdioderna, B=0...32
MP1051.Set(D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8) - styr lysdioder lager för lager, D1-D2 - första lager (A1), D7-D8 - 4:e lager (A4)
MP1051.IR(T) - väntar på ett IR-fjärrkontrollkommando för T ms. Returnerar: 0 - det fanns inget kommando, 1 - kommandot accepterat, 2 - upprepat accepterat
MP1051.IRAdr() - returnerar adressen för IR-sändningen
MP1051.IRData() - returnerar IR-sändkommandot

Monteringsförfarande för en 4x4x4 LED-kub.

Först och främst måste du förbereda LED-ledningarna.
Steg 1. Böj den korta 90 grader.
Steg 2. Använd en pincett och forma den korta så att den är 3 mm. avståndet mellan terminalerna har ökat.
Steg 3. Böj nu den långa åt sidan.

För att underlätta efterföljande åtgärder, hitta 4 M3-skruvar med muttrar och fäst dem i hörnhålen på styrkortet. Tja, om det inte finns några skruvar, kommer fyra identiska klädnypor fästa i hörnen på brädan att rädda dig.

Installera de gjutna lysdioderna i hålen på kortet. Första raden först.

Löd ihop de långa ledningarna.

Sedan det andra lagret.

Löd de långa i andra raden. I tredje och fjärde.

De långa ledningarna från de yttersta lysdioderna i varje rad sticker ut utanför brädans kant. Böj dem försiktigt längs brädet och löd ihop dem

Det visade sig vara ett lager 4 x 4.

Du kan jämna ut den med ytterligare bitar av tråd.

Vi gör fyra lager. Vi installerar noggrant det första lagret på styrkortet och sätter in LED-ledarna i hålen L11-L14, L21-L24, L31-L34, L41-L44. Först av allt, löd hörnterminalerna. Vi riktar in lagret i ett plan i hörnen, värmer ledningarna med en lödkolv och flyttar dem upp och ner (om nödvändigt). När du är säker på att hörnlysdioderna är i samma plan, löd de återstående ledningarna.
Det andra lagret löds fast vid det första. Kort ledning till kort. Titta på fig. 10c höger sida, i den yttersta kolumnen är lödpunkterna tydligt synliga.

Denna idé dök upp spontant fram till hösten i år, jag kunde inte ens gissa att människor gjorde något liknande i livet. Faktum är att en lärare i kretsdesign berättade för mig att sådana "kuber" finns och föreslog att de skulle tas det här ämnet som en kursuppgift.

Framöver skulle jag vilja säga att du inte behöver tänka på mängden arbete som något kolossalt. Tvärtom, jag var tvungen att göra väldigt lite, men de som tänker: "Ha, jag gör det om ett par dagar", gör sig redo för motsatsen. Och själva processen involverar dig i arbetet inte värre än att skriva lite programkod...

När jag såg de små verken, som mätte 3x3x3 och 4x4x4 och 5x5x5, insåg jag sakta att ju större desto bättre.

Milstolpe #1:

Om du inte har arbetat med en lödkolv tidigare, inse först att du kommer att behöva löda alla ben på lysdioderna, detta är 2 * 512, inte så lite. Så öva på några katter.

Internet är fullt av instruktioner om detta ämne. Men från början till slut tror jag att jag bara såg det på instructables.com, och jag ska genast säga att det på något sätt är för detaljerat när det gäller allt. Jag använde personligen två gånger mindre komponenter. Naturligtvis visade sig utrustningen vara enklare. Som ett resultat för vår liten leksak vi behöver:

512 lysdioder ($6 - aliexp)
- 5 specialchips för lysdioder STP16CPS05MTR ($9 - aliexp)
Naturligtvis är det mer lönsamt att ta sådana delar i omgångar
- 8 BD136 pnp transistorer ( inhemska analoger passar också)
- 5 1kOhm motstånd (driftseffekt 2 W)
- 5 10uF kondensatorer (driftspänning 35-50 V)
- anslutningsledningar (ca 10 m, med hänsyn till felen), lödning och allt som är roligt

Dags att börja göra layouten

Vi tar en borr, en linjal, gör en 8x8 mesh (det viktigaste är att inte göra en 8x9 som jag) på någonting, vare sig det är skumplast, en träskiva eller något annat. Och noggrant borra hål för lysdioderna.

Milstolpe #2:

Nyckelordet är "försiktigt", ett par millimeter till vänster eller höger, så får du en krokig kub till slut.

När detta steg är slutfört, sätt in lysdioderna i cellerna och följ följande regel:

A) Alla anoder ska vara till vänster och katoder till höger. Eller tvärtom. Som du föredrar.
b) Den allra första raden från toppen bör innehålla lysdioder i en vinkel:

Med denna princip ansluter vi katoderna (-). Där det är markerat med en prickad linje, fäst någon form av tråd så att lagret hålls tätt på båda sidor.

Med det här känsliga lagret kan det tyckas att det är på väg att falla isär, men i själva verket, när du börjar fästa lagren, kan denna struktur säkert kastas på golvet, och förmodligen kommer ingenting att falla isär.

Sammanfattning av det första lagret

Innan du börjar löda det andra lagret måste du ta och böja alla anoder enligt följande:

Förbinder flera lager

Milstolpe #3:

Nybörjare, använd en speciell lödpasta (flux) om du har att göra med ledningar, på detta sätt kommer du att spara dig själv en hel del nerver (inte som min första gång).

När man är lite trött

Så, efter att ha löddat 64 ledningar till anoderna som vi fick "i botten", kan vi fortsätta till själva den elektroniska kretsen.

Vi ser att utgångarna från våra mikrokretsar på båda sidor går in i de gemensamma anoderna för kubkolonnerna, och i den 5:e multiplexar vi kontrollskikten genom transistorer. Det verkar som att allt inte är komplicerat: en signal skickas till vissa kolumner och lager, och vi får ett par glödande lysdioder.

I verkligheten fungerar det så här:

Det finns 3 ingångar: klocka, data och lås. När 8 bitar har bearbetats sker låsningen och data placeras i registret. Därför att Våra mikrokretsar är gjorda på skiftregister, sedan för att rendera vår kub en gång med olika bitar av information, måste vi skriva 1 byte (8 bitar med antalet lager som spänningen appliceras på), då kommer det att finnas tomma data, eftersom För det femte chippet är de vänstra stiften inte anslutna till någonting. Därefter skriver vi 1 byte för var och en av gruppen med åtta kolumner. Motsvarande bit kommer att avgöra vilken kolumn som ska lysa, och där den korsar det aktiverade lagret ska lysdioden vid deras skärningspunkt ta emot spänning.

Nedan är ett diagram från utvecklarens datablad för allmän referens:

Hur vi skriver 1 byte med data:

Void CUBE::send_data(char byte_to_send)( for(int i = 0; i< 8; i++){ if(byte_to_send & 0x01<Jag använde Arduino UNO (jag lånade den), men vilken modell som helst duger här. Både nano och mini, eftersom endast 3 digitala ingångar och vcc + gnd används.

Ta särskilt hand om den extra strömförsörjningen (jag använde en 12V 2A-adapter för att visa alla lager, det verkar som att strömmen är exakt samma styrka som behövs).

All källkod i form av en skiss för Arduino kommer att vara

I den här artikeln kommer jag att berätta steg för steg om att göra en 3D LED-kub med måtten 3x3x3. Lysdioden styrs med en Arduino-kontroller.

Det utmärkande för detta projekt från andra är:

Ett litet antal ytterligare komponenter, ansluter direkt till Arduino utan att använda olika multiplexorer, etc.

Ett lätt att följa kretsschema med massor av foton och förklaringar.

Att använda ett universellt bibliotek, vilket avsevärt förenklar programskrivning.

Så vi kommer att behöva:

• brödskiva
• 3 NPN-transistorer (2N2222, 2N3904, BC547, etc.)
• 12 motstånd (~220 Ohm och 22 kOhm)
• 13 kontakter (hane eller hona)
• 27 ljusemitterande dioder (LED)
• anslutningsledningar

Först, en liten video av enheten i aktion:

Så, har du sett videon? Nåväl, nu kör vi!

Steg 1. Förbereda lysdioden

Detta steg skiljer sig praktiskt taget inte från det tidigare projektet, förutom motsvarande dimension. 4x4x4-kuben är mer komplex eftersom... kräver införandet av ytterligare element i kretsen. Vår kub kommer att ha 3 nivåer, 9 lysdioder i varje.

I varje uppsättning av 9 lysdioder är alla katoder anslutna till varandra, d.v.s. ansluten enligt en krets med en gemensam katod (minus). Vidare kommer vi att kalla uppsättningar "nivåer". Varje lysdiod är ansluten med en anod till lysdioder på olika nivåer (lägre eller högre). Vidare kommer jag i texten att kalla dessa kolumner, dvs. i en kolumn finns 3 lysdioder anslutna med anoder, och på en nivå finns 9 lysdioder anslutna.

Som du kan se på bilden ovan använde jag en gammal mall från 4x4x4 LED Cube-projektet för att göra kuben. Hål i träet borras för LED-huvudet, avståndet mellan hålen är ca 15mm.

När armaturen är gjord är det dags att börja forma LED-ledningarna. Katoderna på alla lysdioder måste försiktigt böjas 90 grader. Ledningens böjningsriktning bör vara densamma för alla lysdioder. Hur du avgör var katoden är och var anoden är på en lysdiod, läs här eller här.

Steg 2. Montering av kuben

Placera de första nio lysdioderna i träarmaturen. Placera riktningen för de böjda benen i en riktning, säg medurs (eller moturs, det spelar ingen roll).

Använd krokodilklämmor, fixa LED-benen och löd ihop dem. I slutet, löd den centrala lysdioden. När en nivå är klar kan du kontrollera de korrekta LED-anslutningarna med ett batteri eller en multimeter. Därför att då kommer det att vara mycket svårt att lossa något, speciellt om det är en central LED.

Gör alla tre nivåerna på detta sätt. Efter detta måste du installera och löda nivåerna ovanpå varandra. Det är viktigt att hålla det angivna avståndet. Om avståndet mellan lysdioderna i enheten var 15 mm, bör avståndet mellan nivåerna vara 15 mm, annars kommer du att sluta med en långsträckt eller komprimerad kub.

Kuben är klar. Nu kan du placera den på brödbrädan.

Steg 3. Kretsdesign

Enhetsdiagrammet är enkelt. Var och en av de nio kolumnerna är anslutna till Arduino-stiften via strömbegränsande motstånd. Och alla 3 nivåerna är anslutna till den gemensamma utgången via NPN-transistorer, som i sin tur är anslutna till Arduino.

Den där. Endast 12 Arduino-stift används. Endast en nivås LED kommer att lysa åt gången, men genom att snabbt växla mellan nivåerna kommer det att se ut som att alla nivåer är på samtidigt (beroende på program).

Det första steget är att löda 9 motstånd. Jag använde 220 ohm motstånd som begränsar strömmen till 22 mA. Motståndsvärdet beror på vilken typ av lysdioder som används och varierar från 135 till 470 ohm. En mer exakt beräkning av resistorn för en LED kan göras här: LED-kalkylator. Varje Arduino-stift kan leverera upp till 40 mA.

Jag lödde motstånden på brädet vertikalt. Efteråt klistrade jag ett lager eltejp för att det inte skulle bli kortslutning med byglarna.

Nästa steg blir installationen av radioelement för att kontrollera nivåerna. Tre NPN-transistorer används här. Transistorernas baser är anslutna via ett 22 kOhm-motstånd till Arduino-stiften. Den där. regulatorn öppnar transistorn och hela LED-nivån kopplas till "common".

Steg 4. Programvara

På Internet hittade jag flera exempel på styrning av sådana LED-kuber. Men alla av dem krävde en enorm initial uppsättning av bin eller hex data. Jag bestämde mig för att skriva mitt eget kontrollprogram.

Den första uppgiften var att göra korrespondensen mellan programmet och hårdvaran lätt att förstå. Jag tog beslutet att komma åt nivåer och kolumner istället för att använda RAW-portdata eller traditionella x, y, z. Den andra uppgiften var att göra kubens grundläggande funktioner, som att sätta på/stänga av en separat lysdiod osv.

Jag bestämde mig också för att introducera två ytterligare alternativ för att implementera olika effekter. Den första är en buffert, som låter dig implementera grundläggande funktioner för att implementera komplexa mönster, och den andra är en sekvensfunktion.

Jag gjorde all denna funktionalitet i form av klasser och gjorde ett Arduino-bibliotek som kan användas för andra projekt och även med en annan kubdimension.

Du stöter ofta på intressanta projekt på YouTube. En av dessa är LED-kuben. Det fina med den här enheten är att den visar en riktig 3D-bild. Du kan rita alla tredimensionella animerade former. Men inom den valda kubupplösningen.

En artikel från Radiocat togs som grund (den som vill kan googla). Kubstorleken 5x5x5 valdes inte av en slump. För att montera denna kub behöver du 5*5*5=125 lysdioder. Om vi ​​jämför det med ett annat populärt alternativ 8*8*8=512, dvs. antalet lysdioder kommer att öka 4 gånger. Därför verkar 5x5x5 optimalt för mig.

Jag hade inte tid att beställa lysdioder, så jag köpte dem i detaljhandeln. Tyvärr fanns bara gröna transparenta 5 mm tillgängliga, så slutresultatet blev mycket lidande. Blå matta ser mer imponerande ut, men tyvärr. Det rekommenderas att ta frostade lysdioder eftersom genomskinliga lyser upp intilliggande lysdioder och skapar effekten att en släckt lysdiod lyser.

Jag började direkt med själva kuben. Jag ritade en matris som mätte 100x100. Avståndet mellan cirklarna är 20 mm. Diameter 5 mm. Jag skrev ut det på papper och limmade fast det på en träbit.

Borrade hål. Vi böjer skickligt katoden (-) på lysdioden. Vi böjer anoden i 90 grader.

Vi lämnar katoden som sticker ut till toppen och löder anoden till den intilliggande lysdioden. Det visar sig vara ett "golv" av lysdioder med ett gemensamt "+".

För att stärka strukturen till vänster lödde jag en annan ledare. Första våningen är klar. Vi gör ytterligare 4 våningar på samma sätt.

Vi samlar alla golv tillsammans. För att göra detta löder vi de föregående våningarna till nästa.

Till basen använde jag folieglasfiberlaminat i måtten 100x100. Jag etsade ut platserna för lödning av lysdioderna. Resultatet blev följande design:

Inte helt rak, men allt böjs lätt. Nu direkt till diagrammet. För montering behöver du:

1. 25 motstånd 150-220 Ohm,
2. 125 lysdioder,
3. 5 kondensatorer 0,1 µF (installerade för att driva triggers),
4. 2 kondensatorer 22pF,
5. Atmega16,
6. kvarts 12-16 MHz,
7. 5 motstånd 2,2 km,
8. 5 triggers 74hc574,
9. 5 BC558 transistorer.
10. 1 kondensator 100uF ( näring är ett måste!!! annars fungerar inte kretsen)

Å ena sidan är allt enkelt här, men du behöver inte bli förvirrad. Till skillnad från tidigare projekt används Atmega16 (Atmega16A-16PU) här. Jag använde en arbetsfrekvens på 12 MHz; vid 16 MHz växlar lysdioderna lite snabbare. Dessutom används triggers här. För att förstå varför måste du förstå logiken i schemat.

Alla triggeringångar är parallellkopplade. Låt oss säga att vi måste tända den första lysdioden på andra våningen (D2.1) och inte tända lysdioderna på våningarna 1,3,4,5 (D1.1, D3.1, D4.1, D5. 1). Vi matar ut till PORTC.0=0, eftersom det är 0 i detta fall som tänder lysdioden. 0 visas vid triggerns ingång, men dess tillstånd ändras inte vid utgången. För att ändra tillståndet måste du lägga en puls på CLK-ingången, d.v.s. mata ut växelvis en logisk nolla och en logisk etta till stift PA1. Nu är alla katoder DA1.1-DA5.1 anslutna till jord, för att tända D2.1 behöver du bara slå på 2:a våningen, d.v.s. öppen transistor Q2, utgång logisk noll till PD6.

Jag försökte skriva mina egna effekter, det fungerade, men på något sätt kom inget att tänka på som inte fanns i den färdiga firmwaren. Därför tog den sista den färdiga firmwaren för en 5x5x5 kub det fanns flera alternativ på Internet. Det tog bara 3 dagar att montera. En bra present, monterad med dina egna händer.

Slutligen ser en video av den resulterande kuben särskilt imponerande ut i mörkret.