Как да си направим пулсиращ Arduino LED куб, който изглежда, че е дошъл от бъдещето

реклама

Ако сте се заблудили с някои проекти за начинаещи Arduino, но търсите нещо малко постоянно и на съвсем друго ниво от страхотно, тогава скромният 4 x 4 x 4 LED куб е естествен избор. Конструкцията е далеч по-лесна, отколкото може би си мислите, и с помощта на мултиплексиране можем да контролираме всички светодиоди директно само от един Arduino Uno платка. Това е чудесна практика за запояване и общата цена на компонентите не трябва да достига повече от 40 долара.

Днес ще изчерпам подробно конструктивната страна на нещата и ще осигуря малко софтуер, който да работи върху нея, който да изглежда впечатляващ и да ви учи на основите.

Ще имаш нужда

• Една Arduino. Доставеният код предполага Arduino Uno, но може да бъде приспособен и към по-голям модел.
• 64 светодиода - точният избор зависи от вас, но използвах тези супер ярки 3 мм сини светодиоди (3.2v 30ma) @ £ 2.64 за 50.
• 16 резистори на подходящата стойност за вашите светодиоди. За светодиодите по-горе 99 пенса купиха 100 от тях. употреба ledcalc.com
  instagram viewer
  - въведете 5v за захранващото напрежение, напрежението на светодиодите (в моя случай 3.2) и тока в милиампери (3.2). Желаният ви резистор ще бъде показан в полето с етикет „Най-близък резистор с по-висок рейтинг“, тогава просто потърсете тази стойност в eBay.
• някои занаятчийска тел за укрепване на основната структура и за декорация - използвах 0,8 мм дебелина.
• А прототипираща дъска от някакъв тип, на който можете да спойкате всичките си битове. Използвах един, който не е имал пълни песни по него, тъй като нямам резачка, но използвайте каквото ви подхожда. Екранът за прототипиране на Arduino обаче е малко прекалено малък, освен ако наистина не стиснете вашите светодиоди.
• Случайна компонентна жица - някои мрежови кабелни кабели и някои от прототипиращите проводници от комплект ще работят добре.
• Крокодилски клипове или „помагащите ръце“ са полезни за задържане на битове на място.
• Поялник и спойка.
• Някакъв дървен скрап.
• Бормашина със същ размер по размер като вашите светодиоди.

Забележка: 3D рисунките в този урок са направени за минути TinkerCAD. Следях съществуваща компилация, подробно описана за Instructables от потребител forte1994, което може също да искате да прочетете, преди да опитате това.

Не забравяйте да прочетете всички тези инструкции първи преди да опитате това за себе си.

Принципът на този дизайн

Преди да започнете строителството, важно е да имате пълен преглед на това как работи това нещо, за да можете да импровизирате и идентифицирате грешки, докато продължавате. Някои светодиодни кубчета използват един изходен щифт за всеки един светодиод - но в куб 4x4x4, това би трябвало 64 пина - които със сигурност нямаме в Arduino Uno. Едно решение би било да се използва регистри за смяна Програмиране на Arduino - Игра със сменени регистри (a.k.a Още повече светодиоди)Днес ще се опитам да ви науча малко за регистрите Shift. Това са доста важна част от програмирането на Arduino, основно защото те разширяват броя на изходите, които можете да използвате, в замяна на ... Прочетете още , но това е ненужно сложно.

За да контролираме всички тези светодиоди само с 20 пина, ще използваме техника, наречена мултиплексиране. Разбивайки куба на 4 отделни слоя, ни трябват само контролни щифтове за 16 светодиода - така че да запалим a специфичен светодиод, ние трябва да активираме както слоя, така и контролния щифт, което ни дава общо изискване 16 + 4 щифтове. Всеки слой има общ катод - отрицателната част на веригата, така че всички отрицателни крака са съединени заедно и свързани с един щифт за този слой.

На анода (положителен) страна, всеки светодиод ще бъде свързан към съответния светодиод в слоя над и под него. По същество имаме 16 колони на положителните крака и 4 слоя от отрицателните. Ето някои триизмерни изгледи на връзките, които ще ви помогнат да разберете:

строителство

Тъй като няма да използваме пълна метална конструкция за запояване, искаме всички крака на светодиодите да се припокриват с около една четвърт и да придадат твърдост на конструкцията. Сгънете катода на вашите светодиоди - отстрани с плоския прорез в главата и по-късия крак - отгоре, както е показано на диаграмата. (Всъщност няма значение дали го огъвате наляво или надясно, стига да сте последователни и никога да не докосва анода)

Първата критична част от този проект е изработката на дървен джиг. Това ще задържи слой от светодиоди, докато запоявате краката заедно, така че трябва да е точна и да не е твърде разхлабена. Използвайки бормашина със същия размер като вашите светодиоди, измерете и след това пробийте 4 × 4 матрица равноотстоящ дупки. Имайте предвид, че искате около една четвърт от крака да се припокрива с неговия съсед и използвайте действителна владетелка. Проверете всяка дупка, за да се уверите, че светодиодът може да прилепне плътно, но не толкова плътно, че няма да можете да го извадите отново или ще имате проблеми при опит да премахнете напълно споен слой.

Спойка катодите на 4 реда светодиоди. Внимавайте да не изгорите светодиодите - искате добро горещо желязо и да сте вътре и навън. Ето първите ми четири реда завършени.

Сега, за да засилите твърдостта на слоя, изрежете и спойка два прави бита занаятчийски проводник до двата края, като се уверите, че те се свързват с всеки ред. Това е първият ви слой завършен. Оставете всички излишни крака засега отстрани.

Сега би било чудесно време да тествате - просто заредете приложението за мигане по подразбиране Arduino и със свързан резистор поставете земята към рамката на слоя и натиснете положителния провод към всеки светодиод на свой ред.

Да се ​​надяваме, че всички те ще светнат. Ако не, уверете се, че не сте пропуснали някъде спойка за спойка и ако е необходимо, заменете светодиода.

Отстранете този слой от джига и повторете процеса Още 3 пъти.

Не се притеснявайте, ако запояването ви не е перфектно - стига да не се прекъсне и връзката е стабилна, това няма да повлияе на крайния продукт. Признавам, запояването ми беше доста безнадеждно, джигито ми беше изключено и всичко приличаше на наклонената кула в Пиза. И все пак се гордея с готовия куб и когато светодиодите светят, няма да гледате спойките на спойка!

Присъединяване към слоевете

След като имате 4 завършени слоя, ще искате да съедините всички вертикални крака заедно. Открих, че това е най-трудната част от изграждането и за подпомагане на процеса изрязах щранг от карта.

Това поддържаше слоевете на подходяща височина, но голяма част от краката все още нямаше да се подравнят идеално - за това използвах няколко клипчета за крокодил, за да ги задържа на място.

1-ва глупава грешка, която трябва да се избягва

Едва след като завърших пълен слой, разбрах, че щрангът ми за карти е залепен на място, така че трябваше да го изрежа! Не правете същата грешка, която направих аз - направете щранг по-дълго отстрани и се присъединете към парчетата карта извън куба, така че когато завършите слоя, можете да деконструирате щранга и да извадите карта.

Втора глупава грешка, която трябва да се избягва

Очевидно не споявайте вертикалния крак към катодната рамка. Вертикалните крака трябва да се свързват само с други вертикални крака и нищо друго.

Отново тествайте след като е сложен всеки слой. Тествайте всички слоеве, всъщност докосвайки само положителния олов до върха на най-горния слой, като по този начин се уверите, че имате добър контакт, преминаващ през всички слоеве.

Когато всичките 4 слоя бяха споени заедно, започнах да почиствам малко - оставих един единствен крак разширен от всеки слой по някакъв начин стъпаловиден камък - това ще бъде свалено надолу към дъска по-късно. Други външни парчета метална рамка и крака бяха отрязани. Очевидно, не отрязвайте никой от вертикалните крака - ние трябва да ги поставим в нашата прототипираща дъска.

Фиксиране към борда

Спомняте ли си, когато казах, че фиксирането на всеки слой към себе си е най-трудната част? Излъгах. Опитът да поставите 16 LED крака в малки дупки на прототипиращата дъска всъщност е по-трудно. Най-лесният начин, който намерих, беше да промъкна 4 по едно време, да ги закрепя отдолу с клипове на крокодил, след което да преминем към следващия ред от 4. Използвайте химикалка, за да маркирате предварително разстоянията, ако това помогне.

В ретроспекция всъщност бих поставил резисторите първо в протоборда. Както е, първо споех всички крака на куба в дъската, след което се опитах деликатно да стисна резистори между всеки от тях. Учете се от грешката ми и поставете първо своите резистори.

Опитах се да ги помествам еднакво по стъпка, за да мога да използвам едната страна на куба за всички крайни връзки с Arduino. Ето схемата, с която отидох:

За четирите отрицателни слоя пуснах по един проводник от всеки слой, след което просто ги издърпах отстрани, като този:

Накрая добавих няколко проводника на щепсела, които след това бих могъл да поставя в съответните Arduino игли. Използвайте най-дългия вид, който имате. Забележка Разбърках поръчката на места поради лошо планиране. Всеки ред светодиоди обаче беше цветно кодиран.

Това е. Готово!

Програмиране на вашия куб

Знам, че нямате търпение да разпалите това нещо, затова включете 4-те отрицателни слоя Аналогов I / O пристанища A2 (долен слой) през A5 (горен слой)(те също могат да действат като цифров вход / изход). След това включете 16-те светодиодни контролни щифта, като започнете с +1 вдясно вдясно да се цифров I / O порт 0, с +15 и +16 влиза в аналогов A0 и A1. (Не използвайте AREF и GND)

Изтеглете демо модели и код от инструктивен потребител forte1994. Той също е предоставил полезен онлайн инструмент за проектиране на байтови модели, за да персонализирате вашата собствена последователност. Ето видео на този код в действие върху моя куб (Нагласих скоростта на 5, вместо 20 по подразбиране).

Това не е единственият начин да програмирате кубчето си, разбира се, така че позволете ми да отделя няколко минути, като ви преподавам основите на създаването на вашите собствени модели програмно, вместо да възпроизвеждате предварително зададени модели, както прави горната демонстрация.

Има няколко неща, които трябва да знаете, когато се опитвате да програмирате куба си:

1. За да се обърнете към един светодиод, използвате a самолет (слой) номер 0–3 и номер на светодиоден щифт 0–15. Завъртете равнината на LOW изход (тъй като това е отрицателното краче) и номерът на светодиодния щифт HIGH (положителния крак), за да активирате светодиода.
2. Преди да активирате един светодиод, уверете се, че всички останали самолети са изключени - това означава, че ги зададете на ВИСОКИ изход. Ако не направите това, ще се запали колона от светодиоди, а не един светодиод.

Имайки това предвид, направих две много прости програмни последователности, които трябва да проучите - изтеглете кода от тук. Първият просто свети всеки светодиод един по един, последователно. За това използваме две за контури, като се повтаря над всеки слой и всеки контролен щифт.

Вторият е случаен цикъл (ще трябва да коментирате първия и да го активирате в основния цикъл, за да го тествате). Той просто избира произволен слой и случаен контролен щифт, като ги мига и изключва.

резюме

Не се страхувайте от това изграждане - сериозно ми липсват умения за запояване и се справих с това добре (Мисля, че?). Общото време за изграждане беше час или около ден за една седмица. Следващия път ще се опитам да ви науча на някои по-амбициозни програми за кубчето, така че се надявам да се присъедините към мен в изграждането на собствен куб тази седмица и зареждане на нов код на следващата седмица - и ако правите свои страхотни приложения или поредици, моля, качете ги в Pastebin и ни уведомете в коментари!