4x4x4 LED-Würfel - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Warum diesen LED-Würfel bauen?

* Wenn Sie fertig sind, können Sie schöne und komplizierte Muster anzeigen.

* Es regt zum Nachdenken und Problemlösen an.

* Es macht Spaß und ist befriedigend zu sehen, wie gut alles zusammenpasst.

* Es ist ein kleines und überschaubares Projekt für jeden, der neu in Löten und Elektronik ist, und es ist immer noch groß genug, um schillernde und beeindruckende Muster anzuzeigen.

* Der Arduino-Code ist ziemlich einfach zu verwalten.

* Ein relativ niedriger Preis für eine hohe Unterhaltung und die große Menge, die Sie lernen werden, wenn Sie neu in der Elektronik sind.

Zuerst zeige ich Ihnen, wie Sie diesen schnellen 4x4x4-LED-Würfel herstellen, der nur wenige Stunden Arbeit erfordert, um ihn einzurichten (sobald Sie die Vorrichtungen hergestellt haben), aber auch ein robustes Design hat. Ich werde mein Bestes geben, um zu erklären, damit jeder meine Designentscheidungen versteht. Schließlich werde ich erklären, wie man neue Muster auf 2 verschiedene Arten programmiert.

Lieferungen

Teile:

1. 10cm * 15cm Prototyping-Board - 1x $2 ea
2. sn74hc595n - 2x 0,57 $ pro Stück
3. 120-Ohm-Widerstände - 16x 0,04 USD pro Stück (Der Wert hängt von Ihrer LED ab, siehe Schritt 7)
4. 10k Ohm Widerstände - 4x 0,10 $ ea
5. Fqp20n06l N-Kanal-MOSFETS - 4x 0,95 USD pro Stück
6. Arduino nano v3 - 1x $22 pro Stück
7. 5,5-mm-Gleichstrombuchse - 1x optional 0,35 USD pro Stück
8. Verzinnter Kupferdraht 20 AWG - 15ft $0,12/ft
9. Flachbandkabel 40-adrig oder ein anderer kleiner Draht (AWG) - weniger als 1 Fuß $ 2,3/ft
10. 5mm Sperrholz 6", 12" - 1 x 2 $ ea
11. Löten 0,8 mm - 1x 10,89 $ ea
12. 1" x 6" x 4' Brett - 6" 8,39 $ pro Stück
13. 5 mm diffuse LEDs - 64 $ 15 Kit
14. 100nf Keramikkappe - 2x 0,25 $ pro Stück

Geschätzte Kosten pro Würfel: 40 USD (wenn Teile in großen Mengen gekauft werden, sinken die Kosten pro erheblich)

Werkzeuge:

1. Spitzzange x2
2. Bündigschneider oder Seitenschneider
3. Lötkolben
4. Abisolierzangen
5. Tischsäge
6. Bohrer (Bohrmaschine empfohlen)
7. Bügelsäge oder Bandsäge
8. Computer zum Programmieren

Schritt 1: Die erste Vorrichtung**

Die erste Vorrichtung besteht aus 2) 0,8-mm-Bohrern, einer Prototyping-Platine und einem 5-mm-Loch für die LED. Beginnen Sie, indem Sie Ihr Prototyping-Board (mindestens 2 cm breit und 2,54 mm (0,1 Zoll) Abstand Mitte zu Mitte der Löcher) nehmen. Markieren Sie den ersten Punkt an einer der Kanten der Platine. Dann machen Sie in einer geraden Linie eine weitere Markierung, nachdem Sie sich bewegt haben 3 weitere Löcher. Dann markieren Sie den Punkt, der 2 Löcher weiter oben ist (siehe Bild # 1). Als nächstes in der Mitte markiertes Loch bohren Sie ein 5 mm Loch Ich habe ein 13/64-Zoll-Bit verwendet und es hat gut funktioniert. Es ist am besten, wenn Sie Verwenden Sie kleinere Bits und arbeiten Sie sich bis zum 13/64-Zoll vor, um sicherzustellen, dass er perfekt im Loch zentriert ist, wenn nicht der gesamte Würfel aus ist. Verwenden Sie dann an der äußeren Markierung die 0,8-mm-Bits, um den Stellen Sie sicher, dass alle Löcher senkrecht zur Prototyping-Platine sind, wenn verfügbar, verwenden Sie eine Bohrmaschine, aber eine Handbohrmaschine funktioniert. Schneiden Sie 3) 1 Quadrate Es ist am einfachsten, eine Bandsäge zu verwenden, aber eine Handsäge funktioniert auch. Machen Sie mit Elmer's Leim einen kleinen Holzstapel, bei dem alle Kanten aneinander ausgerichtet sind. Kleben Sie es schließlich auf die Prototyping-Platine, klemmen Sie alles zusammen und warten Sie. Sobald alles trocken ist, bohren Sie alles neu, so dass die Löcher im Prototyping-Board vollständig durch die Holzunterlage gehen. Setzen Sie die 0,8-mm-Bits in das Loch, das an der Kante gemacht wurde. Wenn alles richtig gemacht wurde, sollte es wie in Bild 2 aussehen.

** Die abgebildeten Vorrichtungen sind so konzipiert, dass sie einen 8 * 8 * 8 LED-Würfel herstellen, sodass sie leicht überdimensioniert sind. Ihre Vorrichtung wird kleiner. Diese Vorrichtungen basieren auf Steve Manleys Designs für seinen 8 * 8 * 8 RGB-LED-Würfel. Es sieht super aus und funktioniert. Ich würde empfehlen, sich seine Videos anzusehen.

sein Youtube-Kanal

Schritt 2: Die zweite Vorrichtung **

Die zweite Vorrichtung besteht aus 5 mm Sperrholz. Beginnen Sie mit dem Markieren und Schneiden von 3 Stücken, die 4 "x 2" groß sind, dafür habe ich eine Bandsäge verwendet, aber eine Handsäge würde auch funktionieren. Markieren Sie auf einem der Stücke 1" auf der 2"-Seite an beiden Enden und ziehen Sie eine Linie zwischen den beiden. Auf der 4 "Seite gehen Sie in 1/2" auf der zuvor gemachten Linie die nächste Markierung sollte 1" von der aktuellen sein, fahren Sie fort, bis Sie das Ende des Brettes erreichen. Die anderen beiden Stücke sollten ausgerichtet und mit Elmer's Leim zusammengeklebt werden. Sobald der Leim trocken ist, nehmen Sie sowohl den markierten Abschnitt als auch den geklebten Abschnitt, richten Sie sie aus und klemmen Sie sie zusammen. Bohren Sie 5 mm (13/64) Löcher an den Stellen, an denen sich die Linien auf dem Brett kreuzen. Der letzte Schritt besteht darin, die Löcher des zusammengeklebten Stücks zu machen größer ging ich mit 1/4".

Schritt 3: Die dritte Vorrichtung **

Die dritte Vorrichtung besteht aus einem Stück von 1 "x 6". Schneiden Sie das Brett zuerst in einen handlicheren Abschnitt von etwa 5 "Längen. Sobald dies erledigt ist, können Sie es zu einer Tischsäge bringen, um die Rillen etwa 1/4 Zoll tief zu schneiden, jede Ausrichtung funktioniert. Sie sollten einen Abstand von. haben 1 Zoll von Mitte zu Mitte der Rillen. Die Schnittfuge (der vom Sägeblatt gebildete Schlitz) sollte 0,1" breit sein. Beginnen Sie mit dem Schneiden des ersten Schlitzes Zoll von der Kante der Platine. Schalten Sie dann die Säge aus und bewegen Sie den Zaun über 1 ". Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie 4 Schlitze in Ihr Brett geschnitten haben. Die Vorrichtung sollte wie im obigen Bild aussehen.

Schritt 4: Verwenden der ersten Vorrichtung

Dies ist der monotonste Teil des Aufbaus, der alle Leitungen der LEDs biegt. Der Grund, warum Sie diese Vorrichtung verwenden möchten, ist eine robuste Konstruktion, die gut aussieht. Nehmen Sie Ihre erste Schablone, biegen Sie die Kathode (kurze Leitung siehe Bild 2) bis zum näheren (0,2 ) Bohrer, wickeln Sie ihn dann um den Bohrer und lösen Sie ihn. Nehmen Sie die Anode und biegen Sie sie um den zweiten Bohrer und lösen Sie Führen Sie mit einem Bündigschneider / Seitenschneider und entfernen Sie die LED. Glätten Sie sowohl die Anode als auch die Kathode. Drehen Sie die Kathode um 90 Grad, so dass sie nach unten zeigt (siehe Bild 3) Fahren Sie 63 weitere Male fort.

Hinweis: Es ist oft hilfreich, eine kleine Spitzzange zu haben, um die Leitungen um die Bohrer zu biegen.

Schritt 5: Verwenden der zweiten Vorrichtung

Bevor wir diese Vorrichtung verwenden, müssen wir unseren verzinnten Kupferdraht mit 20 Gauge (awg) begradigen und schneiden. Schneiden Sie zuerst mindestens 36 4 Drahtabschnitte ab. Es ist am besten, wenn Sie 4 weitere Abschnitte machen, da dies den Würfel symmetrisch macht (Hinweis: Es ist hilfreich, größere Abschnitte des Drahtes zu begradigen, bevor Sie ihn auf Länge schneiden, aber beides würde funktionieren). Um den Draht zu begradigen, nehmen Sie einfach zwei Zangen und ziehen Sie von jedem Ende, um den Draht ein wenig zu dehnen. Diese Methode ist schwierig, wenn Sie also einen Schraubstock haben, können Sie den Draht in den Schraubstock einspannen und von dort ziehen und es wird viel besser Ergebnisse einfacher. Sobald Sie alle Drähte vorbereitet haben, platzieren Sie 4 LEDs in der Vorrichtung Nr. 2 (siehe Bild Nr. 2) (Es wird empfohlen, dass Sie alle LEDs testen, bevor Sie löten). Sobald Sie alle LEDs gelötet haben, heben Sie den oberen Teil an und drücken Sie auf die Schablone, so dass die abgerundeten Enden der LEDs auf der ebenen Fläche liegen. Die LED-Reihe sollte herausspringen. Führen Sie diesen Vorgang nun noch 16 Mal durch.

Schritt 6: Verwenden der dritten Vorrichtung

Nachdem Sie nun alle 16 LED-Reihen fertig haben, ist es an der Zeit, die letzte Vorrichtung zu verwenden. Nehmen Sie 4 LED-Streifen und legen Sie die Metallverbindungsdrähte in einen der Schlitze, um sicherzustellen, dass alle Löcher aus den verschiedenen Abschnitten ausgerichtet sind. Führen Sie einen Ihrer Drahtabschnitte von unten nach oben in die verbleibenden Löcher dieser Säule ein. Stellen Sie sicher, dass es quadratisch ist, löten Sie dann alle 16 Verbindungen und fahren Sie mit 3 weiteren fort.

Schritt 7: Die Elektronik

Als erstes müssen Sie die 16 Widerstände berechnen, die für den Betrieb des Cubes erforderlich sind. Dies kann über diesen Rechner oder diese Formel erfolgen Widerstand = (Spannungsquelle - LED-Spannung) / LED-Strom. Das einzige Problem ist, dass der Verkäufer oft nicht die benötigten Werte angibt. Wenn Sie den Link für das von mir erhaltene LED-Kit verwenden, benötigen die gelben LEDs 120 Ohm, da sie 2 V und für blaue 75 Ohm 3 V sind. Wenn Sie sich keine Sorgen machen möchten, können Sie einfach die im Kit enthaltenen 220 Ohm verwenden aus diesem Kit ist blau, außer weiß, die nicht diffundiert).

Schritt 8: Die Elektronik

Jetzt haben Sie also 2 Optionen, Sie können den Schaltplan unten verlassen / Ihr eigenes Layout mit den Bildern erstellen, um ein gutes Layout zu unterstützen.

Leiterplatte und Schaltplan-- https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

Schritt 9: Anlöten des Würfels an das PrototypingBoard

Nun, da Sie die Elektronik miteinander verbunden haben, müssen Sie die 4 vertikalen Abschnitte nehmen, die Sie zuvor erstellt haben. Legen Sie einen der Abschnitte ein, wie im ersten Bild gezeigt, löten Sie ihn, um sicherzustellen, dass er quadratisch mit der Prototyping-Platine ist. Fügen Sie ein weiteres mit 9 Löchern dazwischen hinzu, indem Sie die letzten 2 auf die gleiche Weise hinzufügen.

Schritt 10: Verbinden der Ebenen

Als nächstes müssen Sie die gemeinsamen Kathodenschichten verbinden. Nehmen Sie ein Stück Draht, das begradigt wurde, und legen Sie es auf das Stück gemeinsamen Kathodendrahtes, das herausragt. Machen Sie an jeder Kreuzung eine Lötstelle. Sie müssen mindestens 4 tun, aber Sie werden vielleicht feststellen, dass ich dies auf beiden Seiten getan habe, damit der Würfel symmetrisch aussieht. Nachdem Sie alle Schichtverbindungen hergestellt haben, müssen Sie den Schichten des Würfels Draht von der Prototyping-Platine hinzufügen. Dies kann erfolgen, indem man einen begradigten Drahtabschnitt nimmt, der eine 90-Grad-Biegung hat und etwa 1/2 herausragt. Kleben Sie das lange Ende des Drahtes in die Nähe der Stelle, an der Sie die erste Schicht anschließen möchten Schicht wiederholen, während Sie ein Loch herausziehen und zur nächsten Schicht gehen. Wenn Sie alle 4 Schichtverbindungen fertig haben, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.

Schritt 11: Letzte Bits der Verdrahtung

Der nächste Teil besteht darin, den Drain der MOSFETs mit den Schichten zu verbinden, siehe das erste Bild. Danach verbinden Sie die Ausgänge der Schieberegister mit den Spalten des Würfels. Siehe Schema für weitere Details.

Schritt 12: Programmieren Ihres Cubes

Sie haben 3 Optionen zum Codieren des Cubes, verwenden Sie die bereitgestellten Codes, verwenden Sie Arduino oder verwenden Sie Arduino mit Python, um eine einfachere Codierungserfahrung zu erzielen. Das einzige, was ich erklären werde, ist Arduino mit Python, da es am einfachsten zu bedienen ist, aber Sie benötigen nur ein wenig Erfahrung mit Arduino / der Sprachstruktur. Beginnen Sie damit, alle Links in der Reihenfolge herunterzuladen, beginnend mit der Arduino-Software und endend mit der tkinter-Bibliothek für Python. Die Funktionsweise des Python-Editors ist größtenteils selbsterklärend, führen Sie einfach den Python-Code unten aus. Wenn Sie die Schaltfläche Speichern drücken, spuckt die Python-Shell binäre Bytes aus, die Sie in das Arduino-Array einfügen müssen, das Folien enthält. Sie müssen dann Verzögerungen zum Arduino-Array hinzufügen, das besagt, dass delay_array die Anzahl der Folien, die Sie haben, die Anzahl der Verzögerungen ist, die Sie benötigen. Die maximale Anzahl von Folien, die Sie verwenden können, beträgt 150. Aufgrund des Speichers des Arduino Nano klingt es nach viel, aber wenn Sie mit grafischen Übersetzungen beginnen, frisst es diese Zahl schnell auf.

Die Codes befinden sich in Gruppen von 3, da ich sie außer der Python-Datei nicht als eine Datei herunterladen konnte.

Dateigruppierungen (alle Dateien in der Gruppe müssen im selben Ordner abgelegt werden, damit es richtig funktioniert)

hartcodiertes Arduino (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

Arduino-Byte-codierte Dateien (clear, easy_programing_v2, show_pattern)

Python-GUI (4x4x4-Codegenerator V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

docs.python.org/3/library/tkinter.html#mod…

Schritt 13: Es ist fertig

An dieser Stelle sollten Sie zumindest einige Muster auf Ihrem Würfel anzeigen können und hoffentlich hat alles reibungslos geklappt.

Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese unten in den Kommentaren.