Arduino Mega 8x8x8 RGB LED-Würfel - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Sie möchten also einen 8x8x8 RGB LED Cube bauen

Ich spiele seit einiger Zeit mit Elektronik und Arduinos herum, einschließlich des Baus eines High-Amp-Switch-Controllers für mein Auto und eines sechsspurigen Pinewood Derby-Richters für unsere Pfadfindergruppe.

Also war ich fasziniert und dann süchtig, als ich Kevin Darrahs großartige Seite mit seinen detaillierten Erklärungen und Bauvideos fand.

Es gab jedoch ein paar Bereiche seines Builds, von denen ich dachte, dass ich sie verbessern könnte.

Auf der positiven Seite:

• Kevins detaillierte Erklärungen des für dieses komplexe Programm erforderlichen Arduino-Codes vereinfachten die Codierungsseite des Builds.
• Ich unterstütze Kevins Verwendung einzelner Transistoren, um jede der 192 Kathoden anzusteuern. Obwohl dies ein komponentenreiches Hardwaredesign erfordert, können Sie jede LED hart ansteuern, ohne einen einzelnen Treiberchip zu überlasten, der 8 (oder mehr) LEDs verwaltet.

Bereiche, die ich verbessern wollte:

• Es muss einen besseren Weg geben, den Würfel selbst zu bauen, und es gibt über 2000 Lötstellen in einem 8x8x8 RGB-Cub und wenn einer in der Mitte ausfallen / brechen würde, wäre es fast unmöglich, darauf zuzugreifen und ihn zu reparieren
• Die ganze Verkabelung!!!! Ich hatte in der Vergangenheit einige Erfahrung mit dem Entwerfen von Leiterplatten und wollte daher eine einzelne Leiterplatte bauen, um sowohl die erhebliche Anzahl der erforderlichen Komponenten als auch den Würfel selbst zu beherbergen

Weiteres Suchen ergab weitere Würfeldesigns, von denen ich andere Inspirationsbereiche genommen habe.

Nick Schulze hat ein wunderbares Beispiel gebaut, wenn auch mit einem einfacheren STP16-Hardwareansatz und einem 32-Bit-ChipKIT UNO. Ich habe eher sein Würfeldesign verwendet als das von Kevin.

SuperTech-IT hat sich auf die Vereinfachung der Hardwareseite mit einem einzigen PCB-Ansatz konzentriert, der sowohl Kevins als auch Nicks Programmieransatz integriert und erweitert, wobei der Schwerpunkt auf der Eliminierung aller Verdrahtung liegt.

Also wurde ein Plan aufgestellt. Entwerfen Sie mit Kevins Schaltplan, Nicks Cube-Struktur, eine einzelne Leiterplatte und entwickeln Sie eine Lösung, um sowohl den Aufbau zu vereinfachen als auch den Cube selbst zu stärken.

Schritt 1: Alle diese LEDs

8x8x8 = 512 RGB-LEDs. eBay ist hier Ihr Freund und ich habe 1000 von einem chinesischen Lieferanten gekauft.

Das von mir gewählte Design verwendet 5 mm Common Anode RGB-LEDs - jede LED hat also einen Kathodendraht (negativ) für jede der drei Primärfarben (Rot / Grün / Blau) und einen einzelnen Anodendraht (positiv) für jede der Farben.

Testen der LEDs

Obwohl billig, war ich ein wenig besorgt über die Qualität. Das letzte, was Sie wollen, um eine Blind-LED in der Mitte Ihres Würfels zu finden, machte ich mich daran, jede der 512 LEDs zu testen, die ich verwenden würde.

Um den Ansatz zu vereinfachen, entwarf ich ein kleines Steckbrett und ein einfaches Arduino-Programm, das zwei LEDs Rot>Grün>Blau einzeln und dann auf Knopfdruck alle für Weiß ansteuern würde.

Eine LED würde als gemeinsame Referenz für alle anderen dienen, um sicherzustellen, dass alle LEDs eine gemeinsame Helligkeit haben.

Wenn Sie einmal eine LED in das Steckbrett schieben, die Taste drücken und die LED durch die Farben blinken sehen, dauert es nicht lange, alle 512 zu überprüfen. Abgesehen davon habe ich keinen einzigen Fehler gefunden und war Sehr zufrieden mit der Qualität der LEDs.

Auswahl der Strombegrenzungswiderstandswerte

Während das Steckbrett draußen ist, ist es eine gute Zeit, die LED-Strombegrenzungswiderstände, die Sie verwenden müssen, zu testen und zu validieren. Es gibt viele Rechner, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen Wertes helfen, und dieser wird nicht für alle Farben gleich sein (Rot hat mit ziemlicher Sicherheit andere Anforderungen als Grün und Blau).

Ein wichtiger Bereich, auf den Sie achten sollten, ist die Gesamtfarbe Weiß, die die LED ausstrahlt, wenn alle RGB-Farben eingeschaltet sind. Sie können den Wert der Widerstände ausgleichen, um eine saubere weiße Farbe innerhalb der Stromgrenzen der LED zu erzeugen.

Schritt 2: Vereinfachen des Cube-Builds

Eine Schablone, um jede 8x8-Scheibe zu bauen

Einen Würfel dieser Komplexität zu bauen ist nicht auf die leichte Schulter zu nehmen. Dies erfordert eine erhebliche Investition Ihrer Zeit.

Der von mir entworfene Ansatz vereinfachte das Löten jedes 8x8 vertikalen "Slice" des Würfels in einem einzigen Ereignis, im Gegensatz dazu, Reihen von 8 LEDs zu bauen und dann 8 davon in einem separaten Vorgang zusammenzulöten.

Für diesen Ansatz benötigen Sie eine Vorrichtung und ein wenig Zeit, die hier investiert wird, erntet später große Vorteile.

Das Bild oben zeigt die Einfachheit dieses Designs.

• Ich habe 18 mm x 12 mm Weichholz aus einem lokalen Baumarkt verwendet.
• Gebohrt 8 x 5 mm Löcher in der Mitte der 18 mm Seite, 30 mm auseinander auf 8 Längen, was eine zusätzliche Länge von 50 mm an jedem Ende ermöglicht.
• Verwenden Sie zwei Holzstücke auf jeder Seite und befestigen Sie diese 8 gebohrten Abschnitte, wobei Sie darauf achten, dass sie parallel zueinander und genau 30 mm voneinander entfernt sind.
• Ich würde empfehlen, zusätzlich zu einem Nagel / einer Schraube etwas Holzleim zu verwenden, wenn Sie diese zusammen befestigen. Sie möchten nicht, dass sich diese Vorrichtung biegt.
• Am oberen und unteren Ende der Schablone habe ich eine andere Länge eingestellt und drei kleine Nägel / Plattenstifte in eine Datei mit jeder Lochreihe für die LEDs gelegt. Der mittlere ist genau in einer Linie und die anderen beiden 5 mm auf jeder Seite voneinander entfernt. Wir werden diese Nägel verwenden, um die geraden Drahtstücke zu befestigen, die zur Bildung des Würfels verwendet wurden - mehr später.
• Sie werden auf den Bildern oben eine andere Holzlänge bemerken, die leicht schräg zu den anderen ist. Dies wird später wichtig sein, da wir unsere Strukturdrähte in diesem Winkel schneiden werden, was die Positionierung jeder dieser vertikalen Scheiben in der Leiterplatte zu einem späteren Zeitpunkt erheblich vereinfacht.

Nehmen Sie sich Zeit, um diese Vorrichtung zu bauen. Je genauer Sie hier sind, desto genauer wird Ihr endgültiger Würfel sein.

Schritt 3: Vorbereiten der LEDs

LED-Leitungsanschlüsse

Eine der Bedenken, die ich bei früheren Beispielen hatte, über die ich gelesen habe, war die Verwendung einfacher Stoßverbindungen beim Löten der LEDs an den Rahmendraht. Dies würde zu zwei zentralen Problemen führen

• Es ist sehr schwierig und zeitaufwändig, eine LED-Leitung neben dem Rahmendraht in Position zu halten, ohne dass sie sich lang genug bewegt, um eine gute Lötstelle zu gewährleisten.
• Stoßfugen können leicht brechen - das wollte ich vermeiden.

Also entwarf ich eine Lösung, bei der jede LED mit einer Schlaufe am Ende jeder Leitung vorbereitet wird, durch die der Rahmendraht verläuft, der sowohl die Drähte während des Lötens in Position hält als auch zusätzlich zum Lötmittel eine mechanische Verbindung für erhöhte Festigkeit bietet.

Der Nachteil davon war, dass die Vorbereitung jeder der 512 LEDs länger dauerte - ich tat dies in Chargen von 64, eine Scheibe nach der anderen, und brachte dies auf etwa 3 Stunden pro Scheibe.

Auf der positiven Seite hat das eigentliche Löten der Scheibe mit der vorherigen Vorrichtung etwas mehr als eine Stunde gedauert.

LED-Biegelehre

Ich habe eine Vorrichtung entworfen, um die Vorbereitung der LEDs zu unterstützen - Bild oben mit Schlüsselabmessungen.

• Ich habe eine der zuvor verwendeten 18x12mm Schienen genommen, ein 5mm Loch durch die Mitte der 18mm Seite gebohrt und dann diese Schiene auf eine kleine MDF-Platte gelegt (Sie können jedes Schrottstück verwenden, das war genau das, was ich tun musste Hand) und über das 5mm Loch in der Schiene bis zur Mitte des MDF geführt.
• Verwenden Sie den Bohrer, um sicherzustellen, dass sowohl das Loch in der Schiene als auch das MDF ausgerichtet sind. Nehmen Sie einen Bleistift und ziehen Sie eine Linie entlang beider Seiten der Schiene entlang des MDF.
• Entfernen Sie den Bohrer und die Schiene und Sie haben ein 5 mm Loch im MDF und zwei parallele Linien auf beiden Seiten davon, die den Schienenabmessungen entsprechen (18 mm Abstand).
• Ziehen Sie eine weitere Linie durch die Mitte des 5mm-Lochs senkrecht zu den Schienenlinien.
• Ich habe 22swg verzinnten Kupferdraht verwendet (eine 500g Rolle war ausreichend) der eine Breite von 0,711mm hat. Ich habe online (eBay zur Rettung wieder) einige 0,8-mm-Bohrer gefunden und diese als Former verwendet, um die ich die LED-Leitungen herumbiegen würde, um eine Schleife zu bilden.
• Bohren Sie drei 0,8 mm Bohrer, den mittleren auf der Mittellinie des 5 mm LED-Lochs, die anderen 5 mm auseinander und vor allem etwas außerhalb der Schienenlinie vom LED-Loch entfernt auf der MDF-Platte - nicht auf der Linie, sondern mit einer Seite des Bohrers, der gerade die Bahnlinie berührt.
• Ein vierter 0,8-mm-Bohrer wird dann erneut auf der Mittellinie des 5 mm LED-Lochs auf der anderen Schienenlinie gebohrt und diesmal genau innerhalb der Schienenlinie. Das obige Bild sollte diese Beschreibung etwas klarer machen.
• Lassen Sie die Bohrer so im Holz, dass etwa 1-15 mm des Bohrerschafts aus dem MDF herausragen.

Jetzt brauchen Sie ein Werkzeug - ein gutes Projekt ist immer eines, bei dem Sie ein spezielles Werkzeug kaufen müssen:-). Sie benötigen eine kleine Flachzange (eBay wieder für £ 2 - £ 3). Diese haben eine gerade parallele lange Nase und ein flaches Ende - siehe Bild.

LED-Vorbereitung

Jetzt kommt die lange Aufgabe, jede der 512 LEDs vorzubereiten. Ich schlage vor, Sie machen sie in Chargen. Weitere Details in den Bildern oben

• Halten Sie die LED so in die Zange, dass die vier Leitungen zu Ihnen zeigen.
• WICHTIG - Die Reihenfolge und Ausrichtung der Leads ist in diesem Schritt von entscheidender Bedeutung. Die Anode ist die längste Leitung, die an zweiter Stelle der vier Leitungen steht. STELLEN SIE SICHER, DASS DIES DER ZWEITE VON RECHTS IST. Wenn Sie das falsch machen, leuchtet Ihre LED nicht richtig auf, wenn wir sie später testen - ich weiß, dass ich 2 von 512 Fehlern gemacht habe.
• Während Sie die LED in der Zange halten, setzen Sie die LED-Lampe in das 5 mm Loch in der MDF-Platte ein, wie im Bild oben gezeigt. Möglicherweise müssen Sie das 5-mm-Loch oben etwas freigeben, um sicherzustellen, dass die Zange flach auf dem MDF aufliegt.
• Biegen Sie die LED-Kabel der Reihe nach um die Bohrer, um eine Schleife zu bilden. Ich habe festgestellt, dass, wenn Sie die Biegung eines Schirms zurückziehen, wenn er fertig ist, die Schlaufe einen Schirm öffnet und hilft, die Schlaufen von den Bohrern zu entfernen, wenn die LED aus der Vorrichtung herausgezogen wird
• Schneiden Sie den Überschuss von den vier Adern nahe der Schlaufe mit einem kleinen Drahtschneider ab.
• Biegen Sie die Anodenschleife, die allein, um 90 Grad, so dass die Schleife aufrecht zur LED-Lampe zeigt
• Legen Sie die fertige LED auf eine ebene Fläche und stellen Sie sicher, dass alle Leitungen flach auf der Fläche liegen. Ein wenig Druck auf die LED richtet sie alle einfach aus

Das ist es…. jetzt 511 mal wiederholen:-)

Schritt 4: Erstellen der Slices

Richten des Rahmendrahts

So haben wir jetzt eine Vorrichtung zum Herstellen unserer 8x8-Scheiben und ein Bündel getesteter und vorbereiteter LEDs.

Alles, was Sie jetzt brauchen, ist ein Rahmendraht. um alle LEDs zusammenzuhalten. Ich habe eine 500g-Rolle 22swg verzinnter Kupferdraht verwendet (wieder von eBay)

Jetzt möchten Sie natürlich den Draht begradigen, wenn er von der Rolle kommt. Eine einfache, wenn auch eine weitere manuelle Aufgabe. Schneiden Sie ein Stück Draht auf Länge und halten Sie beide Enden in zwei Zangen und ziehen und dehnen Sie den Draht vorsichtig. Wenn es Ihnen gut geht, werden Sie spüren, wie sich der Draht dehnt und dann können Sie aufhören, wenn Sie mit schweren Händen arbeiten, reißt der Draht an der Zange, wenn er genug gedehnt ist. Beide Wege sind in Ordnung und Sie werden den Draht nicht nur begradigen, sondern auch ein wenig härten, damit er seine Form behält.

Für jeden 8x8-Rahmen benötigen Sie 24 Längen, die lang genug sind, um die gesamte Länge Ihrer Vorrichtung zu durchlaufen, mit etwas Reserve an den Enden, um die Panel-Pins zu umwickeln, um sie beim Löten festzuhalten. Außerdem benötigen Sie 8 Längen für die senkrechten Anodendrähte, die nur etwas breiter als die Breite der Vorrichtung sind.

Erstellen eines 8x8-Slice

Jetzt die Drähte begradigt kommen wir zum lustigen Teil.

• Wenn die Vorrichtung auf ihren beiden vertikalen Schienen sitzt und die 8 gebohrten Querschienen nach vorne gerichtet sind, schieben Sie jeweils 8 LEDs in eine Säule, wobei die drei Beine der LEDs zu Ihnen zeigen.
• Fädeln Sie nun einen begradigten Rahmendraht durch die mittleren LED-Leitungsschlaufen aller 8 LEDs und binden Sie jedes Ende durch Wickeln um die Panelstifte fest.
• Wiederholen Sie dies für die beiden äußeren Rahmendrähte.
• Wiederholen Sie dann die obigen Schritte für die anderen 7 Spalten.

Sie haben jetzt 64 LEDs mit 24 vertikalen Rahmendrähten zusammengefädelt. Stellen Sie sicher, dass alle LEDs bündig an den Holzschienen sitzen und strecken Sie alle LED-Beine aus, um Inkonsistenzen zu beseitigen.

Brechen Sie nun Ihren Lötkolben aus und befestigen Sie alle 192 Verbindungen zwischen den LED-Schleifen und den Rahmendrähten. Ich werde hier nicht erklären, wie man lötet, es gibt viele ausgezeichnete Tutorials, die dies viel besser erklären, als ich es kann.

Fertig? Nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um Ihre Handarbeit zu bewundern, indem Sie die Vorrichtung umdrehen. Wir müssen noch die Anodenrahmendrähte hinzufügen.

Jetzt können Sie sehen, warum wir die Anodenleitungsschleifen um 90 Grad gebogen haben.

• Nehmen Sie Ihre 8 begradigten Anodenrahmendrähte und fädeln Sie sie erneut durch jede der 8 LEDs in jeder Reihe.
• Ich schneide den Draht auf die Breite der Vorrichtung, habe aber nicht versucht, diese an den Plattenstiften zu befestigen.
• Wenn Sie fertig sind, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um alle LEDs auszurichten, um sicherzustellen, dass Sie gerade, konsistente Läufe haben, und löten Sie noch einmal alle 64 Verbindungspunkte.

Testen des 8x8-Slice

Eine Scheibe nach unten, aber bevor Sie es aus der Vorrichtung schneiden, testen Sie es zuerst. Dazu benötigen Sie eine 5-V-Quelle (von Ihrem Arduino oder Ihrem LED-Tester-Steckbrett) und einen einzelnen Widerstand (alles um 100 Ohm reicht).

• Verbinden Sie einen Draht mit Masse, dieser wird für alle 24 Kathodenrahmen verwendet.
• Verbinden Sie das andere Kabel über den Widerstand mit 5 V.
• Halten Sie das 5-V-Kabel an einen der Rahmendrähte auf den 8 Anodenebenen
• Führen Sie das Erdungskabel über jeden der 24 Kathodenrahmendrähte.
• Überprüfen Sie, ob jede LED rot, grün und blau für jede der 8 LEDs leuchtet, die mit demselben Anodendraht verbunden sind.
• Verschieben Sie nun das 5V-Kabel auf die nächste Ebene und führen Sie die Prüfung erneut durch, bis Sie jede Ebene, jede LED und jede Farbe getestet haben.

Wenn Sie feststellen, dass eine LED nicht funktioniert, haben Sie beim Biegen der LED-Leitungen wahrscheinlich das Anodenkabel an der LED verwechselt. Wenn Sie feststellen, dass eine nicht funktioniert, schlage ich vor, dass Sie die LED ausschneiden und entfernen, eine vorbereitete Ersatz-LED nehmen, die Schlaufen an den LED-Kabeln öffnen, diese neue LED in die Vorrichtung schieben und die Schlaufen so gut wie möglich um die Rahmendrähte biegen du kannst.

Nachdem alles getestet wurde, können Sie nun die Folie aus der Schablone ausschneiden. Schneiden Sie dazu den Rahmendraht in der oberen Reihe in der Nähe der LED-Zuleitungsschlaufen ab und schneiden Sie die unteren Rahmendrähte entlang des leicht angewinkelten Jig-Rahmens.

Lassen Sie vorerst alle langen Enden des Rahmendrahts stehen, wir werden diese später aufräumen, wenn wir den Würfel bauen.

Einer aus, 7 weitere zu gehen.

Ich glaube, ich habe mein erstes Ziel erreicht und eine Lösung entwickelt, um den Bau der Würfelscheiben zu vereinfachen.

Schritt 5: Auf die Elektronik

Entwerfen der Leiterplatte

Mein zweites Ziel war es, die gesamte Verkabelung zu entfernen, aber dennoch Raum für etwas Flexibilität zu lassen.

Zu diesem Zweck habe ich beschlossen, dass ich:

• Bringen Sie die 6 Prozessorsteuerdrähte über einen Stecker von der Platine. Die meisten Cube-Treiber, die ich gesehen habe, verwenden ein SPI-Derivat für die Datenübertragung, das 4 Eingänge erfordert - Data, Clock, Output Enable und Latch - plus 5 V und Ground hinzugefügt, damit wir den Prozessor über dasselbe Kabel mit Strom versorgen können.

• Lassen Sie die seriellen Ein- und Ausgänge zwischen den 74HC595-Schieberegisterchips offen, damit Sie verschiedene Schleifen zwischen den Chips definieren können.

  • Kevins Schaltplan ist für den Anodentreiber zuerst, dann alle 8 Chips, die als nächstes eine einzelne Farbe ansteuern und dann die nächsten beiden Farben nacheinander für insgesamt 25 Schieberegister.
  • Nicks Schema hat für jede Farbe eine separate Schleife zurück zum Prozessor.
• Ermöglicht die Ansteuerung der Anodenschichten durch ein eigenes Schieberegister oder direkt vom Prozessor mit 8 separaten Anschlüssen.

Außerdem wollte ich

• Verwenden Sie Durchgangslochkomponenten (wie ich es gewohnt bin).
• Beschränke mich auf eine zweilagige Leiterplatte (wieder nach meiner Erfahrung).
• Haben Sie alle Komponenten auf einer Seite der Platine (der Unterseite) und lassen Sie die LED-Scheiben direkt auf die Oberseite der Platine löten.

Am Ende sollte es also eine große Platine (270 mm x 270 mm) sein, um einen Würfel mit 30 mm Abstand zwischen den LEDs zu unterstützen - trotzdem war es immer noch ein Problem, alle Komponenten und Leiterbahnen einzupassen.

Ich habe in der Vergangenheit einige verschiedene PCB-Design-Software mit Erfolg verwendet.

Für die Benutzerfreundlichkeit ist Pad2Pad großartig, aber Sie sind an die hohen Herstellungskosten gebunden, da Sie keine Gerber-Dateien exportieren können. Für diesen Build habe ich DesignSpark verwendet (nicht so einfach zu bedienen wie Pad2Pad, kann aber Gerber-Dateien exportieren) und experimentiere seitdem mit Eagle (einem sehr leistungsfähigen Tool, aber ich lerne immer noch).

Ich wage es nicht, die Stunden, die für das Softwaredesign der Leiterplatte aufgewendet wurden, zusammenzuzählen, es brauchte mehrere Versuche, um es richtig zu machen, aber ich bin mit dem Ergebnis sehr zufrieden. Es gibt ein paar fehlende Spuren in meiner ersten Version, aber sie sind einfach zu ersetzen. Für die Herstellung einer kleinen Charge von Leiterplatten habe ich SeeedStudio verwendet und würde es empfehlen. Gute Antwort auf Fragen, wettbewerbsfähige Preise und schneller Service.

Seitdem überlege ich, eine SMD-Version zu entwerfen, die ich dann mit allen bereits platzierten und verlöteten Komponenten hätte herstellen können.

Viele Komponenten

Was die Komponenten betrifft, die ich verwendet habe (in Übereinstimmung mit Kevins Schaltplan)

• 200 NPN 2N3904 Transistoren
• 25 100nF Kondensatoren
• 8 100uF Kondensatoren
• 8 IRF9Z34N-MOSFETS
• 25 74HC595 Schieberegister
• 128 82 Ohm 1/8W Widerstände (Rote LED Strombegrenzungswiderstände)
• 64 130 Ohm 1/8W Widerstände (Grüne & Blaue LED Strombegrenzungswiderstände)
• 250 1k Ohm 1/8W Widerstände (mit einigen Extras)
• 250 10k Ohm 1/8W Widerstände (mit einigen Extras)
• 1 5v 20A Netzteil (mehr als genug)
• 1 Arduino Mega (oder Prozessor deiner Wahl)
• einige einreihige Header-Pins zum Verbinden mit dem Arduino
• ein Überbrückungskabel, um die seriellen Ein-/Ausgangsschleifen zwischen den Schieberegistern zu erstellen
• ein 6-Pin-Header-Kabel zum Platinenanschluss
• ein 240-V-Stromversorgungskabel und Stecker

Ich habe Farnell Components für die Bestellung in Großbritannien verwendet und würde sie empfehlen, insbesondere angesichts des Service am nächsten Tag und der wettbewerbsfähigen Preise.

Löten… viel Löten

Dann waren es mehrere Stunden, alle Komponenten auf die Platine zu löten. Ich werde hier nicht auf die Details eingehen, aber ein paar Lektionen, die ich gelernt habe, waren:

• Halten Sie eine Lötpumpe und einen Lötdocht bereit - Sie werden sie brauchen.
• Ein Flussmittelstift funktioniert wirklich, obwohl es danach mühsam aufzuräumen ist
• Verwenden Sie ein Lot mit kleinem Durchmesser - ich fand, dass ein 0,5 mm 60/40 Zinn / Blei 2,5% Flussmittel das beste ist.
• Eine Lupe ist praktisch, um Lötbrücken zu erkennen.
• Nehmen Sie sich Zeit, machen Sie eine Charge nach der anderen und inspizieren Sie alle Verbindungen, bevor Sie mit dem nächsten Bereich fortfahren.
• Halten Sie Ihre Lötkolbenspitze wie immer sauber.

Angesichts der roten Farbe der LEDs benötigen Sie wahrscheinlich einen anderen Widerstandswert als das Grün und das Blau. Ich habe die Strombegrenzungswiderstände auf den PCB A, B und C markiert. Jetzt ist es an der Zeit, die endgültige Ausrichtung der Scheiben im Vergleich zu definieren zur Leiterplatte, um zu definieren, welche Leitung der LEDs sich auf welche Position des Strombegrenzungswiderstands bezieht.

Nach Fertigstellung habe ich die Platine mit PCB-Reiniger gereinigt, mit Seife und Wasser abgewaschen und gründlich getrocknet.

Testen Sie Ihre fertige Leiterplatte

Bevor wir dies beiseite legen, müssen wir testen, ob alles funktioniert.

Ich habe Kevins Arduino-Code geladen (für das Mega müssen Sie einige geringfügige Änderungen vornehmen) und ein einfaches Testprogramm entwickelt, das alle LEDs kontinuierlich ein- und ausschaltet.

Zu testen:

• Ich habe einen LED-Testdraht hergestellt, indem ich eine einfarbige LED genommen habe, einen 100-Ohm-Widerstand an eine der Leitungen gehalten und dann an jedem der offenen Enden einen langen Draht hinzugefügt habe. Ein bisschen Isolierband um die offenen Leitungen herum, um Kurzschlüsse zu stoppen und den positiven (Anoden-) Draht von der LED zu markieren.
• Schließen Sie Ihren Prozessor (in meinem Fall einen Arduino Mega) mit den 6 Anschlüssen an die Platine an
• Schließen Sie die Stromversorgung des Boards über das Netzteil an
• Verbinden Sie das Anoden-Testkabel mit einer 5-V-Quelle auf der Platine
• Legen Sie dann den Kathodendraht vom LED-Testdraht nacheinander auf jeden der PCB-Würfel-Kathodenanschlüsse.
• Wenn alles in Ordnung ist, sollte die LED an der Testleitung blinken, wenn ja, gehen Sie zum nächsten über.
• Wenn es nicht blinkt, sind Sie in der Fehlersuche. Ich würde zuerst Ihre Lötstellen auf trockene Verbindungen überprüfen, ansonsten würde ich vorschlagen, dass Sie abwechselnd weg von den Schieberegistern arbeiten und jeweils eine Komponente prüfen.

Testen Sie alle 192 Kathoden und ändern Sie dann Ihren Code, um die Anodenschichttreiber zu testen, tauschen Sie Ihre LED-Testleitung aus und verbinden Sie sie mit Masse und testen Sie jeden der 8 Schichttreiber.

Sobald Sie die Platine fertiggestellt und getestet haben, beginnt der Spaß erst richtig - jetzt bauen Sie den Würfel.

Schritt 6: Aufbau des Würfels

Vorbereiten Ihrer Anodenpegelanschlüsse - eine weitere Vorrichtung

Wir müssen noch einen Artikel herstellen, bevor wir mit dem Löten Ihrer 8x8-Scheiben auf die Leiterplatte beginnen.

Wenn wir Slices hinzufügen, müssen wir außen an jedem Slice geschweifte Klammern hinzufügen, um die horizontalen Slices miteinander zu verbinden.

Da wir alle LEDs mit Schleifen an die Rahmendrähte angeschlossen haben, können wir jetzt nicht aufhören.

So bauen Sie die Anodenquerstreben:

• Nehmen Sie eine andere Länge des Holzes, das Sie für die Schienen verwendet haben, und zeichnen Sie eine Linie in der Mitte der Schiene.
• Machen Sie 8 Markierungen entlang dieser Linie im Abstand von 30 mm.
• Nehmen Sie 8 der 0,8-mm-Bohrer und bohren Sie sie in das Holz, wobei Sie den Bohrer im Holz lassen, wobei der Schaft etwa 10 mm aus der Oberfläche herausragt.
• Schneiden Sie ein Stück Rahmendraht ab und richten Sie ihn wie zuvor aus.
• Wickeln Sie ein Ende des Drahtes um den ersten Bohrer, um eine Schleife zu bilden, und schlingen Sie dann den Draht um jeden nachfolgenden Bohrer, um einen geraden Draht mit 8 Schleifen entlang seiner Länge zu bilden.

Dies erfordert etwas Übung, aber versuchen Sie, den Draht zu manipulieren, nachdem Sie alle Schlaufen gebildet haben, um den Draht so gerade wie möglich zu bekommen. Ziehen Sie den Draht vorsichtig von den Bohrern ab und versuchen Sie dann, ihn vollständig zu begradigen.

Für den endgültigen Würfel benötigt man 16 Drahtlängen mit jeweils 8 Schlaufen, aber während des Bauprozesses ist es praktisch, eine Anzahl von zwei und drei Schlaufenlängen zur Hand zu haben, um jede neue Scheibe mit ihrem Nachbarn zu unterstützen.

Endlich können wir den Würfel bauen

Wir müssen die Leiterplatte von der Oberfläche abheben, um jede Scheibe auf die Leiterplatte auszurichten und abzusenken. Ich benutzte ein paar kleine Plastikboxen auf beiden Seiten der Platine.

Wenn Sie sich bei der Festlegung der Position der Strombegrenzungswiderstände an Ihre zuvor gewählte Ausrichtung der Scheibe erinnern, können Sie jetzt die erste Scheibe an einem Ende in die Löcher in der Leiterplatte absenken. Ich schlage vor, dass Sie mit der am weitesten von Ihnen entfernten Reihe von Löchern beginnen und auf sich selbst hinarbeiten.

Hier sehen wir den Vorteil, die Kathodenrahmendrähte schräg zu schneiden. Auf diese Weise können Sie jeden der 24 Kathodendrähte einzeln lokalisieren.

Um die Scheibe zu stützen und ihre vertikale Position zu definieren, habe ich die Holzschiene verwendet, mit der wir die Anodenanschlüsse hergestellt haben, und diese entlang der Platine unter dem ersten Satz LEDs platziert. Mit einem Ingenieursquadrat, der verwendet wird, um sicherzustellen, dass die Scheibe senkrecht zur Platine und von Ende zu Ende eben ist, können Sie jetzt die Kathodenrahmendrähte in die Platine löten.

Sie können diese Scheibe jetzt testen, aber ich fand es am besten, die ersten beiden Scheiben auf die Platine zu legen und an einigen Stellen entlang der beiden Scheiben kurze Anodenverbinder mit 2 Schleifen zu verwenden, bevor Sie diese ersten beiden Scheiben stabiler testen. Nach diesen ersten beiden Testen Sie jede Scheibe der Reihe nach, bevor Sie die nächste hinzufügen.

Testen der Scheiben

Die Anodentreiber befinden sich entlang einer der Seiten der Platine und es gibt Löcher in der Platine, wo wir schließlich jede Schicht mit ihrem Treiber verbinden werden. Im Moment verwenden wir diese mit einigen Holzdrähten und 8 Mini-Krokodilklemmen, um sie der Reihe nach an jeder Schicht in jeder Scheibe zu befestigen.

Wenn die Kathoden auf die Platine gelötet und die Anoden mit den Drähten und Clips an die Treiber angeschlossen sind, können wir die Scheibe testen, indem wir den Code, den wir zum Testen der Platine verwendet haben, mit einer neuen Animation ändern.

• Schreiben Sie eine einfache Animation, um alle LEDs in Ihrem Slice in jeder Farbe gleichzeitig aufleuchten zu lassen (alle Rot, dann Grün, dann Rot, dann alle an für Weiß). Sie können die Slice-Nummer als Variable definieren, damit Sie diese ändern können, während Sie jedes Slice nacheinander testen.
• Verbinden Sie den Prozessor und die Stromversorgung mit der Platine und schalten Sie sie ein.
• Prüfen Sie, ob alle LEDs in allen Farben leuchten.

Der einzige Fehler, den ich hier beobachtet habe, war auf eine trockene Verbindung an einem der vertikalen Kathodenrahmendrähte zurückzuführen.

Löten und testen Sie jede Scheibe der Reihe nach.

Wir sind fast da. Es gibt zwei weitere Elemente, die wir dem Würfel hinzufügen müssen, jetzt haben wir alle 8 Scheiben gelötet und getestet.

Anodenschichtverbinder

Jetzt können wir die Anodenverbinder mit den 8 Schlaufen, die Sie zuvor vorbereitet haben, herausbrechen.

Fädeln Sie diese über die Scheiben, die dieselbe Schicht in jeder Scheibe auf beiden Folien verbinden. Ich bewegte meine, bis sie ungefähr 5 mm vom nächsten LED-Kathodendraht entfernt waren. Stellen Sie sicher, dass sie gerade und eben aussehen, bevor Sie alle Schlaufen löten und jede der 8 Anodenschichten miteinander verbinden.

Anodentreiberanschlüsse

Entfernen Sie alle Drähte, die zuvor zum Testen der Scheiben von den Anodentreiberlöchern in der Platine verwendet wurden, und stellen Sie sicher, dass die Löcher frei von Lot sind - Lötdocht ist hier Ihr Freund.

Jeder der 8 Anodentreiber auf der Platine muss mit einer einzelnen Schicht auf der Platine verbunden werden. Der Anodentreiber, der den Stromanschlüssen auf der Platine am nächsten liegt, sollte auf der niedrigsten Ebene angeschlossen werden, dann schrittweise zurück zur Rückseite der Platine und zur 8. Schicht arbeiten.

Biegen Sie einen kleinen rechten Winkel in ein Stück geraden Rahmendraht und senken Sie die lange Seite des Drahtes durch den Würfel in das Anodentreiberloch auf der Platine. Stellen Sie sicher, dass der Draht gerade und eben ist und keinen anderen Draht im Würfel berührt, und löten Sie diesen dann auf die Anodenschicht des Würfels und auf die Platine

Komplett für alle 8 Anodentreiber.

Schritt 7: Es ist abgeschlossen

Der Bau ist beendet, fertig.

Mit all der Vorbereitung, dem Bau und dem Testen, das Sie getan haben, ist dieses Stück jetzt einfach.

• Verbinden Sie das Netzteil mit der Platine
• Verbinden Sie den Prozessor mit der Platine.
• Ein.
• Laden oder aktivieren Sie die Animationen in Ihrer Software, laden Sie sie auf den Prozessor hoch und lassen Sie es tun

Einen Fall machen

Sie werden Ihre Investition schützen wollen, nachdem Sie all diese Stunden investiert haben.

Wir haben ein Gehäuse aus einigen Eichenbrettern und einer kleinen Schichtholzplatte gemacht und einen Zug in die Rückseite gebaut, wo wir auf das Netzteil und Arduino zugreifen konnten, sowie einen USB-Stecker auf die Rückseite des Gehäuses gesteckt, um einen einfacheren Zugriff für die Neuprogrammierung zu ermöglichen.

Dann haben wir es mit einem Acrylgehäuse von acryldisplaycases.co.uk abgerundet. Sehr gut zu empfehlen.

Zu dir hinüber

Es gibt jetzt zwei Dinge, auf die Sie sich konzentrieren können:

• Welche Art von Support/Box Sie entwerfen und bauen möchten, um die Leiterplatte zu unterstützen und das Netzteil und den Prozessor unterzubringen - das überlasse ich Ihrer Fantasie.
• Steigen Sie in den Code ein und beginnen Sie, Ihre eigenen Animationen zu entwerfen und zu schreiben. Kevin, Nick und SuperTech-IT haben hier großartige Arbeit geleistet, um Sie auf Ihren Weg zu bringen.

Schritt 8: Clip des Endprodukts in Aktion

Mein Dank geht an Kevin und SuperTech-IT für Animationen und einige meiner eigenen, die ich bisher erstellt habe

Schritt 9: Animation - Schlangen

Eine meiner eigenen Animationen zum Teilen mit Kevin Darrahs Code

Rufen Sie Folgendes in void Loop. auf

Schlangen (200); // Iterationen

Schritt 10: Einmal in den Groove

Mein Bruder und ich haben jetzt je einen gebaut und arbeiten an einem dritten:-)

UPDATE - Der dritte Würfel ist jetzt fertiggestellt und wir werden diesen zusammen mit zwei Ersatzplatinen (und Anweisungen) bei eBay zum Verkauf anbieten.

Wir werden einige Überarbeitungen an der Platine vornehmen, hauptsächlich um die Entwicklung unseres nächsten Projekts zu unterstützen - einen 16x16x16 RGB LED-Würfel

Schritt 11: Neueste Version meines Arduino Mega Codes

Im Anhang finden Sie hier die neueste Version meines Codes.

Dies ist überwiegend der von Kevin Darrah hier entwickelten Lösung entnommen, aber ich habe dies auf das Arduino Mega portiert und den Animationen entweder aus anderen Quellen hinzugefügt oder selbst entwickelt.

Die Pins auf dem Arduino Mega sind:

• Riegel - Stift 44
• Blank - Stift 45
• Daten - Stift 51
• Uhr - Stift 52