3x3x3 LED-Würfel mit Arduino Lib - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Es gibt andere Instructables über den Bau von LED-Würfeln, dieser ist aus mehreren Gründen anders: 1. Es ist mit einer geringen Anzahl von handelsüblichen Komponenten gebaut und wird direkt an den Arduino angeschlossen. 2. Ein übersichtlicher, leicht reproduzierbarer Schaltplan mit vielen Fotos ist vorhanden. 3. Für die Software wird ein einzigartiger Ansatz verwendet, der die Programmierung des Würfels einfacher und ausdrucksvoller macht. Benötigte Teile: - 1 Perfboard - 3 NPN-Transistoren (2N2222, 2N3904, BC547 usw.) - 12 Widerstände (~220 Ohm und ~10k Ohm) - 13 Header (männlich oder weiblich) - 27 LEDs - Draht

Schritt 1: Bereiten Sie die LEDs vor

Dieser Schritt folgt weitgehend dem LED-Würfel 4x4x4, aber wir bauen stattdessen einen 3x3x3-Würfel. Ein Würfel dieser Größe ist ungefähr so groß wie es nur geht, ohne zusätzliche Schaltungen und Komplexität einzuführen. Wir benötigen insgesamt 27 LEDs, die in drei Sätze von neun gruppiert werden. Jeder Satz von neun LEDs teilt sich eine gemeinsame Verbindung zwischen ihren Kathoden (negativen Leitungen). Ich werde jedes dieser Sets als "Level" bezeichnen. Jede der neun LEDs einer Ebene ist über ihre Anoden (Plusleitungen) mit der entsprechenden LED der anderen beiden Ebenen verbunden. Diese werden als "Spalten" bezeichnet. Wenn das keinen Sinn ergab, wird es beim Bauen des Würfels selbsterklärend. Zu Beginn verwenden wir einen Bohrer, um aus einem kleinen Stück Altholz eine Lehre zu erstellen. Die Vorrichtung hält die LEDs an Ort und Stelle, während wir sie löten. Ich beschloss, die Löcher etwa 5/8 Zoll auseinander (~ 15 mm) zu platzieren, aber der genaue Abstand ist nicht kritisch. Das Loch sollte eng um die LED herum passen, da wir nicht möchten, dass sie sich beim Löten bewegen. Sobald die Vorrichtung fertig ist, biegen wir die Kathode jeder LED in einem 90-Grad-Winkel. Die Kathode ist auf drei Arten identifizierbar: 1) Es ist das kürzere Bein, 2) Es befindet sich auf der flachen Seite einer runden LED, 3) es ist mit dem größeren Stück innerhalb der LED verbunden. Stellen Sie sicher, dass Sie die Kathode für alle LEDs in die gleiche Richtung biegen. Jetzt können wir mit dem Löten beginnen.

Schritt 2: Löten Sie die LEDs

Platzieren Sie zuerst neun der LEDs in Ihrer neu gebauten Vorrichtung. Positionieren Sie sie so, dass die Beine gegen den Uhrzeigersinn in die gleiche Richtung zeigen. Die Fotos zeigen die Kathode im Uhrzeigersinn mit der Anode nach außen, aber ich würde die LEDs umdrehen, wenn ich es noch einmal tun würde, um zu verhindern, dass das Bein die Sicht auf die LED behindert. Löten Sie die Seiten zusammen, ein Paar auf jeder Seite. Verwenden Sie kleine Clips, um die Beine beim Auftragen des Lots zusammengeklemmt zu halten. Sobald jede der vier Seiten gelötet ist, bewegen Sie die Clips, um die Ecken zusammenzuhalten, und tragen Sie Lot auf jede auf. Zuletzt die Kathode der mittleren LED an einer der Seiten anlöten und den Überschuss abschneiden. Dreimal wiederholen. Sie sollten jetzt drei Sätze von neun LEDs haben. Positionieren Sie zwei der Sets übereinander. Halten Sie den Abstand gleich dem bereits festgelegten Abstand zwischen den LEDs. Sobald Sie mit dem Abstand vertraut sind, können Sie jeden Satz von Beinen mit zwei Clips festklemmen, einen in jede Richtung, um die Beine beim Löten fest an Ort und Stelle zu halten. Möglicherweise müssen Sie sich um eine LED biegen, um eine gute Verbindung zu erhalten. Löten Sie jedes der neun Paare nacheinander. Tun Sie dies noch einmal und Sie sind mit dem Würfel fertig. Legen Sie den Würfel auf eine Seite des Perfboards. Stellen Sie sicher, dass die neun Beine gleichmäßig auseinander positioniert sind, während Sie jedes durch ein Loch führen. Mein Board hat fünf Löcher zwischen jedem Beinsatz. Sie möchten am anderen Ende des Perfboards so viel Platz wie möglich lassen, um die verschiedenen Komponenten zu montieren. Fügen Sie ein paar Clips hinzu, um die Beine an Ort und Stelle zu halten, sobald Sie mit der Positionierung zufrieden sind. Lassen Sie viel Bein durch den Boden stecken, da dies das spätere Löten der Widerstände erleichtert. Drehen Sie die Platine um und löten Sie jedes der Beine, um sie an Ort und Stelle zu halten. Drehen Sie den Würfel wieder um, sobald alle Beine verlötet sind. Zuletzt müssen wir eine Leitung von jeder der Ebenen nach unten durch die Unterseite der Platine löten. Streifen Sie ein Stück massiven Draht ab und biegen Sie an einem Ende einen kleinen Haken. Hängen Sie den Haken an eines der mittleren LED-Beine und führen Sie ihn durch ein Loch auf dem Perfboard. Löten Sie das Hakenende, um den Draht an Ort und Stelle zu halten. Wiederholen Sie dies für die anderen beiden Ebenen. Der nächste Schritt besteht darin, den Rest der Schaltung aufzubauen.

Schritt 3: Bauen Sie die Schaltung auf

Die Schaltung ist ziemlich einfach. Jede der neun Spalten wird über einen Strombegrenzungswiderstand mit einem Pin des Arduino verbunden. Jede der drei Ebenen ist über einen NPN-Transistor mit Masse verbunden, wenn sie von einem Arduino-Pin aktiviert wird. Wir werden insgesamt 12 Ausgangspins auf dem Arduino verwenden, aber es gibt 18 LEDs zur Stromversorgung. Der Trick ist, dass immer nur eine Ebene gleichzeitig beleuchtet werden kann. Wenn eine Ebene mit Masse verbunden ist, kann jede der LEDs auf dieser Ebene einzeln über einen der neun anderen Arduino-Pins mit Strom versorgt werden. Wenn wir die Ebenen schnell genug beleuchten, sieht es so aus, als ob alle drei Ebenen gleichzeitig leuchten. Bauen wir die Schaltung auf. Der erste Schritt besteht darin, die neun Strombegrenzungswiderstände vorzubereiten. Ich verwende 220 Ohm pro Pin, was etwa 22 mA zieht. Der Wert kann je nach verwendeter LED variieren, liegt aber zwischen etwa 135 und 470 Ohm. Jeder Pin kann bis zu 40 mA liefern. Um Platz zu sparen, wollen wir die Widerstände senkrecht verlöten. Biegen Sie eine Leitung nach unten, sodass beide Leitungen parallel zueinander sind. Tun Sie dies für alle neun Widerstände. Sobald die Widerstände fertig sind, werden wir sie einzeln verlöten. Um es einfach zu machen, werden wir die Widerstandskabel direkt an die anderen Komponenten löten, anstatt für jedes einen separaten Draht zu verwenden. Ein Ende des Widerstands wird mit einer Spalte verbunden und das andere wird mit einem Header verbunden. Beginnen Sie mit der ersten Reihe von LEDs, die den Widerständen am nächsten ist, und arbeiten Sie sich zurück. Sobald jede Reihe fertig ist, können Sie die überlappenden Leitungen mit einem kleinen Stück Klebeband isolieren, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Sehen Sie sich die Fotos und das Diagramm an, um zu sehen, wie dies aussehen wird, wenn es fertig ist. Nun, da die Säulen aus dem Weg sind, besteht der nächste Schritt darin, die Komponenten zu verlöten, die die Pegel steuern. Die Basis eines NPN-Transistors wird von einem Arduino-Pin über einen Strombegrenzungswiderstand von 10k (oder ungefähr) aktiviert. Dadurch wird die entsprechende Ebene mit Masse verbunden, wodurch Strom durch die LEDs fließen kann. Siehe Fotos und Diagramm. Sobald dies abgeschlossen ist, sollten die LEDs mit den Pins 2-10 des Arduino verbunden sein und die Ebenen sollten mit den Pins 11-13 von unten nach oben verbunden werden. Die Pins sind auch in der Software konfigurierbar, wenn Sie ein anderes Setup benötigen. Die Schaltung ist nun abgeschlossen, es ist Zeit, zur Software überzugehen!

Schritt 4: Verwenden der Software

Ich habe ein paar Codebeispiele gefunden, die im Netz herumschweben, um einen LED-Würfel zu steuern. Sie alle erforderten große Arrays von Binär- oder Hex-Daten, um die LEDs zu steuern. Ich dachte, es muss einen einfacheren Weg geben, also machte ich mich daran, meine eigene Software zu schreiben. Meine erste Entscheidung war, die Software die Hardware spiegeln zu lassen. Das bedeutete, jede LED nach Spalte und Ebene zu adressieren, anstatt rohe Portdaten oder die traditionellen x, y, z zu verwenden. Die zweite Entscheidung war, mit grundlegenden Funktionen wie dem Ein- und Ausschalten eines einzelnen Lichts zu beginnen und von dort aus aufzubauen. Zuletzt habe ich beschlossen, zwei Funktionen einzuführen, die für interessantere Effekte nützlich sind. Einer ist ein Puffer, der es den Grundfunktionen ermöglicht, komplexere Muster aufzubauen. Die andere ist eine Sequenzfunktion, die eine Reihe von LEDs einzeln oder alle gleichzeitig aufleuchtet. Die Bibliothek begann als prozeduraler Code und lose Funktionen. Von dort aus war es sehr einfach, dem Tutorial zu folgen, um eine wiederverwendbare Arduino-Bibliothek zu erstellen. Laden Sie die Bibliothek herunter und entpacken Sie sie in Sketchbook/Libraries. Bei korrekter Einrichtung sollten Sie in der Arduino-Software unter Datei > Beispiele > LedCube > ledcube ein Beispiel finden. Der Code ist auch auf Github unter gzip/arduino-ledcube verfügbar. Danke fürs Lesen!