Ledová kostka 4x4x4: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Proč stavět tuto LED kostku?

* Když skončíte, můžete zobrazit krásný a složitý vzor.

* Nutí vás přemýšlet a řešit problémy.

* Je zábavné a uspokojující sledovat, jak dobře se to všechno spojuje.

* Je to malý a zvládnutelný projekt pro každého, kdo se chce naučit pájení a elektroniku, a je stále dostatečně velký na to, aby zobrazoval oslnivé a působivé vzory.

* Arduino kód je poměrně snadno spravovatelný.

* Relativně nízké náklady na vysokou zábavu a obrovské množství, které se naučíte, pokud jste v elektronice nováčkem.

Nejprve vám ukážu, jak vyrobit tuto rychlou kostku LED 4x4x4, která vyžaduje jen několik hodin práce na nastavení (jakmile vytvoříte přípravky), ale je také robustní konstrukce. Pokusím se vše vysvětlit, aby každý rozuměl mým návrhovým volbám. Nakonec vysvětlím, jak programovat nové vzory dvěma různými způsoby.

Zásoby

Díly:

1. Deska prototypu 10 cm * 15 cm - 1x 2 $ za kus
2. sn74hc595n - 2x 0,57 $ ročně
3. 120 ohmové odpory - 16x 0,04 $ ea (hodnota závisí na vaší LED, viz krok 7)
4. Rezistory 10 kOhm - 4x 0,10 $ ročně
5. Fqp20n06l N -kanálové MOSFETY - 4x 0,95 $ ročně
6. Arduino nano v3 - 1x 22 $ ročně
7. 5,5 mm DC jack - 1x volitelně 0,35 USD
8. Pocínovaný měděný drát 20 AWG - 15 stop $ 0,12/ft
9. Plochý kabel 40 vodičový nebo jiný drát malého průřezu (AWG) - méně než 1 stopa 2,3 $/ft
10. 5 mm překližka 6 ", 12" - 1 x 2 dolary ročně
11. pájka 0,8 mm - 1x 10,89 $
12. Deska 1 "x 6" x 4 ' - 6 palců 8,39 $ ročně
13. 5mm difúzní LED - sada 64 $ 15
14. 100nf keramická čepice - 2x 0,25 $ za kus

Odhadovaná cena za krychli: 40 $ (pokud se díly nakupují hromadně, cena za se výrazně sníží)

Nástroje:

1. Kleště na špičku jehly x2
2. Splachovací nebo boční frézy
3. Páječka
4. Odstraňovače drátů
5. Stolní pila
6. Vrták (doporučen vrtací lis)
7. Hacksaw nebo pásová pila
8. Počítač pro programování

Krok 1: První přípravek **

První přípravek obsahuje 2) 0,8 mm vrtáky, prototypovací desku a 5 mm otvor pro LED. Začněte tím, že si prototypovací desku (nejméně 2 cm širokou a 2,54 mm (0,1 ) rozteč od středu otvorů na střed) označíte první tečkou na jednom z okrajů desky. Poté v přímce uděláte po přesunu další značku nahoru 3 další otvory. Poté označte tečku, která je o 2 otvory dále nahoře (viz obrázek č. 1). Dále do středu označeného otvoru vyvrtejte 5 mm díru, použil jsem bit 13/64 palce a fungovalo to dobře. Nejlepší je, když použijte menší bity a propracujte se až na 13/64 palců, abyste se ujistili, že je dokonale vycentrovaný v otvoru, pokud není, bude celá kostka vypnutá. Poté na vnější značení použijte bity 0,8 mm k mírnému rozšíření Otvory. Zajistěte, aby všechny otvory byly kolmé k prototypové desce, pokud je k dispozici, použijte vrtačku, ale bude fungovat ruční vrtačka. Vyřízněte 3) 1 “čtverce Je nejjednodušší použít pásovou pilu, ale bude fungovat i ruční pila. S elmerovým lepidlem vytvořte malý dřevěný stoh se všemi hranami, které jsou navzájem spojeny. Nakonec jej přilepte na prototypovou desku, sevřete jej a počkejte. Jakmile je vše suché, vše znovu vyvrtejte, aby otvory v prototypové desce procházely celou dřevěnou podložkou. Umístěte bity 0,8 mm do otvoru, který byl vytvořen na okraji. Pokud bylo vše provedeno správně, mělo by to vypadat jako na obrázku č. 2.

** Vyobrazené přípravky jsou navrženy tak, aby vytvářely LED kostku 8*8*8, takže jsou mírně předimenzované. Váš přípravek bude menší. Tyto přípravky vycházejí z návrhů Steva Manleyho pro jeho 8*8*8 RGB LED kostku. Vypadá a funguje skvěle. Doporučil bych se podívat na jeho videa.

jeho You-Tube kanál

Krok 2: Druhý přípravek **

Druhý přípravek je vyroben z 5mm překližky. Začněte označením a řezáním 3 kusů o rozměrech 4 x 2 palce. Na to jsem použil pásovou pilu, ale ruční pila by také fungovala. Na jednom z kusů označte 1 "na 2" straně na obou koncích a mezi nimi nakreslete čáru. Na straně 4 "jděte o 1/2" na dříve vyrobené čáře další značka by měla být 1 "od aktuální, pokračujte, dokud nedosáhnete konce desky. Další dva kusy by měly být zarovnány a slepeny elmerovým lepidlem. Jakmile lepidlo zaschne, vezměte jak označenou část, tak lepenou část, zarovnejte je a sevřete k sobě. Vyvrtejte otvory 5 mm (13/64), kde se čáry kříží na desce. Posledním krokem je vytvoření slepených dírek v díle větší jsem šel s 1/4 ".

Krok 3: Třetí přípravek **

Třetí přípravek je vyroben z kusu 1 "x 6". Nejprve rozřízněte desku na lépe zvládnutelnou část o délce asi 5 palců. Jakmile to bude hotové, můžete ji odnést ke stolní pile, abyste prořízli háje asi o 1/4 hloubky, přičemž bude fungovat jakákoli orientace. Měly by mít rozteč 1 palec střed ke středu hájů. Řez (štěrbina vytvořená pilovým kotoučem) by měla být široká 0,1 palce. Začněte odříznutím prvního slotu o palec od okraje desky. Potom vypněte pilu a přesuňte plot přes 1 "opakujte tento postup, dokud na desce nebudete mít vyřezané 4 štěrbiny. Přípravek by měl vypadat jako na výše uvedeném obrázku.

Krok 4: Použití prvního přípravku

Toto je nejvíce monotónní část sestavy, která ohýbá všechny vývody LED diod. Důvod, proč chcete tento přípravek používat, je pořídit si robustní konstrukci, která vypadá skvěle. Vezměte první přípravek a ohněte katodu (krátký vývod viz obrázek 2) až k bližšímu (0,2 ) vrtáku, poté jej omotejte kolem bitu a uvolněte. Vezměte anodu a ohněte jej kolem druhého bitu a uvolněte. Odřízněte další proveďte splachovací / boční řezačky a vyjměte LED. Vyrovnejte anodu i katodu. Katodu otočte o 90 stupňů tak, aby směřovala dolů (viz obrázek 3), pokračujte v procesu 63krát.

Poznámka: Často je užitečné mít malé jehlové kleště na ohnutí vodičů kolem vrtáků.

Krok 5: Použití druhého přípravku

Než použijeme tento přípravek, musíme narovnat a přestřihnout pocínovaný měděný drát o průměru 20 (AWG). Nejprve odřízněte alespoň 36 4 "částí drátu, nejlepší je, když uděláte 4 další části, protože to dělá kostku symetrickou (poznámka: je užitečné narovnat větší části drátu, než jej přestřihnete na délku, ale obě cesty by fungovaly Pro narovnání drátu stačí vzít dvě kleště a táhnout z každého konce trochu natahováním drátu. Tato metoda je obtížná, takže pokud máte svěrák, můžete drát upnout do svěráku a odtáhnout a budete se mít mnohem lépe výsledky jsou snazší. Jakmile budete mít připravený celý vodič, umístěte 4 LED diody do přípravku #2 (viz obrázek č. 2), katoda by měla směřovat od vás. Umístěte jednu ze 4 "částí drátu skrz katodové smyčky pájejte všechny 4 spoje (Doporučujeme před pájením vyzkoušet všechny LED diody). Jakmile pájíte všechny LED diody, zvedněte horní část a zatlačte na přípravek tak, aby zaoblené konce LED na plochém povrchu. Řada LED diod by měla vyskočit. Proveďte tento postup ještě 16krát.

Krok 6: Použití třetího přípravku

Nyní, když máte všech 16 svých řad LED hotových, je čas použít finální přípravek. Vezměte 4 proužky LED a umístěte kovové propojovací vodiče dolů do jednoho ze slotů a ujistěte se, že jsou všechny otvory z různých sekcí zarovnány. Vložte jeden ze svých úseků drátu zdola nahoru do zbývajících otvorů tohoto sloupce. Ujistěte se, že je čtvercový, poté pájte všech 16 spojů a přejděte k provedení dalších 3.

Krok 7: Elektronika

První věc, kterou musíte udělat, je vypočítat 16 odporů, které jsou potřebné pro fungování krychle. To lze provést pomocí této kalkulačky nebo tohoto vzorce Odpor = (zdroj napětí - napětí LED) / LED proud. Jediným problémem je, že prodejce často neposkytuje potřebné hodnoty. Pokud používáte odkaz poskytnutý pro sadu LED, kterou jsem dostal, žluté LED diody potřebují 120 ohmů, protože jsou 2v a pro modré 75 ohm 3v. Pokud si s tím nechcete dělat starosti, můžete použít 220 ohmů, které jsou součástí sady, měly by fungovat dobře, ale vaše kostka bude občas trochu tmavá, žlutá může být trochu ztlumená (nejjasnější barva, kterou jsem našel) z této sady je modrá, kromě bílé, které nejsou rozptýlené).

Krok 8: Elektronika

Nyní tedy máte 2 možnosti, které můžete vypnout ze schématu níže/vytvořit si vlastní rozvržení pomocí obrázků, které vám pomohou při dobrém rozvržení, objednat si vlastní desku plošných spojů pomocí níže uvedeného souboru Gerber (skvělé, pokud děláte několik).

PCB a schéma- https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

Krok 9: Pájení kostky k prototypové desce

Nyní, když máte elektroniku spojenou dohromady, musíte vzít 4 svislé části, které jste vytvořili dříve. Umístěte jednu z částí tak, jak je znázorněno na prvním obrázku, pájte ji a ujistěte se, že je čtvercová s prototypovací deskou. Přidejte další s 9 otvory mezi dokončením přidáním posledních 2 stejným způsobem.

Krok 10: Připojení vrstev

Dále musíte připojit společné katodové vrstvy, vzít kousek drátu, který byl narovnán, a položit ho na kus společného katodového drátu, který vyčnívá, a vytvořit pájený spoj na každé křižovatce. Musíte udělat alespoň 4, ale můžete si všimnout, že jsem to udělal na obou stranách, aby kostka vypadala symetricky. Poté, co jste provedli všechna připojení vrstev, musíte do vrstev krychle přidat drát z prototypové desky. To lze provést odebráním narovnané části drátu, která má o 90 stupňů ohyb, který vyčnívá asi 1/2 . Dlouhý konec drátu přilepte blízko, pokud se chcete připojit k první vrstvě, pájte jej k vrstva. opakujte, zatímco se pohybujete otvorem a přejdete na další vrstvu. Až budete mít hotová všechna 4 spojení vrstev, přejděte k dalšímu kroku.

Krok 11: Poslední kousky zapojení

Další částí je připojení odtoku MOSFETů k vrstvám viz první obrázek. Jakmile to bude hotové, připojte výstupy posuvných registrů ke sloupcům krychle. Další podrobnosti viz schéma.

Krok 12: Programování kostky

Pro kódování kostky máte 3 možnosti: použijte poskytnuté kódy, použijte arduino nebo použijte arduino s pythonem, abyste dosáhli snazšího kódování. Jediný, co budu vysvětlovat, je arduino s pythonem, protože je nejjednodušší používat, ale budete potřebovat jen malou zkušenost s arduino/jazykovou strukturou. Začněte stažením všech odkazů, počínaje softwarem arduino a konče knihovnou tkinter pro python. Způsob, jakým editor pythonu funguje, je většinou samozřejmý, stačí spustit kód pythonu níže. Když stisknete tlačítko Uložit, pythonový shell vyplivne binární bajty, které budete muset vložit do arduino pole, které říká slidy. Poté budete muset do pole arduino přidat zpoždění, které říká, že delay_array počet snímků, které máte, je počet potřebných zpoždění. Maximální počet snímků, které můžete použít, je 150, díky paměti arduino nano to zní jako hodně, ale když začnete dělat grafické překlady, rychle to číslo sní.

Kódy jsou ve skupinách po 3, protože jsem je nemohl stáhnout jako jeden soubor kromě souboru python.

seskupení souborů (všechny soubory ve skupině musí být vloženy do stejné složky, aby správně fungovaly)

tvrdé arduino (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

arduino byte kódované soubory (clear, easy_programing_v2, show_pattern)

python gui (generátor kódu 4x4x4 V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

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

Krok 13: Hotovo

V tuto chvíli byste měli být schopni na své krychli zobrazit alespoň několik vzorů a doufejme, že vše proběhlo hladce.

Pokud máte nějaké dotazy, zeptejte se níže v komentářích.