LED kostka 3x3 založená na Arduinu: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Dobrý den, vítejte u mého prvního Instructable.

Představuji jednoduchý, úhledný design pro začátečníky 3x3x3 LED kostka. Aby to bylo snazší stavět, poskytuji podrobnosti o vlastní desce plošných spojů, kterou si můžete vyrobit nebo koupit, pokyny a stejně jako já můžete znovu použít software z této skvělé LED kostky knihovny Arduino a arduino lib.

Jedním z cílů návrhu bylo použít pouze díry skrz otvory, začátečník je snadněji pájí a vše je snadno dostupné na internetu na vašich oblíbených aukčních/nákupních webech.

Konstrukci lze napájet pomocí kabelu USB nebo napájecího adaptéru 7,5–12 V DC.

Obvod používá omezený design jádra Arduino a můžete jej naprogramovat v obvodu pomocí levného programátoru ICSP (In Circuit System Programmable) nebo snadno dostupného adaptéru USB na TTL. Jediný software, který potřebujete, je ctihodné Arduino IDE.

Tento design není revoluční, jen navazuje na předchozí práci a úhledně jsem ho zabalil. Doufám, že si to užijete.

Krok 1: Potřebné díly

Tento design využívá široce dostupné průchozí díry. Váš oblíbený místní distributor by měl mít na skladě potřebné díly.

Potřebujete Atmega 168p nebo Atmega 328p, ve kterých je nainstalován bootloader Arduino. Najdete je na Ebay, hledejte „arduino bootloader“a zajistěte si koupi varianty Dual In Line (DIL). Potřebujete také zásuvku USB typu B, běžnou, starší a tlustou. Vybral jsem to, protože je snadné pájet. Tranzistory, T1-T3 jsou NPN tranzistory pro všeobecné použití, stejně jako uvedené typy, můžete použít BC108, 2N2222, 2N3904 atd., Vždy zkontrolujte pinout tranzistoru proti PCB.

Pro všechny důležité LED diody zajistěte nákup vysoce jasných nebo ultra jasných LED diod. Pro ukázkovou krychli uvedenou zde jsem použil LED diody 10 000–12 000mcd od prodejce na Ebay. Chcete světlé, abyste kostku stále viděli při normálním osvětlení místnosti. Pokud popis položky podrobně popisuje úhel pohledu, obvykle 20 stupňů, ale můžete najít ten, který má širší úhel pohledu, zvažte to. Tyto ultra jasné LED diody nejsou při pohledu ze strany nejčistší. Možná budete muset vyzkoušet několik LED od různých dodavatelů, než najdete ty, které vyhovují vašim potřebám.

Kompletní seznam dílů:

Část Hodnota Popis PCB Pěkná zelená deska plošných spojů, vyrobte si ji nebo kupte.

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm stoupající keramický kondenzátor C4 100n 100nF, 25V, 7,5mm keramický kondenzátor s roztečí C5 100n 100nF, 25V, 7,5mm rozteč keramického kondenzátoru C6 10u 10uF 16V, pouzdro 5,5 mm Elektrolytický kondenzátor, 16V C7 22u 10uF 16V, 5,5mm pouzdro Elektrolytický kondenzátor, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 nebo ATMEGA328 s bootloaderem Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, lineární regulátor 100mA, balíček TO92 ICSP ICSP Pásová lišta, rozteč 0,1 ", 2x3cestný. J1 DCJ0202 DC zásuvka, vnitřní průměr 2,1 mm. Pruh záhlaví pinů JP1, rozteč 0,1 ", 1 x 3 způsoby. Q2 16MHz 16MHz, krystal HC49, 50ppm, nízký profil R1 10k 10K 1/4W kovový filmový odpor 1% R2 1k 1K 1/4W kovový filmový odpor 1% R3 1k 1K 1/4W kovový filmový odpor 1% R4 1k 1K 1/ 4W odpor kovové fólie 1% R5 470 470 1/4W odpor kovové fólie 1% R6 1k 1K 1/4W odpor kovové fólie 1% R8 100 100R 1/4W odpor kovové fólie 1% R9 100 100R 1/4W odpor kovové fólie 1% R10 470 470R 1/4W kovový filmový odpor 1% R11 470 470R 1/4W kovový filmový odpor 1% R12 470 470R 1/4W kovový filmový odpor 1% R13 470 470R 1/4W kovový filmový odpor 1% R14 470 470R 1/4W odpor kovové fólie 1% R15 470 470R 1/4W odpor kovové fólie 1% R16 470 470R 1/4W odpor kovové fólie 1% R17 470 470R 1/4W odpor kovové fólie 1% R18 1k 1K 1K 1/4W odpor kovové fólie 1% R19 LDR Volitelně LDR S1 S1 4pinový, 6x6mm přepínač PTH pro montáž na DPS. T1 BC547 BC547/BC548 nízkonapěťový NPN tranzistor, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 nízkonapěťový NPN tranzistor, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 nízkonapěťový NPN tranzistor, TO92 X4 USB typ B zásuvka, montáž na desku přes otvor 4 x 3-5 mm nalepit na gumové nožičky.

Krok 2: Schéma zapojení a vysvětlení provozu

Schéma je uvedeno výše.

Konstrukce vychází ze schématu Arduino Duemilanove, svlečeného do úplných nezbytností. Zařízení USB na sériové rozhraní bylo odstraněno, ale existuje sériový záhlaví JP1, které umožňuje adaptér USB na TTL programovat zařízení, více o programování později. Nechybí ani hlavička ICSP.

Deska může pracovat z konektoru USB, pomocí pohodlného napájení 5 V v počítači nebo z levného balení nabíječky mobilních telefonů za libru/dolar. Druhá možnost používá DC konektor, který přijímá vstup 7-15 V DC, takže můžete použít jakýkoli adaptér, který máte. Obvod používá pouze 30 mA, takže vyřazený adaptér z mrtvého gadgetu by měl fungovat, zkontrolujte nevyžádanou poštu.

Rezistory R12 až R17 nastavují proud, který nastavuje jas LED diod. Se zobrazenými ČERVENÝMI LED diodami a rezistory 470R je proud ~ 5 mA na LED. Pro výpočet proudu LED potřebujete výstupní napětí zařízení Atmega (4,2 V) a pokles napětí vpřed LED, u červené LED je to 1,7 V. Vzorec je:

LED proud = (výstupní napětí Atmega - napětí LED)/I LED

S částmi, které jsem použil: LED proud = (4.2-1.7)/470LED proud = 5.31mA

Omezte proud z Atmega 168/328 na 10mA

Některé běžné poklesy napětí LED:

Červená 1,7 V Žlutá 2,1 V Žlutá 2,1 V Zelená 2,2 V Modrá 3,2 V Super modrá 3,6 V Bílá chladná 3,6 V

Můžete tedy použít modrou LED s vysokým jasem, odpor by klesl na 270R. Můžete zvýšit proud na 10mA, při testování jsem zjistil, že 5mA je dostačující.

Tranzistory T1-T3 jsou běžné NPN BJT tranzistory, BC547/BC548/2N2222 atd. Řídí spínání každé ze tří vrstev. Rezistory R2-R4 omezují základní proud rezistoru.

R6 a PWR LED jsou volitelné, zkopírované z Arduina, je to trochu zřejmé, pokud je napájení LED kostky zapnuto.

C2, C3 a Q2 tvoří hodinový obvod pro zařízení Atmega 168/328p, předprogramované pomocí zavaděče. Ujistěte se, že jste umístili kondenzátory 22pF sem a ne jinam, aby se čip nespustil. C1, C4 a C5 jsou odpojení napájení. IC2, C6 a C7 tvoří jednoduchý lineární obvod regulátoru. K tomu není moc co říci, ale ujistěte se, že jste správně nasadili kondenzátory. Na výkrese DPS a sítotisku jsou + symboly.

SK1 a R8 a R9 jsou sériové rozhraní. Pomocí adaptéru USB na TTL můžete zařízení naprogramovat pomocí příkladu zde

Krok 3: Získání návrhových souborů a výroba DPS

Data návrhu desky plošných spojů lze stáhnout z Github na

Jsou zpracovány soubory Gerber pro odeslání do výrobce desek plošných spojů, schémata a překrytí desky plošných spojů ve formátu-p.webp

DPS by se dalo vyrobit doma, udělal bych to, ale došel mi Etchant. Design lze vyrobit pomocí jednostranného PCB a horní vrstvu (na obrázcích ČERVENOU) lze implementovat pomocí pocínovaných měděných drátů. Použil jsem https://pcbshopper.com/ k nalezení vhodného dodavatele, pro prototypy jsem použil Elecrow.

Deska plošných spojů na Githubu má 3 změny v prototypu, který je zobrazen zde:

1. Regulátor 7805CV byl nahrazen menším regulátorem 78L05.
2. DPS se zmenšila o 5 mm.
3. Vyjmul jsem polyfuse z USB +5V zdroje.

Krok 4: Sestavení DPS

Sestavení desky plošných spojů je poměrně jednoduché. Přidal jsem fotografii sestavené desky plošných spojů a rozložení výše pro referenci. Vždy začínám tím, že nejprve namontuji ty nejmenší části a pracuji vzhůru, což je zvláště důležité, pokud nemáte stojan na DPS.

1. Začněte tím, že nejprve namontujete odpory, zatím je nepájejte. Ujistěte se, že jste vložili správnou součást na správné místo. Pro snadnější kontrolu je přizpůsobte tolerančním pásem vpravo/dole, což usnadňuje pozdější kontrolu. Podívejte se sem, pokud potřebujete pomoc s identifikací barevných kódů odporu. Jakmile ověříte, že jsou správné součásti na správném místě, součásti pájejte.
2. Připájejte krystal Q2 na místo a kondenzátory C2 a C3.
3. Pájte 28kolíkovou zásuvku pro Atmega168/328 na místo, ujistěte se, že máte kolík 1 nahoře, což pomůže zabránit zasunutí zařízení dozadu.
4. Namontujte konektory ICSP a JP1.
5. Namontujte kondenzátory C1, C4 a C5, všechny 100nF (kód součásti 104).
6. Lineární regulátor IC2.
7. Namontujte tranzistory T1, T2 a T3. Ujistěte se, že jste nevyměnili T1/T2/T23 a IC1, protože jsou všechny ve stejném balíčku.
8. Fit S1, na orientaci nezáleží.
9. Fit C6 a C7, zajistěte správnou polaritu!
10. Namontujte konektor USB X4.
11. Namontujte DC zástrčku J1.

Poslední bit k sestavení je SIL otočený kolíkový záhlaví. Pomocí dvojice jemných řezaček opatrně odstraním plast z každého kolíku pásu, opakuji to, dokud nebudu mít 12 otočených kolíkových zásuvek, poté pomocí kleští a 3 rukou každou pájím postupně na DPS. Protože většina lidí nemá 3 ruce, každý otvor pocínujte pájkou, aby se podložka zakryla, nechte ji vychladnout. Poté naneste páječku na roztavení pájky a vložte kolík, vyjměte páječku pro spoj. Pokud máte suchý spoj, možná budete potřebovat čerstvou pájku.

Před kontrolou pájení si udělejte krátkou přestávku, třeba na drink? Zkontrolujte pájení, zkontrolujte konektor USB, protože piny jsou blízko sebe a piny na zařízení Atmega168/328.

Jakmile budete s pájením spokojeni, připevněte samolepicí nožičky na spodní stranu desky plošných spojů.

Krok 5: Sestavení LED kostky

Toto je nejsložitější část sestavy. Udělejte si čas, nebojte se.

K obrázkům výše jsem přidal poznámky, protože obrázek řekne tisíc slov.

Několik důležitých bodů.

1. Zajistěte, aby kladný vodič (delší noha) směřoval dolů, protože konstrukce přepíná +V na 9 LED diod na každé vrstvě.
2. Zajistěte, aby byl záporný vodič ohnutý o 90 stupňů k LED, aby se vytvořily vodorovné pruhy.
3. Sestavte každou vrstvu samostatně a dvakrát/třikrát zkontrolujte sestavení.
4. Zajistěte, aby byl pocínovaný měděný drát, je -li použit, v polovině cesty mezi každou řadou LED diod, což usnadňuje přichycení vodiče přepínání vrstev.

Krok 6: Testování a finální montáž krychle

Před zapojením sestavy LED kostky nebo zařízení Atmega168/328 můžete provést několik jednoduchých kontrol.

Pokud máte DMM (měli byste ho mít, pokud stavíte projekt takto), změřte odpor na pinech 7 (kladný) a 8 (záporný) 28pinové zásuvky, měli byste mít> 1K. Pokud je nižší než toto, zkontrolujte pájení.

Dále použijte vstup 7-15V na J1, vraťte se na piny 7 a 8 28pinové zásuvky, změřte napětí, měli byste vidět 5V, ale může to být kdekoli mezi 4,90V a 5,1V, to je v pořádku. Pokud jste namontovali R6 a PWR LED, tato by měla svítit.

Odpojte J1, zapojte USB kabel do X4, zapojte kabel do rozbočovače nebo síťového adaptéru 5V USB, opakujte odečet napětí na pinech 7 a 8 28pinové zásuvky, je údaj kolem 5V?

Výše uvedené kontroly měly zajistit správné napájecí napětí a správnou polaritu.

Dále opatrně vložte zařízení Atmega168p/328p. V případě potřeby kolíky trochu ohněte, aby se vešly do zásuvky. Pomocí J1 a napájení 7-15 V zapněte napájení a zkontrolujte, zda se IC2 zahřeje brzy po zapnutí. Pokud ano, vypněte napájení a zkontrolujte orientaci IC1.

Dále opatrně vložte první řádek pole LED. Zajistěte, aby se jedna z nosných tyčí z pocínovaného měděného drátu nacházela v blízkosti PADL1, PADL2 a PADL3, budete to potřebovat později při pájení drátu pro každou vrstvu. Nejlepší je začít s rohovým kolíkem a pomocí jehlových kleští opatrně každý kolík mírně ohnout, řádek po řádku, aby odpovídal zásuvce na desce plošných spojů. Výše jsem přidal fotografii první sestavené vrstvy. Pomocí kousku jednovláknového 1/0,6 drátu jej ustřihněte na délku vhodnou pro přechod z PADL1/PADL2 nebo PADL3 do každé vrstvy krychle. Zjistil jsem, že je snazší vložit první řadu LED do desky plošných spojů a pájet první ovládací vodič vrstvy (zobrazen bíle), poté se vrátit k předchozímu kroku, vytvořit další řadu a poté sestavit každou vrstvu na desku plošných spojů, protože to poskytuje stabilní základna.

Začněte pájením další vrstvy pájením jedné z rohových LED, poté pájejte opačný roh. Nyní zkontrolujte, zda je vrstva na úrovni, než budete dále pájet. Jakmile upravíte vrstvu, pájejte další dvě rohové LED diody, pole by mělo být levle, ale znovu jej zkontrolujte. Pájejte zbývající LED diody. Opakujte sestavu vrstvy pro finální vrstvu.

Krok 7: Programování

V závislosti na vašem zařízení Atmega budete možná muset naprogramovat zavaděč nebo si jen stáhnout kód. Pokud máte čip s již naprogramovaným zavaděčem, můžete použít adaptér USB na TTL. Postupujte podle tohoto průvodce:

www.instructables.com/id/Program-Arduino-Mini-05-with-FTDI-Basic/

Můžete také použít konektor 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP), k tomu můžete použít jiné Arduino:

www.instructables.com/id/How-to-use-Arduino-Mega-2560-as-Arduino-isp/

Používám programátor Usbasp, který pracuje s Arduino IDE, nakonfigurujte to pomocí nabídky Nástroje-> Programátor. Programátory Arduino/Atmel AVR si můžete levně vybrat prostřednictvím Ebay nebo jiných aukčních stránek.

Stáhněte si knihovnu LED kostek z https://github.com/gzip/arduino-ledcube, postupujte podle pokynů na Githubu a ve svém adresáři Example vyhledejte 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Pokud používáte programátor ICSP, podržte shift před kliknutím na tlačítko Odeslat a dejte pokyn Arduino IDE, aby programátor používal. Pokud používáte adaptér USB-to TTL, stiskněte a uvolněte reset, jakmile IDE dokončí kompilaci.

Jakmile byl ukázkový kód naprogramován, měli byste mít LED kostku s pěknými vzory.

Toto je můj první návod, komentáře a zpětná vazba jsou vítány.