Como fazer um cubo pulsante led arduino que parece que veio do futuro

frequência arduino levouSe você já se envolveu com alguns projectos Arduino iniciantes, mas está procurando algo um pouco permanente e em um outro nível de impressionante, então o humilde 4 x 4 x 4 cubo LED é uma escolha natural. A construção é muito mais fácil do que você imagina, e usando um multiplexação podemos controlar todos os LEDs diretamente a partir de apenas uma única placa Arduino Uno. É grande prática de solda, eo custo total de componentes não devem chegar a mais de cerca de US $ 40.

Hoje eu vou ser detalhando minuciosamente o lado da construção de coisas, e fornecendo algum software para rodar nele que tanto parece impressionante e ensina-lhe o básico.

Você vai precisar

  • A Arduino. O código fornecido assume um Arduino Uno, mas pode ser modificada para um modelo maior também.
  • 64 LEDs - A escolha exata é com você, mas eu usei esses LEDs azuis 3mm superbright (30ma 3.2v) @ £ 2,64 por 50.
  • 16 Resistências do valor apropriado para os seus LEDs. Para os LEDs acima, 99 pence comprou 100 deles. Usar ledcalc.com - Entrar 5v para a tensão de alimentação, a tensão dos LEDs (no meu caso 3.2) e a corrente em miliamperes (3.2). Seu resistor desejado será mostrado na caixa rotulada "Nearest resistor maior classificado", em seguida, basta procurar por esse valor no eBay.
  • Alguns arame de artesanato para fortalecer a estrutura básica e para decoração - I usava 0,8 milímetros espessura.
  • UMA placa de prototipagem de algum tipo que você pode soldar todos os seus bits para. Eu usei um que não tem faixas completas ao longo dela como eu não tenho um cortador de pista, mas usar o que mais lhe convier. Um escudo prototipagem Arduino é um pouco pequeno demais, porém, a menos que você realmente apertar os LEDs juntos.
  • fio componente aleatório - Alguns fios cabo de rede e alguns dos fios de prototipagem de um kit irá funcionar bem.
  • clips de crocodilo ou "ajudando mãos" são úteis para a realização de pedaços no lugar.
  • ferro de solda e solda.
  • Alguns pedaços de madeira.
  • Uma broca, com o mesmo tamanho como pouco seus LEDs.

Nota: os desenhos 3D neste tutorial foram feitas em minutos, utilizando TinkerCAD. Segui uma compilação existente detalhado no Instructables pelo usuário forte1994, que você pode também querer ler antes de tentar isso. 

Certifique-se de ler todas as instruções primeiro antes de tentar isso por si mesmo.

O princípio deste projeto

Antes de iniciar a construção, é importante ter uma visão completa de como essa coisa vai funcionar assim que você pode improvisar e identificar os erros que você vá junto. Alguns cubos LED usar um único pino de saída para cada LED - no entanto em um cubo 4x4x4, que seria necessário 64 pinos - Que certamente não tem em um Arduino Uno. Uma solução seria a utilização de registos de deslocamento, mas isso é desnecessariamente complicado.

A fim de controlar todos esses LEDs em apenas 20 pinos, vamos estar usando uma técnica chamada multiplexação. Ao quebrar o cubo para baixo em 4 camadas separadas, só precisamos de controle de pinos para 16 LEDs - assim para acender um LED específico, que deve ativar tanto a camada, eo pino de controle, dando-nos uma exigência total de 16 + 4 pinos. Cada camada tem um cátodo comum - a parte negativa do circuito - assim todas as pernas negativos são unidas entre si, e ligados a um único pino para essa camada.

No ânodo (positivo) lado, cada LED será ligado ao LED correspondente na camada acima e abaixo dele. Essencialmente, temos 16 colunas das pernas positivos, e de 4 camadas de a negativo. Aqui estão algumas vistas 3D das conexões para ajudar a compreender:

frequência arduino levou

arduino levou programa de luz

Construção

Uma vez que não estará usando uma estrutura completa de metal de solda para, queremos que todas as pernas dos LEDs a sobrepor-se por cerca de um quarto e dar rigidez à estrutura. Dobrar o cátodo de seus LEDs - o lado com o entalhe plano na cabeça e a perna mais curta - mais, como mostrado no diagrama. (Realmente não importa se você dobrá-lo para a esquerda ou direita, enquanto você é consistente e nunca toca o ânodo)

arduino levou programa de luz

A primeira parte crítica deste projeto é fazer um gabarito de madeira. Isto irá manter uma camada de LEDs, enquanto você soldar as pernas juntas, por isso tem de ser precisa e não muito solto. Usando a mesma broca tamanho de seus LEDs, medir e, em seguida, faça um 4 × 4 matriz de equidistante buracos. Tenha em mente que você quer cerca de um quarto da perna a sobrepor-se com o seu vizinho, e fazer usar um governante real. Verifique cada buraco para garantir um LED pode caber confortavelmente, mas não tão apertado que você não será capaz de tirá-lo de novo, ou você vai ter problemas ao tentar remover uma camada totalmente soldada.

arduino levou programa de luz

Soldar os cátodos de 4 fileiras de LEDs. Tenha cuidado para não queimar os LEDs - você quer um bom ferro quente, e estar dentro e para fora. Aqui é meus primeiros quatro linhas concluída.

arduino levou

Agora, para reforçar a rigidez da camada, corte e solda dois bits consecutivos de fio de artesanato para cada extremidade, certificando-se que eles se conectar com cada linha. Esta é a sua primeira camada completa. Deixe todas as pernas excesso saindo no lado por agora.

Agora seria um bom momento para testar - basta carregar o padrão Arduino app piscar de olhos, e com um resistor conectado, coloque o terreno para o quadro da camada, e pressione o condutor positivo para cada LED, por sua vez.

arduino levou

Felizmente, eles vão toda a luz para cima. Se não, certifique-se de não só perdeu uma junta de solda em algum lugar, e se necessário marcar substituir o LED.

Retirar a camada do gabarito, e repita o processo 3 vezes mais.

Não se preocupe se o seu solda não é perfeito - contanto que não vai quebrar e a conexão é sólido, isso não afetará o produto final. Eu admito, meu solda foi bastante desesperada, meu gabarito estava fora, e tudo se assemelhava a torre inclinada de Pisa. Ainda assim, estou orgulhoso do cubo acabado, e quando os LEDs são iluminados você não vai estar a olhar para as juntas de solda de qualquer maneira!

Unindo Camadas

Depois de ter 4 camadas concluídas, você vai querer se juntar a todas as pernas verticais juntos. Eu encontrei este para ser a parte mais difícil da construção, e para auxiliar o processo de eu cortar um riser de cartão.

arduino levou

Isso manteve as camadas na altura apropriada, mas um monte de pernas ainda não se alinham perfeitamente - para isso, eu usei alguns clipes de crocodilo para mantê-los no lugar.

1º parva erro a evitar

Só depois de completar uma camada cheia me fez perceber minha placa riser foi preso no lugar, então eu tive que cortá-lo! Não cometa o mesmo erro que eu fiz - fazer o riser de mais ao lado, e juntar os pedaços de cartão de fora do cubo, por isso, quando você tiver concluído a camada, você pode desconstruir riser e retire o cartão.

2º parva erro a evitar

Não solde a perna vertical para a armação cátodo, obviamente. pernas verticais só deve se conectar a outras pernas verticais, e nada mais.

Mais uma vez, após o teste de cada camada foi ligada. Teste todas as camadas, de fato, apenas tocando a liderança positiva para a ponta da camada superior, garantindo assim que você tem um bom contato passando por todas as camadas.

Quando todos os 4 camadas foram soldados juntos, comecei a limpar um pouco - Eu deixei uma única perna estendida para fora de cada camada em uma espécie de pisar forma de pedra - isso seria caiu para a placa mais tarde. Outros pedaços estranhos de armação de metal e pernas foram cortadas. Obviamente, não cortar qualquer das pernas verticais - é preciso pô-los em nosso conselho protoytping.

Fixação à Câmara

Lembra quando eu disse que fixa cada camada para si foi a parte mais difícil? Eu menti. Tentar encaixar 16 pernas de LED em pequenos buracos em uma placa de prototipagem é realmente mais difícil. A maneira mais fácil que eu encontrei foi para picar a 4 de cada vez, fixá-los por baixo com pinças de crocodilo, em seguida, passar para a próxima linha de 4. Use uma caneta para marcar o espaçamento com antecedência se isso ajuda.

Em retrospecto, eu teria colocado as resistências na protoboard primeira, na verdade. Como é, eu soldadas todas as pernas do cubo na placa em primeiro lugar, em seguida, tentou espremer delicadamente resistências entre cada um. Aprenda com o meu erro, e coloque suas resistências em primeiro lugar.

Tentei espaço-los igualmente de forma pisar então eu poderia usar um lado inteiro do cubo para todas as conexões finais ao Arduino. Aqui está o diagrama do circuito, fui com:

Para as quatro camadas negativas, eu deixei cair um único fio para baixo de cada camada, em seguida, apenas puxou-os para o lado, como este:

Finalmente, eu adicionei alguns plug fios que eu poderia, então, colocar nos pinos do Arduino relevantes. Use o tipo mais longo que você tem. Nota eu errei a ordem em lugares devido ao mau planejamento. Cada fileira de LEDs foi codificado por cores embora.

É isso aí. Acabado!

Programando seu Cube

Eu sei que você não pode esperar para começar essa coisa despediu-se, por isso ligue as camadas negativos 4 em Analog I / O portos A2 (camada inferior) através A5 (camada superior) (Estes também podem agir como digitais I / O). Em seguida, ligue nos 16 pinos de controle de LED, começando com +1 na extrema direita para E / S digital 0 porta, com +15 e +16 indo para analógico A0 e A1. (Não use AREF e GND)

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Faça o download do padrões de demonstração e código do usuário instructable forte1994. Ele também forneceu uma útil ferramenta online para projetar os padrões de bytes para personalizar sua própria sequência. Aqui está um vídeo deste código em ação no meu cubo (I ajustado a velocidade a 5, em vez do padrão 20).

Esta não é a única maneira de programar o seu cubo, é claro, então deixe-me passar alguns minutos ensinar-lhe o básico de fazer seus próprios padrões programaticamente, em vez de reproduzir padrões predefinidos como a demonstração acima faz.

Existem algumas coisas que você deve saber quando se tenta programar o seu cubo:

  1. Para lidar com um único LED, você usa um avião (Camada) Número 0-3, e um pino de LED número 0-15. Vire o plano para a saída LOW (uma vez que esta é a perna negativo) eo número de pinos de LED de alta (a perna positiva) para ativar o LED.
  2. Antes activiting um único LED, garantir que todos os outros aviões estão fora - o que significa configurá-los para a saída ALTA. Não fazer isso irá resulta em uma coluna de LEDs que está sendo iluminado em vez de um único LED.

Com isso em mente, eu fiz duas sequências de programação muito simples para você examinar - baixar o código a partir daqui. O primeiro LED ilumina todo simplesmente um por um, na sequência. Nós usamos dois loops for para isso, a iteração sobre cada camada e cada pino de controle.

O segundo é um loop aleatório (você vai precisar para comentar o primeiro e permitir que esta no circuito principal para testá-lo). Ele simplesmente pega uma camada aleatória e pino de controle aleatório, piscando-los dentro e fora.

Resumo

Não se intimiated por esta compilação - Eu estou faltando seriamente habilidades de solda, e eu consegui isto certo (Eu acho que?). O tempo total de construção era uma hora ou mais por dia durante uma semana. Da próxima vez, eu vou estar tentando ensinar-lhe alguma programação mais ambiciosa para o cubo, então eu espero que você se juntar a mim na construção de seu próprio cubo esta semana e carregando algum código novo na próxima semana - e se você fazer o seu próprio aplicativos ou sequências impressionantes, por favor, enviá-los para Pastebin e deixe-nos saber nos comentários!

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