DIY LED -kuup: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

LED-kuup ei ole midagi muud kui kolmemõõtmeline LED-de hulk, mis süttib erinevates vormides ja mustrites. See on huvitav projekt jootmise, vooluahela projekteerimise, 3D -printimise ja programmeerimise oskuste õppimiseks või paremaks muutmiseks. Kuigi tahaksin konstrueerida RGB -kuubi, arvan, et alustan kogemuste saamiseks kõigepealt lihtsa ühevärvilise kuubikuga.

Ma olin väga muljetavaldav ja inspireeritud Char'i projektist Instructables, peaksite seda kontrollima, kui teil on aega.

Ma kavatsen konstrueerida 8x8x8 led -kuubi, mis pole midagi muud kui 8 rida, 8 veergu ja 8 kihti LED -e. Kokku on 512 LED -i. Nüüd on kõige olulisem element LED, valige väikseim suurus, nii et kuup oleks kompaktne. Samuti on parem hajutatud LED -id saada poolläbipaistvatele, sest poolläbipaistvad hajutavad valgust ega ole eriti ahvatlevad.

Samm: nõutavad komponendid

LED -id - 512 tk

Takistid 1k, 220E - vähe

Taktiline lüliti - 1 tk

Lülitage lüliti sisse - 1 tk

Päised M/F - vähe

Arduino Pro Mini - 1 tk

Kondensaatorid 0,1 uF - 9 tk

Perfboard (15 cm x 15 cm) - 2 tk

LED - 1 tk

74HC594 - 8tk

2N2222 transistor - 16 tk

74LS138D - 1tk

IC -pistikupesad 20 tihvtiga - 9 tk

IC pistikupesad 16 kontakti - 1 tk

Lintkaablid - 5 meetrit

UART programmeerija

RPS

Juurdepääs 3D -printerile

Samm: LED -kuubi struktuuri kokkupanek

Olen valinud 1000 hajutatud LED -i komplekti, millest hakkan kasutama 512. Nüüd peame suutma iga LED -i iseseisvalt juhtida, alles siis saame teha huvitavaid mustreid.

Ma kasutan LED -ide juhtimiseks Arduino Pro Mini plaati, kuid sellel plaadil on LED -ide juhtimiseks ainult 21 tihvti. Kuid ma saan kasutada multiplekserit, et juhtida kõik 512 LED -i läbi 21 tihvti.

Enne draiveriahela kujundusse asumist ehitame üles LED -kuubi struktuuri. On väga oluline, et kuubik näeks hea välja, nii et sümmeetria oleks õige, nii et kõigepealt valmistame ette kontserdi, mis aitab meil sümmeetriat säilitada.

Ma kavatsen 3D -printida 120x120x2mm aluse kuubi ehitamiseks. Ma kasutan seda iga LED -kihi loomiseks, mis on umbes 64 LED -i kihi kohta. Nüüd pean LED -id ühtlaselt paigutama. Kuna katood on umbes 17 mm, jättes jootmiseks 2 mm, paigutan avad 15 mm kaugusele. Alustame 3D printimist.

Esmalt korraldan LED -id järjest ja lühendan katoodi. Samamoodi korraldan 8 rida LED -e, mille katoodid on lühikesed. Kui see on tehtud, on mul 1 katoodinõel ja 64 anoodpoldi, see moodustab 1 kihi.

Kui paigutada 8 sellist kihti üksteise peale, muutub see ebastabiilseks ja struktuur deformeerub. Nii et ma annan sellele täiendavat tuge. Selleks on üsna palju viise ja üks selline viis on hõbetatud vasktraadi kasutamine, kuid kuna mul pole seda kaasas, proovin toorest meetodit. Jootetraadi venitamine jäigandab seda, nii et kasutan seda toeks. Kandke katoodi tihvtidele veidi jootet, enne kui kasutate traati toe andmiseks. Loodetavasti peaks selle kasutamine keskel ja külgedel andma kuubile vajaliku tugevuse. Vajame umbes 16 juhtmest ja see on väga oluline, et saaksime selle osa õigesti.

Sirgendan anoodtihvte, et need oleksid sümmeetrilised.

Valgusdioodid võivad jootmissoojuse tõttu mõnikord kahjustada saada, seega on parem neid pärast iga kihi ehitamist kontrollida. Kui see on tehtud, saab kihid üksteise peale kokku panna ja seekord anoodtihvtid jootma hakata. Lõppkokkuvõttes peaks teil olema 64 anoodi tihvti ja üks katoodi tihvt kihi kohta. Nii et nende 64 + 8 = 72 tihvtiga peaksime saama juhtida kõiki selle kuubi LED -e.

Nüüd vajame kihtide üksteise peale monteerimiseks tugistruktuuri.

Ma tegin vea. Olin natuke liiga entusiastlik ega kontrollinud, kas anoodtihvtid on üksteisega joondatud. Oleksin pidanud anoodtihvtid 2 mm võrra painutama, et iga kiht saaks üksteise külge joodetud ja sirgjoon moodustuks. Kuna ma seda ei teinud, pean kõik jootetud tihvtid käsitsi painutama ja see võib lõpuks mõjutada mu sümmeetriat. Kuid selle ehitamisel olge piisavalt ettevaatlik, et mitte teha sama viga. Nüüd on ehitus lõpule jõudnud, peame töötama juhi ringiga.

3. samm: juhi ahel - vähendage tihvtide arvu

Nagu ma alguses mainisin, vajame kontrollerilt 72 IO kontakti, kuid see on luksus, mida me ei saa endale lubada. Nii et ehitame multipleksimisahela ja vähendame tihvtide arvu. Vaatame näidet, võtame flip-flop IC. See on D tüüpi flip-flop, ärgem muretseme siinkohal tehniliste omaduste pärast. IC põhiülesanne on meeles pidada 8 tihvti, millest 2 on toiteallika jaoks, D0 - D7 on andmete vastuvõtmise sisendpoldid ja Q0 - Q7 on väljundpoldid töödeldud andmete väljasaatmiseks. Väljundi lubamise tihvt on aktiivne madal tihvt, st ainult siis, kui teeme selle 0, kuvatakse sisendandmed väljundtihvtides. Olemas on ka kellanupp, vaatame, miks meil seda vaja on.

Nüüd olen kinnitanud leivalauale IC ja seadnud sisendi väärtuseks 10101010, väljundiga ühendatud 8 LED -i. Nüüd on valgusdioodid sisendi põhjal sisse või välja lülitatud. Lubage mul muuta sisend 10101011 ja vaadata väljundit. Ma ei näe LED -idega mingeid muutusi. Aga kui ma saadan madala või kõrge impulsi läbi kellatapi, muutub väljund uue sisendi põhjal.

Kasutame seda kontseptsiooni oma juhi trükkplaadi arendamiseks. Kuid meie IC suudab meelde jätta ainult 8 sisendpinge andmeid, seega kasutame 64 sisendi toetamiseks kokku 8 sellist IC -d.

4. samm: draiveri ahela kujundus

Alustan kõigi IC sisendpistikute multipleksimisega mikrokontrolleri 8 andmeklemmile. Trikk on siin jagada 8 tihvti 64-bitised andmed 8 bitiks.

Nüüd, kui edastan 8 andmebitti esimesele IC -le, millele järgneb madala pingega impulss -signaal kella tihvtis, näen, et sisendandmed peegelduvad väljundtihvtides. Sarnaselt, saates 8 bitti andmeid ülejäänud IC -dele ja juhtides kella nööpnõelu, saan saata 64 bitti andmeid kõigile IC -dele. Nüüd on teine probleem kontrolleri kellanõelte puudus. Nii et ma kasutan 3–8 -rea dekoodri IC -d kellapoldi juhtelementide multipleksimiseks. Kasutades dekoodris olevaid 3 aadressinõela koos mikrokontrolleriga, saan juhtida dekoodri 8 väljundnõela. Need 8 väljundnõela tuleb ühendada IC -de kellatappidega. Nüüd peame lühistama kõik väljundi lubamise tihvtid ja ühendama mikrokontrolleri tihvtiga, seda kasutades peaksime saama kõik LED -id sisse või välja lülitada.

See, mida oleme seni teinud, on ainult ühe kihi jaoks, nüüd peame programmeerimise kaudu laiendama funktsionaalsust ka teistele kihtidele. Üks Led tarbib umbes 15 mA voolu, nii et selle numbri järgi vajame ühe kihi jaoks umbes 1 amprit voolu. Nüüd saab Arduino pro miniplaat toota või uputada ainult kuni 200 mA voolu. Kuna meie lülitusvool on liiga suur, peame LED -i kihi juhtimiseks kasutama BJT või MOSFET -i. Mul pole palju MOSFET -e, kuid mul on mõned NPN- ja PNP -transistorid. Teoreetiliselt peame võib -olla kihi kohta vahetama kuni 1 amprit voolu. Minu saadud transistoridest võib kõrgeim lülitada ainult umbes 800 mA voolu, 2N22222 transistor.

Nii et võtame 2 transistorit ja suurendame nende praegust võimekust, ühendades need paralleelselt. Paljud inimesed kasutavad seda meetodit kasutades ainult baaspiirtakistit, kuid probleem on selles, et temperatuurimuutused muutuvad transistoride kaudu voolu tasakaalustamatuks ja põhjustavad stabiilsusprobleeme. Probleemi leevendamiseks saame emitteris kasutada ka sarnaseid 2 takistit, et reguleerida voolu isegi siis, kui temperatuur muutub. Seda kontseptsiooni nimetatakse emitteri degeneratsiooniks. Emittertakisti annab omamoodi tagasisidet, et stabiliseerida transistori võimendust.

Ma kavatsen kasutada takistit ainult baasis. See võib tulevikus probleeme tekitada, kuid kuna see on vaid prototüüp, siis hakkan sellega hiljem tegelema.

Samm: komponentide jootmine

Nüüd paneme vooluahela kokku parfüüril. Alustame flipflop IC -dega ja kasutame selleks IC -hoidikut. Alustage alati esimese ja viimase tihvtiga, kontrollige stabiilsust, seejärel jootke ülejäänud PIN -koodid. Kasutame ka mõnda meessoost päist voolu piiravate takistite ühendamise ja mängimise huvides ning ühendamiseks kuubikuga. Nüüd ühendage IC eralduskondensaatorid IC toitepistikute lähedusse.

Järgmisena töötame mikrokontrolleri kallal. Plug and play mängimiseks kasutame hoidikut ja ühendame esmalt naissoost tihvtid, seejärel asetame mikrokontrolleri.

Aeg töötada transistoridega. Transistoride alusega ühendamiseks on vaja 16 1K oomi takistit. Selleks, et hoida LED -kuubi tavalisi katoodtihvte loogilises olekus, kasutan 8 K oomi tõmblukuga takistit, mis sisaldab 8 takistit. Lõpuks laseb töötada aadresside dekoodri IC -ga. Nüüd on vooluahel valmistatud sarnaselt skeemi kujundusega.

6. samm: 3D -printimine

Vajame trükkplaadi ja LED -kuubiku korpust, nii et kasutame 3D -trükitud. Kokkupanemise hõlbustamiseks teen selle kolmeks osaks.

Esiteks alusplaat led -konstruktsiooni hoidmiseks. Teiseks elektroonika keskorgan. Kolmandaks, kaas korpuse sulgemiseks.

7. samm: pakkimine

Alustame led -konstruktsiooni paigaldamisega. Võite tihvtid aukudest läbi suruda ja joota otse trükkplaadile, kuid stabiilsuse huvides kasutan esmalt perfoplaati, seejärel jootan selle vooluringi. Kasutan lintkaablit LED-ide külge jootmiseks, seejärel ühendan teise otsa vastavate flip-flop IC-de väljundtihvtidega.

Transistori ja LED -kuubiku kihtide vahelise ühenduse loomiseks peavad meil olema katoodipistikutega ühendamiseks sõltumatud tihvtid. Enne selle sisselülitamist on oluline kontrollida punktide vahelist järjepidevust ja pinget. Kui kõik on korras, saab IC -sid ühendada ja seejärel sisse lülitada. Jällegi on hea kontrollida, kas kõik valgusdioodid helendavad, ühendades selle enne vooluahela ühendamist otse vooluvõrku. Kui kõik leiti olevat korras, saab led-kaablid ühendada vastavate flip-flop-punktidega.

Teeme puhastustööd - ühendame lahti mikrokontrolleri programmeerimiskaabli, lõikame väljaulatuvad tihvtid jne. Nüüd ühendame programmeerimiskaabli korpuse korpusega, parandame oleku LED -i, toitelüliti ja lõpuks lähtestuslüliti. Oleme selle lõpetamise lähedal, nii et paneme kokku kolm osa. Alustage LED -alusest keha külge, seejärel sulgege kaablid, kui kaablid on korralikult paika pandud.

Laadige kood Arduino Pro Mini alla ja ongi kõik!

Tänu Chr-le https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ suurepärase juhendatava ja koodi eest.