Arduino -põhine 3x3 LED -kuup: 7 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Tere ja tere tulemast minu esimesse Instructable'i.

Esitan lihtsa ja kena disaini algajatele 3x3x3 LED -kuubikule. Ehitamise hõlbustamiseks esitan üksikasjad kohandatud trükkplaatide kohta, mida saate ise valmistada või osta, juhiseid ja saate nagu minagi uuesti kasutada selle suurepärase Arduino raamatukogu LED-kuubi ja arduino lib tarkvara.

Üks disainieesmärke oli kasutada ainult aukudega osi, neid on algajal lihtsam jootma hakata ja kõik on teie lemmikoksjoni-/ostlemissaitidel Interneti kaudu hõlpsasti kättesaadav.

Disaini saab toita USB-kaabli või 7,5-12 V alalisvoolu toiteadapteri abil.

Vooluahel kasutab vähendatud Arduino tuumikujundust ja saate selle vooluringi programmeerida, kasutades kas odavat In Circuit System Programmable (ICSP) programmeerijat või hõlpsasti kättesaadavat USB-TTL-adapterit. Ainus tarkvara, mida vajate, on auväärne Arduino IDE.

See disain ei ole revolutsiooniline, see põhineb lihtsalt mõnel varasemal tööl ja ma pakkisin selle korralikult. Ma loodan, et sa naudid seda.

Samm: vajalikud osad

See disain kasutab laialdaselt kättesaadavaid aukude osi. Teie lemmik kohalik edasimüüja peaks varuma vajalikke osi.

Teil on vaja Atmega 168p või Atmega 328p, kuhu on sisse lülitatud Arduino alglaadur. Need leiate Ebayst, otsige "arduino bootloader", veenduge, et ostate Dual In Line (DIL) variandi. Teil on vaja ka USB -tüüpi B -pesa, tavalist, vanemat, rasvast. Valisin selle, kuna seda on lihtne joota. Transistorid, T1-T3, on üldotstarbelised NPN-transistorid, samuti loetletud tüübid, saate kasutada BC108, 2N2222, 2N3904 jne. Siiski kontrollige alati transistori pistikut PCB vastu.

Oluliste valgusdioodide puhul veenduge, et ostate suure heledusega või ülitugevaid LED-e. Siin näidatud kuubiku jaoks kasutasin Ebay müüjalt 10000-12000mcd LED-e. Soovite heledaid, nii et näeksite kuubi endiselt tavalises ruumivalguses. Kui kauba kirjelduses kirjeldatakse vaatenurka, tavaliselt selle 20 kraadi, kuid võite leida laiema vaatenurga, kaaluge seda. Need ülikerged valgusdioodid ei ole küljelt vaadates kõige arukamad. Võimalik, et peate proovima mõnda LED -i erinevatelt tarnijatelt, enne kui leiate oma vajadustele vastavad.

Täielik osade loend:

Osa väärtus Kirjeldus PCB Kena roheline trükkplaat, tehke see või ostke see. 27 3 mm LED -i, teie valitud värv. C1 100n 100nF, 25V, 7,5 mm sammuga keraamiline kondensaator C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm sammuga keraamiline kondensaator

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm sammuga keraamiline kondensaator C4 100n 100nF, 25V, 7,5 mm sammuga keraamiline kondensaator C5 100n 100nF, 25V, 7,5 mm sammuga keraamiline kondensaator C6 10u 10uF 16V, 5,5 mm korpus Elektrolüütkondensaator, 16V C7 22u 10uF 16V, 5,5 mm ümbris Elektrolüütiline kondensaator, 16 V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 või ATMEGA328 koos Arduino alglaaduriga IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA lineaarne regulaator, TO92 pakett ICSP ICSP Pin päisriba, 0,1 "samm, 2x3 suund. J1 DCJ0202 alalisvoolu läbimõõt, 2.1 JP1 tihvti päisriba, 0,1 "samm, 1x3 suund. Q2 16MHz 16MHz, HC49 korpusekristall, 50 lk/min, madala profiiliga R1 10k 10K 1/4W metallkiletakisti 1% R2 1k 1K 1/4W metallkiletakisti 1% R3 1k 1K 1/4W metallkiletakisti 1% R4 1k 1K 1/ 4W metallkile takisti 1% R5 470 470 1/4W metallkile takisti 1% R6 1k 1K 1/4W metallkile takisti 1% R8 100 100R 1/4W metallkile takisti 1% R9 100 100R 1/4W metallkile takisti 1% R10 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R11 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R12 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R13 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R14 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R15 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R16 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R17 470 470R 1/4W metallkile takisti 1% R18 1k 1K 1/4W metallkile takisti 1% R19 LDR Valikuline LDR S1 S1 4 -pin, 6x6mm PCB -kinnitusega PTH -lüliti. T1 BC547 BC547/BC548 väikese võimsusega NPN-transistor, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 väikese võimsusega NPN-transistor, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 väikese võimsusega NPN-transistor, TO92 X4 USB-tüüpi B-pistikupesa, PCB-kinnitus läbi ava. 4 x 3-5 mm kõrge kleepige kummist jalgadele.

2. etapp: vooluahela skeem ja toimimise selgitus

Skeem on näidatud ülal.

Disain põhineb Arduino Duemilanove'i skemaatilisel skeemil, mis on eemaldatud kõige olulisemaks. USB -jadaseade eemaldati, kuid seal on jadapealkiri JP1, mis võimaldab USB -TTL -adapteril seadet programmeerida, täpsemalt programmeerimisest hiljem. Samuti on olemas ICSP päis.

Tahvel saab töötada USB -pistikust, kasutades arvuti mugavat 5 V toiteallikat või odavat naela/dollari poe mobiiltelefoni laadijapaketti. Teine võimalus kasutab alalisvoolu pistiku sisendit, see aktsepteerib 7-15 V alalisvoolu sisendit, nii et saate kasutada mis tahes pistikuadapterit. Vooluahel kasutab ainult 30 mA, nii et surnud vidina pealt ära visatud adapter peaks töötama, kontrollige oma rämpsposti.

Takistid R12 kuni R17 määravad voolu, mis määrab valgusdioodide heleduse. Punaste LED -ide ja näidatud 470R takistite korral on vool ~ 5mA LED -i kohta. LED -voolu arvutamiseks vajate Atmega seadme väljundpinget (4,2 V) ja valgusdioodi edasipinget, punase LED -i puhul 1,7 V. Valem on järgmine:

LED -vool = (Atmega väljundpinge - LED -pinge)/I Led

Koos kasutatud osadega: LED-vool = (4,2-1,7)/470LED-vool = 5,31mA

Piirake Atmega 168/328 voolu 10 mA -ni

Mõned tavalised LED -pingelangused:

Punane 1,7 V Kollane 2,1 V Oranž 2,1 V Roheline 2,2 V Sinine 3,2 V Super sinine 3,6 V Valge jahe 3,6 V

Nii et saate kasutada suure heledusega sinist LED -i, takisti langeb 270R -ni. Saate voolu suurendada 10 mA -ni, minu testimisel leidsin, et 5 mA on piisav.

Transistorid T1-T3 on tavalised NPN BJT transistorid, BC547/BC548/2N2222 jne. Need juhivad kõigi kolme kihi lülitamist. Takistid R2-R4 piiravad takisti baasvoolu.

R6 ja PWR LED on valikulised, kopeeritud Arduino'st, see on kuidagi ilmne, kui LED -kuubik on sisse lülitatud.

C2, C3 ja Q2 moodustavad alglaaduriga eelprogrammeeritud Atmega 168/328p seadme kellaahela. Veenduge, et sobiksite 22pF kondensaatorid siia, mitte mujale. Kiip ei käivitu. C1, C4 ja C5 on toiteallika lahtiühendamine. IC2, C6 ja C7 moodustavad lihtsa lineaarse regulaatori ahela. Selle kohta pole palju öelda, kuid veenduge, et kondensaatorid oleksid õigesti paigaldatud. PCB joonisel ja siiditrükil on + sümbolid.

SK1 ja R8 ning R9 on jadaliides. USB-TTL-adapteri abil saate seadme programmeerida, kasutades siin näidet

Samm: kujundusfailide hankimine ja trükkplaadi valmistamine

PCB disainiandmeid saab alla laadida Githubist aadressilt

PCB tootjale saatmiseks on töödeldud Gerberi failid, skemaatilised ja PCB ülekatted-p.webp

PCB -d saaks kodus valmistada, ma oleksin seda teinud, kuid Etchant sai otsa. Kujunduse saab valmistada ühepoolse trükkplaadi abil ja ülemise kihi (piltidel punane) saab rakendada tinatatud vasktraatühenduste abil. Kasutasin aadressi https://pcbshopper.com/, et leida sobiva müüja prototüüpide jaoks Elecrow.

Githubi PCB kujunduses on siin näidatud prototüübi kujunduses 3 muudatust:

1. 7805CV regulaator on asendatud väiksema 78L05 regulaatoriga.
2. PCB kahanes 5 mm.
3. Eemaldasin polüfuse USB +5V voost.

Samm: trükkplaadi kokkupanek

Trükkplaati on mõistlikult lihtne kokku panna. Lisasin viitena foto kokkupandud trükkplaadist ja ülaltoodud paigutusest. Alustuseks paigaldan alati kõige väiksemad osad ja töötan ülespoole, eriti oluline, kui teil pole trükkplaadi alust.

1. Alustage kõigepealt takistite paigaldamisega, ärge jootke neid veel. Veenduge, et sisestate õige komponendi õigesse kohta. Kontrollimise hõlbustamiseks paigaldage need tolerantsiribaga paremale/alla, see hõlbustab tagantjärele kontrollimist. Vaadake siit, kui vajate abi takisti värvikoodide tuvastamisel. Kui olete veendunud, et õiged osad on õiges kohas, jootke osad kokku.
2. Jootke kristall Q2 oma kohale ja kondensaatorid C2 ja C3.
3. Jootke Atmega168/328 28 -kontaktiline pesa oma kohale, veenduge, et tihvti 1 sälk oleks kõige ülemine, see aitab vältida seadme tagurpidi asetamist.
4. Paigaldage ICSP ja JP1 pistikud.
5. Paigaldage kondensaatorid C1, C4 ja C5, kõik 100nF (osa kood 104).
6. Lineaarne regulaator IC2.
7. Paigaldage transistorid T1, T2 ja T3. Veenduge, et te pole T1/T2/T23 ja IC1 vahetanud, kuna need kõik on samas pakendis.
8. Sobib S1, orientatsioon pole oluline.
9. Paigaldage C6 ja C7, veenduge, et polaarsus oleks õige!
10. Paigaldage USB -pistik X4.
11. Paigaldage alalisvoolu toitepistik J1.

Viimane kokkupandav otsik on SIL keeratud tihvti päis. Kasutan paari peeneid lõikureid, et eemaldada plastik ettevaatlikult riba igast tihvtist, kordan seda seni, kuni mul on 12 pööratud tihvtiga pistikupesa, seejärel tangide ja kolme käega jootke igaüks omakorda trükkplaadile. Kuna enamikul inimestel ei ole kolme kätt, tinage iga auk mõne joodisega, et padi katta, laske sellel jahtuda. Seejärel pange jootekolb jootet sulatama ja sisestage tihvt, eemaldage liigendi jaoks jootekolb. Kuiva liigese korral võib vaja minna värsket jootet.

Enne jootmise kontrollimist tehke väike paus, võib -olla jooki? Kontrollige jootmist, kontrollige USB -pistikut, kuna tihvtid on tihedalt paigutatud ja Atmega168/328 seadme tihvtid.

Kui olete jootmisega rahul, kinnitage isekleepuvad jalad trükkplaadi alumisele küljele.

Samm: LED -kuubi kokkupanek

See on kokkupaneku kõige keerulisem osa. Võtke aega, ärge kartke.

Olen lisanud ülaltoodud piltidele märkmeid, kuna pilt ütleb tuhat sõna.

Mõned olulised punktid.

1. Veenduge, et positiivne juhe (pikem jalg) oleks suunatud allapoole, kuna disain lülitub +V iga kihi 9 valgusdioodile.
2. Veenduge, et negatiivne juhe on LED -i suhtes 90 kraadi võrra painutatud, et teha horisontaalsed ribad.
3. Ehitage iga kiht eraldi ja kontrollige topelt/kolm korda.
4. Veenduge, et tinutatud vasktraat on iga LED -rea vahel poolel teel, see hõlbustab kihtlüliti juhtme külge kinnitamist.

6. samm: testimine ja kuubiku lõplik kokkupanek

Enne LED -kuubiku või Atmega168/328 seadme ühendamist saate teha mõned lihtsad kontrollid.

Kui teil on DMM (sellise projekti koostamisel peaks teil see olema), mõõtke 28 -kontaktilise pistikupesa tihvtide 7 (positiivne) ja 8 (negatiivne) vastupanu, peaks teil olema> 1K. Kui see on sellest madalam, kontrollige jootmist.

Seejärel rakendage J1-le 7-15 V sisend, minnes tagasi 28-kontaktilise pistikupesa tihvtidele 7 ja 8, mõõtke pinget, peaksite nägema 5 V, kuid see võib olla vahemikus 4,90 V kuni 5,1 V, see on hea. Kui paigaldasite R6 ja PWR LED, peaks see põlema.

Ühendage pistik J1 lahti, ühendage USB -juhe X4 -ga, ühendage kaabel jaoturiga või 5V USB -adapteriga, korrake 28 -pin pistikupesa 7. ja 8. pinge lugemist, kas näit on umbes 5 V?

Ülaltoodud kontrollid pidid tagama, et toitepinge on õige ja õige polaarsusega.

Seejärel sisestage Atmega168p/328p seade ettevaatlikult. Vajadusel painutage tihvte veidi, et need sobiksid pesaga. Lülitage J1 ja 7–15 V toiteallika abil toide sisse, vaadake, kas IC2 läheb varsti pärast sisselülitamist kuumaks. Kui see juhtub, lülitage toide välja ja kontrollige IC1 suunda.

Seejärel sisestage ettevaatlikult LED -massiivi esimene rida. Veenduge, et üks tinatatud vasktraadist tugivarrastest oleks PADL1, PADL2 ja PADL3 lähedal, seda vajate hiljem, kui joote iga kihi traati. Parem on alustada nurgatihvtiga ja paari nõelatangide abil painutada ettevaatlikult iga tihvti rida -realt, et see sobiks trükkplaadile. Olen lisanud foto esimesest kokkupandud kihist ülalpool. Kasutades üheahelalist 1/0,6 traati, lõigake see pikkuseks, mis sobib PADL1/PADL2 või PADL3 -st kuubi igasse kihti. Leidsin, et on lihtsam sisestada esimene LED -rida trükkplaadile ja joota esimene kihi juhttraat (näidatud valgega), seejärel minna tagasi eelmise sammu juurde, teha uus rida ja seejärel monteerida iga kiht trükkplaadile, kuna see tagab stabiilse alus.

Alustage järgmise kihi jootmisega ühe nurga LED -i jootmisega, seejärel jootke vastasnurk. Nüüd kontrollige, et kiht on tasane, enne kui joote. Kui olete kihi reguleerinud, jootke ülejäänud kaks nurga LED-i, massiiv peaks olema tasane, kuid kontrollige seda uuesti. Joodage ülejäänud LED -id. Korda kihi kokkupanekut viimase kihi jaoks.

Samm: programmeerimine

Sõltuvalt teie Atmega seadmest peate võib -olla alglaaduri programmeerima või lihtsalt koodi alla laadima. Kui teil on kiip, mille alglaadur on juba programmeeritud, saate kasutada USB -TTL -adapterit. Järgige seda juhendit:

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

Võite kasutada ka 2x3 -pin In Circuit System Programmable (ICSP) pistikut, selleks võite kasutada teist Arduino -d:

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

Ma kasutan Usbaspi programmeerijat, mis töötab Arduino IDE-ga, seadistage see menüü Tööriistad-> Programmeerija kaudu. Saate Arduino/Atmeli AVR -i programmeerijad odavalt Ebay või muude oksjonisaitide kaudu hankida.

Laadige LED-kuubikuteek alla aadressilt https://github.com/gzip/arduino-ledcube, järgige Githubi juhiseid ja otsige näidete kataloogist „arduino-led-cube-> ledcube”.

Kui kasutate ICSP programmeerijat, hoidke enne üleslaadimise klõpsamist all tõstuklahvi, et Arduino IDE programmeerijat kasutada. Kui kasutate USB-TTL-adapterit, vajutage ja vabastage lähtestamine, kui IDE on kompileerimise lõpetanud.

Kui näidiskood oli programmeeritud, peaks teil olema ilusate mustritega LED -kuup.

See on minu esimene juhendatav, kommentaarid ja tagasiside on teretulnud.