مکعب LED DIY: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

LED Cube چیزی نیست جز مجموعه ای سه بعدی از LED ها که در اشکال و الگوهای مختلف روشن می شوند. این یک پروژه جالب برای یادگیری مهارت مهارت های لحیم کاری ، طراحی مدار ، چاپ سه بعدی و برنامه نویسی است. اگرچه می خواهم یک مکعب RGB بسازم ، اما فکر می کنم برای کسب تجربه ابتدا با یک مکعب led یک رنگ ساده شروع می کنم.

من بسیار تحت تأثیر قرار گرفتم و از پروژه Char از Instructables الهام گرفتم ، اگر وقت داشتید باید آن را بررسی کنید.

من قصد دارم یک مکعب led 8x8x8 بسازم که چیزی جز 8 ردیف ، 8 ستون و 8 لایه LED نیست. این در مجموع 512 LED است. اکنون ، مهمترین مورد LED است ، کوچکترین اندازه را انتخاب کنید تا مکعب جمع و جور شود. همچنین ، بهتر است LED های پراکنده را بر روی LED های شفاف قرار دهید ، زیرا LED های شفاف نور را پراکنده می کنند و جذابیت چندانی ندارند.

مرحله 1: اجزای مورد نیاز

LED ها - 512 عدد

مقاومت 1k ، 220E - تعداد کمی

سوئیچ لمسی - 1 عدد

سوئیچ ON را فشار دهید - 1 عدد

سرصفحه M/F - تعداد کمی

آردوینو پرو مینی - 1 عدد

خازن 0.1uF - 9pc

تخته چوبی (15 سانتی متر در 15 سانتی متر) - 2 قطعه

LED - 1 عدد

74HC594 - 8 قطعه

ترانزیستور 2N2222 - 16 عدد

74LS138D - 1 عدد

سوکت IC 20 پین - 9 عدد

سوکت IC 16 پین - 1 عدد

کابل های روبان - 5 متر

برنامه نویس UART

RPS

دسترسی به پرینتر سه بعدی

مرحله 2: مونتاژ ساختار مکعب LED

من یک بسته 1000 عددی LED منتشر کرده ام که از 512 آنها استفاده خواهم کرد. در حال حاضر ، ما باید بتوانیم هریک از LED ها را به طور مستقل کنترل کنیم ، فقط در این صورت می توانیم الگوهای جالبی بسازیم.

من قصد دارم از یک برد Arduino Pro Mini برای کنترل LED ها استفاده کنم ، اما این برد فقط 21 پین برای کنترل LED ها دارد. اما من می توانم از یک مولتی پلکسر برای هدایت همه 512 LED از طریق 21 پین استفاده کنم.

قبل از اینکه به طراحی مدار راننده بپردازیم ، اجازه دهید ساختار مکعب LED را بسازیم. بسیار مهم است که ما تقارن را برای ظاهر خوب مکعب بدست آوریم ، بنابراین اجازه دهید ابتدا یک برنامه آماده کنیم که به ما در حفظ تقارن کمک می کند.

من قصد دارم برای ساخت مکعب یک پایه 120x120x2mm را به صورت سه بعدی چاپ کنم. من قصد دارم از این برای ایجاد هر لایه LED استفاده کنم ، که در هر لایه حدود 64 LED خواهد بود. اکنون ، باید LED ها را به طور یکنواخت در سراسر صفحه قرار دهم. از آنجا که کاتد حدود 17 میلی متر است و 2 میلی متر برای لحیم کاری باقی می ماند ، من قصد دارم سوراخ ها را 15 میلی متر از یکدیگر فاصله دهم. بیایید چاپ سه بعدی را شروع کنیم.

من ابتدا LED ها را پشت سر هم مرتب می کنم و کاتد را کوتاه می کنم. به طور مشابه ، من قصد دارم 8 ردیف LED را با کاتدهای آنها کوتاه کنم. پس از اتمام کار ، من 1 پین کاتد و 64 پین آند دارم ، این 1 لایه تشکیل می دهد.

چیدمان 8 لایه روی هم باعث ناپایداری و تغییر شکل ساختار می شود. بنابراین من می خواهم از آن حمایت بیشتری کنم. روشهای بسیار زیادی وجود دارد و یکی از این راهها استفاده از سیم مسی با روکش نقره است ، اما از آنجا که این را با خود ندارم ، می خواهم یک روش خام را امتحان کنم. کشش سیم لحیم کاری آن را سفت می کند ، بنابراین من از آن برای پشتیبانی استفاده می کنم. قبل از استفاده از سیم برای پشتیبانی ، مقداری لحیم کاری روی پین های کاتد بمالید. امیدوارم استفاده از آن در مرکز و کناره ها به مکعب قدرت لازم را بدهد. ما به حدود 16 سیم احتیاج داریم و بسیار مهم است که این قسمت را به درستی انجام دهیم.

من قصد دارم پین های آند را صاف کنم تا متقارن شوند.

LED ها ممکن است در مواقع حرارت لحیم کاری آسیب ببینند ، بنابراین بهتر است بعد از ساختن هر لایه آنها را بررسی کنید. پس از اتمام کار ، لایه ها را می توان روی هم مونتاژ کرد و این بار پین های آند را می توان لحیم کرد. در پایان ، شما باید 64 پایه آند و یک پایه کاتد در هر لایه داشته باشید. بنابراین با استفاده از این 64 + 8 = 72 پین ، باید بتوانیم هر یک از LED های این مکعب را کنترل کنیم.

در حال حاضر ، ما نیاز به یک ساختار پشتیبانی برای جمع آوری لایه ها بر روی یکدیگر داریم.

من اشتباه کردم. من کمی بیش از حد مشتاق بودم و بررسی نکردم که آیا پین های آند با یکدیگر همخوانی دارند یا خیر. باید پین های آند را 2 میلی متر خم می کردم تا هر لایه به یکدیگر لحیم شود و یک خط مستقیم ایجاد شود. از آنجا که من این کار را نکردم ، باید تمام پین هایی را که لحیم کرده ام به صورت دستی خم کنم و این می تواند در نهایت بر تقارن من تأثیر بگذارد. اما وقتی آن را می سازید ، مراقب باشید تا اشتباه مشابهی را مرتکب نشوید. اکنون ساخت و ساز کامل شده است ، ما باید روی مدار راننده کار کنیم.

مرحله 3: مدار راننده - تعداد پین ها را کاهش دهید

همانطور که در ابتدا اشاره کردم ، ما به 72 پین IO از کنترلر نیاز داریم ، اما این یک لوکس است که نمی توانیم از عهده آن برآییم. بنابراین بیایید یک مدار چندگانه ایجاد کنیم و تعداد پین ها را کاهش دهیم. بیایید به یک مثال نگاه کنیم ، بیایید یک IC فلیپ فلاپ بگیریم. این یک فلیپ فلاپ از نوع D است ، در این مرحله نگران نکات فنی نباشید. وظیفه اساسی IC این است که 8 پین را به خاطر بسپارد که 2 پین برای منبع تغذیه ، D0 - D7 پین های ورودی برای دریافت داده ها و Q0 - Q7 پین های خروجی برای ارسال داده های پردازش شده هستند. پین فعال کردن خروجی یک پین پایین فعال است ، یعنی فقط وقتی آن را 0 کنیم ، داده های ورودی در پین های خروجی ظاهر می شوند. یک پین ساعت نیز وجود دارد ، بیایید ببینیم چرا به آن نیاز داریم.

در حال حاضر ، IC را روی تخته نورد ثابت کرده و ورودی ها را با 8 LED متصل به خروجی روی 10101010 تنظیم کرده ام. اکنون ، LED ها بر اساس ورودی روشن یا خاموش هستند. بگذارید ورودی را به 10101011 تغییر دهم و خروجی را بررسی کنم. من هیچ تغییری در LED ها نمی بینم. اما وقتی یک پالس کم تا زیاد را از طریق پین ساعت ارسال می کنم ، خروجی بر اساس ورودی جدید تغییر می کند.

ما قصد داریم از این مفهوم برای توسعه برد مدار راننده خود استفاده کنیم. اما IC ما فقط می تواند 8 داده پین ورودی را به خاطر بسپارد ، بنابراین ما در مجموع از 8 IC برای پشتیبانی از 64 ورودی استفاده می کنیم.

مرحله 4: طراحی مدار راننده

من با چندپلکس کردن تمام پایه های ورودی IC به 8 پین داده میکروکنترلر شروع می کنم. ترفند در اینجا این است که داده های 64 بیتی 8 پین را به 8 بیت داده تقسیم کنید.

در حال حاضر ، هنگامی که 8 بیت داده را به اولین IC منتقل می کنم و سپس سیگنال پالس کم تا زیاد در پین ساعت ارسال می شود ، می بینم که داده های ورودی در پین های خروجی منعکس می شوند. به طور مشابه ، با ارسال 8 بیت داده به بقیه IC ها و کنترل پین های ساعت ، می توانم 64 بیت داده را به تمام IC ها ارسال کنم. اکنون مشکل دیگر کمبود پین ساعت در کنترلر است. بنابراین من قصد دارم از IC رمزگشای 3 تا 8 خط برای کنترل چندگانه پین ساعت استفاده کنم. با استفاده از 3 پین آدرس در رسیور در ترکیب با میکروکنترلر می توانم 8 پین خروجی رسیور را کنترل کنم. این 8 پین خروجی باید به پین های ساعت در IC ها متصل شوند. اکنون باید همه پین های فعال کننده خروجی را کوتاه کرده و به یک پین روی میکروکنترلر متصل شویم ، با استفاده از این ما باید بتوانیم همه LED ها را روشن یا خاموش کنیم.

آنچه تا کنون انجام داده ایم فقط برای یک لایه واحد است ، اکنون باید از طریق برنامه نویسی عملکرد را به لایه های دیگر گسترش دهیم. One Led حدود 15 میلی آمپر جریان مصرف می کند ، بنابراین با عبور از این عدد ما برای یک لایه به حدود 1 آمپر جریان نیاز داریم. در حال حاضر برد مینی Arduino pro فقط می تواند تا 200 میلی آمپر جریان را تامین یا غرق کند. از آنجا که جریان سوئیچینگ ما بیش از حد است ، ما باید از BJT یا MOSFET برای کنترل لایه LED ها استفاده کنیم. من MOSFET زیادی ندارم ، اما چند ترانزیستور NPN و PNP دارم. از لحاظ نظری ، ممکن است مجبور شویم تا 1 آمپر جریان در هر لایه را تغییر دهیم. از بین ترانزیستورهایی که دریافت کردم ، بالاترین فقط می تواند حدود 800 میلی آمپر جریان ، ترانزیستور 2N22222 را تغییر دهد.

بنابراین بیایید 2 ترانزیستور بگیریم و با اتصال موازی آنها توان فعلی آنها را افزایش دهیم. بسیاری از مردم وقتی از این روش استفاده می کنند فقط از مقاومت محدود پایه استفاده می کنند ، اما مشکل در اینجا این است که دما باعث تغییر جریان از طریق ترانزیستورها می شود و باعث ایجاد مشکلات پایداری می شود. برای کاهش مشکل ، می توانیم از 2 مقاومت مشابه در امیتر برای تنظیم جریان حتی در زمان تغییر دما استفاده کنیم. این مفهوم انحطاط امیتر نامیده می شود. مقاومت ساطع کننده نوعی بازخورد برای تثبیت افزایش ترانزیستور ارائه می دهد.

من فقط از مقاومتها فقط در پایه استفاده می کنم. این ممکن است در آینده مشکلاتی ایجاد کند ، اما از آنجا که این فقط یک نمونه اولیه است ، بعداً به آن رسیدگی می کنم.

مرحله 5: لحیم کردن اجزاء

حالا ، اجازه دهید مدار را روی یک تخته چوبی جمع کنیم. بیایید با IC های flipflop شروع کنیم و برای این منظور از دارنده IC استفاده کنیم. همیشه با اولین و آخرین پین ها شروع کنید ، ثبات را بررسی کنید ، سپس بقیه پین ها را لحیم کنید. بیایید از سرصفحه مردانه به منظور اتصال و بازی مقاومت محدود کننده فعلی و اتصال به مکعب نیز استفاده کنیم. حالا خازن های جدا کننده IC را به پین های منبع تغذیه IC وصل کنید.

در مرحله بعد ، اجازه دهید روی میکروکنترلر کار کنیم. برای ایجاد اتصال و پخش ، اجازه دهید از یک نگهدارنده استفاده کرده و ابتدا پین های زن را وصل کنید ، سپس میکروکنترلر را قرار دهید.

زمان کار روی ترانزیستورها فرا رسیده است. برای اتصال به پایه ترانزیستورها 16 مقاومت 1K اهم لازم است. به منظور حفظ پین های کاتدی مشترک Cube LED در حالت منطقی پیش فرض ، من از یک مقاومت زیپ 8 کیلو اهم استفاده می کنم که شامل 8 مقاومت است. در نهایت اجازه می دهد تا روی رمزگشای آدرس IC کار کنیم. اکنون مدار شبیه به طراحی مدار آماده شده است.

مرحله 6: چاپ سه بعدی

ما به محفظه ای برای قرار دادن برد مدار و مکعب led نیاز داریم ، بنابراین اجازه دهید از یک چاپ سه بعدی استفاده کنیم. من برای سهولت مونتاژ آن را به 3 قسمت تقسیم می کنم.

ابتدا ، یک صفحه پایه برای نگه داشتن ساختار led. دوم ، بدنه مرکزی برای وسایل الکترونیکی. سوم ، یک درپوش برای بستن محفظه.

مرحله 7: جمع بندی

بیایید با نصب ساختار led شروع کنیم. می توانید پین ها را از سوراخ ها بیرون بیاورید و مستقیماً آن را به برد مدار بچسبانید ، اما برای ثبات ، ابتدا می خواهم از یک تخته پرفیورتر استفاده کنم ، سپس آن را به مدار لحیم کنم. من از کابل روبان برای لحیم کاری به LED ها استفاده می کنم ، سپس انتهای دیگر را به پین های خروجی IC های فلیپ فلاپ مربوطه متصل می کنم.

برای اتصال بین ترانزیستور و لایه های مکعب LED ، باید پین های مستقل برای اتصال به پایه های کاتد داشته باشیم. قبل از اینکه آن را روشن کنیم ، مهم است که پیوستگی و ولتاژ بین نقاط را بررسی کنیم. هنگامی که همه چیز خوب است ، می توان IC ها را وصل کرد و سپس روشن کرد. باز هم ، خوب است قبل از اتصال از طریق مدار ، بررسی کنید آیا همه LED ها با اتصال مستقیم به برق روشن می شوند یا خیر. اگر همه چیز خوب باشد ، کابل های led را می توان به نقاط فلیپ فلاپ مربوطه متصل کرد.

بیایید کارهای پاکسازی انجام دهیم - کابل برنامه نویسی میکروکنترلر را جدا کنید ، پین های بیرون زده را قطع کنید و غیره. حالا بیایید کابل برنامه نویسی را به بدنه محفظه وصل کنیم ، یک LED led وضعیت ، یک سوئیچ تغذیه و در نهایت یک کلید ریست را تعمیر کنیم. ما در حال اتمام آن هستیم ، بنابراین اجازه دهید 3 قسمت را کنار هم قرار دهیم. با پایه LED به بدنه شروع کنید ، سپس هنگامی که کابل ها خوب قرار گرفتند ، درپوش پایین را ببندید.

کد را در Arduino Pro Mini بارگیری کنید و تمام!

با تشکر از Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ برای دستورالعمل و کد عالی او.