مکعب LED مبتنی بر آردوینو 3x3: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

با سلام و خوش آمدید به اولین برنامه آموزشی من.

من یک طراحی ساده و مرتب برای یک مکعب LED مبتدی 3x3x3 ارائه می دهم. برای سهولت ساختن ، من جزئیات PCB رایج را ارائه می دهم ، شما می توانید دستورالعمل تهیه کنید یا بخرید ، و می توانید مانند من از نرم افزار این مکعب LED کتابخانه آردوینو و lib arduino lib دوباره استفاده کنید.

یکی از اهداف طراحی این بود که فقط از قطعات سوراخ استفاده شود ، لحیم کاری آنها برای مبتدیان آسان تر است و همه چیز به راحتی از طریق اینترنت در سایت های حراج/خرید مورد علاقه شما قابل دسترسی است.

طراحی را می توان از کابل USB یا آداپتور برق 7.5-12V DC تغذیه کرد.

این مدار از طراحی هسته ای آردوینو استفاده می کند و شما می توانید آن را به صورت مدار با استفاده از برنامه نویسی ارزان در سیستم مدار (ICSP) یا آداپتور USB به TTL به راحتی در دسترس برنامه ریزی کنید. تنها نرم افزاری که نیاز دارید ، Arduino IDE است.

این طرح انقلابی نیست ، فقط بر اساس کارهای قبلی است و من آن را مرتب بسته بندی کردم. امیدوارم لذت ببرید.

مرحله 1: قطعات مورد نیاز

این طرح به طور گسترده از قطعات سوراخ استفاده می کند. توزیع کننده محلی مورد علاقه شما باید قطعات مورد نیاز خود را ذخیره کند.

شما به یک Atmega 168p یا Atmega 328p نیاز دارید که بوت لودر آردوینو داخل آن قرار گرفته است. می توانید این موارد را در Ebay پیدا کنید ، "arduino bootloader" را جستجو کنید ، مطمئن شوید که نوع Dual In Line (DIL) را خریداری کرده اید. شما همچنین به یک سوکت USB نوع B ، معمولی ، قدیمی و چاق نیاز دارید. من این را به دلیل لحیم کاری آسان انتخاب کردم. ترانزیستورها ، T1-T3 ترانزیستورهای NPN عمومی هستند ، و همچنین انواع ذکر شده ، می توانید از BC108 ، 2N2222 ، 2N3904 و غیره استفاده کنید ، اما همیشه ترانزیستور را در برابر PCB بررسی کنید.

برای LED های بسیار مهم ، اطمینان حاصل کنید که LED های روشنایی بالا یا فوق العاده خریداری کرده اید. من برای مثال مکعب نشان داده شده در اینجا از LED های 10000-12000mcd فروشنده در Ebay استفاده کردم. شما موارد روشن را می خواهید تا بتوانید مکعب را در نور طبیعی اتاق ببینید. اگر توضیحات آیتم زاویه دید را مشخص می کند ، معمولاً 20 درجه است ، اما می توانید زاویه دید وسیع تری پیدا کنید ، آن را در نظر بگیرید. این LED های فوق العاده روشن هنگامی که در کنار آنها مشاهده می شوند ، واضح ترین نیستند. ممکن است مجبور شوید قبل از پیدا کردن ال ای دی های متناسب با نیاز خود ، چند LED از تأمین کنندگان مختلف را امتحان کنید.

لیست کامل قطعات:

مشخصات بخش PCB PCB سبز خوب ، آن را تهیه یا خریداری کنید. 27 LED 3 میلی متری ، رنگ دلخواه شما. خازن سرامیکی C1 100n 100nF ، 25V ، 7.5 میلی متر سرامیکی C2 22p 22pF ، 25V ، 4.4 میلی متر سرامیک

خازن سرامیکی C3 22p 22pF ، 25V ، 4.4 میلی متر سرامیک C4 100n 100nF ، 25V ، خازن سرامیکی 7.5 میلی متری C5 100n 100nF ، 25V ، خازن سرامیکی 7.5 میلی متری C6 10u 10uF 16V ، خازن الکترولیتی 5.5 میلی متری ، 16V C7 22u 10uF 16V ، جعبه 5.5 میلیمتری خازن الکترولیتی ، 16 ولت IC1 ATMEGA ATEMEGA168 یا ATMEGA328 با بوت لودر آردوینو IC2 L7805T L7805CV 5V ، تنظیم کننده خطی 100 میلی آمپر ، بسته TO92 ICSP ICSP پین نوار سرپیچ ، 0.1 اینچ ، 2x3 راه. J1 DCJ0201 DC نوار هدر JP1 پین ، پیچ 0.1 اینچی ، 1x3 راه. Q2 16 مگاهرتز 16 مگاهرتز ، کریستال کیس HC49 ، 50ppm ، مشخصات کم R1 10k 10K 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R2 1k 1K 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R3 1k 1K 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R4 1k 1K 1/ مقاومت فیلم فلزی 4W 1٪ R5 470 470 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R6 1k 1K 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R8 100 100R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R9 100 100R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R10 470 470R 1/4W مقاومت فلزی 1٪ مقاومت در برابر فیلم فلزی 1٪ R11 470 470R 1/4W 1٪ R12 470 470R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R13 470 470R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R14 470 470R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R15 470 470R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R16 470 470R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R17 470 470R 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R18 1k 1K 1/4W مقاومت فیلم فلزی 1٪ R19 LDR اختیاری LDR S1 S1 4 پین ، 6x6mm PCB سوئیچ سوئیچ PTH. ترانزیستور NPN کم مصرف T1 BC547 BC547/BC548 ، ترانزیستور NPN کم قدرت TO92 T2 BC547 BC547/BC548 ، ترانزیستور NPN کم مصرف TO92 T3 BC547 BC547/BC548 ، سوکت USB نوع B TO92 X4 ، اتصال PCB از طریق سوراخ.4 3-5 3-5 میلی متر ارتفاع روی پای لاستیکی بچسبید

مرحله 2: نمودار مدار و توضیح عملیات

شماتیک بالا نشان داده شده است.

این طرح بر اساس طرح شماتیک آردوینو دومیلانو طراحی شده است ، که تا حد ضروری برطرف شده است. دستگاه USB به سریال حذف شد اما یک سرصفحه سریال ، JP1 وجود دارد که به آداپتور USB به TTL اجازه می دهد دستگاه را برنامه ریزی کند ، در مورد برنامه نویسی بعداً. سربرگ ICSP نیز وجود دارد.

این برد می تواند از طریق دوشاخه USB ، با استفاده از منبع مناسب 5 ولت در رایانه یا بسته شارژر تلفن همراه با قیمت پوند/دلار ارزان کار کند. گزینه دیگر از ورودی پلاگین DC استفاده می کند ، این ورودی DC 7-15V را می پذیرد ، بنابراین می توانید از هر آداپتور پلاگین که دارید استفاده کنید. این مدار فقط از 30 میلی آمپر استفاده می کند ، بنابراین آداپتور دور انداخته شده یک دستگاه مرده باید کار کند ، جعبه ناخواسته خود را بررسی کنید.

مقاومت R12 تا R17 جریان را تنظیم می کند ، که روشنایی LED ها را تنظیم می کند. با چراغهای قرمز و مقاومتهای 470R نشان داده شده ، جریان برای هر LED 5 میلی آمپر است. برای محاسبه جریان LED به ولتاژ خروجی دستگاه Atmega (4.2V) و افت ولتاژ جلو LED نیاز دارید ، برای LED قرمز 1.7V است. فرمول این است:

جریان LED = (ولتاژ خروجی Atmega - ولتاژ LED)/I Led

با قطعاتی که استفاده کردم: جریان LED = (4.2-1.7)/جریان 470LED = 5.31mA

جریان را از Atmega 168/328 به 10mA محدود کنید

برخی از ولتاژهای معمول LED کاهش می یابد:

قرمز 1.7V زرد 2.1V نارنجی 2.1V سبز 2.2V آبی 3.2V فوق العاده آبی 3.6V سفید سرد 3.6V

بنابراین می توانید از یک LED آبی با روشنایی بالا استفاده کنید ، مقاومت تا 270R کاهش می یابد. می توانید جریان را به 10 میلی آمپر افزایش دهید ، در آزمایش من متوجه شدم 5 میلی آمپر کافی است.

ترانزیستورهای T1-T3 ترانزیستورهای رایج NPN BJT ، BC547/BC548/2N2222 و غیره هستند. آنها سوئیچینگ هر یک از سه لایه را کنترل می کنند. مقاومت R2-R4 جریان پایه مقاومت را محدود می کند.

R6 و LED PWR اختیاری هستند ، از آردوینو کپی شده اند ، اگر برق روی مکعب LED روشن باشد ، کاملاً واضح است.

C2 ، C3 و Q2 مدار ساعت دستگاه Atmega 168/328p را تشکیل می دهند که از قبل با بوت لودر برنامه ریزی شده است. اطمینان حاصل کنید که خازن های 22pF را در اینجا نصب کرده اید و در جایی دیگر تراشه شروع به کار نمی کند. C1 ، C4 و C5 جدا کننده منبع تغذیه هستند. IC2 ، C6 و C7 یک مدار تنظیم کننده خطی ساده را تشکیل می دهند. در این باره چیز زیادی برای گفتن وجود ندارد اما اطمینان حاصل کنید که خازن ها را به درستی تنظیم کرده اید. روی نقشه PCB و صفحه ابریشم + نمادها وجود دارد.

SK1 و R8 و R9 رابط سریال هستند. با استفاده از آداپتور USB به TTL ، می توانید دستگاه را با استفاده از مثال اینجا برنامه ریزی کنید

مرحله 3: به دست آوردن فایل های طراحی و ساخت PCB

داده های طراحی PCB را می توانید از Github در https://github.com/istedman/LED_Cube3x3 بارگیری کنید

فایلهای Gerber برای ارسال به سازنده PCB ، پوشش شماتیک و PCB در قالب-p.webp

PCB را می توان در خانه ساخت ، من این کار را می کردم اما Etchant تمام شد. طرح را می توان با استفاده از PCB یک طرفه ساخت و لایه بالایی (RED در تصاویر) را می توان با استفاده از پیوندهای سیم مسی حلبی اجرا کرد. من از https://pcbshopper.com/ برای پیدا کردن فروشنده مناسب ، برای نمونه های اولیه ای که از Elecrow استفاده کردم ، استفاده کردم.

طراحی PCB در Github دارای 3 تغییر در طرح اولیه است که در اینجا نشان داده شده است:

1. تنظیم کننده 7805CV با رگولاتور کوچکتر 78L05 جایگزین شده است.
2. PCB 5 میلی متر کوچک شد.
3. من پلی فوز را از تغذیه USB +5V حذف کردم.

مرحله 4: مونتاژ PCB

PCB بطور منطقی مستقیماً مونتاژ می شود. عکسی از PCB مونتاژ شده و طرح بالا را برای مرجع اضافه کرده ام. من همیشه ابتدا قطعات کوچک را نصب می کنم و به سمت بالا کار می کنم ، مخصوصاً اگر پایه PCB ندارید مهم است.

1. ابتدا با نصب مقاومتها شروع کنید ، آنها را هنوز لحیم نکنید. اطمینان حاصل کنید که جزء صحیح را در جای مناسب وارد کرده اید. برای سهولت در بررسی ، آنها را با نوار تحمل در سمت راست/پایین قرار دهید ، پس از آن بررسی آن آسان تر می شود. اگر در شناسایی کدهای رنگ مقاومت به کمک نیاز دارید ، اینجا را ببینید. پس از تأیید صحت قطعات در محل مناسب ، قطعات را لحیم کنید.
2. کریستال Q2 را در جای خود و خازن های C2 و C3 را لحیم کنید.
3. سوکت 28 پین را برای Atmega168/328 در محل خود بچسبانید ، مطمئن شوید که پین 1 را در بالاترین سطح خود دارید ، این به جلوگیری از قرار دادن دستگاه در عقب کمک می کند.
4. اتصالات ICSP و JP1 را نصب کنید.
5. خازن های C1 ، C4 و C5 ، همه 100nF (کد قسمت 104) را مناسب کنید.
6. تنظیم کننده خطی IC2.
7. ترانزیستورهای T1 ، T2 و T3 را نصب کنید. اطمینان حاصل کنید که T1/T2/T23 و IC1 را عوض نکرده اید زیرا همه آنها در یک بسته هستند.
8. مناسب S1 ، جهت مهم نیست.
9. مناسب C6 و C7 ، مطمئن شوید که قطبیت را به درستی دریافت کرده اید!
10. اتصال USB X4 را نصب کنید.
11. دوشاخه برق DC J1 را نصب کنید.

بیت نهایی برای جمع آوری ، هدر پین شده SIL است. من از یک جفت برش خوب برای جدا کردن پلاستیکی از هر پین نوار استفاده می کنم ، این کار را تکرار می کنم تا 12 عدد سوکت پین بچرخانم ، سپس با استفاده از یک انبردست و 3 دست ، هر کدام را به نوبه خود به PCB لحیم می کنم. از آنجایی که اکثر مردم 3 دست ندارند ، هر سوراخ را با مقداری لحیم کاری کنید تا روی آن را بپوشانید ، بگذارید خنک شود. سپس لحیم کاری را روی ذوب لحیم کاری قرار دهید و پین را وارد کنید ، آهن لحیم کاری را برای یک اتصال جدا کنید. اگر مفاصل خشک دارید ممکن است به لحیم تازه نیاز داشته باشید.

قبل از بررسی لحیم کاری ، کمی استراحت کنید ، شاید برای نوشیدنی؟ لحیم کاری خود را بررسی کنید ، اتصال USB را بررسی کنید زیرا پین ها از هم فاصله دارند و پین های دستگاه Atmega168/328.

هنگامی که از لحیم کاری خود راضی هستید ، پای خود چسب را به قسمت زیرین PCB وصل کنید.

مرحله 5: مونتاژ مکعب LED

این مشکل ترین قسمت مونتاژ است. وقت بگذارید ، نترسید.

من به عنوان یک تصویر هزار کلمه ای به تصاویر بالا یادداشت اضافه کرده ام.

چند نکته مهم.

1. با تغییر طرح +V به 9 LED در هر لایه ، از سربی مثبت (پای بلندتر) به سمت پایین اطمینان حاصل کنید.
2. برای ایجاد میله های افقی ، اطمینان حاصل کنید که سربی منفی 90 درجه به LED خم شده است.
3. هر لایه را به صورت جداگانه بسازید و ساختار را دو یا سه بار بررسی کنید.
4. اطمینان حاصل کنید که سیم مسی قلعکاری شده ، در صورت استفاده ، در نیمه راه بین هر ردیف LED قرار دارد ، این امر باعث می شود که سیم سوییچ لایه را راحت تر بچسبانید.

مرحله 6: آزمایش و مونتاژ نهایی مکعب

قبل از اتصال مجموعه مکعب LED یا دستگاه Atmega168/328 ، می توانید چند چک ساده انجام دهید.

اگر DMM دارید (اگر چنین پروژه ای را ساختید باید آن را داشته باشید) ، مقاومت را در پایه های 7 (مثبت) و 8 (منفی) سوکت 28 پین اندازه گیری کنید ، باید> 1K داشته باشید. اگر کمتر از این است ، لحیم کاری خود را بررسی کنید.

سپس یک ورودی 7-15 ولت به J1 اعمال کنید ، به پین 7 و 8 سوکت 28 پین برگردید ، ولتاژ را اندازه بگیرید ، باید 5 ولت را ببینید ، اما ممکن است بین 4.90 ولت و 5.1 ولت باشد ، این خوب است. اگر R6 و LED PWR را نصب کرده اید ، باید روشن باشد.

J1 را از برق بکشید ، یک کابل USB را به X4 وصل کنید ، کابل را به یک هاب یا آداپتور USB به برق 5 ولت متصل کنید ، قرائت ولتاژ را در پین های 7 و 8 از سوکت 28 پین تکرار کنید ، آیا خوانش حدود 5 ولت است؟

بررسی های فوق برای اطمینان از صحت ولتاژ تغذیه و قطبیت مناسب انجام شد.

در مرحله بعد ، دستگاه Atmega168p/328p را با دقت وارد کنید. در صورت نیاز ، پین ها را کمی خم کنید تا در سوکت قرار گیرد. با استفاده از J1 و منبع تغذیه 7-15 ولت ، برق را روشن کنید ، ببینید آیا IC2 بلافاصله پس از روشن شدن داغ می شود. در این صورت ، برق را خاموش کرده و جهت IC1 را بررسی کنید.

سپس اولین ردیف آرایه LED را با دقت وارد کنید. اطمینان حاصل کنید که یکی از میله های نگهدارنده سیم مسی قلع به PADL1 ، PADL2 و PADL3 نزدیک است ، بعداً وقتی سیم را برای هر لایه لحیم می کنید ، به این مورد نیاز دارید. بهتر است ابتدا با یک پین گوشه و با استفاده از یک انبردست بینی سوزنی ، هر پین را با دقت کمی ردیف به ردیف خم کنید تا سوکت روی PCB قرار گیرد. عکس اولین لایه مونتاژ شده را در بالا اضافه کرده ام. با استفاده از یک تکه سیم 1/0.6 تک رشته ، آن را به طول مناسب برش دهید تا از PADL1/PADL2 یا PADL3 به هر لایه از مکعب برسد. به نظر من وارد کردن اولین ردیف LED ها در PCB و لحیم کردن سیم کنترل لایه اول (با رنگ سفید نشان داده شده است) ، سپس به مرحله قبلی بازگردید ، یک ردیف دیگر بسازید ، سپس هر لایه را روی PCB مونتاژ کنید زیرا این یک پایدار است پایه.

با لحیم کاری لایه بعدی با لحیم کاری یکی از LED های گوشه شروع کنید ، سپس گوشه مقابل را لحیم کنید. حالا قبل از لحیم کاری دیگر سطح را بررسی کنید. پس از تنظیم لایه ، دو LED گوشه دیگر را لحیم کنید ، آرایه باید سطح باشد اما دوباره آن را بررسی کنید. LED های باقی مانده را لحیم کنید. مجموعه لایه را برای لایه نهایی تکرار کنید.

مرحله 7: برنامه نویسی

بسته به دستگاه Atmega شما ، ممکن است لازم باشد برنامه بوت لودر را برنامه ریزی کنید یا فقط کد را بارگیری کنید. اگر تراشه ای با بوت لودر از قبل برنامه ریزی شده دارید ، می توانید از آداپتور USB به TTL استفاده کنید. این راهنما را دنبال کنید:

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

همچنین می توانید از کانکتور 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP) استفاده کنید ، می توانید از Arduino دیگری برای این کار استفاده کنید:

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

من از یک برنامه نویس Usbasp استفاده می کنم که با Arduino IDE کار می کند ، این را از طریق منوی Tools-> Programmer پیکربندی کنید. شما می توانید برنامه نویسان Arduino/Atmel AVR را از طریق Ebay یا سایر سایت های حراج ارزان انتخاب کنید.

کتابخانه مکعب LED را از https://github.com/gzip/arduino-ledcube بارگیری کنید ، دستورالعمل های موجود در Github را دنبال کنید و در فهرست مثالهای خود برای 'arduino-led-cube-> ledcube' را جستجو کنید.

اگر از برنامه نویس ICSP استفاده می کنید ، قبل از کلیک روی بارگذاری ، shift را نگه دارید تا به Arduino IDE دستور دهید از برنامه نویس استفاده کند. اگر از آداپتور USB-TTL استفاده می کنید ، پس از اتمام کامپایل IDE ، بازنشانی را فشار داده و رها کنید.

هنگامی که کد نمونه برنامه ریزی شد ، باید یک مکعب LED با الگوهای زیبا داشته باشید.

این اولین آموزش من است ، نظرات و بازخورد ها خوش آمدید.