Wenn Sie sich mit einigen Arduino-Anfängerprojekten beschäftigt haben, aber nach etwas Dauerhaftem und auf einem ganz anderen Niveau suchen, dann ist der bescheidene 4 x 4 x 4 LED-Würfel eine natürliche Wahl. Die Konstruktion ist viel einfacher als Sie vielleicht denken, und mit einem Multiplexing können wir alle LEDs direkt von einer einzigen Arduino Uno-Platine aus steuern. Es ist eine großartige Lötmethode, und die Gesamtkosten der Komponenten sollten nicht mehr als 40 $ betragen.
Heute werde ich ausführlich die Konstruktionsseite der Dinge beschreiben und eine Software zur Verfügung stellen, die sowohl beeindruckend aussieht als auch die Grundlagen vermittelt.
Du wirst brauchen
- Ein Arduino. Der mitgelieferte Code geht von einem Arduino Uno aus, könnte aber auch an ein größeres Modell angepasst werden.
- 64 LEDs - die genaue Wahl liegt bei Ihnen, aber ich habe diese superhellen 3mm Blue LEDs ( 3.2v 30mA ) bei £ 2.64 für 50 verwendet.
- 16 Widerstände mit dem passenden Wert für Ihre LEDs. Für die oben genannten LEDs kaufte 99 Pence 100 davon. Verwenden Sie ledcalc.com - geben Sie 5v für die Versorgungsspannung, die Spannung der LEDs (in meinem Fall 3.2) und den Strom in Milliampere (3.2) ein. Ihr gewünschter Widerstand wird in der Box "Nächster höherer Widerstand" angezeigt, suchen Sie dann einfach bei eBay nach diesem Wert.
- Einige Handwerksdrähte zur Stärkung der Grundstruktur und zur Dekoration - ich habe 0, 8mm Dicke verwendet.
- Ein Prototyping-Board von einem Typ, an das Sie alle Ihre Bits anlöten können. Ich habe einen benutzt, der keine vollen Spuren hatte, da ich keinen Track Cutter habe, aber benutze was immer dir passt. Ein Arduino-Prototyping-Schild ist jedoch ein wenig zu klein, es sei denn, Sie drücken Ihre LEDs wirklich zusammen.
- Zufällige Komponente Draht - einige Netzwerkkabel und einige der Prototyping-Drähte aus einem Kit wird gut funktionieren.
- Krokodilklemmen oder "helfende Hände" sind nützlich, um Bits an Ort und Stelle zu halten.
- Lötkolben und Lot.
- Etwas Altholz.
- Eine Bohrmaschine, mit dem gleichen Bit wie Ihre LEDs.
Hinweis: Die 3D-Zeichnungen in diesem Tutorial wurden in wenigen Minuten mit TinkerCAD erstellt. Ich folgte einem vorhandenen Build detailliert auf Instructables von Benutzer Forte1994, die Sie auch lesen möchten, bevor Sie dies versuchen.
Lesen Sie zuerst alle diese Anweisungen durch, bevor Sie dies selbst versuchen.
Das Prinzip dieses Designs
Bevor Sie mit der Konstruktion beginnen, ist es wichtig, einen vollständigen Überblick darüber zu haben, wie das Ganze funktioniert. So können Sie Fehler improvisieren und Fehler erkennen, während Sie fortfahren. Einige LED-Cubes verwenden einen einzelnen Ausgangspin für jede einzelne LED - in einem 4x4x4-Würfel würden das jedoch 64 Pins benötigen - was wir auf einem Arduino Uno sicher nicht haben. Eine Lösung wäre, Schieberegister zu verwenden Arduino-Programmierung - Mit Schieberegistern spielen (auch noch mehr LEDs) Arduino-Programmierung - Mit Schieberegistern spielen (auch noch mehr LEDs) Heute werde ich versuchen, Sie ein wenig über Schieberegister zu unterrichten. Dies sind ein ziemlich wichtiger Teil der Arduino-Programmierung, im Grunde, weil sie die Anzahl der Ausgänge erweitern, die Sie verwenden können, im Austausch für ... Read More, aber das ist unnötig kompliziert.
Um alle diese LEDs in nur 20 Pins zu steuern, verwenden wir eine Technik namens Multiplexing. Indem wir den Würfel in 4 separate Schichten zerlegen, benötigen wir nur Steuerpins für 16 LEDs. Um also eine bestimmte LED zu beleuchten, müssen wir sowohl die Schicht als auch den Kontrollstift aktivieren, was insgesamt 16 + 4 Pins erfordert. Jede Schicht hat eine gemeinsame Kathode - den negativen Teil der Schaltung - so dass alle negativen Zweige miteinander verbunden sind und mit einem einzigen Stift für diese Schicht verbunden sind.
Auf der Anoden- (positiven) Seite wird jede LED mit der entsprechenden LED in der darüber- und darunterliegenden Schicht verbunden. Im Wesentlichen haben wir 16 Spalten der positiven Beine und 4 Schichten des Negativs. Hier sind einige 3D-Ansichten der Verbindungen, die Ihnen helfen sollen, Folgendes zu verstehen:
Konstruktion
Da wir keine vollständige Metallstruktur zum Löten verwenden, wollen wir, dass alle Beine der LEDs sich um etwa ein Viertel überlappen und der Struktur Steifigkeit verleihen. Falten Sie die Kathode Ihrer LEDs - die Seite mit der flachen Kerbe im Kopf und das kürzere Bein - wie in der Abbildung gezeigt. (Es ist nicht wirklich wichtig, ob Sie es nach links oder rechts biegen, solange Sie konsistent sind und es niemals die Anode berührt)
Der erste kritische Teil dieses Projekts ist die Herstellung einer Holzspannvorrichtung. Dies wird eine Schicht von LEDs halten, während Sie die Beine zusammenlöten, so dass es genau und nicht zu locker sein muss. Mit der gleichen Größe Bohrer wie Ihre LEDs, messen und bohren Sie eine 4 × 4 Matrix von äquidistanten Löchern. Denken Sie daran, dass Sie möchten, dass sich etwa ein Viertel des Beines mit seinem Nachbarn überschneidet, und verwenden Sie ein tatsächliches Lineal. Überprüfen Sie jedes Loch, um sicherzustellen, dass eine LED genau passt, aber nicht so fest, dass Sie es nicht wieder herausholen können, oder Sie haben Probleme, wenn Sie versuchen, eine vollständig gelötete Schicht zu entfernen.
Löten Sie die Kathoden von 4 LED-Reihen. Achten Sie darauf, dass Sie die LEDs nicht ausbrennen - Sie möchten ein gutes, heißes Bügeleisen haben und ein- und aussteigen. Hier sind meine ersten vier Reihen abgeschlossen.
Jetzt, um die Festigkeit der Schicht zu verstärken, schneiden und löten Sie zwei gerade Stücke Basteldraht an jedes Ende und stellen Sie sicher, dass sie mit jeder Reihe verbunden sind. Dies ist Ihre erste abgeschlossene Ebene. Lassen Sie alle überschüssigen Beine an der Seite für jetzt ausstrecken.
Jetzt wäre eine gute Zeit zum Testen - laden Sie einfach die Standard-Arduino Blink-App, und mit einem Widerstand verbunden, legen Sie die Masse an den Layer-Rahmen, und drücken Sie die positive Leitung zu jeder LED der Reihe nach.
Hoffentlich werden sie alle aufleuchten. Wenn nicht, vergewissern Sie sich, dass Sie nicht irgendwo eine Lötstelle verpasst haben, und ersetzen Sie die LED falls notwendig.
Entfernen Sie diese Schicht aus der Schablone, und wiederholen Sie den Vorgang 3 weitere Male .
Mach dir keine Sorgen, wenn dein Löten nicht perfekt ist - solange es nicht bricht und die Verbindung fest ist, wird es das Endprodukt nicht beeinflussen. Ich gebe zu, mein Löten war ziemlich hoffnungslos, mein Gerät war ausgeschaltet, und es ähnelte alles dem schiefen Turm von Pisa. Trotzdem bin ich stolz auf den fertigen Würfel, und wenn die LEDs leuchten, werden Sie sowieso nicht auf die Lötstellen schauen!
Ebenen beitreten
Sobald Sie 4 abgeschlossene Ebenen haben, möchten Sie alle vertikalen Beine zusammenfügen. Ich fand, dass dies der schwierigste Teil des Builds war, und um den Prozess zu unterstützen, schnitt ich einen Riser aus der Karte.
Dadurch blieben die Schichten auf der richtigen Höhe, aber viele der Beine waren immer noch nicht perfekt ausgerichtet - dafür verwendete ich Krokodilklemmen, um sie festzuhalten.
1. Silly Mistake zu vermeiden
Erst nachdem ich eine volle Schicht fertiggestellt hatte, merkte ich, dass mein Karten-Riser an der richtigen Stelle steckte, also musste ich ihn ausschneiden! Mache nicht den gleichen Fehler wie ich - mache den Riser länger auf der Seite und verbinde die Kartenstücke außerhalb des Würfels. Wenn du die Ebene fertiggestellt hast, kannst du den Riser dekonstruieren und die Karte herausziehen.
2. Silly Mistake zu vermeiden
Löten Sie das vertikale Bein natürlich nicht an den Kathodenrahmen. Vertikale Beine sollten nur mit anderen vertikalen Beinen verbunden sein und sonst nichts.
Testen Sie erneut, nachdem jede Ebene angehängt wurde. Testen Sie alle Schichten und berühren Sie nur die positive Leitung bis zur Spitze der obersten Schicht. So haben Sie einen guten Kontakt durch alle Schichten.
Als alle 4 Schichten zusammengelötet waren, ging ich etwas aufzuräumen - ich ließ ein einzelnes Bein in einer Art Sprungbrett aus jeder Schicht herausragen - das würde später auf das Brett fallen. Andere Fremdkörper aus Metallrahmen und Beinen wurden abgeschnitten. Schneiden Sie natürlich keines der vertikalen Beine - wir müssen diese in unser Prototypping Board stecken.
Befestigung an der Tafel
Erinnern Sie sich, als ich sagte, dass das Befestigen jeder Schicht an sich selbst der schwierigste Teil war? Ich habe gelogen. Der Versuch, 16 LED-Beine in winzige Löcher auf einem Prototyping-Board zu stecken, ist tatsächlich schwieriger. Der einfachste Weg, den ich fand, war, durch 4 auf einmal zu stochern, sichern Sie sie darunter mit Krokodilklemmen, dann gehen Sie weiter zur nächsten Reihe von 4. Verwenden Sie einen Markierungsstift, um Abstände im Voraus zu markieren, wenn es hilft.
Im Nachhinein hätte ich die Widerstände tatsächlich zuerst in das Protoboard platziert. So wie es ist, lötete ich zuerst alle Beine des Würfels in die Platine und versuchte dann, Widerstände zwischen den beiden vorsichtig zu drücken. Lerne von meinem Fehler und platziere zuerst deine Widerstände.
Ich habe versucht, sie gleichmäßig in einer schrittweisen Weise zu platzieren, so dass ich eine ganze Seite des Würfels für alle letzten Verbindungen mit dem Arduino verwenden konnte. Hier ist der Schaltplan, mit dem ich ging:
Für die vier negativen Schichten ließ ich einen einzelnen Draht von jeder Schicht herunter und zog ihn dann einfach zur Seite, so:
Schließlich fügte ich einige Steckerdrähte hinzu, die ich dann in die relevanten Arduino-Pins platzieren konnte. Benutze die längste Art, die du hast. Hinweis: Ich habe die Bestellung wegen schlechter Planung teilweise durcheinander gebracht. Jede Reihe von LEDs war jedoch farbcodiert.
Das ist es. Fertig!
Programmieren Sie Ihren Würfel
Ich weiß, dass Sie nicht warten können, bis dieses Ding in Gang gesetzt wird, also stecken Sie die 4 negativen Schichten in analoge I / O- Ports A2 (untere Schicht) bis A5 (obere Schicht) (diese können auch als digitale I / O fungieren) . Dann stecken Sie die 16 LED-Kontrollstifte ein, beginnend mit +1 ganz rechts auf Digital-I / O- Port 0, wobei +15 und +16 auf Analog A0 und A1 gehen . (Verwenden Sie nicht AREF und GND)
Laden Sie die Demo-Muster und den Code vom anweisbaren Benutzer forte1994 herunter . Er hat auch ein hilfreiches Online-Tool zum Entwerfen der Byte-Muster zur Verfügung gestellt, um Ihre eigene Sequenz anzupassen. Hier ist ein Video dieses Codes in Aktion auf meinem Würfel (ich habe die Geschwindigkeit auf 5 anstatt der Standard 20 angepasst) .
Dies ist natürlich nicht die einzige Möglichkeit, Ihren Cube zu programmieren, also lassen Sie mich ein paar Minuten damit verbringen, Ihnen die Grundlagen zu vermitteln, wie Sie Ihre eigenen Pattern programmatisch erstellen können, anstatt voreingestellte Patterns wie die obige Demo zu spielen.
Es gibt ein paar Dinge, die Sie wissen sollten, wenn Sie versuchen, Ihren Würfel zu programmieren:
- Um eine einzelne LED zu adressieren, verwenden Sie eine Ebene (Layer) Nummer 0-3 und eine LED Pin Nummer 0-15. Drehen Sie das Flugzeug auf LOW-Ausgang (da dies das negative Bein ist) und die LED-Pin-Nummer HIGH (das positive Bein), um die LED zu aktivieren.
- Bevor Sie eine einzelne LED aktivieren, vergewissern Sie sich, dass alle anderen Ebenen ausgeschaltet sind. Stellen Sie sie auf HIGH-Ausgang ein. Wenn Sie dies nicht tun, leuchtet eine LED-Spalte auf und nicht eine einzelne LED.
In diesem Sinne habe ich zwei sehr einfache programmatische Sequenzen für Sie erstellt - laden Sie den Code von hier herunter. Die erste LED leuchtet nacheinander jede LED einzeln auf. Wir verwenden dafür zwei for-Schleifen, die über jede Schicht und jeden Kontrollstift iterieren.
Die zweite ist eine Zufallsschleife (Sie müssen die erste auskommentieren und diese in der Hauptschleife aktivieren, um sie zu testen). Es wählt einfach eine zufällige Ebene und einen zufälligen Kontrollstift aus und blitzt sie an und aus.
Zusammenfassung
Lass dich von diesem Build nicht beeindrucken - mir fehlen wirklich die Löttechniken und das ist mir gelungen (denke ich?) . Die gesamte Bauzeit betrug etwa eine Stunde pro Tag für eine Woche. Nächstes Mal werde ich versuchen, Ihnen etwas mehr ambitionierte Programmierung für den Würfel beizubringen, also hoffe ich, dass Sie diese Woche mit mir zusammen Ihren eigenen Würfel bauen und nächste Woche einen neuen Code laden - und wenn Sie Ihren eigenen machen geniale Apps oder Sequenzen, lade sie bitte zu Pastebin hoch und lass es uns in den Kommentaren wissen!