Jak vyrobit pulzující LED kostku Arduino, která vypadá, že pochází z budoucnosti

Pokud jste se zabývali některými začátečnickými projekty Arduino, ale hledáte něco trochu trvalého a na jiné úžasné úrovni, pak je pokorná LED kostka 4 x 4 x 4 přirozenou volbou. Stavba je mnohem jednodušší, než byste si mohli myslet, a pomocí multiplexování můžeme ovládat všechny LED diody přímo z jediné desky Arduino Uno. Je to skvělá praxe pájení a celkové náklady na součásti by neměly přesáhnout 40 USD.

Dnes budu podrobně popisovat konstrukční stránku věci a poskytnu nějaký software, který na ní poběží a který vypadá působivě a naučí vás základy.

proč je můj telefon internet tak pomalý

Budete potřebovat

AnArduino. Dodaný kód předpokládá Arduino Uno, ale lze jej upravit i na větší model.
64 LED diod - přesná volba je na vás, ale já jsem použil tyto superbright 3mm modré LED diody ( 3,2 V 30 mA ) @ 2,64 GBP za 50.
16 rezistorů příslušné hodnoty pro vaše LED diody. Pro výše uvedené LED diody jich 99 pence koupilo 100. Použití ledcalc.com - zadejte 5v pro napájecí napětí, napětí LED (v mém případě 3,2) a proud v miliampérech (3,2). Požadovaný odpor se zobrazí v poli označeném Nejbližší vyšší jmenovitý odpor , pak jen hledejte tuto hodnotu na eBay.
Nějaký řemeslný drát pro posílení základní struktury a pro dekoraci - použil jsem 0,8 mm tloušťka.
NA prototypová deska nějakého typu, ke kterému můžete připájet všechny své bity. Použil jsem jeden, který neměl plné stopy, protože nemám řezačku stop, ale použijte, co vám vyhovuje. Prototypovací štít Arduino je však příliš malý, pokud opravdu nemačkáte své LED diody dohromady.
Náhodný komponentní vodič - některé kabely síťových kabelů a některé prototypovací vodiče ze sady budou fungovat dobře.
Krokodýlí klipy nebo pomocné ruce jsou užitečné pro držení bitů na místě.
Páječka a pájka.
Trochu šrotu.
Vrták se stejnou velikostí bitu jako vaše LED diody.

Poznámka: 3D kresby v tomto tutoriálu byly provedeny za několik minut pomocí TinkerCAD . Sledoval jsem stávající sestavení podrobně popsané na Instructables uživatelemforte1994, které si také možná budete chtít přečíst, než se o to pokusíte.

Nezapomeňte si přečíst všechny tyto pokyny za prvé než to zkusíte sami.

Princip tohoto designu

Než začnete stavět, je důležité mít úplný přehled o tom, jak tato věc bude fungovat, abyste mohli improvizovat a identifikovat chyby, které vás vedou. Některé kostky LED používají jeden výstupní kolík pro každou jednotlivou LED - ale v kostce 4x4x4 to bude potřebovat 64 pinů - což na Arduino Uno rozhodně nemáme. Jedním z řešení by bylo použití posuvných registrů, ale to je zbytečně komplikované.

Abychom mohli všechny tyto LED diody ovládat pouze na 20 pinech, použijeme techniku zvanou multiplexování. Když rozbijeme krychli na 4 samostatné vrstvy, potřebujeme pouze ovládací piny pro 16 LED diod - pro rozsvícení konkrétní LED musíme aktivovat jak vrstvu, tak ovládací kolík, což nám dává celkový požadavek na 16+4 piny. Každá vrstva má společnou katodu - zápornou část obvodu - takže všechny záporné nohy jsou spojeny dohromady a připojeny k jednomu kolíku pro tuto vrstvu.

Na anodě (pozitivní) na straně, každá LED bude připojena k odpovídající LED ve vrstvě nad a pod ní. V zásadě máme 16 sloupců pozitivních nohou a 4 vrstvy negativu. Zde je několik 3D pohledů na připojení, které vám pomohou porozumět:

Konstrukce

Protože k pájení nebudeme používat plnou kovovou konstrukci, chceme, aby se všechny nohy LED překrývaly asi o čtvrtinu a dodaly konstrukci tuhost. Přeložte katodu vašich LED diod - stranu s plochým zářezem v hlavě a kratší nohou - podle obrázku. (Nezáleží na tom, jestli ji ohnete doleva nebo doprava, pokud jste konzistentní a nikdy se nedotýká anody)

První kritickou částí tohoto projektu je výroba dřevěného přípravku. Při spojování nohou to udrží vrstvu LED, takže musí být přesné a ne příliš volné. Pomocí vrtáku stejné velikosti jako vaše LED diody změřte a poté vyvrtejte matici 4x4 stejně vzdálený otvory. Mějte na paměti, že chcete, aby se přibližně čtvrtina nohy překrývala se sousedem, a použijte skutečné pravítko. Zkontrolujte každý otvor, abyste se ujistili, že LED dioda dobře přiléhá, ale ne tak těsně, abyste ji již nemohli znovu vytáhnout, nebo budete mít problémy při pokusu o odstranění zcela pájené vrstvy.

Pájejte katody 4 řad LED diod. Dávejte pozor, abyste nespálili diody LED - chcete dobrou horkou žehličku a musíte být uvnitř a venku. Tady jsou mé první čtyři řady dokončeny.

Nyní, abyste posílili tuhost vrstvy, ustřihněte a připájejte dva rovné kousky řemeslného drátu na oba konce a ujistěte se, že se spojí s každou řadou. Toto je vaše první vrstva kompletní. Nechte všechny přebytečné nohy zatím trčet na boku.

Nyní by byl skvělý čas na testování - stačí načíst výchozí aplikaci Arduino Blink a s připojeným rezistorem dát zem do rámečku vrstvy a postupně zatlačit kladný vodič na každou LED.

Doufejme, že se všechny rozsvítí. Pokud ne, ujistěte se, že jste někde nepřehlédli pájený spoj a v případě potřeby vyměňte LED.

Odeberte tuto vrstvu z přípravku a postup opakujte Ještě 3krát .

Nebojte se, pokud vaše pájení není dokonalé - pokud se nepřeruší a spojení je pevné, neovlivní to konečný produkt. Přiznávám, moje pájení bylo docela beznadějné, můj přípravek byl vypnutý a všechno to připomínalo šikmou věž v Pise. Přesto jsem na hotovou kostku hrdý, a když se rozsvítí diody LED, stejně se nebudete dívat na pájecí spoje!

Spojování vrstev

Jakmile máte 4 dokončené vrstvy, budete chtít spojit všechny svislé nohy dohromady. Zjistil jsem, že je to nejtěžší část stavby, a abych pomohl procesu, vyřízl jsem z karty stoupačku.

Díky tomu byly vrstvy ve vhodné výšce, ale spousta nohou se stále dokonale nesrovnala - k tomu jsem použil několik krokodýlových spon, abych je držel na místě.

1. hloupá chyba, které je třeba se vyhnout

Teprve po dokončení celé vrstvy jsem si uvědomil, že moje podložka pod kartu byla zaseknutá na místě, takže jsem ji musel vyříznout! Nedělejte stejnou chybu, jakou jsem udělal já - prodlužte stoupačku na straně a spojte kusy karty mimo kostku, takže až dokončíte vrstvu, můžete dekonstruovat stoupačku a vytáhnout kartu.

2. hloupá chyba, které je třeba se vyhnout

Nepřipojujte svislou nohu k rámu katody, samozřejmě. Svislé nohy by se měly spojovat pouze s jinými svislými nohami a s ničím jiným.

Znovu testujte po připojení každé vrstvy. Otestujte všechny vrstvy, ve skutečnosti se dotýkejte pouze kladného vedení ke špičce nejvyšší vrstvy, čímž zajistíte, že budete mít dobrý kontakt procházející všemi vrstvami.

Když byly všechny 4 vrstvy pájeny dohromady, pustil jsem se trochu do úklidu - z každé vrstvy jsem nechal jednu jedinou nohu vysunutou způsobem, jako by to byl krokový kámen - to by později padlo na desku. Další cizí kousky kovového rámu a nohou byly odříznuty. Očividně neřízněte žádné svislé nohy - musíme je dát do naší desky pro protokolování.

Upevnění k desce

Pamatujete si, když jsem řekl, že upevnění každé vrstvy k sobě bylo nejtěžší? Lhal jsem. Pokusit se vejít 16 nožiček LED do malých otvorů na prototypové desce je ve skutečnosti těžší. Nejjednodušší způsob, který jsem našel, bylo prokousat se 4 najednou, zajistit je zespodu krokodýlovými sponami a poté přejít na další řadu 4. Pomocí značkovacího pera si předem označte mezery, pokud to pomůže.

Zpětně bych ve skutečnosti nejprve umístil odpory do protoboardu. Jak to tak je, všechny nohy krychle jsem nejprve připájel k desce a pak jsem se pokusil jemně stlačit odpory mezi každou z nich. Poučte se z mé chyby a nejprve umístěte své odpory.

Pokusil jsem se je rovnoměrně rozmístit krokovým způsobem, abych pak mohl použít jednu celou stranu krychle pro všechna konečná připojení k Arduinu. Zde je schéma zapojení, se kterým jsem šel:

U čtyř negativních vrstev jsem z každé vrstvy shodil jeden drát a pak je stáhl na stranu, jako je tento:

Nakonec jsem přidal několik konektorových vodičů, které jsem pak mohl umístit do příslušných pinů Arduino. Použijte nejdelší druh, jaký máte. Všimněte si, že jsem objednávku pokazil na místech kvůli špatnému plánování. Každá řada LED byla barevně odlišena.

A je to. Hotovo!

Programování vaší kostky

Vím, že se nemůžete dočkat, až bude tato věc spuštěna, takže do ní zapojte 4 negativní vrstvy Analogové I/O porty A2 (spodní vrstva) přes A5 (horní vrstva) (mohou také fungovat jako digitální I/O) . Poté zapojte 16 ovládacích pinů LED, počínaje +1 úplně vpravo na digitální I / O port 0 , s +15 a +16 přejít na analog A0 a A1 . (Nepoužívejte AREF a GND)

Stáhněte si soubor demo vzory a kód od poučitelného uživatele forte1994 . Poskytl také a užitečný online nástroj pro navrhování bajtových vzorů pro přizpůsobení vlastní sekvence. Zde je video s tímto kódem v akci na mé kostce (Upravil jsem rychlost na 5 místo výchozích 20) .

windows media player 12 ke stažení zdarma

Toto samozřejmě není jediný způsob, jak naprogramovat kostku, takže mi dovolte strávit pár minut výukou základů vytváření vlastních vzorů programově , spíše než přehrávání přednastavených vzorů jako výše uvedené demo.

Při pokusu o naprogramování krychle byste měli vědět několik věcí:

K adresování jedné LED diody použijte a letadlo (vrstva) číslo 0–3 a kolík LED číslo 0–15. Otočte letadlo na LOW výstup (protože toto je záporná část) a číslo PIN LED HIGH (kladná noha) pro aktivaci LED.
Před aktivací jedné LED zkontrolujte, zda jsou všechny ostatní roviny vypnuté - to znamená, že je nastavíte na VYSOKÝ výstup. Pokud tak neučiníte, bude mít za následek rozsvícení sloupce LED diod namísto jedné LED.

S ohledem na to jsem vytvořil dvě velmi jednoduché programové sekvence, které můžete prozkoumat - stáhněte si kód odtud. První jednoduše rozsvítí každou LED jednu po druhé, postupně. K tomu používáme dvě smyčky, iterující každou vrstvu a každý ovládací kolík.

Druhá je náhodná smyčka (první budete muset okomentovat a povolit v hlavní smyčce, abyste ji mohli otestovat). Jednoduše vybere náhodnou vrstvu a náhodný ovládací kolík a zapne a vypne je.

souhrn

Nenechte se vystrašit touto stavbou - vážně mi chybí pájecí schopnosti a zvládl jsem to v pořádku (Myslím?) . Celková doba stavby byla zhruba hodinu denně. Příště se vás pokusím naučit trochu ambicióznější programování krychle, takže doufám, že se ke mně tento týden připojíte při stavbě vlastní kostky a příští týden načtete nějaký nový kód - a pokud si vytvoříte vlastní úžasné aplikace nebo sekvence, nahrajte je prosím na Pastebin a dejte nám vědět v komentářích!

Podíl Podíl tweet E-mailem 3 způsoby, jak zkontrolovat, zda je e -mail skutečný nebo falešný

Pokud jste obdrželi e -mail, který vypadá trochu pochybně, je vždy nejlepší zkontrolovat jeho pravost. Zde jsou tři způsoby, jak zjistit, zda je e -mail skutečný.

Číst dále Související témata

DIY
Arduino

O autorovi James Bruce(707 článků zveřejněno)

James má bakalářský titul v oboru umělé inteligence a je certifikován společností CompTIA A+ a Network+. Když není zaneprázdněn jako editor recenzí hardwaru, má rád LEGO, VR a deskové hry. Před nástupem do MakeUseOf byl osvětlovacím technikem, učitelem angličtiny a technikem datového centra.

Více od Jamese Bruce

Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje

Připojte se k našemu zpravodaji a získejte technické tipy, recenze, bezplatné elektronické knihy a exkluzivní nabídky!

Kliknutím sem se přihlásíte k odběru