4x4x4 Led Cube - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Waarom deze LED-kubus bouwen?

* Als u klaar bent, kunt u een mooi en ingewikkeld patroon weergeven.

* Het zet je aan het denken en problemen op te lossen.

* Het is leuk en bevredigend om te zien hoe goed alles bij elkaar past.

* Het is een klein en beheersbaar project voor iedereen die nieuw is in solderen en elektronica om te leren, en het is nog steeds groot genoeg om oogverblindende en indrukwekkende patronen weer te geven.

* De arduino-code is vrij eenvoudig te beheren.

* Relatief lage kosten voor een hoog entertainment en de enorme hoeveelheid die je zult leren als je nieuw bent in elektronica.

Eerst zal ik je laten zien hoe je deze snelle 4x4x4 led-kubus maakt die slechts een paar uur werk vereist om op te zetten (zodra je de mallen hebt gemaakt), maar ook een stevig ontwerp heeft. Ik zal mijn best doen om het uit te leggen, zodat iedereen mijn ontwerpkeuzes begrijpt. Tot slot zal ik uitleggen hoe u op 2 verschillende manieren nieuwe patronen kunt programmeren.

Benodigdheden

Onderdelen:

1. Prototypingbord van 10 cm * 15 cm - 1x $ 2 per stuk
2. sn74hc595n - 2x $ 0,57 per stuk
3. 120 ohm weerstanden - 16x $0.04 ea (De waarde is afhankelijk van uw LED zie stap 7)
4. 10k ohm weerstanden - 4x $ 0,10 ea
5. Fqp20n06l N-kanaal MOSFETS - 4x $ 0,95 per stuk
6. Arduino nano v3 - 1x $ 22 per stuk
7. 5,5 mm dc-aansluiting - 1x optioneel $ 0,35 per stuk
8. Vertind koperdraad 20 AWG - 15ft $ 0,12/ft
9. Lintkabel 40 geleider of andere AWG-draad (small gauge) - minder dan 1ft $ 2,3/ft
10. 5 mm multiplex 6", 12" - 1 x $2 per stuk
11. soldeer 0,8 mm - 1x $ 10,89 per stuk
12. 1 "x 6" x 4' bord - 6" $ 8,39 per stuk
13. 5 mm diffuse LED's - 64 $ 15 kit
14. 100nf keramische dop - 2x $ 0,25 per stuk

Geschatte kosten per kubus: $ 40 (als onderdelen in bulk worden gekocht, dalen de kosten per stuk aanzienlijk)

Gereedschap:

1. Naaldbektang x2
2. Vlaksnijders of Zijsnijders
3. Soldeerbout
4. Draadstrippers
5. Tafelzaag
6. Boor (boorpers aanbevolen)
7. Metaalzaag of lintzaag
8. Computer om te programmeren

Stap 1: De eerste mal**

De eerste mal bestaat uit 2) 0,8 mm-boren, een prototypebord en een gat van 5 mm voor de LED. Begin met het nemen van uw prototyping-bord (minimaal 2 cm breed en 2,54 mm (0,1") afstand van het midden tot het midden van de gaten) markeer de eerste stip op een van de randen van het bord. Maak vervolgens in een rechte lijn nog een markering na het verplaatsen nog 3 gaten omhoog. Markeer vervolgens de stip die 2 gaten verder naar boven is (zie afbeelding #1). Boor vervolgens in het midden gemarkeerde gat een gat van 5 mm. Ik gebruikte een 13/64 inch bit en het werkte prima. Het is het beste als u gebruik kleinere stukjes en werk je een weg omhoog naar de 13/64 inch om er zeker van te zijn dat het perfect gecentreerd is in het gat, als dit niet het geval is, zal de hele kubus eraf zijn. Gebruik vervolgens op de buitenste markering de 0,8 mm bits om het iets breder te maken gaten. Zorg ervoor dat alle gaten loodrecht op het prototypebord staan, indien beschikbaar, gebruik een kolomboormachine, maar een handboor zal ook werken. Snijd 3) vierkanten van 1 "Het is het gemakkelijkst om een lintzaag te gebruiken, maar een handzaag zal ook werken. Maak met elmer's lijm een kleine stapel hout met alle randen op één lijn met elkaar. Lijm het tenslotte op het prototypingbord, klem het allemaal samen en wacht. Zodra alles droog is, boort u alles opnieuw zodat de gaten in het prototypebord helemaal door de houten achterkant gaan. Plaats de 0,8 mm bits in het gat dat aan de rand is gemaakt. Als alles correct is gedaan, zou het eruit moeten zien als afbeelding #2.

**De afgebeelde mallen zijn ontworpen om een 8 * 8 * 8 LED-kubus te maken, zodat ze iets te groot zijn. Je mal zal kleiner zijn. Deze mallen zijn gebaseerd op Steve Manley's ontwerpen voor zijn 8*8*8 RGB LED-kubus. Het ziet er uit en werkt geweldig. Ik zou aanraden om zijn video's te bekijken.

zijn you-tube kanaal

Stap 2: De tweede mal**

De tweede mal is gemaakt van 5 mm multiplex. Begin met het markeren en snijden van 3 stukken die 4 "bij 2" zijn. Hiervoor gebruikte ik een lintzaag, maar een handzaag zou ook werken. Markeer op een van de stukken in 1 "aan de 2" kant aan beide uiteinden en trek een lijn tussen de twee. Aan de 4" kant ga 1/2" op de eerder gemaakte lijn, het volgende merkteken moet 1" van de huidige zijn, ga door totdat je het einde van het bord bereikt. De andere twee stukken moeten worden uitgelijnd en aan elkaar gelijmd met elmer's lijm Als de lijm droog is, neemt u zowel het gemarkeerde gedeelte als het gelijmde gedeelte, lijnt u ze uit en klemt u ze aan elkaar. Boor gaten van 5 mm (13/64) op de plaats waar de lijnen elkaar kruisen op het bord. De laatste stap is om de gaten van het aan elkaar gelijmde stuk te maken groter ging ik met 1/4 ".

Stap 3: De derde mal**

De derde mal is gemaakt van een stuk van een 1 "x 6". Snijd het bord eerst in een beter hanteerbaar gedeelte van ongeveer 5 "lang. Zodra dit is gebeurd, kunt u het naar een tafelzaag brengen om de bosjes ongeveer 1/4 in diepte te zagen, elke oriëntatie zal werken. Ze moeten een tussenruimte hebben van 1 inch hart tot hart van de bosjes. De kerf (de gleuf gemaakt door het zaagblad) moet 0,1" breed zijn. Begin met het snijden van de eerste sleuf inch vanaf de rand van het bord. Schakel vervolgens de zaag uit en verplaats het hek over 1 "herhaal dit proces totdat u 4 sleuven in uw bord hebt gesneden. De mal zou eruit moeten zien als de bovenstaande afbeelding.

Stap 4: De eerste mal gebruiken

Dit is het meest eentonige deel van de constructie waarbij alle draden van de LED's worden gebogen. De reden dat u deze mal wilt gebruiken, is om een stevige constructie te krijgen die er geweldig uitziet. Neem uw eerste mal, buig de kathode (korte kabel zie afbeelding 2) naar de dichtstbijzijnde (0,2 ) boor, wikkel hem dan om de bit en maak hem los. Neem de anode en buig deze om de tweede bit en maak hem los. Knip de extra leid met vlakke snijders / zijkniptangen en verwijder de LED. Maak zowel de anode als de kathode plat. Draai de kathode 90 graden zodat deze naar beneden wijst (zie afbeelding 3) ga nog 63 keer door met het proces.

Opmerking: Het is vaak handig om een kleine punttang te hebben om de draden rond de boren te buigen.

Stap 5: De tweede mal gebruiken

Voordat we deze mal gebruiken, moeten we onze 20 gauge (awg) vertinde koperdraad rechttrekken en knippen. Knip eerst ten minste 36 stukken draad van 4 inch af. Het is het beste als u nog 4 stukken draad maakt omdat dit de kubus symmetrisch maakt (let op: het is handig om grotere delen van de draad recht te trekken voordat u deze op lengte knipt, maar beide manieren werken). Om de draad recht te trekken, neemt u gewoon twee tangen en trekt u aan elk uiteinde de draad een beetje uit. Deze methode is moeilijk, dus als u een bankschroef heeft, kunt u de draad in de bankschroef klemmen en vanaf daar trekken en u zult veel beter worden resultaten zijn gemakkelijker. Zodra u alle draad hebt voorbereid, plaatst u 4 LED's in mal #2 (zie afbeelding 2), de kathode moet van u af gericht zijn. Plaats een van de 4 secties draad door de kathodelussen soldeer alle 4 verbindingen (het wordt aanbevolen dat u alle LED's test voordat u gaat solderen). Nadat u alle LED's hebt gesoldeerd, tilt u het bovenste gedeelte op en drukt u op de mal zodat de afgeronde uiteinden van de LED's op het vlakke oppervlak liggen. De rij LED's moet eruit springen. Doe dit proces nu nog 16 keer.

Stap 6: De derde mal gebruiken

Nu je alle 16 rijen LED's hebt gedaan, is het tijd om de laatste mal te gebruiken. Neem 4 stroken LED's en plaats de metalen verbindingsdraden in een van de sleuven en zorg ervoor dat alle gaten van de verschillende secties op één lijn liggen. Steek een van uw draadsecties van onder naar boven in de resterende gaten van die kolom. Zorg ervoor dat het vierkant is, soldeer dan alle 16 verbindingen en ga verder met het doen van 3 meer.

Stap 7: De elektronica

Het eerste dat u moet doen, is de 16 weerstanden berekenen die nodig zijn om de kubus te laten werken. Dit kan via deze rekenmachine of deze formule Weerstand = (spanningsbron - LED-spanning) / led-stroom. Het enige probleem is dat de verkoper vaak niet de benodigde waarden geeft. Als je de link gebruikt voor de LED-kit die ik heb gekregen, hebben de gele LED's 120 ohm nodig omdat ze 2v zijn en voor blauwe 75 ohm 3v. Als je je hier geen zorgen over wilt maken, kun je gewoon de 220 ohm gebruiken die in de set zit, ze zouden prima moeten werken, maar je kubus zal soms een beetje zwak zijn, het geel kan een beetje te zwak zijn (de helderste kleur die ik heb gevonden uit deze kit is blauw, met uitzondering van wit dat niet diffuus is).

Stap 8: De elektronica

Dus nu heb je 2 opties, je kunt van het onderstaande schema afgaan / je eigen lay-out maken met behulp van de afbeeldingen om te helpen bij een goede lay-out, bestel een aangepaste PCB met behulp van het onderstaande Gerber-bestand (geweldig als je er meerdere maakt).

PCB en schema-- https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

Stap 9: De kubus op het prototypebord solderen

Nu je de elektronica met elkaar hebt verbonden, moet je de 4 verticale secties nemen die je eerder hebt gemaakt. Plaats een van de secties zoals weergegeven in de eerste afbeelding, soldeer het erin en zorg ervoor dat het vierkant is met het prototyping-bord. Voeg nog een toe met 9 gaten ertussen en eindig door de laatste 2 op dezelfde manier toe te voegen.

Stap 10: De lagen verbinden

Vervolgens moet je de gemeenschappelijke kathodelagen verbinden, neem een stuk draad dat is rechtgetrokken en leg het op het stuk gemeenschappelijke kathodedraad dat uitsteekt en maak een soldeerverbinding op elke kruising. Je moet er minimaal 4 doen, maar je merkt misschien dat ik dit aan beide kanten heb gedaan om de kubus er symmetrisch uit te laten zien. Nadat je alle laagverbindingen hebt gemaakt, moet je draad van het prototypebord aan de lagen van de kubus toevoegen. Dit kan worden gedaan door een rechtgebogen stuk draad te nemen dat een bocht van 90 graden heeft en ongeveer een 1/2 uitsteekt. Plak het lange uiteinde van de draad in de buurt van waar u verbinding wilt maken met de eerste laag, soldeer het aan de laag. Herhaal terwijl je een gat naar buiten verplaatst en naar de volgende laag gaat. Als je alle 4 laagverbindingen hebt voltooid, ga je naar de volgende stap.

Stap 11: Laatste stukjes bedrading

Het volgende deel is om de afvoer van de MOSFET's aan te sluiten op de lagen, zie de eerste afbeelding. Sluit daarna de uitgangen van de schuifregisters aan op de kolommen van de kubus. Zie schema voor meer details.

Stap 12: Uw kubus programmeren

Je hebt 3 opties om de kubus te coderen, gebruik de meegeleverde codes, gebruik arduino of gebruik arduino met python om een eenvoudigere codeerervaring te bereiken. De enige die ik ga uitleggen is arduino met python omdat dit het gemakkelijkst te gebruiken is, maar je hebt maar een beetje ervaring met arduino/de taalstructuur nodig. Begin met het downloaden van alle links in volgorde, beginnend met arduino-software en eindigend met de tkinter-bibliotheek voor python. De manier waarop de python-editor werkt, spreekt grotendeels voor zich, voer gewoon de python-code hieronder uit. Wanneer u op de knop Opslaan drukt, spuugt de python-shell binaire bytes uit die u in de arduino-array met dia's moet plakken. Je moet dan vertragingen toevoegen aan de Arduino-array die zegt delay_array het aantal dia's dat je hebt is het aantal vertragingen dat je nodig hebt. Het maximale aantal dia's dat je kunt gebruiken is 150 vanwege het geheugen van de arduino nano, het klinkt als veel, maar als je begint met grafische vertalingen, vreet het snel op dat aantal.

De codes zijn in groepen van 3 omdat ik ze niet als één bestand kon downloaden, behalve het python-bestand.

bestandsgroeperingen (alle bestanden in de groep moeten in dezelfde map worden geplaatst om correct te werken)

hard gecodeerde arduino (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

arduino byte gecodeerde bestanden (clear, easy_programing_v2, show_pattern)

python gui (4x4x4 codegenerator V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

docs.python.org/3/library/tkinter.html#mod…

Stap 13: Het is klaar

Op dit punt zou je ten minste enkele patronen op je kubus moeten kunnen weergeven en hopelijk is alles soepel verlopen.

Als je vragen hebt, stel ze dan hieronder in de comments.