Arduino-gebaseerde 3x3 LED-kubus - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Hallo en welkom bij mijn eerste Instructable.

Ik presenteer een eenvoudig, netjes ontwerp voor een 3x3x3 LED-kubus voor beginners. Om het bouwen gemakkelijker te maken, geef ik details van een aangepaste PCB, die je zelf kunt maken of kopen, instructies en je kunt, net als ik, de software hergebruiken van deze geweldige Arduino-bibliotheek LED-kubus en arduino-lib.

Een van de ontwerpdoelen was om alleen doorlopende delen te gebruiken, ze zijn gemakkelijker voor de beginner om te solderen en alles is direct beschikbaar via internet op je favoriete veiling-/winkelsites.

Het ontwerp kan worden gevoed via een USB-kabel of een 7,5-12V DC-voedingsadapter.

Het circuit maakt gebruik van een uitgekiend Arduino-kernontwerp en je kunt het in het circuit programmeren met behulp van een goedkope In Circuit System Programmable (ICSP) -programmeur of een gemakkelijk verkrijgbare USB naar TTL-adapter. De enige software die je nodig hebt is de eerbiedwaardige Arduino IDE.

Dit ontwerp is niet revolutionair, het bouwt voort op eerder werk en ik heb het netjes verpakt. Ik hoop dat je ervan geniet.

Stap 1: Benodigde onderdelen

Dit ontwerp maakt gebruik van algemeen verkrijgbare doorlopende delen. Uw favoriete lokale distributeur moet de onderdelen die u nodig heeft op voorraad hebben.

Je hebt wel een Atmega 168p of Atmega 328p nodig met de Arduino-bootloader erin geflitst. Je kunt deze vinden op Ebay, zoek op "arduino bootloader", zorg ervoor dat je de Dual In Line (DIL) variant koopt. Je hebt ook een USB type B-aansluiting nodig, de gewone, oudere, dikke. Ik koos dit omdat het gemakkelijk te solderen is. De transistors, T1-T3 zijn NPN-transistoren voor algemeen gebruik, evenals de vermelde typen, u kunt BC108, 2N2222, 2N3904 enz. Gebruiken, controleer echter altijd de pinout van de transistor tegen de PCB.

Zorg ervoor dat u voor de allerbelangrijkste LED's een hoge helderheid of ultraheldere LED's koopt. Ik heb 10000-12000mcd LED's van een verkoper op Ebay gebruikt voor de voorbeeldkubus die hier wordt getoond. Je wilt heldere, zodat je de kubus nog steeds kunt zien in normale kamerverlichting. Als de artikelbeschrijving de kijkhoek beschrijft, meestal 20 graden, maar je kunt er een vinden met een bredere kijkhoek, overweeg dan. Deze ultraheldere LED's zijn niet de meest opvallende als ze van opzij worden bekeken. Mogelijk moet u een paar LED's van verschillende leveranciers proberen voordat u er een vindt die aan uw behoeften voldoen.

Volledige onderdelenlijst:

Onderdeel Waarde Beschrijving PCB De mooie groene PCB, maak het of koop het.27 3 mm LED's, kleur naar keuze. C1 100n 100nF, 25V, 7,5 mm pitch keramische condensator C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm pitch keramische condensator

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm pitch keramische condensator C4 100n 100nF, 25V, 7,5 mm pitch keramische condensator C5 100n 100nF, 25V, 7,5 mm pitch keramische condensator C6 10u 10uF 16V, 5,5 mm behuizing Elektrolytische condensator, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5mm behuizing Elektrolytische condensator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 of ATMEGA328 met Arduino bootloader IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA lineaire regelaar, TO92 verpakking ICSP ICSP Pin header strip, 0.1" pitch, 2x3 way. J1 DCJ0202 DC power socket, 2.1mm binnendiameter. JP1 Pin header strip, 0,1" steek, 1x3 weg. Q2 16MHz 16MHz, HC49 behuizing kristal, 50ppm, laag profiel R1 10k 10K 1/4W metaalfilmweerstand 1% R2 1k 1K 1/4W metaalfilmweerstand 1% R3 1k 1K 1/4W metaalfilmweerstand 1% R4 1k 1K 1/ 4W metaalfilmweerstand 1% R5 470 470 1/4W metaalfilmweerstand 1% R6 1k 1K 1/4W metaalfilmweerstand 1% R8 100 100R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R9 100 100R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R10 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R11 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R12 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R13 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R14 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R15 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R16 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R17 470 470R 1/4W metaalfilmweerstand 1% R18 1k 1K 1/4W metaalfilmweerstand 1% R19 LDR Optionele LDR S1 S1 4-pins, 6x6mm PTH-schakelaar voor PCB-montage. T1 BC547 BC547/BC548 laag vermogen NPN-transistor, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 laag vermogen NPN-transistor, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 laag vermogen NPN-transistor, TO92 X4 USB type B-aansluiting, printmontage door gat.4 x 3-5 mm hoog plak op rubberen voetjes.

Stap 2: Schakelschema en uitleg van de werking

Het schema is hierboven weergegeven.

Het ontwerp is gebaseerd op het Arduino Duemilanove-schema, uitgekleed tot de essentie. Het USB-naar-serieel-apparaat is verwijderd, maar er is een seriële header, JP1, waarmee een USB-naar-TTL-adapter het apparaat kan programmeren, waarover later meer. Er is ook de ICSP-header.

Het bord kan werken via de USB-stekker, met behulp van de handige 5V-voeding in de pc, of een goedkope oplader voor mobiele telefoons in pond/dollar. De andere optie gebruikt de DC-stekkeringang, deze accepteert een 7-15V DC-ingang, zodat u elke stekkeradapter kunt gebruiken die u heeft. Het circuit gebruikt slechts 30mA, dus een weggegooide adapter van een dode gadget zou moeten werken, controleer uw junkbox.

Weerstanden R12 tot R17 stellen de stroom in, die de helderheid van de LED's instelt. Met RODE leds en de weergegeven 470R-weerstanden is de stroom ~5mA per led. Om de LED-stroom te berekenen heb je de uitgangsspanning van het Atmega-apparaat (4,2V) en de voorwaartse spanningsval van de LED nodig, voor een rode LED is dat 1,7V. De formule is:

LED stroom = (Atmega uitgangsspanning - LED spanning)/I Led

Met de onderdelen die ik heb gebruikt: LED stroom = (4.2-1.7)/470LED stroom = 5.31mA

Beperk de stroom van de Atmega 168/328 tot 10mA

Enkele veel voorkomende LED-spanningsdalingen:

Rood 1,7VGeel 2,1VObereik 2,1VGroen 2,2VBlauw 3,2VSuperblauw 3,6VWit koel 3,6V

Dus je kunt een blauwe LED met hoge helderheid gebruiken, de weerstand zou dalen tot 270R. Je kunt de stroom verhogen tot 10mA, in mijn testen vond ik 5mA voldoende.

Transistors T1-T3 zijn gewone NPN BJT-transistoren, BC547/BC548/2N2222 enz. Ze regelen het schakelen van elk van de drie lagen. Weerstanden R2-R4 begrenzen de basisstroom van de weerstand.

R6 en de PWR-LED zijn optioneel, gekopieerd van de Arduino, het is een beetje duidelijk of de stroom naar de LED-kubus is ingeschakeld.

C2, C3 en Q2 vormen het klokcircuit voor het Atmega 168/328p-apparaat, voorgeprogrammeerd met de bootloader. Zorg ervoor dat u de 22pF-condensatoren hier plaatst en niet elders, anders zal de chip niet starten. C1, C4 en C5 zijn ontkoppeling van de voeding. IC2, C6 en C7 vormen een eenvoudig lineair regelcircuit. Hier valt niet veel over te zeggen, maar zorg er wel voor dat je de condensatoren op de juiste manier monteert. Op de printtekening en de zeefdruk staan + symbolen.

SK1 en R8 en R9 zijn de seriële interface. Met behulp van een USB naar TTL-adapter kunt u het apparaat programmeren, met behulp van het voorbeeld hier

Stap 3: Het verkrijgen van de ontwerpbestanden en het maken van de PCB

De PCB-ontwerpgegevens kunnen worden gedownload van Github op

Er zijn bewerkte Gerber-bestanden voor verzending naar een PCB-fabrikant, schema en PCB-overlay in.png-formaat en de originele Eagle CAD-bestanden.

De print zou thuis kunnen worden gefabriceerd, ik zou dit hebben gedaan, maar ik had geen Etchant meer. Het ontwerp kan worden gefabriceerd met behulp van een enkelzijdige PCB en de toplaag (ROOD in de afbeeldingen) kan worden geïmplementeerd met behulp van vertinde koperdraadverbindingen. Ik gebruikte https://pcbshopper.com/ om een geschikte leverancier te vinden, voor de prototypes gebruikte ik Elecrow.

Het PCB-ontwerp op Github heeft 3 wijzigingen in het hier getoonde prototype-ontwerp:

1. De 7805CV regelaar is vervangen door een kleinere 78L05 regelaar.
2. De printplaat is 5 mm gekrompen.
3. Ik heb de polyfuse uit de USB +5V-feed verwijderd.

Stap 4: De printplaat monteren

De print is redelijk eenvoudig te monteren. Ik heb een foto toegevoegd van de gemonteerde PCB en de lay-out hierboven ter referentie. Ik begin altijd door eerst de kleinste onderdelen te monteren en naar boven te werken, vooral belangrijk als je geen PCB-standaard hebt.

1. Begin met het monteren van de weerstanden, soldeer ze nog niet. Zorg ervoor dat u het juiste onderdeel op de juiste plaats plaatst. Om de controle te vergemakkelijken, plaatst u ze met de tolerantieband naar rechts/onder, dit vergemakkelijkt de controle achteraf. Kijk hier als u hulp nodig heeft bij het identificeren van kleurcodes van weerstanden. Nadat je hebt gecontroleerd of de juiste onderdelen op de juiste plaats zitten, soldeer je de onderdelen.
2. Soldeer het kristal Q2 op zijn plaats en condensatoren C2 en C3.
3. Soldeer de 28-pins aansluiting voor de Atmega168/328 op zijn plaats, zorg ervoor dat je de inkeping van pin 1 naar boven hebt, dit helpt voorkomen dat het apparaat achterstevoren wordt geplaatst.
4. Monteer de ICSP- en JP1-connectoren.
5. Monteer de condensatoren C1, C4 en C5, alle 100nF (onderdeelcode 104).
6. De lineaire regelaar IC2.
7. Monteer de transistoren T1, T2 en T3. Zorg ervoor dat u T1/T2/T23 en IC1 niet hebt verwisseld, aangezien ze allemaal in hetzelfde pakket zitten.
8. Fit S1, de oriëntatie maakt niet uit.
9. Monteer C6 en C7, zorg ervoor dat de polariteit correct is!
10. Monteer de USB-connector X4.
11. Monteer de gelijkstroomstekker J1.

Het laatste stukje dat moet worden geassembleerd, is de SIL-gedraaide pin-header. Ik gebruik een paar fijne snijders om voorzichtig het plastic van elke pin van de strip te verwijderen, ik herhaal dit totdat ik 12 gedraaide pin-aansluitingen heb, en gebruik vervolgens een tang en 3 handen, soldeer ze om de beurt aan de PCB. Aangezien de meeste mensen geen 3 handen hebben, vertin elk gaatje met wat soldeer, om het kussentje te bedekken, laat het afkoelen. Breng vervolgens de soldeerbout aan om het soldeer te smelten en steek de pin erin, verwijder de soldeerbout voor een verbinding. Mogelijk hebt u wat vers soldeer nodig als u een droge verbinding heeft.

Neem een korte pauze voordat u uw soldeerwerk controleert, misschien voor een drankje? Inspecteer uw soldeerwerk, controleer de USB-connector aangezien de pinnen dicht bij elkaar staan en de pinnen op het Atmega168/328-apparaat.

Als u tevreden bent met het solderen, bevestigt u de zelfklevende voetjes aan de onderkant van de printplaat.

Stap 5: Montage van de LED-kubus

Dit is het lastigste deel van de vergadering. Neem de tijd, wees niet bang.

Ik heb opmerkingen toegevoegd aan de bovenstaande foto's, aangezien een foto meer zegt dan duizend woorden.

Een paar belangrijke punten.

1. Zorg ervoor dat de positieve draad (langere poot) naar beneden wijst terwijl het ontwerp +V overschakelt naar de 9 LED's op elke laag.
2. Zorg ervoor dat de negatieve draad in een hoek van 90 graden naar de LED is gebogen om de horizontale balken te maken.
3. Bouw elke laag afzonderlijk en controleer de build dubbel/drievoudig.
4. Zorg ervoor dat de vertinde koperdraad, wanneer deze wordt gebruikt, zich halverwege elke rij LED's bevindt, dit maakt het gemakkelijker om de laagschakeldraad te hechten.

Stap 6: Testen en definitieve kubusmontage

Voordat u de LED-kubuseenheid of het Atmega168/328-apparaat aansluit, kunt u een paar eenvoudige controles uitvoeren.

Als je een DMM hebt (je zou er een moeten hebben als je een project als dit bouwt), meet dan de weerstand over pin 7 (positief) en 8 (negatief) van de 28-pins socket, je zou >1K moeten hebben. Als het lager is dan dit, controleer dan uw soldeerwerk.

Breng vervolgens een 7-15V-ingang aan op J1, ga terug naar pinnen 7 & 8 van de 28-pins aansluiting, meet de spanning, je zou 5V moeten zien, maar het kan ergens tussen 4,90V en 5,1V zijn, dit is prima. Als u R6 en de PWR-LED hebt gemonteerd, moet deze branden.

Koppel J1 los, sluit een USB-kabel aan op X4, steek de kabel in een hub of een 5V USB-adapter, herhaal de spanningsmeting op pinnen 7 & 8 van de 28-pins aansluiting, is de meting rond 5V?

De bovenstaande controles waren om ervoor te zorgen dat de voedingsspanningen correct waren en van de juiste polariteit waren.

Plaats vervolgens voorzichtig het Atmega168p/328p-apparaat. Buig de pinnen een beetje, indien nodig, om in de socket te passen. Gebruik J1 en uw 7-15V-voeding, schakel de stroom in, kijk of IC2 kort na het inschakelen heet wordt. Als dit het geval is, schakelt u de stroom uit en controleert u de richting van IC1.

Plaats vervolgens voorzichtig de eerste rij van de LED-array. Zorg ervoor dat een van de steunbalken van vertind koperdraad zich dicht bij PADL1, PADL2 en PADL3 bevindt, dit heb je later nodig als je de draad voor elke laag soldeert. Het is het beste om te beginnen met een hoekpin en met een punttang elke pin voorzichtig een beetje te buigen, rij voor rij, om in de aansluiting op de printplaat te passen. Ik heb een foto toegevoegd van de eerste geassembleerde laag hierboven. Gebruik een stuk enkelstrengs 1/0.6 draad en knip het op een lengte die geschikt is om van PADL1/PADL2 of PADL3 naar elke laag van de kubus te gaan. Ik vond het gemakkelijker om de eerste rij LED's in de printplaat te steken en de eerste laag besturingsdraad (wit weergegeven) te solderen en vervolgens terug te gaan naar de vorige stap, een nieuwe rij te maken en vervolgens elke laag op de printplaat te monteren, omdat dit een stabiele baseren.

Begin met het solderen van de volgende laag door een van de hoek-LED's te solderen en soldeer vervolgens de tegenoverliggende hoek. Controleer nu of de laag waterpas is voordat u verder soldeert. Nadat u de laag hebt aangepast, soldeert u de andere twee hoek-LED's, de array moet waterpas zijn, maar controleer deze opnieuw. Soldeer de resterende LED's. Herhaal de laagmontage voor de laatste laag.

Stap 7: Programmeren

Afhankelijk van uw Atmega-apparaat, moet u mogelijk de bootloader programmeren of gewoon de code downloaden. Als je een chip hebt waarop de bootloader al is geprogrammeerd, kun je een USB naar TTL-adapter gebruiken. Volg deze handleiding:

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

Je kunt ook de 2x3 pins In Circuit System Programmable (ICSP) connector gebruiken, hiervoor kun je een andere Arduino gebruiken:

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

Ik gebruik een Usbasp programmer die werkt met de Arduino IDE, configureer deze via het menu Tools->Programmer. U kunt Arduino/Atmel AVR-programmeurs goedkoop oppikken via Ebay of andere veilingsites.

Download de LED cube-bibliotheek van https://github.com/gzip/arduino-ledcube, volg de instructies op de Github en zoek in je Voorbeelden-directory naar 'arduino-led-cube->ledcube'.

Als u de ICSP-programmer gebruikt, houdt u shift ingedrukt voordat u op uploaden klikt om de Arduino IDE de opdracht te geven de programmer te gebruiken. Als u de USB-naar-TTL-adapter gebruikt, drukt u op reset en laat u deze los zodra de IDE klaar is met compileren.

Nadat de voorbeeldcode was geprogrammeerd, zou u een LED-kubus met mooie patronen moeten hebben.

Dit is mijn eerste instructable, opmerkingen en feedback zijn welkom.