3x3 LED kocka zasnovana na Arduinu: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Zdravo i dobrodošli u moj prvi Instructable.

Predstavljam jednostavan, uredan dizajn za početnike 3x3x3 LED kocke. Da bih vam olakšao izgradnju, dajem detalje o acustom PCB-u, možete sami napraviti ili kupiti, upute i možete, poput mene, ponovno koristiti softver iz ove sjajne LED kocke Arduino biblioteke i arduino lib.

Jedan od ciljeva dizajna bio je koristiti samo dijelove kroz rupe, početnike je lakše lemiti i sve je lako dostupno putem interneta na vašim omiljenim web stranicama za aukcije/kupovinu.

Dizajn se može napajati putem USB kabela ili istosmjernog adaptera od 7,5-12V DC.

Krug koristi skraćeni dizajn jezgre Arduino i možete ga programirati u krugu pomoću jeftinog programatora za programiranje u sistemskom krugu (ICSP) ili lako dostupnog adaptera USB na TTL. Jedini softver koji vam je potreban je časni Arduino IDE.

Ovaj dizajn nije revolucionaran, samo se nadovezuje na neke prethodne radove i ja sam ga uredno zapakirao. Nadam se da ćete uživati.

Korak 1: Potrebni dijelovi

Ovaj dizajn koristi široko dostupne dijelove s rupama. Vaš omiljeni lokalni distributer trebao bi nabaviti potrebne dijelove.

Potreban vam je Atmega 168p ili Atmega 328p sa umetnutim Arduino pokretačkim programom. Možete ih pronaći na Ebayu, potražite "arduino bootloader", pazite da kupite DIL In Line (DIL) varijantu. Potrebna vam je i USB utičnica tipa B, obična, starija, debela. Odabrao sam ovo jer se lako lemi. Tranzistori, T1-T3 su NPN tranzistori opće namjene, kao i navedene vrste, možete koristiti BC108, 2N2222, 2N3904 itd. Uvijek provjerite ispis tranzistora prema PCB-u.

Za najvažnije LED diode, pobrinite se da kupite LED diode velike ili izuzetno svijetle svjetlosti. Koristio sam 10000-12000mcd LED dioda od prodavača na Ebayu za primjer kocke prikazan ovdje. Želite svijetle, tako da i dalje možete vidjeti kocku pri normalnom sobnom osvjetljenju. Uzmite u obzir da opis stavke opisuje kut gledanja, obično 20 stupnjeva, ali možete pronaći i širi kut gledanja. Ove ultra svijetle LED diode nisu najjasnije kada se gledaju sa strane. Možda ćete morati isprobati nekoliko LED dioda različitih dobavljača prije nego pronađete one koje odgovaraju vašim potrebama.

Kompletna lista delova:

Dio Vrijednost Opis PCB Lijepa zelena štampana ploča, napravite je ili kupite.27 LED diode od 3 mm, boja po vašem izboru. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm keramički kondenzator koraka C2 22p 22pF, 25V, 4.4mm keramički kondenzator

C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm keramički kondenzator koraka C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm keramički kondenzator C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm keramički kondenzator C6 10u 10uF 16V, kućište 5.5mm Elektrolitički kondenzator, 16V C7 22u 10uF 16V, Kućište od 5,5 mm Elektrolitički kondenzator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 ili ATMEGA328 sa Arduino pokretačkim programom IC2 L7805T L7805CV 5V, linearni regulator 100mA, paket IC92 ICSP ICSP traka za zaglavlje, 0,1 "korak, 2x3 utičnice. J1 DCJ0202 DC utičnica za napajanje, 2,1 mm JP1 traka sa zaglavljem, razmak 0,1 ", 1x3 način. Q2 16MHz 16MHz, HC49 kristal kućište, 50 ppm, niskoprofilni R1 10k 10K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R2 1k 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R3 1k 1K 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R4 1k 1K 1/ 4W otpornik metalnog filma 1% R5 470 470 1/4W otpornik metalnog filma 1% R6 1k 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R8 100 100R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R9 100 100R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R10 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R11 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R12 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R13 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R14 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R15 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R16 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R17 470 470R 1/4W otpornik metalnog filma 1% R18 1k 1K 1/4W otpornik metalnog filma 1% R19 LDR Opcionalno LDR S1 S1 4 -pinski, PTH prekidač za montažu na PCB 6x6 mm. T1 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor male snage, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor male snage, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 NPN tranzistor male snage, TO92 X4 USB utičnica tipa B, nosač za PCB kroz otvor 4 x 3-5 mm visok zalijepite na gumene noge.

Korak 2: Dijagram kola i objašnjenje operacije

Shema je prikazana gore.

Dizajn se zasniva na shemi Arduino Duemilanove, ogoljenoj do golih osnova. USB na serijski uređaj je uklonjen, ali postoji serijsko zaglavlje, JP1, koje omogućuje USB -u -TTL adapteru da programira uređaj, više o programiranju kasnije. Tu je i ICSP zaglavlje.

Ploča može raditi s USB priključka, koristeći prikladno napajanje od 5 V u računaru, ili jeftino punjenje za mobilne telefone u funtama/dolarima. Druga opcija koristi DC utični ulaz, koji prihvaća 7-15V DC ulaz tako da možete koristiti bilo koji adapter koji imate. Krug koristi samo 30 mA, pa bi odbačeni adapter s mrtvog gadžeta trebao funkcionirati, provjerite kutiju sa otpadom.

Otpornici R12 do R17 postavljaju struju koja postavlja svjetlinu LED dioda. Sa prikazanim crvenim LED diodama i 470R otpornicima, struja je ~ 5mA po LED. Za izračunavanje LED struje potreban vam je izlazni napon Atmega uređaja (4,2 V) i pad napona LED -a prema naprijed, za crvenu LED to je 1,7 V. Formula glasi:

LED struja = (Atmega izlazni napon - LED napon)/I Led

Sa dijelovima koje sam koristio: LED struja = (4.2-1.7)/470LED struja = 5.31mA

Ograničite struju s Atmega 168/328 na 10mA

Neki uobičajeni padovi LED napona:

Crvena 1,7 V Žuta 2,1 Narančasta 2,1 V Zelena 2,2 V Plava 3,2 V Super plava 3,6 V Bijela hladna 3,6 V

Tako da možete koristiti plavu LED diodu velike svjetline, otpornik bi pao na 270R. Možete povećati struju na 10mA, u mom testiranju sam otkrio da je 5mA dovoljno.

Tranzistori T1-T3 su uobičajeni NPN BJT tranzistori, BC547/BC548/2N2222 itd. Oni kontroliraju prebacivanje svakog od tri sloja. Otpornici R2-R4 ograničavaju osnovnu struju otpornika.

R6 i PWR LED su izborni, kopirani s Arduina, očito je ako je napajanje uključeno u LED kocku.

C2, C3 i Q2 tvore krug takta za uređaj Atmega 168/328p, unaprijed programiran s pokretačkim programom. Uvjerite se da kondenzatore od 22pF postavljate ovdje, a ne na drugom mjestu na kojem se čip neće uspjeti pokrenuti. C1, C4 i C5 su odspojnici napajanja. IC2, C6 i C7 tvore jednostavno linearno regulatorno kolo. Nema mnogo toga za reći o ovome, ali pazite da kondenzatore ispravno postavite. Na crtežu PCB -a i sitotisku postoje simboli +.

SK1 i R8 i R9 su serijsko sučelje. Koristeći USB na TTL adapter, možete programirati uređaj, koristeći primjer ovdje

Korak 3: Dobivanje dizajnerskih datoteka i izrada PCB -a

Podaci o dizajnu PCB -a mogu se preuzeti sa Github -a na

Postoje obrađene Gerber datoteke za slanje proizvođaču PCB -a, shematski i PCB preklop u-p.webp

PCB se mogao proizvesti kod kuće, ja bih to učinio, ali mi je ponestalo Etchanta. Dizajn se može izraditi pomoću jednostranog PCB -a, a gornji sloj (CRVENO na slikama) može se implementirati pomoću kalajisanih bakarnih žica. Koristio sam https://pcbshopper.com/ da pronađem odgovarajućeg dobavljača, za prototipe sam koristio Elecrow.

Dizajn PCB -a na Githubu ima 3 promjene u dizajnu prototipa koji je prikazan ovdje:

1. Regulator 7805CV zamijenjen je manjim regulatorom 78L05.
2. PCB se smanjio za 5 mm.
3. Uklonio sam polifuz iz USB +5V izvora.

Korak 4: Sastavljanje PCB -a

PCB je razumno jednostavan za sastavljanje. Za referencu sam dodao fotografiju sastavljene štampane ploče i gornji izgled. Uvijek započinjem tako što prvo ugradim najmanje dijelove i radim prema gore, posebno važno ako nemate postolje za PCB.

1. Počnite tako da prvo postavite otpornike, nemojte ih još lemiti. Uverite se da ste ispravnu komponentu umetnuli na pravo mesto. Radi lakše provjere, postavite ih tolerancijskom trakom desno/dolje, što olakšava provjeru nakon toga. Ovdje pogledajte ako vam je potrebna pomoć pri identificiranju kodova boja otpornika. Nakon što provjerite jesu li ispravni dijelovi na pravom mjestu, lemite dijelove.
2. Lemite kristal Q2 na mesto i kondenzatore C2 i C3.
3. Lemite 28 -polnu utičnicu za Atmega168/328 na svom mjestu, pazite da imate pin 1 na vrhu, to pomaže u sprječavanju stavljanja uređaja unatrag.
4. Postavite ICSP i JP1 konektore.
5. Postavite kondenzatore C1, C4 i C5, svi 100nF (šifra proizvoda 104).
6. Linearni regulator IC2.
7. Ugradite tranzistore T1, T2 i T3. Uvjerite se da niste zamijenili T1/T2/T23 i IC1 jer su svi u istom paketu.
8. Odgovara S1, orijentacija nije bitna.
9. Postavite C6 i C7, pobrinite se da ispravno postavite polaritet!
10. Postavite USB konektor X4.
11. Postavite utikač istosmjernog napajanja J1.

Posljednji bit za sastavljanje je SIL zakrenuti pin zaglavlje. Koristim par finih rezača za pažljivo uklanjanje plastike sa svakog zatiča trake, ponavljam ovo dok ne dobijem 12 zavrnutih utičnica, zatim pomoću kliješta i 3 ruke lemim svaki zauzvrat na PCB. Kako većina ljudi nema 3 ruke, svaku rupu zalijepite malo lemljenja, da prekrijete jastučić, ostavite da se ohladi. Zatim nanesite lemilicu da rastopite lem i umetnite iglu, uklonite lemilicu za spoj. Možda vam je potrebno malo svježeg lema ako imate suhi spoj.

Prije nego što provjerite svoje lemljenje, napravite kratku pauzu, možda za piće? Pregledajte svoje lemljenje, provjerite USB konektor jer su pinovi blisko razmaknuti i pinovi na uređaju Atmega168/328.

Kad budete zadovoljni svojim lemljenjem, pričvrstite samoljepljive nožice na donju stranu PCB -a.

Korak 5: Sklapanje LED kocke

Ovo je najteži dio montaže. Ne žurite, ne bojte se.

Dodao sam bilješke na gornje slike jer slika govori hiljadu riječi.

Nekoliko važnih tačaka.

1. Osigurajte da pozitivni vod (duža noga) bude usmjeren prema dolje dok dizajn prelazi s +V na 9 LED dioda na svakom sloju.
2. Uvjerite se da je negativni vod savijen pod uglom od 90 stepeni u odnosu na LED, kako biste napravili vodoravne šipke.
3. Izgradite svaki sloj pojedinačno i dvaput/trostruko provjerite sastav.
4. Pobrinite se da je kalajisana bakrena žica, kada se koristi, na pola puta između svakog reda LED dioda, što olakšava pričvršćivanje žice prekidača slojeva.

Korak 6: Testiranje i završna montaža kocke

Prije nego što priključite sklop LED kocke ili Atmega168/328 uređaj, možete izvršiti nekoliko jednostavnih provjera.

Ako imate DMM (trebali biste ga imati ako gradite ovakav projekt), izmjerite otpor na pinovima 7 (pozitivni) i 8 (negativni) 28 -polne utičnice, trebali biste imati> 1K. Ako je niža od ove, provjerite lemljenje.

Zatim priključite ulaz 7-15V na J1, vraćajući se na pinove 7 i 8 28-polne utičnice, izmjerite napon, trebali biste vidjeti 5V, ali može biti bilo gdje između 4,90 V i 5,1 V, to je u redu. Ako ste ugradili R6 i PWR LED, ova bi trebala svijetliti.

Isključite J1, priključite USB kabel u X4, priključite kabel u čvorište ili napajanje na 5V USB adapter, ponovite očitanje napona na pinovima 7 i 8 28 -polne utičnice, je li očitanje oko 5V?

Gore navedene provjere trebale su osigurati ispravne napone napajanja i pravilan polaritet.

Zatim pažljivo umetnite uređaj Atmega168p/328p. Savijte igle malo, ako je potrebno, kako bi odgovarale utičnici. Pomoću J1 i napajanja od 7-15V uključite napajanje, provjerite zagrijava li se IC2 ubrzo nakon uključivanja. U tom slučaju isključite napajanje i provjerite orijentaciju IC1.

Zatim pažljivo umetnite prvi red LED polja. Uvjerite se da je jedna od nosećih šipki od kalajisane bakrene žice blizu PADL1, PADL2 i PADL3, to će vam trebati kasnije kada lemite žicu za svaki sloj. Najbolje je započeti s kutnom iglom i pomoću par kliješta s iglastim nosem pažljivo savijte svaki zatik, red po red, kako biste uklopili utičnicu na PCB. Dodao sam gornju fotografiju prvog složenog sloja. Koristeći komad jednolančane žice 1/0,6, izrežite je na dužinu prikladnu za prelazak od PADL1/PADL2 ili PADL3 do svakog sloja kocke. Bilo mi je lakše umetnuti prvi red LED dioda u tiskanu ploču i zalemiti kontrolnu žicu prvog sloja (prikazana bijelom bojom), a zatim se vratiti na prethodni korak, napraviti drugi red, a zatim sastaviti svaki sloj na PCB jer je to osiguralo stabilnost baza.

Započnite lemljenjem sljedećeg sloja lemljenjem jedne od kutnih LED dioda, a zatim lemite suprotni ugao. Sada provjerite da li je sloj u ravnini prije nego što više lemite. Nakon što podesite sloj, lemite ostale dvije kutne LED diode, niz bi trebao biti niveliran, ali ga ponovo provjerite. Lemite preostale LED diode. Ponovite sklop sloja za završni sloj.

Korak 7: Programiranje

Ovisno o vašem Atmega uređaju, možda ćete morati programirati pokretački program ili samo preuzeti kod. Ako imate čip s već programiranim pokretačkim programom, možete koristiti USB na TTL adapter. Slijedite ovaj vodič:

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

Možete koristiti i 2x3 -pinski konektor za programiranje u sistemskom krugu (ICSP), za to možete upotrijebiti drugi Arduino:

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

Koristim Usbasp programer koji radi s Arduino IDE-om, konfiguriram ovo putem izbornika Alati-> Programer. Arduino/Atmel AVR programere možete jeftino nabaviti putem Ebaya ili drugih web lokacija za aukcije.

Preuzmite biblioteku LED kockica s https://github.com/gzip/arduino-ledcube, slijedite upute na Githubu i potražite u direktoriju Primjeri 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Ako koristite ICSP programer, držite shift prije nego kliknete na upload kako biste uputili Arduino IDE da koristi programator. Ako koristite USB-to TTL adapter, pritisnite i otpustite reset kada IDE završi sa kompajliranjem.

Nakon što je primjer koda programiran, trebali biste imati LED kocku s lijepim uzorcima.

Ovo je moje prvo uputstvo, komentari i povratne informacije su dobrodošli.