Arduino- ի հիման վրա 3x3 LED Cube: 7 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Բարև և բարի գալուստ իմ առաջին Instructable:

Ես ներկայացնում եմ մի պարզ, կոկիկ դիզայն սկսնակների համար 3x3x3 LED խորանարդի համար: Կառուցումն ավելի դյուրին դարձնելու համար ես տրամադրում եմ PCB- ի մանրամասներ, կարող եք ինքներդ պատրաստել կամ գնել, ցուցումներ և կարող եք, ինչպես և ես, կրկին օգտագործել այս մեծ Arduino գրադարանի LED խորանարդի և arduino lib- ի ծրագրակազմը:

Դիզայնի նպատակներից մեկն այն էր, որ օգտագործվի միայն անցքերի մասերի միջոցով, դրանք ավելի հեշտ է զոդել սկսնակների համար, և ամեն ինչ հասանելի է ինտերնետի միջոցով ձեր նախընտրած աճուրդների/գնումների կայքերում:

Դիզայնը կարող է սնուցվել USB մալուխից կամ 7.5-12V DC հոսանքի ադապտերից:

Միացումն օգտագործում է Arduino- ի հիմնական դիզայնը, և դուք կարող եք այն ծրագրավորել սխեմայի միջոցով `օգտագործելով էժան In Circuit System Programmable (ICSP) ծրագրավորողը կամ USB- ի TTL ադապտեր, որը հասանելի է: Միակ ծրագրաշարը, որն անհրաժեշտ է ձեզ, հարգելի Arduino IDE- ն է:

Այս դիզայնը հեղափոխական չէ, այն պարզապես հիմնված է որոշ նախորդ աշխատանքների վրա, և ես այն կոկիկ փաթեթավորեցի: Հուսով եմ, որ դուք վայելեք այն:

Քայլ 1: Պահանջվում են մասեր

Այս դիզայնը լայնորեն օգտագործում է անցքերի մասերի միջոցով: Ձեր նախընտրած տեղական դիստրիբյուտորը պետք է պահպանի ձեզ անհրաժեշտ մասերը:

Ձեզ իսկապես անհրաժեշտ է Atmega 168p կամ Atmega 328p, որի մեջ բռնկվել է Arduino բեռնիչը: Դուք կարող եք դրանք գտնել Ebay- ում, որոնել «arduino bootloader», համոզվեք, որ գնում եք Dual In Line (DIL) տարբերակը: Ձեզ նույնպես պետք է USB տիպի B վարդակից, սովորականից, հինից, հաստից: Ես ընտրեցի սա, քանի որ այն հեշտ է զոդել: Տրանզիստորները, T1-T3- ը ընդհանուր նշանակության NPN տրանզիստորներ են, ինչպես նաև թվարկված տեսակները, կարող եք օգտագործել BC108, 2N2222, 2N3904 և այլն, բայց միշտ ստուգեք տրանզիստորների անցումը PCB- ի դեմ:

Ամենակարևոր LED- ների համար համոզվեք, որ գնում եք բարձր պայծառությամբ կամ ծայրահեղ լուսավոր LED- ներով: Ես օգտագործել եմ 10000-12000 մկդ լուսադիոդներ վաճառողից Ebay- ում ՝ այստեղ ցուցադրված օրինակելի խորանարդի համար: Դուք ցանկանում եք լուսավոր լուսավորներ, որպեսզի դեռ տեսնեք խորանարդը սենյակի սովորական լուսավորության մեջ: Եթե ապրանքի նկարագրությունը մանրամասնում է դիտման անկյունը, սովորաբար դրա 20 աստիճանը, բայց դուք կարող եք գտնել այն ավելի լայն տեսանկյունից, հաշվի առեք այն: Այս ծայրահեղ լուսադիոդային լուսարձակները ամենահայտնին չեն, երբ կողքերը դիտվում են: Հնարավոր է ՝ ստիպված լինեք փորձել տարբեր մատակարարների մի քանի LED- ներ, նախքան ձեր կարիքներին համապատասխանող սարքեր գտնելը:

Մասերի ամբողջական ցուցակ

Մասի արժեքը Նկարագրություն PCB Գեղեցիկ կանաչ PCB, պատրաստեք այն կամ գնեք այն: 27 3 մմ LED, ձեր ընտրած գույնով: C1 100n 100nF, 25V, 7.5 մմ բարձրության կերամիկական կոնդենսատոր C2 22p 22pF, 25V, 4.4 մմ սկիպիդար կերամիկական կոնդենսատոր

C3 22p 22pF, 25V, 4.4 մմ սկիպիդար կերամիկական կոնդենսատոր C4 100n 100nF, 25V, 7.5 մմ սկիպիդար կերամիկական կոնդենսատոր C5 100n 100nF, 25V, 7.5 մմ սկիպիդար կերամիկական կոնդենսատոր C6 10u 10uF 16V, 5.5 մմ պատյան Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5 մմ պատյան Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 կամ ATMEGA328 Arduino բեռնախցիկով IC2 L7805T L7805CV 5V, 100 մԱ գծային կարգավորիչ, TO92 փաթեթ ICSP ICSP Պին գլխի ժապավեն, 0.1 սկիպիդար, 2x3 ճանապարհ. J1 ներկ., 200 մմ. JP1 Պին գլխի ժապավեն, 0.1 դյույմ սկիպիդար, 1x3 ճանապարհ: Q2 16MHz 16MHz, HC49 պատյան բյուրեղյա, 50 էջ/րոպե, ցածր պրոֆիլ R1 10k 10K 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R2 1k 1K 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R3 1k 1K 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R4 1k 1K 1/ 4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R5 470 470 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R6 1k 1K 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R8 100 100R 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R9 100 100R 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R10 470 470R 1/4W մետաղական ֆիլմի ռեզիստոր 1% R11 470 470R 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R12 470 470R 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R13 470 470R 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R14 470 470R 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R15 470 470R 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R16 470 470R 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R17 470 470R 1/4W մետաղական թաղանթ դիմադրություն 1% R18 1k 1K 1/4W մետաղական ֆիլմի դիմադրություն 1% R19 LDR Լրացուցիչ LDR S1 S1 4 պին, 6x6 մմ PCB- ի ամրացման PTH անջատիչ: T1 BC547 BC547/BC548 ցածր էներգիայի NPN տրանզիստոր, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 ցածր էներգիայի NPN տրանզիստոր, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 ցածր էներգիայի NPN տրանզիստոր, TO92 X4 USB տիպի B վարդակից, PCB- ի տեղադրում անցքից: 4 x 3-5 մմ բարձրություն կպչեք ռետինե ոտքերի վրա:

Քայլ 2. Շրջանակային դիագրամ և գործողության բացատրություն:

Սխեմատիկան ներկայացված է վերևում:

Դիզայնը հիմնված է Arduino Duemilanove սխեմատիկ սխեմայի վրա, որը զրկված է առաջին անհրաժեշտությունից: USB- ի սերիական սարքը հեռացվել է, բայց կա սերիական վերնագիր `JP1, որը թույլ է տալիս USB- ից TTL ադապտեր ծրագրավորել սարքը, ավելի ուշ` ծրագրավորման մասին: Կա նաև ICSP- ի վերնագիրը:

Սալիկը կարող է աշխատել USB վարդակից ՝ օգտագործելով համակարգչի հարմար 5 Վ լարման կամ բջջային հեռախոսի լիցքավորիչի ֆունտ/դոլար խանութի էժան փաթեթ: Մյուս տարբերակը օգտագործում է DC խրոցակի մուտք, սա ընդունում է 7-15V DC մուտք, այնպես որ կարող եք օգտագործել ցանկացած վարդակից ադապտեր: Միացումն օգտագործում է միայն 30 մԱ, այնպես որ մեռած գործիքի վրա նետված ադապտորը պետք է աշխատի, ստուգեք ձեր աղբարկղը:

R12- ից R17 դիմադրիչները սահմանում են հոսանքը, որը սահմանում է LED- ների պայծառությունը: RED լամպերով և ցուցադրված 470R դիմադրիչներով, հոսանքը յուրաքանչյուր LED- ի համար կազմում է m 5 մԱ: LED հոսանքը հաշվարկելու համար ձեզ հարկավոր է Atmega սարքի ելքային լարումը (4.2V) և LED- ի առաջի լարման անկումը, կարմիր LED- ի համար այն 1.7V է: Բանաձևը հետևյալն է.

LED ընթացիկ = (Atmega ելքային լարումը - LED լարման)/I Led

Իմ օգտագործած մասերի հետ. LED հոսանք = (4.2-1.7)/470LED ընթացիկ = 5.31mA

Սահմանափակեք Atmega 168/328 հոսանքը մինչև 10 մԱ

Որոշ սովորական LED լարման անկումներ.

Կարմիր 1.7 Վ Դեղին 2.1 Վ Նարնջագույն 2.1 Վ Կանաչ 2.2 Վ Կապույտ 3.2 Վ Գերագույն կապույտ 3.6 Վ Սպիտակ սառը 3.6 Վ

Այսպիսով, դուք կարող եք օգտագործել բարձր պայծառության կապույտ LED, դիմադրությունը կնվազի մինչև 270R: Դուք կարող եք հոսանքը հասցնել 10 մԱ -ի, իմ փորձարկման արդյունքում ես գտա, որ 5 մԱ -ն բավարար էր:

T1-T3 տրանզիստորները սովորական NPN BJT տրանզիստորներ են, BC547/BC548/2N2222 և այլն: Նրանք վերահսկում են երեք շերտերից յուրաքանչյուրի անջատումը: R2-R4 ռեզիստորները սահմանափակում են դիմադրության բազային հոսանքը:

R6- ը և PWR LED- ն ընտրովի չեն, պատճենված են Arduino- ից, մի տեսակ ակնհայտ է, եթե հոսանքը միացված է LED խորանարդին:

C2, C3 և Q2- ը կազմում են ժամացույցի միացում Atmega 168/328p սարքի համար, որը նախապես ծրագրավորված է բեռնիչով: Համոզվեք, որ դուք տեղավորում եք 22pF կոնդենսատորները այստեղ և ոչ մի այլ տեղ չիպը չի սկսվի: C1, C4 և C5 էլեկտրամատակարարման ապամոնտաժումն են: IC2, C6 և C7- ը կազմում են պարզ գծային կարգավորիչի միացում: Այս մասին շատ բան չկա ասելու, բայց համոզվեք, որ կոնդենսատորները ճիշտ տեղավորեք: PCB գծապատկերում և մետաքսե էկրանին կան + նշաններ:

SK1 և R8 և R9 սերիական ինտերֆեյսն են: Օգտագործելով USB- ից TTL ադապտեր ՝ կարող եք ծրագրավորել սարքը ՝ օգտագործելով օրինակն այստեղ

Քայլ 3. Դիզայնի ֆայլերի ձեռքբերում և PCB- ի պատրաստում

PCB- ի նախագծման տվյալները կարելի է ներբեռնել Github- ից ՝

Կան մշակված Gerber ֆայլեր ՝ PCB պատրաստողին ուղարկելու, սխեմատիկ և PCB ծածկույթով-p.webp

PCB- ն կարող էր պատրաստվել տանը, ես կանեի դա, բայց ես վերջացրի Etchant- ը: Դիզայնը կարող է պատրաստվել միակողմանի PCB- ի միջոցով, իսկ վերին շերտը (նկարներում `ԿԱՐՄԻՐ) կարող է իրականացվել` օգտագործելով պղնձե մետաղալարերի կապարներ: Ես օգտագործել եմ https://pcbshopper.com/- ը ՝ համապատասխան վաճառող գտնելու համար, այն նախատիպերի համար, որոնք ես օգտագործել եմ Elecrow- ը:

Github- ում PCB- ի դիզայնը 3 փոփոխություն ունի այստեղ ցուցադրված նախատիպի դիզայնի մեջ.

1. 7805CV կարգավորիչը փոխարինվել է ավելի փոքր 78L05 կարգավորիչով:
2. PCB- ն կրճատվել է 5 մմ -ով:
3. Ես հանեցի պոլիֆուզը USB +5V հոսքից:

Քայլ 4: PCB- ի հավաքում

PCB- ն ողջամտորեն ուղիղ առաջ է հավաքվում: Ես ավելացրել եմ հավաքված PCB- ի լուսանկարը և հղման համար վերևի դասավորությունը: Ես միշտ սկսում եմ ամենափոքր մասերը նախ տեղավորելուց և վերև աշխատելուց, հատկապես կարևոր է, եթե դուք չունեք PCB- ի տակդիր:

1. Սկսեք ՝ առաջինը տեղադրելով դիմադրիչները, դրանք դեռ միացրեք: Համոզվեք, որ ճիշտ բաղադրիչը տեղադրեք ճիշտ տեղում: Ստուգման հեշտության համար դրանք տեղավորեք հանդուրժողականության ժապավենով աջ/ներքևում, այն ավելի հեշտ է դարձնում դրանք ստուգելը: Նայեք այստեղ, եթե օգնության կարիք ունեք դիմադրության գույնի կոդերը պարզելու համար: Հաստատելուց հետո, որ ճիշտ մասերը ճիշտ տեղում են, մասերը կպցրեք:
2. Oldոդեք բյուրեղյա Q2- ը տեղում և C2 և C3 կոնդենսատորները:
3. Sոդեք Atmega168/328- ի համար նախատեսված 28 փին վարդակը տեղում, համոզվեք, որ 1 -ին քորոցը ամենաբարձրն է, դա օգնում է կանխել սարքը հետընթաց տեղադրելը:
4. Տեղադրեք ICSP և JP1 միակցիչները:
5. Տեղադրեք C1, C4 և C5 կոնդենսատորները, բոլորը 100nF (մասի կոդ 104):
6. Գծային կարգավորիչ IC2:
7. Տեղադրեք T1, T2 և T3 տրանզիստորները: Համոզվեք, որ T1/T2/T23 և IC1- ը չեք փոխանակել, քանի որ դրանք բոլորը նույն փաթեթում են:
8. Fit S1, կողմնորոշումը նշանակություն չունի:
9. Տեղադրեք C6 և C7, համոզվեք, որ բևեռայնությունը ճիշտ եք ստացել:
10. Տեղադրեք USB միակցիչ X4:
11. Տեղադրեք DC հոսանքի վարդակը J1:

Հավաքման վերջին բիթը SIL- ի վերածված քորոց վերնագիրն է: Ես օգտագործում եմ մի զույգ նուրբ հատիչներ, որպեսզի պլաստիկը զգուշորեն հեռացնեմ շերտի յուրաքանչյուր քորոցից, կրկնում եմ սա մինչև 12 պտուտակված վարդակների վարդակներ ունենալը, այնուհետև օգտագործելով մի տափակաբերան աքցան և 3 ձեռքեր, յուրաքանչյուրն իր հերթին կպցնելով PCB- ին: Քանի որ մարդկանց մեծամասնությունը չունի 3 ձեռք, յուրաքանչյուր անցք թիթեղով կպցրեք, որպեսզի ծածկեք բարձիկը, թողեք սառչի: Այնուհետև կպցրեք եռակցման երկաթը, որպեսզի հալեցրեք զոդումը և տեղադրեք քորոցը, հանեք եռակցման երկաթը հոդի համար: Չոր հոդերի առկայության դեպքում ձեզ կարող է անհրաժեշտ լինել մի փոքր զոդման աշխատանք:

Նախքան ձեր զոդումը ստուգելը, կարճ ընդմիջում կատարեք, գուցե խմիչքի համար: Ստուգեք ձեր զոդումը, ստուգեք USB միակցիչը, քանի որ կապումներն իրարից հեռու են, իսկ Atmega168/328 սարքի կապերը:

Երբ դուք գոհ եք ձեր զոդումից, ամրացրեք ինքնասոսնձվող ոտքերը PCB- ի ներքևի մասում:

Քայլ 5: LED խորանարդի հավաքում

Սա հավաքի ամենաբարդ մասն է: Մի շտապեք, մի վախեցեք:

Ես վերոնշյալ նկարներին նշումներ եմ ավելացրել, քանի որ նկարը հազար բառ է ասում:

Մի քանի կարևոր կետ.

1. Ապահովեք դրական կապարի (ավելի երկար ոտքի) կետերը դեպի ներքև, քանի որ դիզայնը փոխում է +V- ը յուրաքանչյուր շերտի 9 LED- ի վրա:
2. Համոզվեք, որ բացասական կապարը թեքված է LED- ի վրա 90 աստիճանով `հորիզոնական ձողեր պատրաստելու համար:
3. Կառուցեք յուրաքանչյուր շերտ առանձին և կրկնակի/եռակի ստուգեք կառուցվածքը:
4. Համոզվեք, որ պահածոյացված պղնձե մետաղալարը, երբ օգտագործվում է, LED- ների յուրաքանչյուր շարքի միջև կես ճանապարհ է, ինչը հեշտացնում է շերտի անջատիչի մետաղալարով ամրացումը:

Քայլ 6. Փորձարկում և վերջնական խորանարդի հավաքում

Նախքան LED խորանարդի հավաքածուն կամ Atmega168/328 սարքը միացնելը, կարող եք մի քանի պարզ ստուգում կատարել:

Եթե ունեք DMM (դուք պետք է ունենաք մեկը, եթե կառուցում եք այսպիսի նախագիծ), չափեք դիմադրությունը 28 փին վարդակից 7 (դրական) և 8 (բացասական) կապերի միջև, պետք է ունենաք> 1K: Եթե սա ավելի ցածր է, ստուգեք ձեր զոդումը:

Հաջորդը կիրառեք 7-15 Վ մուտքագրում J1- ի համար, վերադառնալով 28 փին վարդակից 7 և 8 կապերին, չափեք լարումը, դուք պետք է տեսնեք 5 Վ, բայց այն կարող է լինել 4.90 Վ-ից մինչև 5.1 Վ, դա լավ է: Եթե դուք տեղադրել եք R6 և PWR LED, այն պետք է լուսավորված լինի:

Անջատեք J1- ը, միացրեք USB լարը X4- ին, միացրեք մալուխը հանգույցի կամ 5V USB ադապտերի ցանցին, կրկնեք 28 փին վարդակից 7 և 8 կապում լարման ցուցանիշը:

Վերոնշյալ ստուգումները պետք է ապահովեին մատակարարման լարումները ճիշտ և ճիշտ բևեռականություն:

Հաջորդը, ուշադիր տեղադրեք Atmega168p/328p սարքը: Անհրաժեշտության դեպքում մի փոքր թեքեք կապում, վարդակին տեղավորելու համար: Օգտագործելով J1- ը և ձեր 7-15 Վ լարման աղբյուրը, միացրեք հոսանքը, տեսեք, արդյոք IC2- ը տաքանում է միացումից անմիջապես հետո: Եթե դա այդպես է, անջատեք հոսանքը և ստուգեք IC1- ի կողմնորոշումը:

Հաջորդը ուշադիր տեղադրեք LED զանգվածի առաջին շարքը: Համոզվեք, որ պահածոյացված պղնձե մետաղալարերի հենարաններից մեկը մոտ է PADL1- ին, PADL2- ին և PADL3- ին, դա ձեզ հարկավոր է հետագայում, երբ մետաղալարերը կպցնում եք յուրաքանչյուր շերտի համար: Ավելի լավ է սկսել անկյունային քորոցով և ասեղով քթի տափակաբերան աքցան օգտագործելով, յուրաքանչյուր քորոցը մի փոքր թեքեք տող առ տող, որպեսզի վարդակը տեղավորվի PCB- ի վրա: Վերևում ես ավելացրել եմ առաջին հավաքված շերտի լուսանկարը: Օգտագործելով միայնակ շղթայի 1/0.6 մետաղալարի կտոր, կտրեք այն այնպիսի երկարությամբ, որը հարմար է PADL1/PADL2 կամ PADL3- ից խորանարդի յուրաքանչյուր շերտ անցնելու համար: Ես ավելի հեշտ համարեցի LED- ների առաջին շարքը ներդնել PCB- ի մեջ և կպցնել առաջին շերտի կառավարման մետաղալարը (ցուցադրված է սպիտակ գույնով), ապա վերադառնալ նախորդ քայլին, կատարել մեկ այլ տող, այնուհետև յուրաքանչյուր շերտը հավաքել PCB- ի վրա, քանի որ դա ապահովում էր կայուն հիմք:

Սկսեք ՝ կպցնելով հաջորդ շերտը ՝ կպցնելով անկյունային LED- ներից մեկը, այնուհետև կպցրեք հակառակ անկյունը: Այժմ ստուգեք, որ շերտը մակարդակի վրա է, նախքան այն նորից կպցնելը: Երբ դուք կարգավորել եք շերտը, կպցնել մյուս երկու անկյունային LED- ները, զանգվածը պետք է հավասար լինի, բայց նորից ստուգեք այն: Erոդեք մնացած LED- ները: Կրկնեք շերտերի հավաքումը վերջնական շերտի համար:

Քայլ 7: mingրագրավորում

Կախված ձեր Atmega սարքից, գուցե անհրաժեշտ լինի ծրագրավորեք bootloader- ը կամ պարզապես ներբեռնեք կոդը: Եթե արդեն ունեք ծրագրավորված bootloader- ի հետ չիպ, կարող եք օգտագործել USB to TTL ադապտեր: Հետևեք այս ուղեցույցին

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

Կարող եք նաև օգտագործել 2x3 փին In Circuit System Programmable (ICSP) միակցիչ, սա անելու համար կարող եք օգտագործել մեկ այլ Arduino:

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

Ես օգտագործում եմ Usbasp ծրագրավորող, որն աշխատում է Arduino IDE- ի հետ: Կարգավորեք դա Գործիքներ-> merրագրավորող մենյուի միջոցով: Դուք կարող եք Arduino/Atmel AVR ծրագրավորողներին ընտրել էժան ՝ Ebay- ի կամ աճուրդի այլ կայքերի միջոցով:

Ներբեռնեք LED խորանարդի գրադարանը https://github.com/gzip/arduino-ledcube- ից, հետևեք Github- ի հրահանգներին և փնտրեք «Օրինակներ» գրացուցակում «arduino-led-cube-> ledcube»:

Եթե դուք օգտագործում եք ICSP ծրագրավորողը, պահեք հերթափոխը նախքան բեռնումը սեղմելը ՝ Arduino IDE- ին ծրագրավորողին օգտագործելու հրահանգ տալու համար: Եթե օգտագործում եք USB-to TTL ադապտեր, IDE- ի կազմման ավարտից հետո սեղմեք և բաց թողեք վերականգնումը:

Երբ օրինակի կոդը ծրագրավորվել է, դուք պետք է ունենաք գեղեցիկ նախշերով LED խորանարդ:

Սա իմ առաջին հրահանգն է: Մեկնաբանություններն ու արձագանքները ողջունելի են: