Cubo Led 4x4x4: 13 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Por que construir este cubo de LED?

* Ao terminar, você pode exibir um padrão bonito e intrincado.

* Faz você pensar e resolver problemas.

* É divertido e gratificante ver como tudo funciona bem.

* É um projeto pequeno e gerenciável para qualquer novato em soldagem e eletrônica aprender, e ainda é grande o suficiente para exibir padrões deslumbrantes e impressionantes.

* O código do arduino é bastante fácil de gerenciar.

* Um custo relativamente baixo para um alto entretenimento e a enorme quantidade que você aprenderá se for novo em eletrônica.

Primeiro, vou mostrar como fazer este rápido cubo de led 4x4x4 que requer apenas algumas horas de trabalho para ser configurado (depois de fazer os gabaritos), mas também é um design robusto. Vou tentar o meu melhor para explicar para que todos entendam minhas escolhas de design. Finalmente, explicarei como programar novos padrões de 2 maneiras diferentes.

Suprimentos

Partes:

1. Placa de prototipagem de 10 cm * 15 cm - 1x $ 2 cada
2. sn74hc595n - 2x $ 0,57 cada
3. Resistores de 120 ohms - 16x $ 0,04 ea (o valor depende do seu LED, consulte a etapa 7)
4. Resistores de 10k ohm - 4x $ 0,10 cada
5. Fqp20n06l canal N MOSFETS - 4x $ 0,95 cada
6. Arduino nano v3 - 1x $ 22 cada
7. Conector CC de 5,5 mm - 1x opcional $ 0,35 ea
8. Fio de cobre estanhado 20 AWG - 15 pés $ 0,12 / pé
9. Cabo flat 40 condutor ou outro fio de bitola pequena (AWG) - menos de 1 pé $ 2,3 / pé
10. Contraplacado de 5 mm 6 ", 12" - 1 x $ 2 cada
11. solda 0,8 mm - 1x $ 10,89 cada
12. Placa de 1 "x 6" x 4 '- 6 "$ 8,39 cada
13. LEDs difusos de 5mm - kit 64 $ 15
14. Tampa de cerâmica 100nf - 2x $ 0,25 cada

Custo estimado por cubo: $ 40 (se as peças forem compradas a granel, o custo por cairá significativamente)

Ferramentas:

1. Alicate de ponta fina x2
2. Cortadores nivelados ou cortadores laterais
3. Ferro de solda
4. Decapantes de arame
5. Serra de mesa
6. Perfuração (Prensa de perfuração recomendada)
7. Serrote ou serra de fita
8. Computador para programação

Etapa 1: o primeiro gabarito **

O primeiro gabarito consiste em 2) brocas de 0,8 mm, placa de prototipagem e um orifício de 5 mm para o LED. Comece pegando sua placa de prototipagem (com pelo menos 2 cm de largura e 2,54 mm (0,1 ") de espaçamento de centro a centro dos orifícios) marque o primeiro ponto em uma das bordas da placa. Em uma linha reta, faça outra marca após mover mais 3 furos. Em seguida, marque o ponto que está 2 furos mais para cima (ver imagem 1). Em seguida, no centro do furo marcado faça um furo de 5 mm, usei uma broca de 13/64 polegadas e funcionou bem. É melhor se você use bits menores e trabalhe até 13/64 polegadas apenas para se certificar de que está perfeitamente centralizado no orifício, caso contrário, o cubo inteiro estará fora. Em seguida, na marcação externa, use os bits de 0,8 mm para alargar ligeiramente o furos. Certifique-se de que todos os furos estão perpendiculares à placa de prototipagem, se disponível, use uma furadeira, mas uma furadeira manual funcionará. Corte 3) quadrados de 1 "É mais fácil usar uma serra de fita, mas uma serra manual também funcionará. Com a cola de elmer, faça uma pequena pilha de madeira com todas as bordas alinhadas umas com as outras. Por fim, cole-o na placa de prototipagem, prenda-o todo e espere. Depois que tudo estiver seco, perfure novamente tudo de modo que os orifícios na placa de prototipagem percorram todo o forro de madeira. Coloque os bits de 0,8 mm no orifício que foi feito na borda. Se tudo foi feito corretamente, deve ser semelhante à imagem # 2.

** Os gabaritos representados são projetados para fazer um cubo de LED de 8 * 8 * 8, portanto, são ligeiramente maiores. Seu gabarito será menor. Esses gabaritos são baseados nos designs de Steve Manley para seu cubo LED RGB 8 * 8 * 8. Parece e funciona muito bem. Eu recomendaria conferir seus vídeos.

o canal do youtube dele

Etapa 2: o segundo gabarito **

O segundo gabarito é feito de compensado de 5 mm. Comece marcando e cortando 3 peças de 4 "por 2". Usei uma serra de fita, mas uma serra manual também funcionaria. Em uma das peças, marque 1 "no lado 2" em ambas as extremidades e desenhe uma linha entre as duas. No lado de 4 "vá em 1/2" na linha feita anteriormente, a próxima marca deve estar a 1 "da atual, continue até chegar ao final do tabuleiro. As outras duas peças devem ser alinhadas e coladas com cola de elmer. Assim que a cola estiver seca, pegue a seção marcada e a seção colada, alinhe-as e prenda-as. Faça furos de 5 mm (13/64) onde as linhas se cruzam na placa. A etapa final é fazer os furos da peça colada. maior eu fui com 1/4 ".

Etapa 3: o terceiro gabarito **

O terceiro gabarito é feito de uma peça de 1 "x 6". Primeiro corte a placa em uma seção mais gerenciável de cerca de 5 "de comprimento. Uma vez feito isso, você pode levá-la a uma serra de mesa para cortar os sulcos com cerca de 1/4 de profundidade, qualquer orientação funcionará. Eles devem ter um espaçamento de 1 polegada de centro a centro dos arvoredos. O corte (a fenda feita pela lâmina da serra) deve ter 0,1 "de largura. Comece cortando a primeira polegada do slot da borda da placa. Em seguida, desligue a serra e mova a cerca mais de 1 ", repita este processo até que você tenha 4 slots cortados em sua placa. O gabarito deve ser semelhante à imagem acima.

Etapa 4: usando o primeiro gabarito

Esta é a parte mais monótona da construção, dobrando todos os cabos dos LEDs. O motivo pelo qual você deseja usar este gabarito é para obter uma construção robusta que tenha uma ótima aparência. Pegue o seu primeiro gabarito, dobre o cátodo (cabo curto, consulte a imagem 2) até a broca mais próxima (0,2 ), em seguida, enrole-o em torno da broca e afrouxe. Pegue o ânodo e dobre-o em torno da segunda broca e afrouxe. Corte o extra conduza com cortadores nivelados / cortadores laterais e remova o LED. Achate o ânodo e o cátodo. Torça o cátodo 90 graus para que fique voltado para baixo (ver figura 3), continue o processo mais 63 vezes.

Observação: geralmente é útil ter um pequeno alicate de bico fino para dobrar os cabos em torno das brocas.

Etapa 5: usando o segundo gabarito

Antes de usarmos este gabarito, precisamos endireitar e cortar nosso fio de cobre estanhado de calibre 20 (awg). Primeiro corte pelo menos 36 seções de 4 "de arame; é melhor se você fizer mais 4 seções porque torna o cubo simétrico (nota: é útil endireitar seções maiores do arame antes de cortá-lo no comprimento, mas de qualquer maneira funcionaria). Para endireitar o fio basta pegar dois alicates e puxar de cada extremidade esticando um pouco o fio. Este método é difícil, então se você tiver um torno pode prender o fio no torno e puxar de lá e você ficará muito melhor resultados mais fáceis. Depois de ter todo o fio preparado, coloque 4 LEDs no gabarito 2 (veja a imagem 2), o cátodo deve estar voltado para longe de você. Coloque uma das seções de 4 "do fio através dos laços do cátodo, soldar todas as 4 juntas (é recomendável que você teste todos os LEDs antes de soldar). Depois de soldar todos os LEDs, levante a seção superior e pressione o gabarito de modo que as extremidades arredondadas dos LEDs fiquem na superfície plana. A linha de LEDs deve sair. Agora, faça esse processo mais 16 vezes.

Etapa 6: usando o terceiro gabarito

Agora que você tem todas as 16 linhas de LEDs prontas, é hora de usar o gabarito final. Pegue 4 tiras de LEDs e coloque os fios de ligação de metal em uma das ranhuras, certificando-se de que todos os orifícios das diferentes seções estejam alinhados. Insira uma de suas seções de arame de baixo para cima nos orifícios restantes dessa coluna. Certifique-se de que está quadrado, então solde todas as 16 conexões e prossiga para fazer mais 3.

Etapa 7: os eletrônicos

A primeira coisa que você precisa fazer é calcular os 16 resistores necessários para o funcionamento do cubo. Isso pode ser feito por meio desta calculadora ou desta fórmula Resistência = (fonte de tensão - tensão do LED) / corrente do LED. O único problema é que muitas vezes o vendedor não dá os valores necessários. Se você estiver usando o link fornecido para o kit de LED que recebi, os LEDs amarelos precisam de 120 ohm porque são 2v e para azuis 75 ohm 3v. Se você não quiser se preocupar com isso você pode apenas usar os 220 ohms fornecidos no kit eles devem funcionar bem mas o seu cubo ficará um pouco escuro às vezes o amarelo pode ficar um pouco escurecido (a cor mais brilhante que encontrei deste kit é azul, excluindo o branco que não é difuso).

Etapa 8: os eletrônicos

Então agora você tem 2 opções, você pode sair do esquema abaixo / criar seu próprio layout usando as imagens para ajudar em um bom layout, peça um PCB personalizado usando o arquivo Gerber encontrado abaixo (ótimo se você estiver fazendo vários).

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

Etapa 9: soldando o cubo na placa de prototipagem

Agora que você tem os componentes eletrônicos conectados, você precisa pegar as 4 seções verticais feitas anteriormente. Coloque uma das seções conforme mostrado na primeira imagem, solde-a certificando-se de que esteja alinhada com a placa de prototipagem. Adicione outro com 9 furos no meio e finalize adicionando os 2 últimos da mesma maneira.

Etapa 10: Conectando as camadas

Em seguida, você precisa conectar as camadas do cátodo comum, pegar um pedaço de fio que foi esticado e colocá-lo sobre o pedaço de fio do cátodo comum que está saindo para fazer uma junta de solda em cada intersecção. Você precisa fazer pelo menos 4, mas você pode notar que fiz isso em ambos os lados para fazer o cubo parecer simétrico. Depois de fazer todas as conexões de camada, você precisa adicionar o fio da placa de prototipagem às camadas do cubo. Isso pode ser feito pegando uma seção esticada de fio que tem uma dobra de 90 graus no que se projeta cerca de 1/2 . Prenda a extremidade longa do fio perto de onde você deseja conectar a primeira camada e solde-o no camada. repita enquanto move para fora um buraco e vai para a próxima camada. Quando você tiver todas as 4 conexões de camada feitas, vá para a próxima etapa.

Etapa 11: Últimos bits de fiação

A próxima parte é conectar o dreno dos MOSFETs às camadas ver a primeira foto. Feito isso, conecte as saídas dos registradores de deslocamento às colunas do cubo. Veja o esquema para mais detalhes.

Etapa 12: Programando Seu Cubo

Você tem 3 opções para codificar o cubo, usar os códigos fornecidos, usar arduino ou usar arduino com python para obter uma experiência de codificação mais fácil. O único que vou explicar é o arduino com python, por ser o mais fácil de usar, mas você só precisará de um pouco de experiência com o arduino / a estrutura da linguagem. Comece baixando todos os links, começando com o software arduino e terminando com a biblioteca tkinter para python. A forma como o editor Python funciona é autoexplicativa, basta executar o código Python abaixo. Quando você pressiona o botão salvar, o shell python cuspirá bytes binários que você precisará colar no array do arduino que diz slides. Em seguida, você precisará adicionar atrasos no array arduino que diz delay_array o número de slides que você tem é o número de atrasos que você precisa. O número máximo de slides que você pode usar é 150 devido à memória do arduino nano, parece muito, mas quando você começa a fazer traduções gráficas, esse número rapidamente corrói.

Os códigos estão em grupos de 3 porque não consegui fazer o download como um arquivo, exceto para o arquivo python.

agrupamentos de arquivos (todos os arquivos do grupo devem ser colocados na mesma pasta para que funcione corretamente)

Arduino codificado (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

arquivos codificados por byte arduino (claro, easy_programing_v2, show_pattern)

python gui (gerador de código 4x4x4 V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

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

Etapa 13: está feito

Neste ponto, você deve ser capaz de exibir pelo menos alguns padrões em seu cubo e, com sorte, tudo correu bem.

Se você tiver alguma dúvida pergunte abaixo nos comentários.