Cubo de LED 3x3x3 com Arduino Lib: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:41

Existem outros instrutíveis sobre a construção de cubos de LED, este é diferente por vários motivos: 1. Ele é construído com um baixo número de componentes prontos para uso e se conecta diretamente ao Arduino. 2. Um diagrama de circuito claro e fácil de reproduzir é fornecido com muitas fotos. 3. Uma abordagem única é usada para o software que torna a programação do cubo mais fácil e expressiva. Peças necessárias: - 1 Perfboard - 3 Transistores NPN (2N2222, 2N3904, BC547, etc.) - 12 Resistores (~ 220 ohms e ~ 10k ohms) - 13 Conectores (macho ou fêmea) - 27 LEDs - Fio

Etapa 1: Prepare os LEDs

Esta etapa segue em grande parte o LED Cube 4x4x4, mas estaremos construindo um cubo 3x3x3. Um cubo desse tamanho é quase tão grande quanto possível, sem a introdução de circuitos e complexidade adicionais. Precisaremos de um total de 27 LEDs que serão agrupados em três conjuntos de nove. Cada conjunto de nove LEDs compartilhará uma conexão comum entre seus cátodos (terminais negativos). Vou me referir a cada um desses conjuntos como um "nível". Cada um dos nove LEDs em um nível é conectado ao LED correspondente nos outros dois níveis por meio de seus ânodos (condutores positivos). Eles serão chamados de "colunas". Se isso não fizer sentido, ficará autoexplicativo à medida que construirmos o cubo. Para começar, usaremos uma furadeira para criar um gabarito a partir de um pequeno pedaço de madeira. O gabarito manterá os LEDs no lugar enquanto os soldamos. Decidi espaçar os orifícios em torno de 5/8 de polegada (~ 15 mm), mas a distância exata não é crítica. O orifício deve ter um ajuste apertado ao redor do LED, já que não queremos que eles se movam durante a soldagem. Quando o gabarito estiver pronto, vamos dobrar o cátodo de cada LED em um ângulo de 90 graus. O cátodo é identificável de três maneiras: 1) É a perna mais curta, 2) Está no lado plano de um LED redondo, 3) Ele é conectado à peça maior dentro do LED. Certifique-se de dobrar o cátodo na mesma direção para todos os LEDs. Agora estamos prontos para começar a soldar.

Etapa 2: Solde os LEDs

Em primeiro lugar, coloque nove LEDs em seu gabarito recém-construído. Posicione-os de forma que as pernas apontem na mesma direção anti-horária. As fotos mostram o cátodo apontando no sentido horário com o ânodo voltado para fora, mas eu giraria os LEDs se fizesse de novo para evitar que a perna obstruísse a visão do LED. Solde os lados, um par de cada lado. Use clipes pequenos para manter as pernas juntas enquanto aplica a solda. Depois que cada um dos quatro lados estiver soldado, mova os clipes para manter os cantos juntos e aplique a solda em cada um. Por último, solde o cátodo do LED do meio em um dos lados e retire o excesso. Repita três vezes. Agora você deve ter três conjuntos de nove LEDs. Posicione dois dos conjuntos um em cima do outro. Mantenha a distância igual ao espaçamento já estabelecido entre os LEDs. Quando estiver confortável com o espaçamento, você pode prender cada conjunto de pernas usando dois clipes, um em cada direção, para manter as pernas firmemente no lugar durante a soldagem. Você pode precisar se curvar em torno de um LED para obter uma boa conexão. Solde cada um dos nove pares, um de cada vez. Faça isso mais uma vez e o cubo estará pronto. Coloque o cubo de um lado do perfboard. Certifique-se de que as nove pernas estejam posicionadas uniformemente enquanto você guia cada uma delas por um orifício. Minha prancha tem cinco orifícios entre cada conjunto de pernas. Você deseja deixar o máximo de espaço possível na outra extremidade do perfboard para acomodar os vários componentes. Adicione alguns clipes para segurar as pernas no lugar quando estiver satisfeito com o posicionamento. Deixe bastante perna cutucando o fundo, pois isso tornará mais fácil soldar os resistores mais tarde. Vire a placa e solde cada uma das pernas para mantê-las no lugar. Vire o cubo de volta uma vez que todas as pernas foram soldadas. Por último, precisamos soldar um chumbo de cada um dos níveis até a parte inferior da placa. Retire um pedaço de arame sólido e dobre um pequeno gancho em uma das pontas. Pendure o gancho em uma das pernas dos LEDs centrais e oriente-o por um orifício no perfboard. Solde a extremidade do gancho para manter o fio no lugar. Repita novamente para os outros dois níveis. A próxima etapa é construir o resto do circuito.

Etapa 3: construir o circuito

O circuito é bem simples. Cada uma das nove colunas se conectará a um pino no Arduino por meio de um resistor limitador de corrente. Cada um dos três níveis se conecta ao aterramento por meio de um transistor NPN quando ativado por um pino Arduino. Estaremos usando 12 pinos de saída no total no Arduino, mas há 18 LEDs para ligar. O truque é que apenas um único nível pode ser aceso por vez. Quando um nível é conectado ao aterramento, cada um dos LEDs nesse nível pode ser alimentado individualmente por um dos outros nove pinos do Arduino. Se acendermos os níveis rápido o suficiente, parecerá que todos os três níveis estão acesos ao mesmo tempo. Vamos construir o circuito. A primeira etapa é preparar os nove resistores limitadores de corrente. Estou usando 220 ohms por pino, o que consumirá cerca de 22 mA. O valor pode variar dependendo dos LEDs que estão sendo usados, mas ficam entre 135 e 470 ohms. Cada pino é capaz de fornecer até 40mA. Para economizar espaço, queremos soldar os resistores na posição vertical. Dobre um cabo para baixo de modo que os dois cabos fiquem paralelos um ao outro. Faça isso para todos os nove resistores. Assim que os resistores estiverem prontos, nós os soldaremos um por um. Para facilitar, vamos soldar os condutores do resistor diretamente nos outros componentes, em vez de usar um fio separado para cada um. Uma extremidade do resistor se conectará a uma coluna e a outra se conectará a um cabeçalho. Comece com a primeira linha de LEDs que está mais próxima dos resistores e trabalhe seu caminho de volta. Depois de terminar cada linha, você pode usar um pequeno pedaço de fita para isolar as pontas de prova sobrepostas para evitar um curto. Consulte as fotos e o diagrama para ver como ficará depois de concluído. Agora que as colunas estão fora do caminho, o próximo passo é soldar os componentes que controlam os níveis. A base de um transistor NPN será ativada por um pino Arduino por meio de um resistor limitador de corrente de 10k (ou próximo). Isso conectará o nível correspondente ao aterramento, o que permitirá que a corrente flua pelos LEDs. Consulte as fotos e o diagrama. Depois de concluído, os LEDs devem se conectar aos pinos 2-10 no Arduino e os níveis devem se conectar aos pinos 11-13, de baixo para cima. Os pinos também podem ser configurados no software se você precisar de uma configuração diferente. O circuito agora está completo, é hora de passar para o software!

Etapa 4: usando o software

Encontrei alguns exemplos de código flutuando na rede para controlar um cubo de LED. Todos eles exigiam grandes matrizes de dados binários ou hexadecimais para controlar os LEDs. Achei que deveria haver uma maneira mais fácil, então comecei a escrever meu próprio software. Minha primeira decisão foi fazer o software espelhar o hardware. Isso significava endereçar cada LED por coluna e nível em vez de usar dados de porta brutos ou o tradicional x, y, z. A segunda decisão foi começar com as funções básicas, como ligar ou desligar uma única luz e continuar a partir daí. Por último, decidi apresentar dois recursos que são úteis para efeitos mais interessantes. Um é um buffer que permite que as funções básicas criem padrões mais complexos. A outra é uma função de sequência que acende uma série de LEDs, um de cada vez ou todos de uma vez. A biblioteca começou como código procedural e funções soltas. A partir daí, foi muito fácil seguir o tutorial para criar uma biblioteca Arduino reutilizável. Certifique-se de baixar a biblioteca e descompactá-la no bloco de desenho / bibliotecas. Se configurado corretamente, você deve encontrar um exemplo no software Arduino em Arquivo> Exemplos> LedCube> ledcube. O código também está disponível no Github em gzip / arduino-ledcube. Obrigado por ler!