Come creare un cubo LED Arduino pulsante che sembra provenire dal futuro

Se ti sei dilettato con alcuni progetti Arduino per principianti, ma stai cercando qualcosa di un po' permanente e su un altro livello di fantastico, allora l'umile cubo LED 4 x 4 x 4 è una scelta naturale. La costruzione è molto più semplice di quanto si possa pensare e utilizzando un multiplexing possiamo controllare tutti i LED direttamente da una sola scheda Arduino Uno. È un'ottima pratica di saldatura e il costo totale dei componenti non dovrebbe superare i 40 dollari circa.

Oggi descriverò in dettaglio l'aspetto costruttivo delle cose e fornirò alcuni software da eseguire su di esso che sembrano impressionanti e ti insegnano le basi.

come cancellare amazon kindle illimitato

Avrai bisogno

UnArduino. Il codice fornito presuppone un Arduino Uno, ma potrebbe essere adattato anche a un modello più grande.
64 LED - la scelta esatta dipende da te, ma ho usato questi LED blu da 3 mm superluminosi ( 3.2v 30mA ) @ £ 2,64 per 50.
16 resistori del valore appropriato per i tuoi LED. Per i LED di cui sopra, 99 pence ne hanno acquistati 100. Utilizzo ledcalc.com - inserire 5v per la tensione di alimentazione, la tensione dei led (nel mio caso 3.2) e la corrente in milliampere (3.2). Il resistore desiderato verrà mostrato nella casella etichettata Resistore più vicino con valore nominale superiore , quindi cerca quel valore su eBay.
Alcuni filo artigianale per rafforzare la struttura di base e per la decorazione - ho usato 0,8 mm spessore.
A scheda di prototipazione di qualche tipo a cui puoi saldare tutti i tuoi bit. Ne ho usato uno che non aveva tracce complete lungo di esso perché non ho un taglia traccia, ma usa quello che ti si addice. Uno scudo di prototipazione Arduino è un po' troppo piccolo, a meno che non si schiaccino insieme i LED.
Cavo componente casuale - alcuni fili del cavo di rete e alcuni dei cavi di prototipazione di un kit funzioneranno bene.
Clip a coccodrillo o le mani che aiutano sono utili per tenere i pezzi in posizione.
Saldatore e saldatore.
Un po' di legno di scarto.
Un trapano, con una punta delle stesse dimensioni dei tuoi LED.

Nota: i disegni 3D in questo tutorial sono stati realizzati in pochi minuti utilizzando TinkerCAD . Ho seguito una build esistente dettagliata su Instructables dall'utenteforte1994, che potresti anche voler leggere prima di provare.

Assicurati di leggere tutte queste istruzioni primo prima di tentare questo per te stesso.

Il principio di questo design

Prima di iniziare la costruzione, è importante avere una panoramica completa di come funzionerà questa cosa in modo da poter improvvisare e identificare gli errori man mano che procedi. Alcuni cubi LED utilizzano un singolo pin di uscita per ogni singolo LED, tuttavia in un cubo 4x4x4 sarebbe necessario 64 pin - che di certo non abbiamo su un Arduino Uno. Una soluzione sarebbe quella di utilizzare i registri a scorrimento, ma questo è inutilmente complicato.

Per controllare tutti quei LED in soli 20 pin, utilizzeremo una tecnica chiamata multiplexing. Scomponendo il cubo in 4 livelli separati, abbiamo bisogno solo di pin di controllo per 16 LED, quindi per accendere un LED specifico, dobbiamo attivare sia lo strato che il pin di controllo, ottenendo un requisito totale di 16+4 pin. Ogni strato ha un catodo comune - la parte negativa del circuito - quindi tutte le gambe negative sono unite insieme e collegate a un singolo pin per quello strato.

Sull'anodo (positivo) lato, ogni LED sarà collegato al LED corrispondente nello strato sopra e sotto di esso. In sostanza, abbiamo 16 colonne delle gambe positive e 4 strati del negativo. Ecco alcune viste 3D delle connessioni per aiutarti a capire:

Costruzione

Dal momento che non utilizzeremo una struttura interamente metallica a cui saldare, vogliamo che tutte le gambe dei LED si sovrappongano di circa un quarto e diano rigidità alla struttura. Piega il catodo dei tuoi LED - il lato con la tacca piatta nella testa e la gamba più corta - come mostrato nel diagramma. (Non importa se lo pieghi a sinistra o a destra, purché tu sia coerente e non tocchi mai l'anodo)

La prima parte critica di questo progetto è realizzare una maschera di legno. Questo manterrà uno strato di LED mentre saldate le gambe insieme, quindi deve essere preciso e non troppo lento. Utilizzando una punta da trapano della stessa dimensione dei LED, misurare e quindi forare una matrice 4x4 di equidistante buchi. Tieni presente che vuoi che circa un quarto della gamba si sovrapponga al suo vicino e usa un righello vero e proprio. Controlla ogni foro per assicurarti che un LED possa adattarsi perfettamente, ma non così stretto da non essere in grado di estrarlo di nuovo, o avrai problemi quando proverai a rimuovere uno strato completamente saldato.

Saldare i catodi di 4 file di LED. Fai attenzione a non bruciare i LED: vuoi un buon ferro da stiro caldo e entrare e uscire. Ecco le mie prime quattro righe completate.

Ora, per rafforzare la rigidità dello strato, taglia e salda due pezzi dritti di filo artigianale a entrambe le estremità, assicurandoti che si colleghino a ciascuna fila. Questo è il tuo primo livello completo. Lascia tutte le gambe in eccesso sporgenti di lato per ora.

Ora sarebbe un ottimo momento per testare: basta caricare l'app Arduino lampeggiante predefinita e, con un resistore collegato, mettere la terra sul frame del livello e premere il cavo positivo su ciascun LED a turno.

Speriamo che si illuminino tutti. In caso contrario, assicurati di non aver perso un giunto di saldatura da qualche parte e, se necessario, sostituisci il LED.

Rimuovere quello strato dalla maschera e ripetere il processo altre 3 volte .

Non preoccuparti se la tua saldatura non è perfetta: finché non si rompe e la connessione è solida, non influirà sul prodotto finale. Lo ammetto, la mia saldatura era piuttosto disperata, la mia maschera era fuori uso e tutto assomigliava alla torre pendente di Pisa. Tuttavia, sono orgoglioso del cubo finito, e quando i LED sono accesi non guarderai comunque i giunti di saldatura!

Unire i livelli

Una volta che hai completato 4 strati, ti consigliamo di unire tutte le gambe verticali insieme. Ho scoperto che questa è la parte più difficile della costruzione e per facilitare il processo ho ritagliato un riser dalla carta.

Ciò manteneva gli strati all'altezza appropriata, ma molte delle gambe non si allineavano perfettamente - per questo, ho usato alcune clip a coccodrillo per tenerle in posizione.

Primo stupido errore da evitare

Solo dopo aver completato un livello completo mi sono reso conto che il mio riser della carta era bloccato in posizione, quindi ho dovuto tagliarlo! Non fare lo stesso errore che ho fatto io: allunga l'alzata sul lato e unisci i pezzi di carta all'esterno del cubo, così quando hai completato lo strato, puoi decostruire l'alzata ed estrarre la carta.

Secondo stupido errore da evitare

Non saldare la gamba verticale al telaio del catodo, ovviamente. Le gambe verticali dovrebbero connettersi solo alle altre gambe verticali e nient'altro.

Di nuovo, prova dopo che ogni strato è stato attaccato. Prova tutti gli strati, infatti, toccando solo il cavo positivo fino alla punta dello strato più alto, assicurandoti così di avere un buon contatto che attraversa tutti gli strati.

Quando tutti e 4 gli strati sono stati saldati insieme, ho iniziato a ripulire un po' - ho lasciato una singola gamba estesa da ogni strato in una sorta di trampolino di lancio - questo sarebbe stato lasciato cadere sulla tavola in seguito. Altri pezzi estranei di struttura metallica e gambe sono stati tagliati. Ovviamente, non tagliare nessuna delle gambe verticali: dobbiamo inserirle nella nostra scheda di prototipazione.

Fissaggio Alla Tavola

Ricordi quando ho detto che fissare ogni strato su se stesso era la parte più difficile? Ho mentito. Cercare di inserire 16 piedini LED in piccoli fori su una scheda di prototipazione è in realtà più difficile. Il modo più semplice che ho trovato è stato quello di colpire 4 alla volta, fissarli sotto con clip a coccodrillo, quindi passare alla riga successiva di 4. Usa un pennarello per segnare la spaziatura in anticipo se aiuta.

Col senno di poi, avrei messo prima i resistori nella scheda prototipi, in realtà. Così com'è, ho prima saldato tutte le gambe del cubo nella scheda, quindi ho provato a schiacciare delicatamente i resistori tra ciascuno di essi. Impara dal mio errore e posiziona prima i tuoi resistori.

Ho provato a distanziarli equamente in modo graduale in modo da poter utilizzare un intero lato del cubo per tutte le connessioni finali all'Arduino. Ecco lo schema del circuito con cui sono andato:

Per i quattro strati negativi, ho lasciato cadere un singolo filo da ogni strato, quindi li ho semplicemente tirati di lato, in questo modo:

Infine, ho aggiunto alcuni cavi di collegamento che ho potuto inserire nei relativi pin Arduino. Usa il tipo più lungo che hai. Nota che ho incasinato l'ordine in alcuni punti a causa di una scarsa pianificazione. Tuttavia, ogni fila di LED era codificata a colori.

Questo è tutto. Finito!

Programmare il tuo cubo

So che non vedi l'ora di accendere questa cosa, quindi collega i 4 strati negativi in I/O Analog analogici porti A2 (strato inferiore) attraverso A5 (strato superiore) (questi possono anche fungere da I/O digitali) . Quindi collegare i 16 pin di controllo LED, iniziando con +1 all'estrema destra a I/O . digitali porta 0 , insieme a +15 e +16 andando in analogico A0 e A1 . (Non usare AREF e GND)

Scarica il modelli e codice demo da utente istruibile forte1994 . Ha anche fornito a utile strumento online per progettare i modelli di byte per personalizzare la propria sequenza. Ecco un video di questo codice in azione sul mio cubo (Ho regolato la velocità su 5, invece del valore predefinito 20) .

copia foto da iphone a mac

Questo non è l'unico modo per programmare il tuo cubo, ovviamente, quindi lasciami dedicare qualche minuto a insegnarti le basi per creare i tuoi schemi programmaticamente , invece di riprodurre pattern preimpostati come fa la demo precedente.

Ci sono alcune cose che dovresti sapere quando provi a programmare il tuo cubo:

Per indirizzare un singolo LED, si usa a aereo (layer) numero 0–3 e un numero pin LED 0–15. Ruotare l'aereo sull'uscita LOW (poiché questa è la gamba negativa) e il numero di pin del LED HIGH (la gamba positiva) per attivare il LED.
Prima di attivare un singolo LED, assicurati che tutti gli altri piani siano spenti, il che significa impostarli su un'uscita HIGH. In caso contrario, si accenderà una colonna di LED anziché un singolo LED.

Con questo in mente, ho creato due sequenze programmatiche molto semplici da esaminare: scarica il codice da qui . Il primo accende semplicemente ogni LED uno per uno, in sequenza. Usiamo due cicli for per questo, iterando su ogni livello e ogni pin di controllo.

Il secondo è un ciclo casuale (dovrai commentare il primo e abilitarlo nel ciclo principale per testarlo). Seleziona semplicemente un livello casuale e un pin di controllo casuale, accendendoli e spegnendoli.

Riepilogo

Non lasciarti intimidire da questa build: mi mancano seriamente le capacità di saldatura e ci sono riuscito bene (Penso?) . Il tempo di costruzione totale è stato di circa un'ora al giorno per una settimana. La prossima volta proverò a insegnarti una programmazione più ambiziosa per il cubo, quindi spero che ti unirai a me nella creazione del tuo cubo questa settimana e nel caricamento del nuovo codice la prossima settimana - e se lo farai app o sequenze fantastiche, caricale su Pastebin e faccelo sapere nei commenti!

Condividere Condividere Tweet E-mail 3 modi per verificare se un'e-mail è reale o falsa

Se hai ricevuto un'email che sembra un po' dubbia, è sempre meglio verificarne l'autenticità. Ecco tre modi per sapere se un'e-mail è reale.

Leggi Avanti Argomenti correlati

Fai da te
Arduino

Circa l'autore James Bruce(707 articoli pubblicati)

James ha una laurea in Intelligenza Artificiale ed è certificato CompTIA A+ e Network+. Quando non è impegnato come editor di recensioni hardware, gli piacciono i LEGO, la realtà virtuale e i giochi da tavolo. Prima di entrare a far parte di MakeUseOf, era un tecnico luci, insegnante di inglese e ingegnere di data center.

Altro da James Bruce

Iscriviti alla nostra Newsletter

Iscriviti alla nostra newsletter per suggerimenti tecnici, recensioni, ebook gratuiti e offerte esclusive!

Clicca qui per iscriverti