4x4x4 Led Cube: 13 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Tại sao phải xây dựng khối LED này?

* Khi bạn hoàn thành, bạn có thể hiển thị mô hình đẹp và phức tạp.

* Nó khiến bạn suy nghĩ và giải quyết vấn đề.

* Thật vui và hài lòng khi thấy tất cả kết hợp với nhau tốt như thế nào.

* Đây là một dự án nhỏ và dễ quản lý cho bất kỳ ai mới học về hàn và điện tử, và vẫn đủ lớn để hiển thị các mẫu ấn tượng và rực rỡ.

* Mã arduino khá dễ quản lý.

* Một chi phí tương đối thấp cho một giải trí cao và một số lượng lớn mà bạn sẽ học được nếu bạn là người mới làm quen với điện tử.

Trước tiên, tôi sẽ chỉ cho bạn cách tạo khối đèn led 4x4x4 nhanh chóng này, chỉ cần vài giờ làm việc để thiết lập (một khi bạn tạo đồ gá) nhưng cũng là một thiết kế chắc chắn. Tôi sẽ cố gắng giải thích hết sức để mọi người hiểu rõ về sự lựa chọn thiết kế của tôi. Cuối cùng tôi sẽ giải thích cách lập trình các mẫu mới theo 2 cách khác nhau.

Quân nhu

Các bộ phận:

1. Bảng tạo mẫu 10cm * 15cm - 1x $ 2 ea
2. sn74hc595n - 2x $ 0,57 ea
3. Điện trở 120 ohm - 16x $ 0,04 ea (Giá trị phụ thuộc vào đèn LED của bạn, xem bước 7)
4. Điện trở 10k ohm - 4x $ 0,10 ea
5. Fqp20n06l MOSFETS kênh N - 4x $ 0,95 ea
6. Arduino nano v3 - 1x $ 22 ea
7. Giắc cắm dc 5,5 mm - 1x tùy chọn $ 0,35 ea
8. Dây đồng đóng hộp 20 AWG - 15ft $ 0,12 / ft
9. Cáp ribbon 40 ruột dẫn hoặc dây khổ nhỏ (AWG) khác - dưới 1ft $ 2.3 / ft
10. Ván ép 5mm 6 ", 12" - 1 x $ 2 ea
11. hàn.8mm - 1x $ 10,89 ea
12. Bảng 1 "x 6" x 4 '- 6 "$ 8,39 ea
13. Đèn LED khuếch tán 5mm - Bộ kit 64 $ 15
14. Nắp gốm 100nf - 2x $ 0,25 ea

Chi phí ước tính cho mỗi khối: $ 40 (nếu các bộ phận được mua với số lượng lớn, chi phí cho mỗi khối sẽ giảm đáng kể)

Công cụ:

1. Kìm mũi kim x2
2. Máy cắt phẳng hoặc Máy cắt bên
3. Hàn sắt
4. Dụng cụ tuốt dây
5. Bàn cưa
6. Máy khoan (Khuyến nghị máy khoan)
7. Cưa sắt hoặc cưa vòng
8. Máy tính để lập trình

Bước 1: Đồ gá đầu tiên **

Đồ gá đầu tiên bao gồm 2) mũi khoan 0,8mm, bảng tạo mẫu và lỗ 5mm cho đèn LED. Bắt đầu bằng cách lấy bảng tạo mẫu của bạn (rộng ít nhất 2cm và khoảng cách 2,54mm (0,1 ") đến tâm của các lỗ) đánh dấu chấm đầu tiên trên một trong các cạnh của bảng. Sau đó, trên một đường thẳng, tạo một dấu khác sau khi di chuyển lên 3 lỗ nữa. Sau đó đánh dấu chấm đó là 2 lỗ cao hơn (xem hình ảnh # 1). Tiếp theo, ở giữa lỗ được đánh dấu, hãy khoan một lỗ 5mm, tôi đã sử dụng một mũi khoan 13/64 inch và nó hoạt động tốt. Tốt nhất là bạn nên sử dụng các bit nhỏ hơn và làm việc theo cách của bạn lên đến 13/64 inch chỉ để đảm bảo rằng nó được căn giữa hoàn hảo trong lỗ nếu nó không phải là toàn bộ khối lập phương sẽ bị lệch. Sau đó, trên phần đánh dấu bên ngoài, sử dụng các bit 0,8mm để mở rộng một chút Các lỗ. Đảm bảo rằng tất cả các lỗ đều vuông góc với bảng tạo mẫu nếu có, hãy sử dụng máy khoan bấm nhưng máy khoan cầm tay sẽ hoạt động. Cắt các hình vuông 3) 1 ". Dễ nhất là sử dụng cưa vòng nhưng cưa tay cũng hoạt động được. Với keo của elmer, hãy tạo một chồng gỗ nhỏ với tất cả các cạnh được xếp khít với nhau. Cuối cùng dán nó vào bảng tạo mẫu, kẹp tất cả lại với nhau và chờ đợi. Khi mọi thứ đã khô, hãy khoan lại mọi thứ để các lỗ trên bảng tạo mẫu đi xuyên qua lớp nền gỗ. Đặt các bit 0,8mm vào lỗ đã được tạo trên mép. Nếu mọi thứ được thực hiện đúng, nó sẽ giống như hình số 2.

** Các đồ gá trong hình được thiết kế để tạo thành một khối LED 8 * 8 * 8 nên chúng hơi quá khổ. Đồ gá của bạn sẽ nhỏ hơn. Những đồ gá này dựa trên thiết kế của Steve Manley cho khối LED RGB 8 * 8 * 8 của anh ấy. Nó trông và hoạt động tuyệt vời. Tôi khuyên bạn nên xem các video của anh ấy.

kênh you-tube của anh ấy

Bước 2: Đồ gá thứ hai **

Đồ gá thứ hai được làm bằng ván ép 5mm. Bắt đầu bằng cách đánh dấu và cắt 3 mảnh có độ dài 4 "x 2". Tôi đã sử dụng cưa vòng nhưng cưa tay cũng sẽ hoạt động. Trên một trong các mảnh đánh dấu ở phía 1 "trên 2" ở cả hai đầu và vẽ một đường thẳng ở giữa hai bên. Ở 4 "bên đi vào 1/2" trên dòng đã tạo trước đó, dấu tiếp theo phải là 1 "từ bên hiện tại tiếp tục cho đến khi bạn đến cuối bảng. Hai mảnh còn lại phải được căn chỉnh và dán với nhau bằng keo elmer Sau khi keo khô, lấy cả phần đã đánh dấu và phần được dán căn chỉnh chúng kẹp chúng lại với nhau. Khoan các lỗ 5mm (13/64) tại các đường chéo trên bảng. Bước cuối cùng là tạo các lỗ của miếng đã dán lại với nhau lớn hơn tôi đã đi với 1/4”.

Bước 3: Đồ gá thứ ba **

Đồ gá thứ ba được làm từ một mảnh có kích thước 1 "x 6". Đầu tiên, hãy cắt tấm ván thành một đoạn dễ quản lý hơn, dài khoảng 5 ". Sau khi hoàn thành việc này, bạn có thể mang nó đến máy cưa bàn để cắt các lùm cây có chiều sâu khoảng 1/4 theo bất kỳ hướng nào sẽ hoạt động. Chúng phải có khoảng cách Tâm 1 inch tính đến tâm của các lùm cây. Kerf (rãnh do lưỡi cưa tạo ra) phải rộng 0,1 ". Bắt đầu bằng cách cắt inch rãnh đầu tiên từ mép của bảng. Sau đó tắt cưa và di chuyển hàng rào qua 1 "lặp lại quá trình này cho đến khi bạn có 4 rãnh được cắt vào bảng của bạn. Đồ gá sẽ giống như hình trên.

Bước 4: Sử dụng đồ gá đầu tiên

Đây là phần đơn điệu nhất của cấu trúc uốn cong tất cả các dây dẫn của đèn LED. Lý do bạn muốn sử dụng đồ gá này là để có được một kết cấu chắc chắn và trông tuyệt vời. Lấy đồ gá đầu tiên của bạn uốn cong cực âm (đoạn dẫn ngắn xem hình 2) đến gần hơn (0,2 ) mũi khoan, sau đó quấn nó xung quanh mũi khoan và nới lỏng. Lấy cực dương và uốn cong nó xung quanh mũi thứ hai và nới lỏng. Cắt phần thừa dẫn bằng dao cắt phẳng / dao cắt bên và tháo đèn LED. Làm phẳng cả cực dương và cực âm. Vặn cực âm 90 độ để nó hướng xuống dưới (xem hình 3) tiếp tục quá trình 63 lần nữa.

Lưu ý: Thường có một chiếc kìm mũi kim nhỏ để uốn cong các đầu xung quanh mũi khoan.

Bước 5: Sử dụng đồ gá thứ hai

Trước khi sử dụng đồ gá này, chúng ta cần duỗi thẳng và cắt dây đồng đóng hộp cỡ 20 (awg) của chúng ta. Đầu tiên cắt ít nhất 36 đoạn 4 "của dây, tốt nhất là bạn nên tạo thêm 4 đoạn nữa vì nó làm cho khối lập phương đối xứng (lưu ý: sẽ hữu ích nếu bạn duỗi thẳng các đoạn dây lớn hơn trước khi cắt theo chiều dài nhưng cách nào cũng được Để kéo thẳng dây chỉ cần lấy hai chiếc kìm kéo từ mỗi đầu dây căng ra một chút, phương pháp này khó nên nếu có dây buộc bạn có thể kẹp dây vào đầu dây và kéo từ đó sẽ đỡ hơn rất nhiều. kết quả dễ dàng hơn. Khi bạn đã chuẩn bị tất cả các dây, hãy đặt 4 đèn LED vào đồ gá số 2 (xem hình ảnh số 2) cực âm phải hướng ra xa bạn. Đặt một trong các đoạn dây 4 "qua các vòng cực âm hàn tất cả 4 khớp (bạn nên kiểm tra tất cả các đèn LED trước khi hàn). Khi bạn đã hàn tất cả các đèn LED, hãy nhấc phần trên cùng lên và ấn vào đồ gá sao cho các đầu tròn của đèn LED trên bề mặt phẳng. Hàng đèn LED sẽ bật ra. Bây giờ thực hiện quy trình này thêm 16 lần nữa.

Bước 6: Sử dụng đồ gá thứ ba

Bây giờ bạn đã hoàn thành tất cả 16 hàng đèn LED của mình, đã đến lúc sử dụng đồ gá cuối cùng. Lấy 4 dải đèn LED và đặt các dây liên kết kim loại xuống một trong các khe để đảm bảo rằng tất cả các lỗ từ các phần khác nhau thẳng hàng. Chèn một trong các đoạn dây của bạn từ dưới lên vào các lỗ còn lại của cột đó. Đảm bảo rằng nó là hình vuông sau đó hàn tất cả 16 kết nối và chuyển sang làm thêm 3 kết nối.

Bước 7: Điện tử

Điều đầu tiên bạn cần làm là tính toán 16 điện trở cần thiết để khối lập phương hoạt động. Điều này có thể được thực hiện thông qua máy tính này hoặc công thức này Điện trở = (nguồn điện áp - điện áp LED) / dòng điện dẫn. Vấn đề duy nhất là đôi khi người bán không cung cấp các giá trị cần thiết. Nếu bạn đang sử dụng liên kết được cung cấp cho bộ đèn LED mà tôi nhận được, đèn LED màu vàng cần 120 ohm vì chúng là 2v và đối với màu xanh lam 75 ohm 3v. Nếu bạn không muốn lo lắng về điều này, bạn có thể chỉ cần sử dụng 220 ohm được cung cấp trong bộ, chúng sẽ hoạt động tốt nhưng khối lập phương của bạn sẽ hơi mờ đôi khi màu vàng có thể hơi mờ (màu sáng nhất mà tôi đã tìm thấy từ bộ này có màu xanh lam, ngoại trừ màu trắng không bị khuếch tán).

Bước 8: Điện tử

Vì vậy, bây giờ bạn có 2 tùy chọn, bạn có thể đi ra khỏi sơ đồ bên dưới / tạo bố cục của riêng bạn bằng cách sử dụng các hình ảnh để hỗ trợ bố cục tốt, đặt hàng PCB tùy chỉnh bằng cách sử dụng tệp Gerber được tìm thấy bên dưới (tuyệt vời nếu bạn đang tạo một số).

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

Bước 9: Hàn Cube vào PrototypingBoard

Bây giờ bạn đã kết nối các thiết bị điện tử với nhau, bạn cần lấy 4 phần dọc mà bạn đã thực hiện trước đó. Đặt một trong các phần vào như trong hình đầu tiên, hàn nó lại để đảm bảo rằng nó vuông với bảng tạo mẫu. Thêm một cái khác với 9 lỗ ở giữa lớp hoàn thiện bằng cách thêm 2 lỗ cuối cùng theo cách tương tự.

Bước 10: Kết nối các lớp

Tiếp theo, bạn cần nối các lớp catốt chung lấy một đoạn dây đã được duỗi thẳng và đặt lên đoạn dây catốt chung đang thò ra tạo mối hàn ở mỗi điểm giao nhau. Bạn cần làm ít nhất 4 nhưng bạn có thể nhận thấy rằng tôi đã làm điều này ở cả hai mặt để làm cho khối lập phương trông đối xứng. Sau khi bạn đã thực hiện tất cả các kết nối lớp, bạn cần thêm dây từ bảng tạo mẫu vào các lớp của khối lập phương. Điều này có thể được thực hiện bằng cách lấy một đoạn dây được duỗi thẳng có độ uốn cong 90 độ trên phần nhô ra khoảng 1/2 . Dán đầu dài của dây vào gần mà bạn muốn nối với lớp đầu tiên, hàn nó vào layer. lặp lại trong khi di chuyển ra một lỗ và chuyển sang lớp tiếp theo. Khi bạn hoàn thành tất cả các kết nối 4 lớp, hãy chuyển sang bước tiếp theo.

Bước 11: Bits cuối cùng của dây

Phần tiếp theo là kết nối cống của MOSFETs với các lớp xem hình đầu tiên. Khi điều đó đã được thực hiện, kết nối các đầu ra của thanh ghi shift với các cột của khối lập phương. Xem sơ đồ để biết thêm chi tiết.

Bước 12: Lập trình khối lập phương của bạn

Bạn có 3 tùy chọn để mã hóa khối lập phương bằng cách sử dụng các mã được cung cấp, sử dụng arduino hoặc sử dụng arduino với python để đạt được trải nghiệm viết mã dễ dàng hơn. Điều duy nhất tôi sẽ giải thích là arduino với python vì nó dễ sử dụng nhất nhưng bạn sẽ chỉ cần một chút kinh nghiệm với arduino / cấu trúc ngôn ngữ. Bắt đầu bằng cách tải xuống tất cả các liên kết bắt đầu bằng phần mềm arduino và kết thúc bằng thư viện tkinter cho python. Cách thức hoạt động của trình chỉnh sửa python chủ yếu là tự giải thích, chỉ cần chạy mã python bên dưới. Khi bạn nhấn nút lưu, trình bao python sẽ tạo ra các byte nhị phân mà bạn sẽ cần phải dán vào mảng arduino cho biết các trang trình bày. Sau đó, bạn sẽ cần thêm độ trễ vào mảng arduino cho biết delay_array số trang trình bày mà bạn có là số độ trễ bạn cần. Số lượng trang trình bày tối đa mà bạn có thể sử dụng là 150 do bộ nhớ của arduino nano nghe có vẻ rất nhiều nhưng khi bạn bắt đầu thực hiện các bản dịch đồ họa, nó sẽ nhanh chóng ăn mòn con số đó.

Các mã nằm trong nhóm 3 vì tôi không thể tải chúng xuống dưới dạng một tệp ngoại trừ tệp python.

nhóm tệp (tất cả các tệp trong nhóm phải được đặt trong cùng một thư mục để nó hoạt động bình thường)

arduino được mã hóa cứng (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

tệp mã hóa byte arduino (clear, easy_programing_v2, show_pattern)

python gui (trình tạo mã 4x4x4 V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

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

Bước 13: Đã xong

Tại thời điểm này, bạn sẽ có thể hiển thị ít nhất một vài mẫu trên hình khối của mình và hy vọng mọi thứ diễn ra suôn sẻ.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy hỏi bên dưới trong phần bình luận.