Khối lập phương LED 3x3x3 với Arduino Lib: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:37

Có những tài liệu hướng dẫn khác về việc xây dựng các khối LED, cái này khác vì một số lý do: 1. Nó được xây dựng với một số lượng thấp các thành phần có sẵn và kết nối trực tiếp với Arduino. 2. Một sơ đồ mạch rõ ràng, dễ tái tạo được cung cấp với nhiều hình ảnh. 3. Một cách tiếp cận độc đáo được sử dụng cho phần mềm giúp lập trình khối lập phương dễ dàng hơn và biểu cảm hơn. Các bộ phận cần thiết: - 1 Bảng điều khiển - 3 Bóng bán dẫn NPN (2N2222, 2N3904, BC547, v.v.) - 12 Điện trở (~ 220 ohms và ~ 10k ohms) - 13 Đầu cắm (nam hoặc nữ) - 27 đèn LED - Dây điện

Bước 1: Chuẩn bị đèn LED

Bước này phần lớn tuân theo LED Cube 4x4x4 nhưng thay vào đó chúng ta sẽ xây dựng một hình khối 3x3x3. Một khối lập phương có kích thước lớn như nó có được mà không cần thêm mạch và độ phức tạp. Chúng tôi sẽ cần tổng cộng 27 đèn LED sẽ được nhóm thành ba bộ chín. Mỗi bộ chín đèn LED sẽ chia sẻ một kết nối chung giữa các catốt của chúng (dây dẫn âm). Tôi sẽ gọi mỗi bộ này là một "cấp độ". Mỗi trong số chín đèn LED trên một mức được kết nối với đèn LED tương ứng trên hai mức còn lại thông qua các cực dương của chúng (dây dẫn dương). Chúng sẽ được gọi là "cột". Nếu điều đó không hợp lý, nó sẽ trở nên tự giải thích khi chúng ta xây dựng khối lập phương. Để bắt đầu, chúng tôi sẽ sử dụng một mũi khoan để tạo ra một đồ gá từ một mảnh gỗ vụn nhỏ. Đồ gá sẽ giữ các đèn LED tại chỗ trong khi chúng tôi hàn chúng. Tôi quyết định đặt các lỗ cách nhau khoảng 5/8 inch (~ 15 mm) nhưng khoảng cách chính xác không quan trọng. Lỗ phải vừa khít xung quanh đèn LED vì chúng tôi không muốn chúng di chuyển xung quanh khi hàn. Cực âm có thể được nhận dạng theo ba cách: 1) Đó là chân ngắn hơn, 2) Nó nằm trên mặt phẳng của đèn LED tròn, 3) Nó được kết nối với miếng lớn hơn bên trong đèn LED. Đảm bảo rằng bạn uốn cong cực âm theo cùng một hướng cho tất cả các đèn LED. Bây giờ chúng ta đã sẵn sàng để bắt đầu hàn.

Bước 2: Hàn các đèn LED

Đầu tiên hãy đặt chín đèn LED vào đồ gá mới được chế tạo của bạn. Định vị chúng sao cho các chân hướng theo cùng một hướng ngược chiều kim đồng hồ. Các bức ảnh cho thấy cực âm hướng theo chiều kim đồng hồ với cực dương hướng ra ngoài, nhưng tôi sẽ xoay các đèn LED nếu tôi làm lại để giữ chân không cản trở tầm nhìn của đèn LED. Hàn các mặt lại với nhau, mỗi mặt một cặp. Sử dụng những chiếc kẹp nhỏ để giữ cho các chân được kẹp vào nhau trong khi áp dụng chất hàn. Sau khi hàn xong bốn cạnh, hãy di chuyển các kẹp để giữ các góc lại với nhau và bôi chất hàn vào từng cạnh. Cuối cùng, hàn cực âm của đèn LED ở giữa vào một trong hai bên và cắt bỏ phần thừa. Lặp lại ba lần. Bây giờ bạn sẽ có ba bộ chín đèn LED. Đặt hai trong số các bộ này lên trên bộ kia. Giữ khoảng cách bằng khoảng cách đã được thiết lập giữa các đèn LED. Khi bạn đã cảm thấy thoải mái với khoảng cách, bạn có thể kẹp từng bộ chân bằng hai kẹp, mỗi kẹp một ở mỗi hướng, để giữ cố định các chân trong khi hàn. Bạn có thể cần phải uốn cong xung quanh đèn LED để có kết nối tốt. Hàn từng cặp trong số chín cặp, từng cặp một. Làm điều này một lần nữa và bạn đã hoàn thành với khối lập phương. Đặt khối lập phương trên một mặt của tấm đục lỗ. Đảm bảo rằng chín chân được đặt cách đều nhau trong khi bạn dẫn từng chân qua một lỗ. Bảng của tôi có năm lỗ giữa mỗi bộ chân. Bạn muốn để lại càng nhiều khoảng trống càng tốt ở đầu kia của bảng điều khiển để lắp các thành phần khác nhau. Thêm một vài kẹp để giữ chân cố định khi bạn hài lòng với việc định vị. Để lại nhiều chân chọc qua đáy vì điều này sẽ làm cho việc hàn điện trở sau này dễ dàng hơn. Lật tấm ván lại và hàn từng chân để giữ chúng cố định. Lật lại khối lập phương sau khi tất cả các chân đã được hàn. Cuối cùng, chúng ta cần hàn một dây dẫn từ mỗi cấp độ xuống dưới đáy bảng. Dải một đoạn dây rắn và uốn một chiếc móc nhỏ ở một đầu. Treo móc vào một trong các chân đèn LED ở giữa và dẫn nó qua một lỗ trên bảng đục lỗ. Hàn đầu móc để giữ dây cố định. Lặp lại một lần nữa cho hai cấp độ còn lại. Bước tiếp theo là xây dựng phần còn lại của mạch.

Bước 3: Xây dựng mạch

Mạch khá đơn giản. Mỗi cột trong số chín cột sẽ kết nối với một chân trên Arduino thông qua một điện trở hạn chế dòng điện. Mỗi cấp trong số ba cấp kết nối với đất thông qua một bóng bán dẫn NPN khi được kích hoạt bởi một chân Arduino. Chúng tôi sẽ sử dụng tổng cộng 12 chân đầu ra trên Arduino nhưng có 18 đèn LED để cấp nguồn. Bí quyết là chỉ có thể thắp sáng một mức duy nhất tại một thời điểm. Khi một mức được kết nối với đất, mỗi đèn LED trên mức đó có thể được cấp nguồn riêng lẻ thông qua một trong chín chân Arduino khác. Nếu chúng ta thắp sáng các cấp độ đủ nhanh, nó sẽ xuất hiện như thể cả ba cấp độ sáng cùng một lúc. Hãy xây dựng mạch. Bước đầu tiên là chuẩn bị chín điện trở hạn chế dòng điện. Tôi đang sử dụng 220 ohms mỗi pin sẽ vẽ khoảng 22mA. Giá trị có thể thay đổi tùy thuộc vào đèn LED đang được sử dụng nhưng nằm trong khoảng 135 đến 470 ohms. Mỗi chân có khả năng cấp nguồn lên đến 40mA. Để tiết kiệm diện tích, chúng tôi muốn hàn các điện trở theo phương thẳng đứng. Gập một dây dẫn xuống để cả hai dây dẫn song song với nhau. Làm điều này cho tất cả chín điện trở. Khi các điện trở đã sẵn sàng, chúng tôi sẽ hàn từng cái một. Để dễ dàng hơn, chúng tôi sẽ hàn điện trở dẫn trực tiếp đến các thành phần khác thay vì sử dụng một dây riêng biệt cho mỗi thành phần. Một đầu của điện trở sẽ kết nối với một cột và đầu kia sẽ kết nối với một tiêu đề. Bắt đầu với hàng đèn LED đầu tiên gần điện trở nhất và hoạt động theo cách của bạn trở lại. Sau khi hoàn thành mỗi hàng, bạn có thể sử dụng một miếng băng nhỏ để cách ly các dây dẫn chồng lên nhau để tránh bị chập. Tham khảo các bức ảnh và sơ đồ để xem điều này sẽ như thế nào sau khi hoàn thành. Bây giờ các cột đã hết, bước tiếp theo là hàn các thành phần kiểm soát các mức. Đế của một bóng bán dẫn NPN sẽ được kích hoạt bởi một chân Arduino thông qua một điện trở giới hạn dòng điện là 10k (hoặc ở đó). Điều này sẽ kết nối mức tương ứng với đất sẽ cho phép dòng điện chạy qua các đèn LED. Tham khảo các hình ảnh và sơ đồ. Sau khi hoàn thành, các đèn LED sẽ kết nối với chân 2-10 trên Arduino và các mức phải kết nối với chân 11-13, từ dưới lên trên. Các chân cũng có thể được định cấu hình trong phần mềm nếu bạn cần một thiết lập khác. Mạch hiện đã hoàn tất, đã đến lúc chuyển sang phần mềm!

Bước 4: Sử dụng phần mềm

Tôi đã tìm thấy một vài ví dụ mã trôi nổi trên mạng 'để điều khiển một khối LED. Tất cả chúng đều yêu cầu các mảng lớn dữ liệu nhị phân hoặc hex để điều khiển các đèn LED. Tôi nhận ra phải có một cách dễ dàng hơn nên tôi bắt đầu viết phần mềm của riêng mình. Quyết định đầu tiên của tôi là làm cho phần mềm phản chiếu phần cứng. Điều đó có nghĩa là giải quyết từng đèn LED theo cột và mức thay vì sử dụng dữ liệu cổng thô hoặc x, y, z truyền thống. Quyết định thứ hai là bắt đầu với các chức năng cơ bản, như bật hoặc tắt một đèn và xây dựng từ đó. Cuối cùng, tôi quyết định giới thiệu hai tính năng hữu ích cho nhiều hiệu ứng thú vị hơn. Một là bộ đệm cho phép các chức năng cơ bản tạo ra các mẫu phức tạp hơn. Chức năng còn lại là chức năng tuần tự chiếu sáng một dãy đèn LED tại một thời điểm hoặc tất cả cùng một lúc. Thư viện bắt đầu dưới dạng mã thủ tục và các chức năng lỏng lẻo. Từ đó, rất dễ dàng làm theo hướng dẫn để tạo một thư viện Arduino có thể tái sử dụng. Đảm bảo tải xuống thư viện và giải nén nó vào sổ phác thảo / thư viện. Nếu thiết lập đúng, bạn sẽ tìm thấy một ví dụ trong phần mềm Arduino trong Tệp> Ví dụ> LedCube> ledcube. Mã này cũng có sẵn trên Github tại gzip / arduino-ledcube. Cảm ơn vì đã đọc!