Wie man einen pulsierenden Arduino LED-Würfel herstellt, der aussieht, als käme er aus der Zukunft

Wie man einen pulsierenden Arduino LED-Würfel herstellt, der aussieht, als käme er aus der Zukunft

Wenn Sie sich mit einigen Arduino-Anfängerprojekten beschäftigt haben, aber nach etwas Dauerhaftem und auf einem ganz anderen Niveau suchen, dann ist der bescheidene 4 x 4 x 4 LED-Würfel eine natürliche Wahl. Der Aufbau ist viel einfacher, als Sie vielleicht denken, und mit einem Multiplexing können wir alle LEDs direkt von nur einem einzigen Arduino Uno-Board aus steuern. Es ist eine großartige Lötpraxis, und die Gesamtkosten der Komponenten sollten nicht mehr als etwa 40 US-Dollar betragen.





Heute werde ich die Konstruktionsseite der Dinge gründlich detailliert beschreiben und eine Software zur Verfügung stellen, die sowohl beeindruckend aussieht als auch Ihnen die Grundlagen beibringt.



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Du wirst brauchen

  • EinArduino. Der mitgelieferte Code geht von einem Arduino Uno aus, könnte aber auch an ein größeres Modell angepasst werden.
  • 64 LEDs - Die genaue Wahl liegt bei Ihnen, aber ich habe diese superhellen 3 mm blauen LEDs verwendet ( 3,2 V 30 mA ) @ 2,64 £ für 50.
  • 16 Widerstände des entsprechenden Wertes für Ihre LEDs. Für die obigen LEDs kauften 99 Pence 100 davon. Verwenden ledcalc.com - 5v für die Versorgungsspannung, die Spannung der LEDs (in meinem Fall 3.2) und den Strom in Milliampere (3.2) eingeben. Ihr gewünschter Widerstand wird in der Box mit der Bezeichnung . angezeigt Nächster Widerstand mit höherer Nennleistung , dann suchen Sie einfach bei eBay nach diesem Wert.
  • Etwas Basteldraht zur Stärkung der Grundstruktur und zur Dekoration - habe ich verwendet 0,8 mm Dicke.
  • ZU Prototyping-Board von einer Art, an die Sie alle Ihre Bits löten können. Ich habe einen verwendet, der keine vollen Spuren hat, da ich keinen Spurschneider habe, aber benutze, was immer dir passt. Ein Arduino-Prototyping-Schild ist jedoch etwas zu klein, es sei denn, Sie drücken Ihre LEDs wirklich zusammen.
  • Zufälliger Komponentendraht - Einige Netzwerkkabelstränge und einige der Prototyping-Drähte aus einem Kit funktionieren gut.
  • Krokodilklemmen oder helfende Hände sind nützlich, um Bits an Ort und Stelle zu halten.
  • Lötkolben und Lötzinn.
  • Etwas Altholz.
  • Ein Bohrer mit der gleichen Größe wie Ihre LEDs.

Hinweis: Die 3D-Zeichnungen in diesem Tutorial wurden in wenigen Minuten erstellt mit TinkerCAD . Ich folgte einem vorhandenen Build, der von Benutzern auf Instructables detailliert wurdeforte1994, die Sie möglicherweise auch lesen möchten, bevor Sie dies versuchen.





Lesen Sie unbedingt alle diese Anweisungen durch Erste bevor Sie es selbst versuchen.

Das Prinzip dieses Designs

Bevor Sie mit dem Bau beginnen, ist es wichtig, einen vollständigen Überblick darüber zu haben, wie dieses Ding funktionieren wird, damit Sie improvisieren und Fehler erkennen können, während Sie fortfahren. Einige LED-Würfel verwenden einen einzelnen Ausgangspin für jede einzelne LED - bei einem 4x4x4-Würfel würde dies jedoch erforderlich sein 64 Stifte - die wir auf einem Arduino Uno sicherlich nicht haben. Eine Lösung wäre die Verwendung von Schieberegistern, dies ist jedoch unnötig kompliziert.



Um all diese LEDs mit nur 20 Pins zu steuern, verwenden wir eine Technik namens Multiplexing. Durch das Aufteilen des Würfels in 4 separate Schichten benötigen wir nur Steuerstifte für 16 LEDs. Um eine bestimmte LED zu beleuchten, müssen wir sowohl die Schicht als auch den Steuerstift aktivieren, was insgesamt 16 + 4 Stifte erfordert. Jede Schicht hat eine gemeinsame Kathode - den negativen Teil der Schaltung -, so dass alle negativen Beine miteinander verbunden und mit einem einzigen Stift für diese Schicht verbunden sind.

Auf der Anode (positiv) Seite wird jede LED mit der entsprechenden LED in der Ebene darüber und darunter verbunden. Im Wesentlichen haben wir 16 Spalten der positiven Beine und 4 Schichten des negativen. Hier sind einige 3D-Ansichten der Verbindungen zum besseren Verständnis:



Konstruktion

Da wir keine Vollmetallstruktur zum Löten verwenden, möchten wir, dass sich alle Beine der LEDs um etwa ein Viertel überlappen und der Struktur Steifigkeit verleihen. Falten Sie die Kathode Ihrer LEDs - die Seite mit der flachen Kerbe im Kopf und dem kürzeren Bein - wie in der Abbildung gezeigt. (Es spielt keine Rolle, ob Sie es nach links oder rechts biegen, solange Sie konsistent sind und es nie die Anode berührt)

Der erste kritische Teil dieses Projekts ist die Herstellung einer Holzschablone. Dies hält eine Schicht LEDs, während Sie die Beine zusammenlöten, daher muss es genau und nicht zu locker sein. Messen Sie mit dem gleichen Bohrer wie Ihre LEDs aus und bohren Sie dann eine 4x4-Matrix von gleich weit Löcher. Denken Sie daran, dass sich etwa ein Viertel des Beins mit seinem Nachbarn überlappen soll, und verwenden Sie ein echtes Lineal. Überprüfen Sie jedes Loch, um sicherzustellen, dass eine LED fest sitzt, aber nicht so fest, dass Sie sie nicht mehr herausbekommen, oder Sie haben Probleme beim Versuch, eine vollständig gelötete Schicht zu entfernen.



Löten Sie die Kathoden von 4 Reihen von LEDs. Achten Sie darauf, dass die LEDs nicht durchbrennen - Sie möchten ein gutes heißes Bügeleisen und müssen ein- und ausgehen. Hier sind meine ersten vier Reihen fertig.

Um nun die Steifigkeit der Schicht zu verstärken, schneiden und löten Sie zwei gerade Stückchen Basteldraht an beiden Enden und stellen Sie sicher, dass sie mit jeder Reihe verbunden sind. Dies ist Ihre erste fertige Schicht. Lassen Sie vorerst alle überschüssigen Beine seitlich herausstehen.

Jetzt wäre eine gute Zeit zum Testen - laden Sie einfach die Standard-Arduino-Blink-App und legen Sie mit einem angeschlossenen Widerstand die Masse auf den Schichtrahmen und drücken Sie die positive Leitung nacheinander auf jede LED.

Hoffentlich leuchten sie alle. Wenn nicht, vergewissern Sie sich, dass Sie nicht irgendwo eine Lötstelle übersehen haben und tauschen Sie ggf. die LED aus.

Entfernen Sie diese Schicht von der Vorrichtung und wiederholen Sie den Vorgang Noch 3 mal .

Machen Sie sich keine Sorgen, wenn Ihr Löten nicht perfekt ist – solange es nicht bricht und die Verbindung fest ist, wird es das Endprodukt nicht beeinträchtigen. Ich gebe zu, mein Löten war ziemlich hoffnungslos, meine Vorrichtung war aus, und alles ähnelte dem schiefen Turm von Pisa. Trotzdem bin ich stolz auf den fertigen Würfel, und wenn die LEDs leuchten, schaut man sowieso nicht auf die Lötstellen!

Verbinden von Ebenen

Sobald Sie 4 fertige Schichten haben, möchten Sie alle vertikalen Beine miteinander verbinden. Ich fand dies der schwierigste Teil des Builds, und um den Prozess zu unterstützen, schneide ich einen Riser aus der Karte.

Dies hielt die Schichten auf der entsprechenden Höhe, aber viele der Beine ließen sich immer noch nicht perfekt ausrichten - dafür habe ich einige Krokodilklemmen verwendet, um sie an Ort und Stelle zu halten.

1. dummer Fehler, den Sie vermeiden sollten

Erst nachdem ich eine vollständige Schicht fertiggestellt hatte, stellte ich fest, dass mein Karten-Riser feststeckte, also musste ich ihn ausschneiden! Machen Sie nicht den gleichen Fehler wie ich - machen Sie den Riser an der Seite länger und verbinden Sie die Kartenstücke außerhalb des Würfels, damit Sie, wenn Sie die Schicht fertig haben, den Riser zerlegen und die Karte herausziehen können.

Zweiter dummer Fehler, den Sie vermeiden sollten

Löten Sie das vertikale Bein natürlich nicht an den Kathodenrahmen. Vertikale Beine sollten nur mit anderen vertikalen Beinen verbunden werden und sonst nichts.

Testen Sie erneut, nachdem jede Schicht angebracht wurde. Testen Sie alle Schichten, indem Sie den Pluspol nur bis zur Spitze der obersten Schicht berühren, um sicherzustellen, dass Sie durch alle Schichten einen guten Kontakt haben.

Als alle 4 Schichten zusammengelötet waren, machte ich mich daran, ein wenig aufzuräumen - ich ließ ein einzelnes Bein in einer Art Sprungbrett aus jeder Schicht herausragen - dies würde später auf die Platine fallen gelassen werden. Andere überflüssige Teile des Metallrahmens und der Beine wurden abgeschnitten. Schneiden Sie natürlich keine der vertikalen Beine ab - wir müssen diese in unser Prototyping-Board stecken.

Befestigung am Board

Erinnern Sie sich, als ich sagte, dass es das Schwierigste war, jede Schicht an sich selbst zu befestigen? Ich habe gelogen. Der Versuch, 16 LED-Beine in winzige Löcher auf einem Prototyping-Board zu stecken, ist tatsächlich schwieriger. Der einfachste Weg, den ich fand, war, jeweils 4 durchzustechen, sie mit Krokodilklemmen darunter zu befestigen und dann zur nächsten Reihe von 4 zu gehen. Verwenden Sie einen Marker, um den Abstand im Voraus zu markieren, wenn es hilft.

Im Nachhinein hätte ich eigentlich zuerst die Widerstände in das Protoboard gelegt. So wie es ist, lötete ich zuerst alle Beine des Würfels in die Platine und versuchte dann, Widerstände zwischen jedem einzelnen vorsichtig zu drücken. Lernen Sie aus meinem Fehler und platzieren Sie Ihre Widerstände zuerst.

Ich habe versucht, sie schrittweise zu verteilen, damit ich eine gesamte Seite des Würfels für alle endgültigen Verbindungen zum Arduino verwenden konnte. Hier ist der Schaltplan, mit dem ich gegangen bin:

Für die vier negativen Schichten ließ ich einen einzelnen Draht von jeder Schicht fallen und zog sie dann einfach zur Seite, wie folgt:

Schließlich fügte ich einige Steckerdrähte hinzu, die ich dann in die entsprechenden Arduino-Pins stecken konnte. Verwenden Sie die längste Sorte, die Sie haben. Beachten Sie, dass ich die Bestellung aufgrund schlechter Planung stellenweise durcheinander gebracht habe. Jede Reihe von LEDs war jedoch farbcodiert.

Das ist es. Fertig!

Programmieren Ihres Cubes

Ich weiß, Sie können es kaum erwarten, dieses Ding in Gang zu bringen, also stecken Sie die 4 negativen Schichten ein Analoge E/A Häfen A2 (untere Schicht) durch A5 (obere Schicht) (diese können auch als digitale I/O fungieren) . Stecken Sie dann die 16 LED-Steuerstifte ein, beginnend mit +1 ganz rechts zu digitale Ein-/Ausgänge Port 0 , mit +15 und +16 ins Analoge gehen A0 und A1 . (Verwenden Sie nicht AREF und GND)

Laden Sie die . herunter Demomuster und Code vom anweisbaren Benutzer forte1994 . Er hat auch zur Verfügung gestellt hilfreiches Online-Tool zum Entwerfen der Bytemuster, um Ihre eigene Sequenz anzupassen. Hier ist ein Video dieses Codes in Aktion auf meinem Würfel (Ich habe die Geschwindigkeit auf 5 eingestellt, statt auf die Standardeinstellung 20) .

wie man nach der schule app hackt

Dies ist natürlich nicht die einzige Möglichkeit, Ihren Würfel zu programmieren, also lassen Sie mich ein paar Minuten damit verbringen, Ihnen die Grundlagen der Erstellung Ihrer eigenen Muster beizubringen programmatisch , anstatt Preset-Patterns abzuspielen, wie es in der obigen Demo der Fall ist.

Es gibt ein paar Dinge, die Sie wissen sollten, wenn Sie versuchen, Ihren Cube zu programmieren:

  1. Um eine einzelne LED anzusprechen, verwenden Sie a Flugzeug (Schicht) Nummer 0–3 und ein LED-Pin Nummer 0–15. Drehen Sie das Flugzeug auf den LOW-Ausgang (da dies das negative Bein ist) und die LED-Pinnummer HIGH (das positive Bein), um die LED zu aktivieren.
  2. Stellen Sie vor dem Aktivieren einer einzelnen LED sicher, dass alle anderen Ebenen ausgeschaltet sind - das heißt, sie auf HIGH-Ausgang setzen. Wird dies nicht getan, leuchtet statt einer einzelnen LED eine Reihe von LEDs auf.

Vor diesem Hintergrund habe ich zwei sehr einfache programmatische Sequenzen erstellt, die Sie untersuchen können – laden Sie den Code hier herunter . Die erste leuchtet einfach nacheinander jede LED auf. Dazu verwenden wir zwei for-Schleifen, die über jede Ebene und jeden Kontrollstift iterieren.

Die zweite ist eine Zufallsschleife (Sie müssen die erste auskommentieren und diese in der Hauptschleife aktivieren, um sie zu testen). Es wählt einfach eine zufällige Ebene und einen zufälligen Kontrollstift aus und blinkt sie ein und aus.

Zusammenfassung

Lass dich von diesem Build nicht einschüchtern - mir fehlen ernsthaft die Lötfähigkeiten, und ich habe das gut hinbekommen (Ich denke?) . Die gesamte Bauzeit betrug eine Stunde oder so pro Tag für eine Woche. Das nächste Mal werde ich versuchen, Ihnen etwas ehrgeizigeres Programmieren für den Würfel beizubringen, also hoffe ich, dass Sie diese Woche mit mir Ihren eigenen Würfel bauen und nächste Woche neuen Code laden - und wenn Sie Ihren eigenen erstellen tolle Apps oder Sequenzen, bitte lade sie auf Pastebin hoch und lass es uns in den Kommentaren wissen!

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Über den Autor James Bruce(707 veröffentlichte Artikel)

James hat einen BSc in Künstlicher Intelligenz und ist CompTIA A+ und Network+ zertifiziert. Wenn er nicht als Hardware-Review-Editor beschäftigt ist, genießt er LEGO, VR und Brettspiele. Bevor er zu MakeUseOf kam, war er Lichttechniker, Englischlehrer und Rechenzentrumsingenieur.

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