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Si ha incursionado en algunos proyectos principiantes de Arduino, pero está buscando algo un poco permanente y en un nivel completamente diferente, entonces el humilde cubo LED de 4 x 4 x 4 es una opción natural. La construcción es mucho más fácil de lo que piensas, y usando una multiplexación podemos controlar todos los LED directamente desde una sola placa Arduino Uno. Es una gran práctica de soldadura, y el costo total de los componentes no debería llegar a más de $ 40.
Hoy detallaré minuciosamente el lado de la construcción de las cosas y proporcionaré un software para ejecutarlo que se vea impresionante y le enseñe lo básico.
Necesitará
- Un Arduino. El código suministrado supone un Arduino Uno, pero también podría ajustarse a un modelo más grande.
- 64 LEDs - la elección exacta depende de usted, pero utilicé estos LED azules súper brillantes de 3 mm (3.2v 30ma) @ £ 2.64 por 50.
- 16 resistencias del valor apropiado para sus LED. Para los LED anteriores, 99 peniques compraron 100 de estos. Utilizar ledcalc.com - ingrese 5v para el voltaje de suministro, el voltaje de los LED (en mi caso 3.2) y la corriente en miliamperios (3.2). Su resistencia deseada se mostrará en la casilla etiquetada "Resistencia nominal más alta más cercana", luego busque ese valor en eBay.
- Algunos alambre artesanal para fortalecer la estructura básica y para la decoración - utilicé 0.8mm grosor.
- UNA tablero de prototipos de algún tipo al que puede soldar todos sus bits. Usé uno que no tenía pistas completas, ya que no tengo un cortador de pistas, pero use lo que le convenga. Sin embargo, un escudo de prototipos Arduino es un poco demasiado pequeño, a menos que realmente apriete sus LED.
- Cable componente aleatorio - algunos hilos de cable de red y algunos de los cables de prototipos de un kit funcionarán bien.
- Pinzas de cocodrilo o "manos amigas" son útiles para mantener las brocas en su lugar.
- Soldador y soldadura.
- Un poco de chatarra.
- Un taladro, con el mismo tamaño que sus LED.
Nota: los dibujos en 3D en este tutorial se realizaron en minutos usando TinkerCAD. Seguí una compilación existente detallada en Instructables por usuario forte1994, que también puede leer antes de intentar esto.
Asegúrese de leer todas estas instrucciones primero antes de intentar esto por ti mismo.
El principio de este diseño
Antes de comenzar la construcción, es importante tener una visión general completa de cómo funcionará esto para que pueda improvisar e identificar errores a medida que avanza. Algunos cubos de LED utilizan un pin de salida único para cada LED; sin embargo, en un cubo de 4x4x4, eso necesitaría 64 pines - que ciertamente no tenemos en un Arduino Uno. Una solución sería usar registros de desplazamiento Programación Arduino - Jugar con registros de desplazamiento (también conocido como más LED)Hoy intentaré enseñarte un poco sobre los registros de desplazamiento. Estas son una parte bastante importante de la programación de Arduino, básicamente porque amplían la cantidad de salidas que puede usar, a cambio de ... Lee mas , pero esto es innecesariamente complicado.
Para controlar todos esos LED en solo 20 pines, utilizaremos una técnica llamada multiplexación. Al dividir el cubo en 4 capas separadas, solo necesitamos pines de control para 16 LED, así que para encender un LED específico, debemos activar tanto la capa como el pin de control, lo que nos da un requisito total de 16 + 4 patas. Cada capa tiene un cátodo común, la parte negativa del circuito, por lo que todas las patas negativas se unen y se conectan a un solo pin para esa capa.
En el ánodo (positivo) lado, cada LED se conectará al LED correspondiente en la capa superior e inferior. Esencialmente, tenemos 16 columnas de las patas positivas y 4 capas de las negativas. Aquí hay algunas vistas en 3D de las conexiones para ayudarlo a comprender:
Construcción
Como no utilizaremos una estructura metálica completa para soldar, queremos que todas las patas de los LED se superpongan aproximadamente un cuarto y le den rigidez a la estructura. Dobla el cátodo de tus LED, el lado con la muesca plana en la cabeza y la pata más corta, como se muestra en el diagrama. (Realmente no importa si lo doblas hacia la izquierda o hacia la derecha, siempre y cuando seas consistente y nunca toque el ánodo)
La primera parte crítica de este proyecto es hacer una plantilla de madera. Esto mantendrá una capa de LED mientras sueldas las patas juntas, por lo que debe ser precisa y no demasiado floja. Usando la broca del mismo tamaño que sus LED, mida y luego perfore una matriz de 4 × 4 de equidistante agujeros Tenga en cuenta que desea que una cuarta parte de la pierna se superponga con su vecino, y utilice una regla real. Revise cada orificio para asegurarse de que un LED pueda ajustarse perfectamente, pero no tan apretado que no podrá volver a sacarlo, o tendrá problemas al intentar quitar una capa completamente soldada.
Suelde los cátodos de 4 filas de LED. Tenga cuidado de no quemar los LED: desea una buena plancha caliente y estar dentro y fuera. Aquí están mis primeras cuatro filas completadas.
Ahora, para fortalecer la rigidez de la capa, corte y suelde dos trozos rectos de alambre artesanal en cada extremo, asegurándose de que se conectan con cada fila. Esta es tu primera capa completa. Deje todo el exceso de piernas sobresaliendo a un lado por ahora.
Ahora sería un buen momento para probar: simplemente cargue la aplicación de parpadeo Arduino predeterminada y, con una resistencia conectada, coloque el suelo en el marco de la capa y presione el cable positivo de cada LED.
Con suerte, todos se encenderán. De lo contrario, asegúrese de no haberse perdido una junta de soldadura en algún lugar y, si es necesario, reemplace el LED.
Retire esa capa de la plantilla y repita el proceso. 3 veces más.
No se preocupe si su soldadura no es perfecta, siempre que no se rompa y la conexión sea sólida, no afectará el producto final. Admito, mi soldadura era bastante desesperada, mi plantilla estaba apagada, y todo se parecía a la torre inclinada de Pisa. Aún así, estoy orgulloso del cubo terminado, y cuando los LED estén encendidos, ¡no mirarás las juntas de soldadura de todos modos!
Unirse a capas
Una vez que tenga 4 capas completas, querrá unir todas las patas verticales. Encontré que esta es la parte más difícil de la construcción, y para ayudar al proceso corté una tarjeta vertical.
Esto mantuvo las capas a la altura adecuada, pero muchas de las patas todavía no se alineaban perfectamente; para esto, usé algunos clips de cocodrilo para mantenerlas en su lugar.
1er error tonto para evitar
¡Solo después de completar una capa completa me di cuenta de que mi tarjeta vertical estaba atascada en su lugar, así que tuve que cortarla! No cometas el mismo error que yo: alarga el elevador lateralmente y une las piezas de la tarjeta. fuera del cubo, por lo que cuando haya completado la capa, puede deconstruir el elevador y extraer el tarjeta.
Segundo error tonto para evitar
No suelde la pata vertical al marco del cátodo, obviamente. Las patas verticales solo deben conectarse a otras patas verticales, y nada más.
Nuevamente, pruebe después de que se haya adjuntado cada capa. Prueba todas las capas, de hecho, solo toca el cable positivo hacia la punta de la capa superior, asegurando así que tienes un buen contacto en todas las capas.
Cuando las 4 capas se soldaron juntas, me puse a limpiar un poco, dejé una sola pierna extendido fuera de cada capa en una especie de trampolín - esto se reduciría a la Junta más tarde. Se cortaron otros pedazos extraños de estructura y patas de metal. Obviamente, no corte ninguna de las patas verticales, necesitamos ponerlas en nuestro tablero de prototipos.
Fijación a la pizarra
¿Recuerdas cuando dije que arreglar cada capa por sí mismo era la parte más difícil? Mentí. Intentar encajar 16 patas LED en pequeños agujeros en una placa de prototipos es realmente más difícil. La forma más fácil que encontré fue hurgar en 4 a la vez, asegurarlos debajo con pinzas de cocodrilo y luego pasar a la siguiente fila de 4. Use un rotulador para marcar el espacio de antemano si es útil.
En retrospectiva, habría colocado las resistencias en el protoboard primero, en realidad. Tal como están las cosas, solé todas las patas del cubo en el tablero primero, luego intenté apretar delicadamente las resistencias entre cada una. Aprende de mi error y coloca tus resistencias primero.
Traté de espaciarlos equitativamente de manera escalonada para poder usar un lado entero del cubo para todas las conexiones finales al Arduino. Aquí está el diagrama del circuito con el que fui:
Para las cuatro capas negativas, dejé caer un solo cable desde cada capa, luego las tiré a un lado, así:
Finalmente, agregué algunos cables de enchufe que luego podría colocar en los pines Arduino relevantes. Usa el tipo más largo que tengas. Tenga en cuenta que estropeé el orden en algunos lugares debido a una mala planificación. Sin embargo, cada fila de LED tenía un código de colores.
Eso es. ¡Terminado!
Programando tu cubo
Sé que no puedes esperar para encender esto, así que conecta las 4 capas negativas E / S analógica puertos A2 (capa inferior) mediante A5 (capa superior)(estos también pueden actuar como E / S digitales). Luego, conecte los 16 pines de control LED, comenzando con +1 en el extremo derecho a E / S digital puerto 0, con +15 y +16 entrando en analógico A0 y A1. (No use AREF y GND)
Descargar el patrones de demostración y código del usuario instructable forte1994. También le ha proporcionado un herramienta útil en línea para diseñar los patrones de bytes para personalizar su propia secuencia. Aquí hay un video de este código en acción en mi cubo (Ajusté la velocidad a 5, en lugar de la predeterminada 20).
Esta no es la única forma de programar su cubo, por supuesto, así que permítame pasar unos minutos enseñándole los conceptos básicos para hacer sus propios patrones. programáticamente, en lugar de reproducir patrones preestablecidos como lo hace la demostración anterior.
Hay algunas cosas que debe saber al intentar programar su cubo:
- Para abordar un solo LED, utiliza un avión (capa) número 0–3, y un pin LED número 0–15. Gire el avión a la salida BAJA (ya que este es el tramo negativo) y el número de pin del LED ALTO (el tramo positivo) para activar el LED.
- Antes de activar un solo LED, asegúrese de que todos los demás aviones estén apagados, eso significa configurarlos en salida ALTA. De lo contrario, se encenderá una columna de LED en lugar de un solo LED.
Con eso en mente, he hecho dos secuencias programáticas muy simples para que las examine: descarga el código desde aquí. El primero simplemente enciende cada LED uno por uno, en secuencia. Usamos dos bucles for para esto, iterando sobre cada capa y cada pin de control.
El segundo es un bucle aleatorio (deberá comentar el primero y habilitarlo en el bucle principal para probarlo). Simplemente elige una capa aleatoria y un pin de control aleatorio, iluminándolos y apagándolos.
Resumen
No se deje intimidar por esta construcción: me faltan habilidades para soldar y lo logré bien (¿Yo creo que?). El tiempo total de construcción fue de aproximadamente una hora al día durante una semana. La próxima vez, intentaré enseñarte una programación más ambiciosa para el cubo, así que espero que te unas a mí para construir tu propio cubo esta semana y cargará un código nuevo la próxima semana, y si crea sus propias aplicaciones o secuencias increíbles, cárguelas en Pastebin y háganos saber en el comentarios!
James tiene una licenciatura en Inteligencia Artificial y está certificado por CompTIA A + y Network +. Es el desarrollador principal de MakeUseOf, y pasa su tiempo libre jugando VR paintball y juegos de mesa. Ha estado construyendo computadoras desde que era un niño.
