Arduino Mega 8x8x8 RGB LED Cube: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ดังนั้น คุณต้องการสร้างลูกบาศก์ LED RGB 8x8x8

ฉันเคยเล่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ Arduino มาระยะหนึ่งแล้ว รวมถึงการสร้างตัวควบคุมสวิตช์แอมป์สูงสำหรับรถของฉันและผู้พิพากษา Pinewood Derby หกเลนสำหรับกลุ่มลูกเสือของเรา

ดังนั้นฉันจึงรู้สึกทึ่งและติดใจเมื่อพบไซต์ที่ยอดเยี่ยมของ Kevin Darrah พร้อมคำอธิบายโดยละเอียดและสร้างวิดีโอ

อย่างไรก็ตาม มีบางช่วงของงานสร้างของเขาที่ฉันคิดว่าฉันสามารถปรับปรุงได้

ด้านบวก:

• คำอธิบายโดยละเอียดของ Kevin เกี่ยวกับโค้ด Arduino ที่จำเป็นสำหรับโปรแกรมที่ซับซ้อนนี้ ทำให้ด้านการเข้ารหัสของบิลด์ง่ายขึ้น
• ฉันสนับสนุนการใช้ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวของ Kevin เพื่อขับเคลื่อนแคโทด 192 ตัวแต่ละตัว แม้ว่าสิ่งนี้จะต้องใช้การออกแบบฮาร์ดแวร์ที่มีส่วนประกอบที่หลากหลาย แต่ก็ช่วยให้คุณขับ LED แต่ละดวงได้ยากโดยไม่ต้องเสี่ยงกับการโอเวอร์โหลดชิปไดรเวอร์ตัวเดียวที่จัดการ LED 8 (หรือมากกว่า)

ด้านที่ผมต้องการปรับปรุง:

• จะต้องมีวิธีที่ดีกว่าในการสร้างลูกบาศก์เอง บวกกับข้อต่อบัดกรีมากกว่า 2,000 รายการในลูกบาศก์ RGB ขนาด 8x8x8 และหากมีอันใดอันหนึ่งล้มเหลว/แตกตรงกลาง การเข้าถึงและแก้ไขแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย
• สายไฟทั้งนั้น!!!! ฉันเคยมีประสบการณ์ในการออกแบบ PCB มาก่อน เพื่อที่จะสร้าง PCB ตัวเดียวสำหรับโฮสต์ทั้งส่วนประกอบจำนวนมากที่จำเป็นและตัวคิวบ์เอง

การค้นหาเพิ่มเติมเผยให้เห็นการออกแบบลูกบาศก์เพิ่มเติมจากที่ฉันใช้แรงบันดาลใจในด้านอื่นๆ

Nick Schulze ได้สร้างตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของโน้ตแม้ว่าจะใช้วิธีฮาร์ดแวร์ STP16 ที่ง่ายกว่าและชิป KIT UNO 32 บิต ฉันใช้ประโยชน์จากการออกแบบลูกบาศก์ของเขามากกว่าของเควิน

SuperTech-IT มุ่งเน้นไปที่การลดความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์ด้วยวิธี PCB เดียวที่รวมและขยายวิธีการเขียนโปรแกรมของ Kevin และ Nick โดยมุ่งเน้นที่การกำจัดการเดินสายทั้งหมด

จึงได้วางแผนไว้ การใช้แผนผังของ Kevin โครงสร้าง Cube ของ Nick ออกแบบ PCB เดียว และพัฒนาโซลูชันเพื่อลดความซับซ้อนของการสร้างและเสริมความแข็งแกร่งให้กับคิวบ์

ขั้นตอนที่ 1: LED เหล่านั้นทั้งหมด

8x8x8 = ไฟ LED RGB 512 ดวง อีเบย์เป็นเพื่อนของคุณที่นี่ และฉันซื้อ 1,000 จากซัพพลายเออร์จีน

การออกแบบที่ฉันเลือกใช้ไฟ LED RGB แบบแอโนดทั่วไปขนาด 5 มม. ดังนั้น LED แต่ละตัวจึงมีสายแคโทด (เชิงลบ) สำหรับแต่ละสีหลักสามสี (แดง/เขียว/น้ำเงิน) และสายแอโนดเดียว (บวก) ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับแต่ละสี สี

การทดสอบ LED's

ในขณะที่ราคาถูกฉันกังวลเล็กน้อยเกี่ยวกับคุณภาพ สิ่งสุดท้ายที่คุณต้องการค้นหา dud LED ตรงกลางคิวบ์ของคุณ ดังนั้นฉันจึงตั้งค่าเกี่ยวกับการทดสอบแต่ละ 512 LED ที่ฉันจะใช้

เพื่อลดความซับซ้อนของแนวทางนี้ ฉันออกแบบเขียงหั่นขนมเล็กๆ และโปรแกรม Arduino อย่างง่าย ซึ่งจะขับ LED สีแดง>เขียว>น้ำเงินสองดวงแยกกัน จากนั้นเปิดทั้งหมดสำหรับสีขาวโดยกดปุ่ม

LED หนึ่งดวงจะทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงทั่วไปสำหรับไฟ LED อื่นๆ ทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่า LED ทั้งหมดมีความสว่างเท่ากัน

เมื่อคุณเริ่มชินกับการกด LED เข้าไปในเขียงหั่นขนม กดปุ่ม ดูไฟ LED กะพริบผ่านสีต่างๆ ใช้เวลาไม่นานในการตรวจสอบทั้งหมด 512 ในทางกลับกัน ฉันไม่พบข้อบกพร่องแม้แต่นิดเดียวและ ยินดีเป็นอย่างยิ่งกับคุณภาพของ LED

การเลือกค่าตัวต้านทานจำกัดกระแส

ในขณะที่เขียงหั่นขนมไม่อยู่ เป็นเวลาที่ดีในการทดสอบและตรวจสอบตัวต้านทานการจำกัดกระแสไฟ LED ที่คุณจะต้องใช้ มีเครื่องคิดเลขมากมายที่จะช่วยคุณเลือกค่าที่ถูกต้องและจะไม่เหมือนกันสำหรับสีทั้งหมด (สีแดงเกือบจะมีข้อกำหนดที่แตกต่างจากสีเขียวและสีน้ำเงิน)

จุดสำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องระวังคือ สีขาวโดยรวมที่ LED จะปล่อยออกมาเมื่อสี RGB ทั้งหมดเปิดอยู่ คุณสามารถปรับสมดุลค่าของตัวต้านทานเพื่อสร้างสีขาวสะอาดภายในขีดจำกัดปัจจุบันของ LED

ขั้นตอนที่ 2: ลดความซับซ้อนของ Cube Build

จิ๊กสำหรับสร้างชิ้น 8x8 แต่ละชิ้น

การสร้างลูกบาศก์ของความซับซ้อนนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย นี้จะต้องลงทุนที่สำคัญของเวลาของคุณ

แนวทางที่ฉันออกแบบทำให้การบัดกรีของ "ชิ้น" ในแนวตั้งขนาด 8x8 แต่ละอันของคิวบ์ง่ายขึ้นในเหตุการณ์เดียว ซึ่งต่างจากการสร้างเส้นของไฟ LED 8 ดวง จากนั้นจึงทำการบัดกรี 8 ชิ้นเข้าด้วยกันในการดำเนินการที่แยกจากกัน

คุณจะต้องใช้จิ๊กสำหรับแนวทางนี้และใช้เวลาเพียงเล็กน้อยเพื่อเก็บเกี่ยวผลประโยชน์มหาศาลในภายหลัง

ภาพด้านบนแสดงความเรียบง่ายของการออกแบบนี้

• ฉันใช้ไม้เนื้ออ่อนขนาด 18 มม. x 12 มม. ที่มาจากร้านฮาร์ดแวร์ในพื้นที่
• เจาะรูขนาด 8 x 5 มม. ตรงกลางด้าน 18 มม. ห่างกัน 30 มม. ที่ความยาว 8 มม. เพื่อให้มีความยาวเพิ่มขึ้นอีก 50 มม. ที่ปลายแต่ละด้าน
• ใช้ไม้ยาวสองด้านในแต่ละด้านแล้วยึดส่วนที่เจาะทั้ง 8 ส่วนนี้โดยให้ขนานกันและห่างกัน 30 มม.
• ฉันขอแนะนำให้ใช้กาวไม้นอกเหนือจากตะปู/สกรูเมื่อทำการยึดเข้าด้วยกัน คุณไม่ต้องการให้จิ๊กนี้งอ
• ที่ปลายด้านบนและด้านล่างของจิ๊ก ฉันกำหนดความยาวอีกอันหนึ่งแล้วใส่ตะปู/หมุดแผงเล็กๆ สามอันในไฟล์พร้อมกับแต่ละคอลัมน์ของรูสำหรับไฟ LED ศูนย์หนึ่งอยู่ในแนวตรงและอีกสอง 5 มม. ในแต่ละด้าน เราจะใช้ตะปูเหล่านี้เพื่อยึดเส้นลวดตรงที่ใช้ทำลูกบาศก์ - เพิ่มเติมในภายหลัง
• คุณจะสังเกตได้จากภาพข้างบนความยาวของไม้อีกอันที่ทำมุมเล็กน้อยกับส่วนอื่น สิ่งนี้จะมีความสำคัญในภายหลังเนื่องจากเราจะตัดสายโครงสร้างของเราให้สอดคล้องกับมุมนี้ ซึ่งจะทำให้การวางตำแหน่งแต่ละชิ้นแนวตั้งเหล่านี้ใน PCB ง่ายขึ้นอย่างมากในภายหลัง

ใช้เวลาของคุณในการสร้างจิ๊กนี้ ยิ่งคุณอยู่ที่นี่มากเท่าไหร่ ลูกบาศก์สุดท้ายของคุณก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 3: การเตรียม LED's

การเชื่อมต่อสายไฟ LED

ข้อกังวลประการหนึ่งที่ฉันมีในตัวอย่างก่อนหน้านี้ที่ฉันได้อ่านคือการใช้ข้อต่อชนธรรมดาเมื่อทำการบัดกรี LED เข้ากับเส้นลวด นี้จะนำไปสู่สองประเด็นสำคัญ

• เป็นการยากและใช้เวลานานมากในการจับตะกั่ว LED ในตำแหน่งถัดจากลวดทำโครงโดยไม่ให้เคลื่อนที่นานพอที่จะมั่นใจได้ว่าคุณจะได้ข้อต่อประสานที่ดี
• ข้อต่อก้นหักได้ง่าย - สิ่งที่ฉันต้องการหลีกเลี่ยง

ดังนั้นฉันจึงออกแบบโซลูชันโดยที่ LED แต่ละตัวถูกเตรียมด้วยการวนซ้ำที่ส่วนท้ายของตะกั่วแต่ละอัน ซึ่งลวดที่ทำโครงจะผ่านซึ่งทั้งคู่ยึดสายไฟไว้ในตำแหน่งในระหว่างการบัดกรี และยังมีการเชื่อมต่อทางกลเพิ่มเติมจากการบัดกรีเพื่อเพิ่มความแข็งแรง

ข้อเสียคือการเตรียมไฟ LED 512 ดวงแต่ละครั้งใช้เวลานานกว่า - ฉันทำเป็นชุด 64 ชิ้น ครั้งละชิ้นและลดลงเหลือประมาณ 3 ชั่วโมงต่อชิ้น

ด้านบวกการบัดกรีจริงของชิ้นโดยใช้จิ๊กก่อนหน้าใช้เวลาเพียงหนึ่งชั่วโมง

จิ๊กดัด LED

ฉันออกแบบจิ๊กเพื่อรองรับการจัดเตรียม LED - ภาพด้านบนพร้อมมิติข้อมูลสำคัญ

• ฉันใช้รางขนาด 18x12 มม. ที่ใช้ก่อนหน้านี้ เจาะรู 5 มม. ผ่านกึ่งกลางด้าน 18 มม. แล้ววางรางนี้ลงบนแผง MDF ขนาดเล็ก (คุณสามารถใช้เศษไม้อะไรก็ได้ นี่คือสิ่งที่ฉันต้อง มือ) และนำรูขนาด 5 มม. ในรางผ่านไปยังศูนย์กลางของ MDF
• การใช้ดอกสว่านเพื่อให้แน่ใจว่ารูในรางและ MDF อยู่ในแนวเดียวกัน ให้ใช้ดินสอแล้วลากเส้นไปตามรางทั้งสองด้านของแผ่น MDF
• ถอดสว่านและรางออก แล้วคุณจะเหลือรู 5 มม. ใน MDF และเส้นขนานสองเส้นที่ด้านใดด้านหนึ่งซึ่งตรงกับขนาดราง (ห่างกัน 18 มม.)
• ลากเส้นอีกเส้นหนึ่งผ่านกึ่งกลางของรูขนาด 5 มม. ซึ่งตั้งฉากกับแนวราง
• ฉันใช้ลวดทองแดงกระป๋อง 22swg (ม้วน 500g ก็เพียงพอแล้ว) ซึ่งมีความกว้าง 0.711 มม. ฉันพบออนไลน์ (eBay เพื่อช่วยเหลืออีกครั้ง) ดอกสว่าน 0.8 มม. บางส่วนและใช้สิ่งเหล่านี้เป็นเครื่องมือสร้างซึ่งฉันจะโค้งงอ LED นำไปสู่เพื่อสร้างลูป
• เจาะดอกสว่าน 0.8 มม. สามอัน อันตรงกลางบนเส้นกึ่งกลางของรู LED 5 มม. อีกอันห่างกัน 5 มม. และที่สำคัญอยู่นอกแนวรางห่างจากรู LED บนแผ่น MDF - ไม่อยู่บนเส้น แต่มีด้านหนึ่ง ของสว่านเพียงแค่แตะแนวราง
• จากนั้นจึงเจาะดอกสว่าน 0.8 มม. ตัวที่สี่อีกครั้งที่เส้นกึ่งกลางของรู LED 5 มม. บนรางอีกเส้น และคราวนี้ก็อยู่ภายในแนวราง รูปภาพด้านบนควรทำให้คำอธิบายนี้ชัดเจนขึ้นเล็กน้อย
• ปล่อยดอกสว่านไว้ในไม้โดยให้ด้ามดอกสว่านยื่นออกมาจาก MDF ประมาณ 1-15 มม.

ตอนนี้คุณต้องการเครื่องมือ - โครงการที่ดีมักจะเป็นโครงการที่คุณต้องซื้อเครื่องมือพิเศษ:-) คุณจะต้องใช้คีมปากแบนคู่เล็กๆ (สำหรับ eBay อีกครั้งในราคา 2 - 3 ปอนด์) มีจมูกยาวขนานกันและปลายแบน - ดูรูป.

การเตรียม LED

ตอนนี้เป็นงานอันยาวนานในการเตรียม LED 512 ดวงแต่ละดวง ฉันแนะนำให้คุณทำเป็นชุดๆ รายละเอียดเพิ่มเติมในภาพด้านบน

• ถือ LED ในคีมโดยให้สายทั้งสี่ชี้มาที่คุณ
• สำคัญ - ลำดับและการวางแนวของลีดมีความสำคัญในขั้นตอนนี้ แอโนดจะเป็นลีดที่ยาวที่สุดเป็นอันดับสองในสี่ลีด ตรวจสอบให้แน่ใจว่านี่เป็นหนึ่งในสองจากทางขวา ทำผิดแล้วไฟ LED ของคุณจะไม่ติดสว่างอย่างถูกต้องในขณะที่เราทดสอบในภายหลัง - ฉันรู้ว่าฉันทำข้อผิดพลาด 2 รายการจาก 512
• ขณะจับ LED ไว้ในคีม ให้ใส่หลอด LED เข้าไปในรูขนาด 5 มม. ในแผ่น MDF ดังที่แสดงในภาพด้านบน คุณอาจต้องกวาดล้างรู 5 มม. ที่ด้านบนเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าคีมวางราบบน MDF
• โค้งงอ LED นำไปสู่รอบ ๆ ดอกสว่านเพื่อสร้างวง ฉันพบว่าถ้าคุณถอยร่มเงาออกมาเมื่อเสร็จแล้ว มันจะเปิดม่านบังตาและช่วยเอาห่วงออกจากดอกสว่านเมื่อดึง LED ออกจากจิ๊ก
• ตัดส่วนเกินออกจากสี่นำไปสู่วงด้วยคีมตัดลวดขนาดเล็กคู่หนึ่ง
• งอ Anode Loop ด้วยตัวเอง 90 องศาโดยให้ลูปหันเข้าหาหลอดไฟ LED ตั้งตรง
• วาง LED ที่เสร็จแล้วลงบนพื้นผิวที่เรียบ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าลีดทั้งหมดวางราบไปตามพื้นผิว การกดเล็กน้อยบน LED จะจัดวางทั้งหมดอย่างง่ายดาย

แค่นั้นแหละ…. ตอนนี้ทำซ้ำ 511 ครั้ง:-)

ขั้นตอนที่ 4: สร้างชิ้น

ยืดเส้นลวด

ตอนนี้เรามีจิ๊กสำหรับทำชิ้น 8x8 ของเราและชุด LED ที่ทดสอบและเตรียมไว้แล้ว

สิ่งที่คุณต้องมีตอนนี้คือโครงลวด เพื่อยึด LED ทั้งหมดไว้ด้วยกัน ฉันใช้ลวดทองแดงกระป๋อง 22swg ขนาด 500 กรัม (จาก eBay อีกครั้ง)

แน่นอนว่าคุณจะต้องการยืดลวดให้ตรงเมื่อหลุดจากม้วน ง่ายถ้ายังมีงานที่ต้องทำเองอีก ตัดส่วนของลวดให้ยาวและจับปลายทั้งสองด้วยคีมสองคู่แล้วค่อย ๆ ดึงและยืดลวด หากคุณทำได้ดี คุณจะสัมผัสได้ถึงเส้นลวดที่ยืดออก จากนั้นคุณสามารถหยุดได้ หากคุณใช้มือหนักๆ ลวดจะขาดที่คีมเมื่อยืดออกเพียงพอ ทั้งสองวิธีนั้นใช้ได้ และคุณจะไม่เพียงแค่ยืดลวดให้ตรง แต่ยังทำให้ลวดแข็งอีกเล็กน้อยเพื่อให้ลวดคงรูปไว้

สำหรับเฟรมขนาด 8x8 แต่ละเฟรม คุณจะต้องมีความยาว 24 อันพอที่จะเรียกใช้จิ๊กของคุณแบบเต็มความยาว โดยมีอะไหล่บางส่วนที่ปลายเพื่อพันรอบหมุดแผงเพื่อกดค้างไว้ขณะบัดกรี นอกจากนี้ คุณจะต้องมีความยาว 8 เส้นสำหรับสายแอโนดตั้งฉากที่กว้างกว่าความกว้างของจิ๊กเพียงเล็กน้อย

สร้างสไลซ์ 8x8

ตอนนี้สายไฟตรงเราก็มาถึงส่วนที่สนุก

• เมื่อจิ๊กนั่งอยู่บนรางแนวตั้งสองรางและรางเจาะขวาง 8 อันหันหน้าเข้าหาคุณ คุณกด LED 8 ดวงลงในคอลัมน์เดียวในแต่ละครั้งโดยให้ขาทั้งสามของ LED ชี้มาที่คุณ
• ตอนนี้ร้อยลวดโครงที่ยืดให้ตรงผ่านลูปนำ LED ตรงกลางของ LED ทั้ง 8 ดวงแล้วมัดปลายแต่ละด้านโดยพันรอบหมุดแผง
• ทำซ้ำสำหรับเส้นโครงด้านนอกทั้งสองเส้น
• จากนั้นทำซ้ำขั้นตอนข้างต้นสำหรับอีก 7 คอลัมน์ที่เหลือ

ตอนนี้คุณจะมีหลอด LED 64 ดวงที่ต่อเข้ากับสายไฟแนวตั้ง 24 เส้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไฟ LED ทั้งหมดวางชิดกับรางไม้ และยืดขา LED ให้ตรงเพื่อขจัดความไม่สอดคล้องกัน

ตอนนี้แยกหัวแร้งของคุณออกแล้วแก้ไขการเชื่อมต่อ 192 ทั้งหมดระหว่างลูป LED และสายเฟรม ฉันจะไม่อธิบายวิธีการประสานที่นี่ มีบทช่วยสอนที่ยอดเยี่ยมมากมายที่จะอธิบายสิ่งนี้ได้ดีกว่าที่ฉันทำได้

ที่เสร็จเรียบร้อย? ใช้เวลาสักครู่เพื่อชื่นชมงานฝีมือของคุณด้วยการพลิกจิ๊ก เรายังต้องเพิ่มในสายเฟรมแอโนด

ตอนนี้คุณสามารถเห็นได้ว่าทำไมเราถึงงอตะกั่วแอโนดเป็นลูป 90 องศา

• นำสายโครงขั้วแอโนด 8 เส้นที่ยืดออกแล้วร้อยอีกครั้งผ่าน LED ทั้ง 8 ดวงในแต่ละแถว
• ฉันตัดลวดตามความกว้างของจิ๊ก แต่ไม่ได้พยายามแก้ไขสิ่งเหล่านี้ลงไปที่หมุดแผง
• เมื่อเสร็จแล้ว ให้ใช้เวลาสักครู่ในการยืด LED ใดๆ ให้ตรงเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีการวิ่งที่สม่ำเสมอและประสานจุดเชื่อมต่อทั้งหมด 64 จุดอีกครั้ง

ทดสอบสไลซ์ 8x8

หั่นหนึ่งชิ้น แต่ก่อนที่คุณจะตัดมันออกจากจิ๊ก ให้ทดสอบดูก่อน สำหรับสิ่งนี้ คุณจะต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 5v (จาก Arduino หรือแผงวงจรทดลอง LED ของคุณ) และตัวต้านทานเดี่ยว (อะไรก็ได้ที่ประมาณ 100 โอห์ม)

• เชื่อมต่อสายหนึ่งเข้ากับกราวด์ ซึ่งจะใช้กับสายเฟรมแคโทดทั้ง 24 เส้น
• เชื่อมต่อสายอื่น ๆ กับ 5v ผ่านตัวต้านทาน
• ยึดสาย 5v เข้ากับสายโครงเส้นใดเส้นหนึ่งที่ระดับแอโนด 8 ระดับ
• เรียกใช้สายกราวด์ผ่านสายเฟรมแคโทดทั้ง 24 เส้น
• ตรวจสอบว่า LED แต่ละดวงติดสว่างเป็นสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินสำหรับ LED 8 ดวงที่เชื่อมต่อกับสายแอโนดเดียวกัน
• ตอนนี้ย้ายสายไฟ 5v ไปที่ระดับถัดไปแล้วเรียกใช้การตรวจสอบอีกครั้งจนกว่าคุณจะได้ทดสอบแต่ละระดับ ไฟ LED แต่ละดวงและแต่ละสี

หากคุณพบว่า LED ดวงใดดวงหนึ่งไม่ทำงาน แสดงว่าคุณอาจนำขั้วบวกของ LED มาปะปนกันเมื่อดัดสาย LED หากคุณพบว่าตัวใดตัวหนึ่งไม่ทำงาน เราขอแนะนำให้คุณตัด LED ที่ถอดออก นำ LED ที่เตรียมไว้สำรอง เปิดลูปบนสายนำ LED ดัน LED ใหม่นี้เข้าไปในจิ๊กและงอห่วงกลับรอบสายไฟให้ดีที่สุด คุณสามารถ.

เมื่อทดสอบทั้งหมดแล้ว คุณสามารถตัดสไลด์ออกจากจิ๊กได้ เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ให้ตัดลวดโครงบนแถวบนสุดใกล้กับลูปนำ LED และตัดสายโครงด้านล่างตามกรอบจิ๊กที่ทำมุมเล็กน้อย

ทิ้งปลายเส้นลวดที่ยาวทั้งหมดไว้ตอนนี้ เราจะจัดระเบียบพวกมันในภายหลังเมื่อเราสร้างลูกบาศก์

ลง 1 เหลืออีก 7 ครับ

ฉันเชื่อว่าฉันได้บรรลุวัตถุประสงค์แรกของฉันแล้ว และพัฒนาโซลูชันเพื่อลดความซับซ้อนในการสร้างชิ้นส่วนลูกบาศก์

ขั้นตอนที่ 5: สู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การออกแบบ PCB

วัตถุประสงค์ที่สองของฉันคือการถอดสายไฟทั้งหมดออก แต่ยังเหลือที่ว่างสำหรับความยืดหยุ่นบ้าง

ด้วยเหตุนี้ ฉันจึงตัดสินใจว่าจะ:

• นำสายควบคุมโปรเซสเซอร์ 6 สายออกจากบอร์ดโดยใช้ขั้วต่อ ไดรเวอร์คิวบ์ส่วนใหญ่ที่ฉันเคยเห็นใช้อนุพันธ์ SPI สำหรับการถ่ายโอนข้อมูลซึ่งต้องใช้อินพุต 4 ตัว ได้แก่ Data, Clock, Output enable และ Latch - รวมทั้งฉันเพิ่ม 5v และ Ground เพื่อให้เราสามารถจ่ายไฟให้กับโปรเซสเซอร์จากสายเคเบิลเดียวกันได้

• ปล่อยให้เปิดการเชื่อมต่ออนุกรมเข้าและออกระหว่างชิปรีจิสเตอร์ 74HC595 เพื่อให้คุณสามารถกำหนดลูปที่แตกต่างกันระหว่างชิป

  • แผนผังของ Kevins มีไว้สำหรับไดรเวอร์แอโนดก่อน จากนั้นทั้ง 8 ชิปจะขับสีเดียวต่อไป จากนั้นอีกสองสีถัดไปจะเรียงตามลำดับรวมเป็น 25 รีจิสเตอร์การเปลี่ยนเกียร์
  • แผนผัง Nicks มีการวนซ้ำแยกต่างหากไปยังโปรเซสเซอร์สำหรับแต่ละสี
• อนุญาตให้ชั้นแอโนดขับเคลื่อนด้วย shift register ของตัวเองหรือจากโปรเซสเซอร์โดยตรงด้วย 8 การเชื่อมต่อที่แยกจากกัน

นอกจากนี้ฉันต้องการ

• ใช้ส่วนประกอบรูเจาะ (ตามที่ฉันคุ้นเคย)
• จำกัด ตัวเองให้เป็นบอร์ด PCB สองชั้น (อีกครั้งในประสบการณ์ของฉัน)
• มีส่วนประกอบทั้งหมดที่ด้านหนึ่งของ PCB (ด้านล่าง) และอนุญาตให้ชิ้น LED ถูกบัดกรีโดยตรงไปยังด้านบนของ PCB

ดังนั้นมันจึงกลายเป็นกระดานขนาดใหญ่ (270 มม. x 270 มม.) เพื่อรองรับลูกบาศก์ที่มีระยะห่างระหว่าง LED 30 มม. ถึงกระนั้นก็ยังถูกบีบให้พอดีกับส่วนประกอบและร่องรอยทั้งหมด

ฉันเคยใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB ที่แตกต่างกันสองสามตัวในอดีตด้วยความสำเร็จ

เพื่อความสะดวกในการใช้งาน Pad2Pad นั้นยอดเยี่ยม แต่คุณต้องเผชิญกับต้นทุนการผลิตที่แพง เนื่องจากคุณไม่สามารถส่งออกไฟล์ Gerber ได้ สำหรับบิลด์นี้ ฉันใช้ DesignSpark (ไม่ใช่ใช้งานง่ายเหมือน Pad2Pad แต่สามารถส่งออกไฟล์ gerber ได้) และได้ทดลองกับ Eagle แล้ว (เครื่องมือที่มีความสามารถมาก แต่ฉันยังคงเรียนรู้ต่อไป)

ฉันไม่กล้าเพิ่มชั่วโมงที่ใช้ไปกับการออกแบบซอฟต์แวร์ของ PCB ต้องใช้ความพยายามหลายครั้งเพื่อให้ถูกต้อง แต่ฉันพอใจกับผลลัพธ์มาก มีร่องรอยที่หายไปสองสามรายการในเวอร์ชันแรกของฉัน แต่ง่ายต่อการแทนที่ สำหรับการผลิต PCB ชุดเล็ก ๆ ฉันใช้และขอแนะนำ SeeedStudio ตอบคำถามได้ดี ราคาที่แข่งขันได้ และบริการที่รวดเร็ว

ฉันกำลังใคร่ครวญการออกแบบรุ่น SMD ซึ่งฉันสามารถทำได้ด้วยส่วนประกอบทั้งหมดที่วางไว้แล้วและบัดกรี

ส่วนประกอบมากมาย

สำหรับส่วนประกอบฉันใช้สิ่งต่อไปนี้ (สอดคล้องกับแผนผังของ Kevin)

• 200 NPN 2N3904 ทรานซิสเตอร์
• ตัวเก็บประจุ 25 100nF
• ตัวเก็บประจุ 8 100uF
• 8 IRF9Z34N MOSFETS
• 25 74HC595 กะลงทะเบียน
• ตัวต้านทาน 128 82 โอห์ม 1/8W (ตัวต้านทานกระแสไฟ LED สีแดง)
• 64 130 Ohm 1/8W ตัวต้านทาน (สีเขียวและสีน้ำเงิน LED ตัวต้านทานจำกัดกระแส)
• ตัวต้านทาน 250 1k Ohm 1/8W (พร้อมอุปกรณ์เสริมบางอย่าง)
• ตัวต้านทาน 250 10k Ohm 1/8W (พร้อมอุปกรณ์เสริมบางอย่าง)
• แหล่งจ่ายไฟ 1 5v 20A (มากเกินพอ)
• 1 Arduino Mega (หรือโปรเซสเซอร์ที่คุณเลือก)
• หมุดส่วนหัวแถวเดียวเพื่อเชื่อมต่อกับ Arduino
• สายจัมเปอร์บางส่วนเพื่อสร้างลูปเข้า / ออกแบบอนุกรมระหว่าง shift registers
• สายเคเบิลหัวต่อ 6 พินเข้ากับขั้วต่อบอร์ด
• สายไฟและปลั๊กไฟ 240v

ฉันใช้และอยากจะแนะนำ Farnell Components สำหรับการสั่งซื้อในสหราชอาณาจักร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อได้รับบริการในวันถัดไปและราคาที่แข่งขันได้

การบัดกรี… การบัดกรีจำนวนมาก

จากนั้นใช้เวลาหลายชั่วโมงในการบัดกรีส่วนประกอบทั้งหมดลงบนบอร์ด ฉันจะไม่พูดถึงรายละเอียดที่นี่ แต่บทเรียนสองสามข้อที่ฉันได้เรียนรู้คือ:

• เก็บปั๊มบัดกรีและไส้ตะเกียงไว้ใกล้มือ - คุณจะต้องการมัน
• ปากกาฟลักซ์ใช้งานได้จริงแม้ว่าจะทำความสะอาดในภายหลังก็ตาม
• ใช้หัวแร้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก - ฉันพบว่าดีที่สุดคือ 0.5 มม. 60/40 ดีบุก/ตะกั่ว 2.5% บัดกรีบัดกรี
• แว่นขยายช่วยให้มองเห็นสะพานเชื่อมได้ง่าย
• ใช้เวลาของคุณ ทำทีละชุด และตรวจสอบข้อต่อทั้งหมดก่อนไปยังพื้นที่ถัดไป
• รักษาปลายหัวแร้งให้สะอาดอยู่เสมอ

เนื่องจากสีแดงของ LED อาจต้องใช้ค่าตัวต้านทานที่แตกต่างจากสีเขียวและสีน้ำเงิน ฉันทำเครื่องหมายตัวต้านทานจำกัดกระแสบน PCB A, B และ C ตอนนี้เป็นเวลากำหนดการวางแนวสุดท้ายของชิ้นในการเปรียบเทียบ ไปยัง PCB เพื่อกำหนดว่าตะกั่วของ LED ใดที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของตัวต้านทานที่จำกัดกระแส

เมื่อเสร็จแล้วฉันทำความสะอาดบอร์ดด้วยน้ำยาทำความสะอาด PCB ล้างด้วยสบู่และน้ำแล้วเช็ดให้แห้ง

ทดสอบ PCB. ที่เสร็จแล้วของคุณ

ก่อนที่เราจะพูดถึงเรื่องนี้เราต้องทดสอบว่ามันใช้งานได้ทั้งหมด

ฉันโหลดโค้ด Arduino ของ Kevin (สำหรับเมกะ คุณจะต้องทำการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย) และพัฒนาโปรแกรมทดสอบอย่างง่ายที่จะเปิดและปิดไฟ LED ทั้งหมดอย่างต่อเนื่อง

ทดสอบ:

• ฉันสร้างสายทดสอบ LED โดยนำ LED สีเดียวโดยจับตัวต้านทาน 100 โอห์มไว้ที่หนึ่งในลีดแล้วเพิ่มลวดยาวที่ปลายเปิดแต่ละด้านเทปพันสายไฟรอบๆ ช่องเปิดเพื่อหยุดการลัดวงจรและทำเครื่องหมายสายบวก (แอโนด) จาก LED
• เชื่อมต่อโปรเซสเซอร์ของคุณ (ในกรณีของฉันคือ Arduino mega) กับบอร์ดด้วยตัวเชื่อมต่อ 6 ตัว
• ต่อไฟเข้าบอร์ดจากตัวจ่ายไฟ
• เชื่อมต่อสายทดสอบขั้วบวกกับแหล่งจ่าย 5v บนบอร์ด
• จากนั้นใส่สายแคโทดจากสายทดสอบ LED ลงบนขั้วต่อแคโทด PCB แต่ละตัวในทางกลับกัน
• ปกติแล้วไฟ LED บนสายทดสอบควรเปิดและปิด หากใช่ ให้ย้ายไปที่อันถัดไป
• หากไม่กะพริบแสดงว่าคุณพบข้อผิดพลาด ก่อนอื่นฉันจะตรวจสอบข้อต่อบัดกรีของคุณเพื่อหารอยต่อแบบแห้ง นอกนั้นฉันแนะนำให้คุณทำงานโดยเปลี่ยนจากการลงทะเบียนกะเพื่อตรวจสอบส่วนประกอบในแต่ละครั้ง

ทดสอบทั้ง 192 แคโทด จากนั้นแก้ไขโค้ดของคุณเพื่อทดสอบไดรเวอร์เลเยอร์แอโนด สลับสายทดสอบ LED ของคุณและเชื่อมต่อกับกราวด์และทดสอบไดรเวอร์ 8 เลเยอร์แต่ละตัว

เมื่อคุณทำและทดสอบ PCB เสร็จแล้ว ความสนุกก็เริ่มต้นขึ้น - ตอนนี้เพื่อสร้างคิวบ์

ขั้นตอนที่ 6: สร้าง Cube

กำลังเตรียมตัวเชื่อมต่อระดับแอโนดของคุณ - จิ๊กอื่น

เรามีอีกหนึ่งรายการที่ต้องประดิษฐ์ก่อนที่เราจะเริ่มประสานชิ้น 8x8 ของคุณลงบน PCB

เมื่อเราเพิ่มสไลซ์ เราจะต้องเพิ่มวงเล็บปีกกาที่ด้านนอกของแต่ละสไลซ์ที่เชื่อมสไลซ์แนวนอนเข้าด้วยกัน

เนื่องจากเราเชื่อมต่อ LED ทั้งหมดกับลูปเข้ากับสายไฟในกรอบไม่ให้หยุดตอนนี้

ในการสร้างวงเล็บปีกกาขั้วบวก:

• ใช้ไม้อีกความยาวหนึ่งที่คุณใช้ทำรางแล้วลากเส้นลงไปตรงกลางราง
• ทำเครื่องหมาย 8 เครื่องหมายตามเส้นนี้ โดยห่างกัน 30 มม.
• นำดอกสว่านขนาด 0.8 มม. จำนวน 8 ชิ้นมาเจาะเข้าไปในเนื้อไม้ โดยปล่อยให้ดอกสว่านอยู่ในเนื้อไม้โดยให้ด้ามยื่นออกมาจากพื้นผิวประมาณ 10 มม.
• ตัดความยาวของโครงลวดแล้วยืดให้ตรงเหมือนเดิม
• พันปลายด้านหนึ่งของเส้นลวดรอบๆ ดอกสว่านอันแรกเป็นวง แล้วพันลวดรอบๆ ดอกสว่านที่ตามมาแต่ละอันเป็นเส้นตรงโดยมี 8 ห่วงตลอดความยาว

ต้องใช้การฝึกฝน แต่พยายามจัดการลวดหลังจากสร้างลูปทั้งหมดเพื่อให้ลวดตรงที่สุด ค่อยๆ ดึงลวดออกจากดอกสว่าน แล้วพยายามยืดออกจนสุด

สำหรับคิวบ์สุดท้าย คุณจะต้องใช้ลวดยาว 16 เส้น แต่ละอันมี 8 ลูป แต่ในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้าง มันสะดวกที่จะมีความยาวลูปจำนวนสองและสามเส้นเพื่อรองรับชิ้นส่วนใหม่แต่ละอันกับเพื่อนบ้าน

ในที่สุดเราก็สามารถสร้างคิวบ์ได้

เราจะต้องยก PCB ออกจากพื้นผิวเพื่อจัดแนวและวางแต่ละชิ้นลงบน PCB ฉันใช้กล่องพลาสติกขนาดเล็กสองสามกล่องที่ด้านใดด้านหนึ่งของ PCB

จดจำการวางแนวของสไลซ์ที่เลือกก่อนหน้านี้เมื่อกำหนดตำแหน่งของตัวต้านทานจำกัดกระแส ตอนนี้คุณลดสไลซ์แรกลงในรูใน PCB ที่ปลายด้านหนึ่งได้แล้ว ฉันแนะนำให้คุณเริ่มจากหลุมที่ไกลที่สุดและพยายามเข้าหาตัวเอง

นี่คือจุดที่เราเห็นข้อดีของการตัดสายโครงแคโทดเป็นมุม วิธีนี้จะช่วยให้คุณระบุตำแหน่งของสายแคโทดทั้ง 24 เส้นแยกกันได้

เพื่อรองรับสไลซ์และกำหนดตำแหน่งแนวตั้ง ฉันใช้รางไม้ที่เราเคยสร้างตัวเชื่อมต่อแอโนดและวางไว้บน PCB ใต้ไฟ LED ชุดแรก ด้วยสี่เหลี่ยมจัตุรัสของวิศวกรที่ใช้เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนนั้นตั้งฉากกับ PCB และระดับจากจุดสิ้นสุดไปยังจุดสิ้นสุด คุณสามารถประสานสายโครงแคโทดเข้ากับ PCB ได้

คุณสามารถทดสอบชิ้นนี้ได้ในขณะนี้ แต่ฉันพบว่าเป็นการดีที่สุดที่จะใส่สองชิ้นแรกบน PCB และใช้ตัวเชื่อมต่อขั้วบวก 2 วงสั้น ๆ ที่สองสามแห่งตามสองชิ้นก่อนที่จะทำการทดสอบเบื้องต้นเพื่อให้สองชิ้นแรกมีความเสถียรมากขึ้น หลังจากสองครั้งแรกนี้ทดสอบแต่ละชิ้นก่อนที่จะเพิ่มต่อไป

การทดสอบชิ้น

ไดรเวอร์แอโนดอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของ PCB และมีรูใน PCB ซึ่งในที่สุดเราจะเชื่อมต่อแต่ละเลเยอร์เข้ากับไดรเวอร์ สำหรับตอนนี้ เราจะใช้สิ่งเหล่านี้กับลวดล็อกและคลิปจระเข้ขนาดเล็ก 8 คลิปเพื่อยึดติดกับแต่ละเลเยอร์ในแต่ละชิ้น

ด้วยแคโทดที่บัดกรีลงบน PCB และขั้วบวกที่เชื่อมต่อกับไดรเวอร์ด้วยสายไฟและคลิป เราก็สามารถทดสอบชิ้นส่วนโดยแก้ไขโค้ดที่เราใช้ในการทดสอบ PCB ด้วยแอนิเมชั่นใหม่

• เขียนแอนิเมชั่นง่ายๆ เพื่อทำให้ไฟ LED ทั้งหมดในชิ้นของคุณสว่างขึ้นทีละสี (สีแดงทั้งหมด จากนั้นสีเขียว จากนั้นสีแดง จากนั้นทั้งหมดจะเป็นสีขาว) คุณสามารถกำหนดหมายเลขสไลซ์เป็นตัวแปร ดังนั้นคุณจึงสามารถแก้ไขค่านี้เมื่อคุณทดสอบแต่ละสไลซ์ในทางกลับกัน
• เชื่อมต่อโปรเซสเซอร์และแหล่งจ่ายไฟเข้ากับ PCB แล้วเปิดเครื่อง
• ตรวจสอบไฟ LED ทั้งหมดสว่างขึ้นในทุกสี

ข้อบกพร่องเดียวที่ฉันสังเกตเห็นในที่นี้คือรอยต่อแบบแห้งบนสายไฟโครงแคโทดแนวตั้งเส้นใดเส้นหนึ่ง

ประสานและทดสอบแต่ละชิ้นในทางกลับกัน

เกือบจะอยู่ที่นั่นแล้ว มีอีกสององค์ประกอบที่เราต้องเพิ่มลงในคิวบ์ ตอนนี้เราได้บัดกรีและทดสอบทั้ง 8 ชิ้นแล้ว

ตัวเชื่อมต่อชั้นแอโนด

ตอนนี้ เราสามารถแยกตัวเชื่อมต่อแอโนดออกด้วย 8 ลูปที่คุณเตรียมไว้ก่อนหน้านี้

เธรดสิ่งเหล่านี้ข้ามสไลซ์ที่รวมเลเยอร์เดียวกันในแต่ละสไลซ์บนทั้งสองสไลด์ ฉันย้ายของฉันจนกว่าพวกเขาจะอยู่ห่างจากลวดแคโทด LED ที่ใกล้ที่สุดประมาณ 5 มม. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขาดูตรงและได้ระดับก่อนที่จะบัดกรีลูปทั้งหมดและรวมชั้นแอโนดทั้ง 8 ชั้นเข้าด้วยกัน

ขั้วต่อไดรเวอร์แอโนด

ถอดสายไฟทั้งหมดที่ใช้ก่อนหน้านี้เพื่อทดสอบชิ้นส่วนออกจากรูไดรเวอร์แอโนดใน PCB และตรวจสอบให้แน่ใจว่ารูนั้นปราศจากการบัดกรี - ไส้ตะเกียงบัดกรีคือเพื่อนของคุณที่นี่

ไดรเวอร์แอโนดทั้ง 8 ตัวบน PCB จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับแต่ละเลเยอร์บน PCB ไดรเวอร์แอโนดที่ใกล้กับจุดต่อไฟบน PCB ควรเชื่อมต่อกับระดับต่ำสุด จากนั้นค่อยทำงานย้อนกลับไปทางด้านหลังของ PCB และเลเยอร์ที่ 8

งอมุมฉากเล็กๆ ในชิ้นส่วนของเส้นลวดที่ยืดให้ตรง แล้วลดด้านยาวของเส้นลวดผ่านลูกบาศก์เข้าไปในรูของไดรเวอร์แอโนดบน PCB ตรวจสอบให้แน่ใจว่าลวดตรงและได้ระดับ ไม่สัมผัสลวดอื่นๆ ในลูกบาศก์ จากนั้นประสานสิ่งนี้เข้ากับชั้นแอโนดของลูกบาศก์และบน PCB

สมบูรณ์สำหรับไดรเวอร์แอโนดทั้ง 8 ตัว

ขั้นตอนที่ 7: เสร็จสมบูรณ์

งานสร้างจบลงแล้ว คุณทำเสร็จแล้ว

ด้วยการเตรียมการ การสร้าง การทดสอบที่คุณทำเสร็จแล้วตอนนี้ก็เป็นเรื่องง่าย

• เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับ PCB
• เชื่อมต่อโปรเซสเซอร์กับ PCB
• เปิดเครื่อง.
• โหลดหรือเปิดใช้งานแอนิเมชั่นในซอฟต์แวร์ของคุณ อัปโหลดไปยังโปรเซสเซอร์ และปล่อยให้มันทำสิ่งนั้น

ทำคดี

คุณจะต้องปกป้องการลงทุนของคุณหลังจากทุ่มเทเวลาทั้งหมดเหล่านี้

เราทำเคสจากบอร์ดไม้โอ๊คและแผ่นไม้อัดเล็กๆ และสร้างส่วนด้านหลังที่เราสามารถเข้าถึงแหล่งจ่ายไฟและ Arduino รวมทั้งเสียบปลั๊ก USB ที่ด้านหลังเคสเพื่อให้เข้าถึงการตั้งโปรแกรมใหม่ได้ง่ายขึ้น.

จากนั้นเราก็ปิดท้ายด้วยเคสอะคริลิกจาก acrylicdisplaycases.co.uk แนะนำดีมาก

ไปยังคุณ

ตอนนี้มีสองสิ่งที่คุณสามารถเปลี่ยนใจได้:

• คุณต้องการออกแบบและสร้างกล่องสนับสนุน/กล่องประเภทใดเพื่อรองรับ PCB และจัดวางพาวเวอร์ซัพพลายและโปรเซสเซอร์ - ฉันจะปล่อยให้มันอยู่ในจินตนาการของคุณ
• รับรหัสและเริ่มออกแบบและเขียนแอนิเมชั่นของคุณเอง Kevin, Nick และ SuperTech-IT ได้ทำงานที่ยอดเยี่ยมที่นี่เพื่อเริ่มต้นเส้นทางของคุณ

ขั้นตอนที่ 8: คลิปของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายในการดำเนินการ

ฉันขอขอบคุณ Kevin และ SuperTech-IT สำหรับแอนิเมชั่น รวมถึงตัวฉันเองบางส่วนที่ฉันสร้างขึ้นมาจนถึงปัจจุบัน

ขั้นตอนที่ 9: แอนิเมชั่น - งู

หนึ่งในแอนิเมชั่นของฉันที่จะแชร์โดยใช้โค้ดของ Kevin Darrah

เรียกสิ่งต่อไปนี้เป็นโมฆะ Loop

งู(200); // วนซ้ำ

ขั้นตอนที่ 10: เมื่อคุณเข้าสู่ร่อง

ตอนนี้ฉันกับพี่ชายสร้างคนละตัวแล้ว และเรากำลังดำเนินการในส่วนที่สาม:-)

UPDATE - ตอนนี้คิวบ์ที่สามเสร็จสมบูรณ์แล้ว และเราจะนำอันนี้ขึ้นขายบนอีเบย์พร้อมกับบอร์ด PCB สำรองสองบอร์ด (และคำแนะนำ)

เราจะทำการแก้ไข PCB เพื่อสนับสนุนการพัฒนาโครงการต่อไปของเรา - ลูกบาศก์ LED RGB ขนาด 16x16x16

ขั้นตอนที่ 11: เวอร์ชันล่าสุดของรหัส Arduino Mega ของฉัน

คุณจะพบกับรหัสรุ่นล่าสุดของฉันที่นี่

ส่วนใหญ่นำมาจากโซลูชันที่พัฒนาโดย Kevin Darrah ที่นี่ แต่ฉันได้ย้ายสิ่งนี้ไปยัง Arduino Mega และเพิ่มแอนิเมชั่นจากแหล่งอื่นหรือพัฒนาตัวเอง

หมุดบน Arduino Mega คือ:

• สลัก - พิน 44
• เปล่า - พิน 45
• ข้อมูล - พิน 51
• นาฬิกา - พิน 52