Si has incursionado en algunos proyectos para principiantes de Arduino, pero estás buscando algo un poco permanente y en un nivel completamente diferente, entonces el humilde cubo de 4 x 4 x 4 LED es una elección natural. La construcción es mucho más fácil de lo que podría pensar, y utilizando un multiplexor 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 superar los $ 40.
Hoy detallaré detalladamente el aspecto de la construcción y proporcionaré algún 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 LED : la elección exacta depende de usted, pero utilicé estos LED azules de 3 mm superbrillantes ( 3.2v 30ma ) a £ 2.64 por 50.
- 16 Resistencias del valor apropiado para sus LED. Para los LED anteriores, 99 peniques compraron 100 de estos. Use ledcalc.com - ingrese 5v para la tensión de alimentación, la tensión de los LED (en mi caso, 3.2) y la corriente en miliamperios (3.2). La resistencia que desee se mostrará en la casilla "Resistencia más alta clasificada más alta", luego simplemente busque ese valor en eBay.
- Algunos cables artesanales para fortalecer la estructura básica y la decoración: utilicé un espesor de 0.8 mm .
- Una placa de prototipos de algún tipo para que puedas soldar todas tus partes. Utilicé uno que no tenía pistas completas a lo largo de él, ya que no tengo un cortador de pistas, pero utiliza lo que más te convenga. Sin embargo, un escudo de prototipos Arduino es un poco demasiado pequeño, a menos que realmente aprietes tus LEDs juntos.
- Cable de componente aleatorio : algunos cables de cable de red y algunos de los cables de prototipos de un kit funcionarán bien.
- Pinzas de cocodrilo o "manos que ayudan" son útiles para mantener los bits en su lugar.
- Soldador y soldadura
- Un poco de madera.
- 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 el usuario forte1994, que es posible que también desee leer antes de intentar esto.
Asegúrese de leer todas estas instrucciones primero antes de intentar esto por usted mismo.
El principio de este diseño
Antes de comenzar la construcción, es importante tener una visión completa de cómo va a funcionar esto para que pueda improvisar e identificar los errores a medida que avanza. Algunos cubos de LED utilizan un único pin de salida para cada LED, sin embargo, en un cubo de 4x4x4, que necesitaría 64 pines, que ciertamente no tenemos en un Arduino Uno. Una solución sería usar registros de desplazamiento Programación de Arduino - Reproducción con registros de cambio (también conocidos como incluso más LED) Programación de Arduino - Reproducción con registros de cambio (también conocidos como más LED) Hoy intentaré enseñarte un poco sobre los registros de cambio. Estas son una parte bastante importante de la programación de Arduino, básicamente porque amplían la cantidad de salidas que puede usar, a cambio de ... Leer más, 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, por lo que para encender un LED específico, debemos activar tanto la capa como el pin de control, lo que nos da un requerimiento total de 16 + 4 pines. 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 lado del ánodo (positivo), cada LED se conectará al LED correspondiente en la capa superior e inferior. Básicamente, 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 vamos a utilizar una estructura metálica completa para soldar, queremos que todas las patas de los LED se superpongan en aproximadamente un cuarto y le den rigidez a la estructura. Doble el cátodo de los LED, el lado con la muesca plana en la cabeza y la pierna más corta, como se muestra en el diagrama. (En realidad no importa si 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 suelda las patas, por lo que debe ser preciso y no demasiado flojo. Utilizando la broca del mismo tamaño que sus LED, mida y luego taladre una matriz 4 × 4 de agujeros equidistantes . Tenga en cuenta que quiere que aproximadamente una cuarta parte de la pierna se superponga con su vecino y use una regla real. Revise cada orificio para asegurarse de que un LED pueda ajustarse cómodamente, pero no tanto que no pueda volver a salir, o tendrá problemas al tratar de quitar una capa completamente soldada.
Suelde los cátodos de 4 filas de LED. Tenga cuidado de no quemar los LED, quiere una buena plancha caliente y entrar y salir. 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 conecten con cada fila. Esta es tu primera capa completa. Deje todas las piernas sobrantes a un lado por el momento.
Ahora sería un buen momento para probar: solo cargue la aplicación predeterminada de parpadeo Arduino, y con una resistencia conectada, coloque la tierra en el marco de la capa, y presione el cable positivo a cada LED sucesivamente.
Con suerte, todos se iluminarán. Si no, asegúrese de no haber 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. Lo admito, mi soldadura era bastante inútil, 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, ¡de todos modos, no mirará las juntas de soldadura!
Unirse a capas
Una vez que tenga 4 capas completas, querrá unir todas las patas verticales. Descubrí 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 aún no se alineaban perfectamente; para esto, utilicé algunos clips de cocodrilo para mantenerlos en su lugar.
Primer error tonto para evitar
Solo después de completar una capa completa me di cuenta de que mi tarjeta vertical estaba pegada en su lugar, ¡así que tuve que cortarla! No cometa el mismo error que yo: hacer que el tubo vertical sea más largo y unir los pedazos de tarjeta fuera del cubo, de modo que cuando haya completado la capa, puede deconstruir el tubo vertical y sacar la tarjeta.
2do 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, prueba después de que cada capa haya sido adjuntada. Pruebe todas las capas, de hecho, solo toque el cable positivo hasta la punta de la capa superior, asegurándose de que tenga un buen contacto en todas las capas.
Cuando las 4 capas se soldaron juntas, comencé a limpiar un poco, dejé una sola pierna extendida fuera de cada capa en una especie de escalón, esto se dejaría caer al tablero más adelante. Se cortaron otros pedazos extraños de armazón y patas de metal. Obviamente, no corte ninguna de las patas verticales, tenemos que ponerlas en nuestro tablero de protoytping.
Fijación a la Junta
¿Recuerdas cuando dije que arreglar cada capa para sí mismo era la parte más difícil? Mentí. Tratar de colocar 16 patas LED en pequeños agujeros en una placa de prototipos es realmente más difícil. La forma más fácil que encontré fue pinchar 4 a la vez, asegurarlos debajo con clips de cocodrilo, luego pasar a la siguiente fila de 4. Use un rotulador para marcar el espaciado por adelantado si ayuda.
En retrospectiva, habría colocado las resistencias en el protoboard primero, en realidad. Tal como están las cosas, primero soldé todas las patas del cubo en el tablero, luego intenté apretar con delicadeza las resistencias entre cada una. Aprende de mi error, y coloca tus resistencias primero.
Traté de espaciarlos por igual de una manera escalonada para poder usar un lado completo del cubo para todas las conexiones finales con el Arduino. Aquí está el diagrama del circuito con el que fui:
Para las cuatro capas negativas, dejé caer un solo cable de cada capa, y luego simplemente las saqué a un lado, así:
Finalmente, agregué algunos cables de conexión que podría colocar en los pines Arduino correspondientes. Usa el tipo más largo que tengas. Tenga en cuenta que metí la orden en algunos lugares debido a la mala planificación. Sin embargo, cada fila de LED estaba codificada por colores.
Eso es. ¡Terminado!
Programando tu cubo
Sé que no puede esperar para encender esta cosa, así que conecte las 4 capas negativas en los puertos de E / S analógicas A2 (capa inferior) a través de A5 (capa superior) (también pueden actuar como E / S digitales) . Luego conecte los 16 pines de control LED, comenzando con +1 en el extremo derecho del puerto de E / S digital 0, con +15 y +16 en analógico A0 y A1 . (No use AREF y GND)
Descargue los patrones de demostración y el código del usuario instructable forte1994 . También se le proporcionó una útil herramienta 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 tu cubo, por supuesto, así que déjame dedicar unos minutos a enseñarte los principios básicos de crear tus propios patrones mediante programación, en lugar de reproducir patrones preestablecidos como lo hace la demostración anterior.
Hay algunas cosas que debe saber al intentar programar su cubo:
- Para direccionar un solo LED, utiliza un número de plano (capa) 0-3 y un número de pin LED 0-15. Gire el plano a la salida BAJA (ya que esta es la pata negativa) y el número de pin del LED ALTO (la pata positiva) para activar el LED.
- Antes de activar un solo LED, asegúrese de que todos los otros aviones estén apagados, lo que significa configurarlos en ALTA potencia. De lo contrario, se generará una columna de LED en lugar de un solo LED.
Con eso en mente, hice dos secuencias programáticas muy simples para que las examine: descargue el código de 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 (tendrá que comentar el primero y habilitarlo en el bucle principal para probarlo). Simplemente selecciona una capa aleatoria y un pin de control aleatorio, y los enciende y apaga intermitentemente.
Resumen
No se deje intimidar por esta versión: me faltan habilidades de soldadura, y lo logré (¿no?) . El tiempo de construcción total fue de una hora más o menos por 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 cargar un código nuevo la próxima semana, y si haces tu propio aplicaciones o secuencias increíbles, cárgalas a Pastebin y ¡háganoslo saber en los comentarios!