Si vous avez essayé quelques projets Arduino débutants, mais que vous cherchez quelque chose d'un peu permanent et sur un tout autre niveau d'impressionnant, alors l'humble cube LED 4 x 4 x 4 est un choix naturel. La construction est beaucoup plus facile que vous ne le pensez, et en utilisant un multiplexage, nous pouvons contrôler toutes les LED directement à partir d'une seule carte Arduino Uno. C'est une bonne pratique de soudage, et le coût total des composants ne devrait pas dépasser 40 $.
Aujourd'hui, je vais détailler minutieusement le côté construction et fournir un logiciel qui fonctionne à la fois et qui soit impressionnant et qui vous apprenne les bases.
Tu auras besoin de
- Un Arduino. Le code fourni suppose un Arduino Uno, mais peut également être adapté à un modèle plus grand.
- 64 LED - le choix exact dépend de vous, mais j'ai utilisé ces LED bleues super brillantes de 3mm ( 3.2v 30ma ) @ £ 2.64 pour 50.
- 16 Résistances de la valeur appropriée pour vos LED. Pour les LED ci-dessus, 99 pence en ont acheté 100. Utilisez ledcalc.com - entrez 5v pour la tension d'alimentation, la tension des LED (dans mon cas 3.2) et le courant en milliampères (3.2). Votre résistance souhaitée sera affichée dans la case "Résistance nominale la plus proche", puis recherchez simplement cette valeur sur eBay.
- Un peu de fil d'artisanat pour renforcer la structure de base et pour la décoration - j'ai utilisé une épaisseur de 0, 8 mm .
- Une carte de prototypage de quelque type que vous pouvez souder tous vos morceaux. J'en ai utilisé un qui ne comportait pas de pistes complètes car je n'ai pas de cutter, mais j'utilise tout ce qui vous convient. Un bouclier de prototypage Arduino est un peu trop petit, à moins que vous ne serriez vraiment vos LED ensemble.
- Fil de composant aléatoire - certains brins de câbles réseau et certains des fils de prototypage d'un kit fonctionneront correctement.
- Les pinces crocodiles ou «mains aidantes» sont utiles pour maintenir les bouts en place.
- Fer à souder et soudure.
- De la ferraille
- Une perceuse, avec la même taille que vos LED.
Note: les dessins 3D de ce tutoriel ont été réalisés en quelques minutes en utilisant TinkerCAD. J'ai suivi une construction existante détaillée sur Instructables par l'utilisateur forte1994, que vous pourriez également vouloir lire avant d'essayer ceci.
Assurez-vous de lire toutes ces instructions avant d'essayer cela par vous-même.
Le principe de cette conception
Avant de commencer la construction, il est important d'avoir un aperçu complet de la façon dont cette chose va fonctionner afin que vous puissiez improviser et identifier les erreurs au fur et à mesure. Certains cubes LED utilisent une seule broche de sortie pour chaque LED - cependant dans un cube 4x4x4, cela nécessiterait 64 broches - ce que nous n'avons certainement pas sur un Arduino Uno. Une solution serait d'utiliser les registres à décalage programmation Arduino - Jouer avec des registres à décalage (encore plus de LEDs) Programmation Arduino - Jouer avec des registres à décalage (Encore plus de LEDs) Aujourd'hui, je vais essayer de vous en apprendre un peu plus sur les registres à décalage. Il s'agit d'une partie assez importante de la programmation Arduino, essentiellement parce qu'ils augmentent le nombre de sorties que vous pouvez utiliser, en échange de ... Lire la suite, mais cela est inutilement compliqué.
Afin de contrôler toutes ces LED dans seulement 20 broches, nous allons utiliser une technique appelée multiplexage. En décomposant le cube en 4 couches distinctes, nous avons seulement besoin de broches de contrôle pour 16 LED - pour allumer une LED spécifique, nous devons activer la couche et la broche de contrôle, ce qui nous donne un total de 16 + 4 broches. Chaque couche a une cathode commune - la partie négative du circuit - de sorte que toutes les pattes négatives sont jointes et connectées à une seule broche pour cette couche.
Du côté de l'anode (positif), chaque LED sera connectée à la LED correspondante dans la couche supérieure et inférieure. Essentiellement, nous avons 16 colonnes des jambes positives, et 4 couches du négatif. Voici quelques vues 3D des connexions pour vous aider à comprendre:
Construction
Puisque nous n'utiliserons pas une structure métallique complète à souder, nous voulons que toutes les branches des DEL se chevauchent d'environ un quart et donnent de la rigidité à la structure. Pliez la cathode de vos LED - le côté avec l'encoche plate dans la tête et la jambe plus courte - comme sur le schéma. (Cela n'a pas vraiment d'importance si vous le pliez à gauche ou à droite, à condition que vous soyez constant et qu'il ne touche jamais l'anode)
La première partie critique de ce projet consiste à fabriquer un gabarit en bois. Cela tiendra une couche de LED pendant que vous soudez les jambes ensemble, il doit donc être précis et pas trop lâche. En utilisant le foret de même taille que vos LED, mesurez et ensuite percez une matrice de 4 × 4 de trous équidistants . Gardez à l'esprit que vous voulez environ un quart de la jambe à chevaucher avec son voisin, et utilisez une règle réelle. Vérifiez chaque trou pour vous assurer que la DEL est bien ajustée, mais pas trop serrée pour que vous ne puissiez plus la retirer, sinon vous aurez des problèmes en essayant d'enlever une couche entièrement soudée.
Souder les cathodes de 4 rangées de LED. Veillez à ne pas brûler les LED - vous voulez un bon fer chaud, et être dedans et dehors. Voici mes quatre premières lignes terminées.
Maintenant, pour renforcer la rigidité de la couche, couper et souder deux bouts de fil d'artisanat à chaque extrémité, en s'assurant qu'ils se connectent à chaque rangée. Ceci est votre premier calque complet. Laissez toutes les jambes excédentaires qui sortent sur le côté pour l'instant.
Maintenant serait un bon moment pour tester - il suffit de charger l'application Arduino blink par défaut, et avec une résistance connectée, mettre la terre à l'image de la couche, et appuyez sur le fil positif à chaque LED tour à tour.
J'espère qu'ils vont tous s'allumer. Si ce n'est pas le cas, assurez-vous que vous n'avez pas manqué un joint de soudure quelque part, et si nécessaire, remplacez la LED.
Retirez cette couche du gabarit et répétez le processus 3 fois de plus .
Ne vous inquiétez pas si votre soudure n'est pas parfaite - tant que ça ne va pas se casser et que la connexion est solide, cela n'affectera pas le produit final. J'avoue que ma soudure était sans espoir, mon gabarit était parti, et tout cela ressemblait à la tour penchée de Pise. Pourtant, je suis fier du cube fini, et quand les LED sont allumées, vous n'allez pas regarder les joints de soudure de toute façon!
Rejoindre des calques
Une fois que vous avez 4 couches terminées, vous voudrez joindre toutes les jambes verticales ensemble. J'ai trouvé que c'était la partie la plus difficile de la construction, et pour aider le processus, j'ai coupé un riser de carte.
Cela permettait de garder les couches à la hauteur appropriée, mais beaucoup de pattes ne s'alignaient toujours pas parfaitement - pour cela, j'ai utilisé des pinces crocodiles pour les maintenir en place.
Première erreur idiote à éviter
C'est seulement après avoir terminé une couche complète que je me suis rendu compte que ma carte de montage était coincée, alors j'ai dû la découper! Ne fais pas la même erreur que moi - fais allonger la colonne sur le côté, et joins les pièces de la carte à l'extérieur du cube, donc quand tu auras fini le calque, tu peux déconstruire la contremarche et retirer la carte.
2ème erreur idiote à éviter
Ne pas souder la jambe verticale au cadre de la cathode, évidemment. Les jambes verticales ne devraient se connecter qu'à d'autres jambes verticales, et rien d'autre.
Encore une fois, tester après que chaque couche a été attachée. Testez toutes les couches, en effet, seulement en touchant le fil positif à l'extrémité de la couche supérieure, assurant ainsi un bon contact à travers toutes les couches.
Quand les 4 couches ont été soudées ensemble, j'ai commencé à nettoyer un peu - j'ai laissé une seule jambe allongée hors de chaque couche dans une sorte de tremplin - ceci serait ensuite déposé sur le plateau. D'autres morceaux étrangers de cadre métallique et les jambes ont été coupés. De toute évidence, ne coupez pas les jambes verticales - nous devons les mettre dans notre planche protoytping.
Fixation au conseil
Rappelez-vous quand j'ai dit que la fixation de chaque couche à elle-même était la partie la plus difficile? J'ai menti. Essayer d'insérer 16 pieds LED dans de minuscules trous sur une carte de prototypage est plus difficile. La méthode la plus simple que j'ai trouvée a été de fouiller à 4 à la fois, les sécuriser avec des pinces crocodiles, puis passer à la rangée suivante de 4. Utiliser un marqueur pour marquer l'espacement à l'avance si cela aide.
Rétrospectivement, j'aurais d'abord placé les résistances dans le protoboard, en fait. Comme c'est le cas, j'ai d'abord soudé toutes les jambes du cube dans la planche, puis j'ai essayé de serrer délicatement des résistances entre chacune d'entre elles. Apprenez de mon erreur et placez vos résistances en premier.
J'ai essayé de les espacer de façon égale, de manière à ce que je puisse utiliser tout un côté du cube pour toutes les connexions finales à l'Arduino. Voici le schéma de circuit que je suis allé avec:
Pour les quatre couches négatives, j'ai laissé tomber un seul fil de chaque couche, puis je les ai juste tirées sur le côté, comme ceci:
Enfin, j'ai ajouté quelques fils que je pourrais ensuite placer dans les broches Arduino pertinentes. Utilisez le type le plus long que vous avez. Note J'ai dérangé la commande dans des endroits en raison d'une mauvaise planification. Chaque rangée de LED a été codée en couleur.
C'est tout. Fini!
Programmation de votre cube
Je sais que vous ne pouvez pas attendre pour faire griller cette chose, donc branchez les 4 couches négatives dans les ports d' E / S analogiques A2 (couche inférieure) à A5 (couche supérieure) (elles peuvent également servir d'E / S numériques) . Ensuite, branchez les 16 broches de contrôle LED, en commençant par +1 à l'extrême droite du port d' E / S numérique 0, avec les bornes +15 et +16 allant à l'analogique A0 et A1 . (N'utilisez pas AREF et GND)
Téléchargez les modèles de démo et le code de l'utilisateur instructable forte1994 . Il a également fourni un outil en ligne utile pour concevoir les modèles d'octets pour personnaliser votre propre séquence. Voici une vidéo de ce code en action sur mon cube (j'ai ajusté la vitesse à 5, au lieu de la valeur par défaut de 20) .
Ce n'est pas la seule façon de programmer votre cube, alors laissez-moi quelques minutes vous apprendre les bases de la création de vos propres patterns par programme, plutôt que de reproduire des patterns prédéfinis comme le fait la démo ci-dessus.
Il y a quelques choses que vous devez savoir lorsque vous essayez de programmer votre cube:
- Pour adresser une seule LED, vous utilisez un numéro de plan (couche) 0-3 et un numéro de broche de LED 0-15. Tournez l'avion à la sortie BASSE (puisque c'est la jambe négative) et le numéro de broche LED HAUTE (la jambe positive) pour activer la LED.
- Avant d'activer une seule DEL, assurez-vous que tous les autres plans sont éteints, ce qui signifie qu'ils doivent être réglés sur une sortie ÉLEVÉE. Si vous ne le faites pas, une colonne de DEL s'allume plutôt qu'une seule DEL.
Dans cet esprit, j'ai fait deux séquences programmatiques très simples à examiner: téléchargez le code d'ici. Le premier allume simplement chaque LED une par une, en séquence. Nous utilisons deux boucles pour cela, en répétant chaque couche et chaque broche de contrôle.
La seconde est une boucle aléatoire (vous devrez commenter le premier et l'activer dans la boucle principale pour le tester). Il choisit simplement un calque aléatoire, et une goupille de contrôle aléatoire, clignotant entre les deux.
Résumé
Ne soyez pas intimidé par cette construction - je manque sérieusement de compétences de soudure, et j'ai réussi cela (je pense?) . Le temps de construction total était d'environ une heure par jour pendant une semaine. La prochaine fois, je vais essayer de vous enseigner une programmation plus ambitieuse pour le cube, alors j'espère que vous vous joindrez à moi pour construire votre propre cube cette semaine et charger du nouveau code la semaine prochaine - et si vous faites le vôtre applications géniales ou des séquences, s'il vous plaît les télécharger sur Pastebin et laissez-nous savoir dans les commentaires!