Comment faire un cube Arduino LED palpitant qui semble l'avoir été de l'avenir

Si vous avez déjà essayé certains projets Arduino pour les débutants, mais recherchez quelque chose d'un peu permanent et d'un niveau tout à fait impressionnant, le modeste cube LED 4 x 4 x 4 est un choix naturel. La construction est beaucoup plus facile que vous ne le pensez et l’utilisation d’un multiplexage nous permet de contrôler toutes les DEL directement à partir d’une seule carte Arduino Uno. C'est une excellente pratique de soudage, et le coût total des composants ne devrait pas dépasser 40 $.

Aujourd’hui, je vais détailler en détail le côté construction des choses et en fournissant un logiciel pour le lancer qui soit impressionnant et vous apprendra les bases..

Tu auras besoin de

• Un Arduino. Le code fourni suppose un Arduino Uno, mais pourrait également être adapté à un modèle plus grand.
• 64 LED - le choix exact vous appartient, mais j’ai utilisé ces superbes LED bleues de 3 mm (3.2v 30ma) @ 2,64 £ pour 50.
• 16 résistances de la valeur appropriée pour vos voyants. 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 intitulée “Plus haute résistance nominale”, puis il suffit de rechercher cette valeur sur eBay.
• Certains fil de métier pour renforcer la structure de base et pour la décoration - j'ai utilisé 0.8mm épaisseur.
• UNE planche de prototypage d'un type que vous pouvez souder tous vos bits. J'en ai utilisé un qui ne comportait pas de pistes complètes car je n'ai pas de cutter, mais j'utilise ce qui vous convient. Un bouclier de prototypage Arduino est un peu trop petit, à moins que vous ne colliez vraiment vos voyants.
• Fil de composant aléatoire - certains brins de câble réseau et certains des fils de prototypage d'un kit fonctionneront bien.
• Clips de crocodile ou “coup de main” sont utiles pour maintenir les bits en place.
• Fer à souder et soudure.
• Quelques débris de bois.
• Une perceuse, avec la même taille que vos LED.

Remarque: les dessins 3D de ce didacticiel ont été réalisés en quelques minutes à l’aide de TinkerCAD. J'ai suivi une version existante détaillée sur Instructables de l'utilisateur forte1994, que vous voudrez peut-être également lire avant d'essayer cette opération..

Assurez-vous de lire toutes ces instructions premier avant d'essayer cela pour toi.

Le principe de cette conception

Avant de commencer la construction, il est important d’avoir un aperçu complet de la façon dont cela fonctionnera afin de pouvoir improviser et identifier les erreurs au fur et à mesure. Certains cubes de voyants utilisent une seule broche de sortie pour chaque voyant, mais dans un cube 4x4x4, il faudrait 64 broches - que nous n'avons certainement pas sur un Arduino Uno. Une solution consisterait à utiliser des registres à décalage Programmation Arduino - Jouer avec les registres à décalage (a.k.a encore plus de DEL) Programmation Arduino - Jouer avec les registres à décalage (a.k.a encore plus de DEL) Aujourd'hui, je vais essayer de vous expliquer un peu les registres à décalage. C’est une partie assez importante de la programmation Arduino, principalement parce qu’ils augmentent le nombre de sorties que vous pouvez utiliser, en échange de… Lire la suite, mais c’est inutilement compliqué.

Afin de contrôler toutes ces LED en seulement 20 broches, nous utiliserons une technique appelée multiplexage. En divisant le cube en 4 couches distinctes, nous n’avons besoin que de broches de contrôle pour 16 LED. Pour allumer une LED spécifique, nous devons activer à la fois la couche et la broche de commande, ce qui nous donne une exigence totale de 16 + 4 broches. Chaque couche a une cathode commune - la partie négative du circuit - de sorte que toutes les branches négatives soient assemblées et connectées à une seule broche pour cette couche..

Sur l'anode (positif) côté, chaque LED sera connectée à la LED correspondante dans la couche au-dessus et au-dessous. 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

Comme nous n'utiliserons pas une structure entièrement métallique pour souder, nous voulons que toutes les branches des LED se chevauchent d'environ un quart et confèrent une rigidité à la structure. Repliez la cathode de vos voyants (côté avec l'encoche plate dans la tête et la jambe la plus courte), comme indiqué sur le schéma.. (Peu importe si vous le pliez à gauche ou à droite, tant que vous êtes cohérent et que cela ne touche jamais l'anode)

La première partie critique de ce projet consiste à fabriquer un gabarit en bois. Cela maintiendra une couche de diodes pendant que vous souder les pattes ensemble, il doit donc être précis et pas trop lâche. En utilisant le foret de même taille que vos voyants, mesurez puis percez une matrice 4 × 4 de équidistant des trous. Gardez à l’esprit que vous voulez qu’un quart de la jambe chevauche votre voisin et utilisez une règle réelle. Vérifiez chaque trou pour vous assurer que la DEL est bien ajustée, mais pas trop étroite pour ne pas pouvoir la ressortir ou vous aurez des problèmes en essayant de supprimer une couche entièrement soudée..

Souder les cathodes de 4 rangées de LED. Veillez à ne pas brûler les voyants: vous voulez un bon fer à repasser et rester à l'intérieur et à l'extérieur. Voici mes quatre premières lignes complétées.

Maintenant, pour renforcer la rigidité de la couche, coupez et soudez deux bouts de fil de bricolage droits à l'une des extrémités, en veillant à ce qu'ils se connectent à chaque rangée. Ceci est votre première couche complète. Laissez tout excès de jambes qui dépasse sur le côté pour l'instant.

Ce serait un bon moment pour tester: il suffit de charger l'application Arduino Blink par défaut et, avec une résistance connectée, de placer la terre sur le cadre de la couche et d'appuyer successivement sur le fil positif de chaque voyant..

Espérons qu'ils s'allumeront tous. Sinon, assurez-vous de ne pas manquer un joint de soudure quelque part et, si nécessaire, remplacez la LED.

Retirez cette couche du gabarit et répétez le processus 3 fois plus.

Ne vous inquiétez pas si votre soudure n'est pas parfaite - tant qu'elle ne se cassera pas et que la connexion est solide, cela n'affectera pas le produit final. J'admets que ma soudure était sans espoir, que mon gabarit était éteint et que tout ressemblait à la tour penchée de Pise. Néanmoins, je suis fier du cube fini et, quand les voyants sont allumés, vous ne regarderez pas les joints de soudure de toute façon.!

Joindre des couches

Une fois que vous avez 4 couches terminées, vous aurez envie de joindre toutes les jambes verticales ensemble. J'ai trouvé que c'était la partie la plus difficile de la construction, et pour faciliter le processus, j'ai coupé une carte de montage.

Cela a gardé les couches à la hauteur appropriée, mais beaucoup de jambes ne s'alignaient toujours pas parfaitement - pour cela, j'ai utilisé des pinces en crocodile pour les maintenir en place..

1ère erreur idiote à éviter

Ce n’est qu’après avoir terminé une couche complète que j’ai réalisé que ma carte de montage de carte était bloquée et qu’il me fallait donc la découper! Ne commettez pas la même erreur que moi: rallongez la carte de montage plus sur le côté et joignez les morceaux de carte situés à l'extérieur du cube. Ainsi, lorsque vous aurez terminé le calque, vous pourrez déconstruire la carte de montage et retirer la carte..

2ème erreur stupide à éviter

Ne soudez évidemment pas la jambe verticale au cadre de la cathode. Les jambes verticales ne doivent se connecter qu’à d’autres jambes verticales, et rien d’autre.

Encore une fois, testez après chaque couche. En fait, testez toutes les couches en ne touchant que le fil positif à la pointe de la couche la plus haute, vous assurant ainsi un bon contact traversant toutes les couches..

Quand les 4 couches ont été soudées ensemble, j'ai entrepris de nettoyer un peu - j'ai laissé une jambe étendue en dehors de chaque couche comme une sorte de tremplin - ceci serait déposé au tableau plus tard. D'autres morceaux étrangers de structure et de jambes en métal ont été coupés. Évidemment, ne coupez aucune des jambes verticales - nous devons les mettre dans notre planche à prototypes.

Fixation au tableau

Tu te souviens quand j'ai dit que fixer chaque couche à elle-même était la partie la plus difficile? J'ai menti. Essayer de placer 16 pieds LED dans de minuscules trous sur une carte de prototypage est en réalité plus difficile. Le moyen le plus simple que j'ai trouvé était de parcourir 4 à la fois, de les fixer en dessous avec des pinces pour crocodile, puis de passer à la rangée suivante de 4. Utilisez un marqueur pour marquer l'espacement à l'avance si cela vous aide..

Rétrospectivement, j'aurais en fait placé les résistances dans le protoboard en premier. Dans l’état actuel, j’ai tout d’abord soudé toutes les pattes du cube sur le plateau, puis j’ai essayé d’exercer délicatement des résistances entre chacune d’elles. Apprenez de mon erreur et placez vos résistances en premier.

J'ai essayé de les espacer également de manière progressive afin de pouvoir utiliser un côté entier du cube pour toutes les connexions finales à l'Arduino. Voici le schéma de circuit, 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 de connexion que je pouvais ensuite placer dans les broches Arduino appropriées. Utilisez le plus long type que vous avez. Notez que j'ai gâché la commande par endroits à cause d'une mauvaise planification. Chaque rangée de LED avait un code couleur.

C'est tout. Fini!

Programmation de votre cube

Je sais que vous avez hâte de lancer cette chose, alors branchez les 4 couches négatives sur E / S analogique les ports A2 (couche inférieure) à travers A5 (couche supérieure) (ceux-ci peuvent également agir en tant qu'E / S numérique). Branchez ensuite les 16 broches de contrôle de la LED, en commençant par +1 à l'extrême droite à E / S numérique port 0, avec +15 et +16 entrer en analogique A0 et A1. (N'utilisez pas AREF et GND)

Téléchargez les modèles de démonstration et le code de l'utilisateur instructable forte1994. Il a également fourni un outil en ligne utile pour la conception des modèles d'octets afin de 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 20 par défaut).

Ce n'est pas la seule façon de programmer votre cube, bien sûr, alors laissez-moi quelques minutes pour vous apprendre les bases de la création de vos propres modèles. par programmation, plutôt que de reproduire des motifs prédéfinis comme le montre la démo ci-dessus.

Lors de la programmation de votre cube, vous devez savoir certaines choses:

1. Pour adresser une seule LED, vous utilisez un avion (couche) numéro 0-3 et une broche de voyant numéro 0-15. Tournez l'avion sur la sortie LOW (puisqu'il s'agit du bras négatif) et le numéro de broche de la LED HIGH (le bras positif) pour activer le voyant..
2. Avant d'activer une seule LED, assurez-vous que tous les autres plans sont désactivés, ce qui signifie que vous devez les régler sur HIGH. Sinon, une colonne de DEL sera allumée au lieu d'une seule..

Dans cet esprit, je vous ai préparé deux séquences de programmation très simples: téléchargez le code à partir d’ici. Le premier allume simplement chaque LED une par une, en séquence. Pour cela, nous utilisons deux boucles for, en parcourant chaque couche et chaque broche de contrôle..

La seconde est une boucle aléatoire (vous aurez besoin de commenter la première et de l'activer dans la boucle principale pour la tester). Il choisit simplement un calque aléatoire et une broche de contrôle aléatoire, en les clignotant..

Résumé

Ne vous laissez pas intimider par cette construction - je manque sérieusement de compétences en soudure, et j'ai réussi à m'en sortir (Je pense?). Le temps de construction total était d'environ une heure par jour pendant une semaine. La prochaine fois, j'essaierai de vous enseigner une programmation plus ambitieuse pour le cube. J'espère donc que vous vous joindrez à moi pour créer votre propre cube cette semaine et charger du nouveau code la semaine prochaine. des applications ou des séquences géniales, merci de les télécharger sur Pastebin et de nous le faire savoir dans les commentaires!

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