Arduino Mega 8x8x8 RGB LED Würfel

Arduino Mega 8x8x8 RGB LED Würfel - Gunook

"Sie möchten also einen 8x8x8 RGB-LED-Würfel bauen"

Ich habe eine Weile mit Elektronik und Arduino's herumgespielt, einschließlich des Baus eines Hochleistungsschalters für mein Auto und eines sechsspurigen Pinewood-Derby-Richters für unsere Pfadfindergruppe.

Also war ich fasziniert und begeistert, als ich Kevin Darrahs großartige Seite mit seinen detaillierten Erklärungen und Videos fand.

Es gab jedoch einige Bereiche seines Builds, von denen ich dachte, dass ich sie verbessern könnte.

Auf der positiven Seite:

  • Kevins detaillierte Erklärungen des für dieses komplexe Programm erforderlichen Arduino-Codes vereinfachten die Codierungsseite des Builds.
  • Ich unterstütze Kevins Verwendung einzelner Transistoren, um jede der 192 Kathoden anzusteuern. Dies erfordert zwar ein komponentenreiches Hardwaredesign, ermöglicht es Ihnen jedoch, jede LED hart zu betreiben, ohne die Gefahr einer Überlastung eines einzelnen Treiberchips zu riskieren, der 8 (oder mehr) LEDs verwaltet.

Bereiche, die ich verbessern wollte:

  • Es muss einen besseren Weg geben, den Würfel selbst zu bauen, und es gibt über 2000 Lötstellen in einem 8x8x8 RGB-Würfel, und wenn einer in der Mitte versagen / brechen würde, wäre es nahezu unmöglich, darauf zuzugreifen und es zu reparieren
  • Die ganze Verkabelung !!!! Ich habe in der Vergangenheit einige Erfahrungen im Entwerfen von Leiterplatten gesammelt, um eine einzige Leiterplatte zu bauen, die sowohl die erforderliche Anzahl von Komponenten als auch den Cube selbst beherbergt

Die weitere Suche ergab weitere Würfelentwürfe, von denen ich andere Bereiche inspiriert habe.

Nick Schulze hat ein hervorragendes Beispiel dafür geschaffen, wenn auch mit einem einfacheren STP16-Hardwareansatz und einem 32-Bit-ChipKIT UNO. Ich nutzte eher sein Würfel-Design als das von Kevin.

SuperTech-IT hat sich darauf konzentriert, die Hardwareseite mit einem einzigen PCB-Ansatz zu vereinfachen, wobei sowohl Kevin als auch Nick den Programmieransatz integriert und erweitert haben, wobei der Schwerpunkt auf der Eliminierung der gesamten Verkabelung liegt.

Also wurde ein Plan aufgestellt. Entwerfen Sie anhand von Kevins Schaltplan und der Struktur von Nick's Cube eine einzelne Leiterplatte und entwickeln Sie eine Lösung, um sowohl den Aufbau zu vereinfachen als auch den Cube selbst zu stärken.

Zubehör:

Schritt 1: Alle diese LEDs!

8x8x8 = 512 RGB-LEDs. eBay ist dein Freund hier und ich habe 1000 bei einem chinesischen Lieferanten gekauft.

Das von mir gewählte Design verwendet 5-mm-RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode - jede LED verfügt also über eine Kathode (Negativ) für jede der drei Primärfarben (Rot / Grün / Blau) und eine einzelne Anode (Positiv) für jede der drei Farben Farben.

Testen der LEDs

Während billig war ich ein wenig über die Qualität besorgt. Als letztes möchten Sie eine Blind-LED in der Mitte Ihres Würfels finden, also habe ich mich daran gemacht, jede der 512 LEDs zu testen, die ich verwenden würde.

Um den Ansatz zu vereinfachen, habe ich ein kleines Steckbrett und ein einfaches Arduino-Programm entworfen, das zwei LEDs Rot> Grün> Blau einzeln ansteuert und dann auf Knopfdruck alles für Weiß.

Eine LED würde als gemeinsame Referenz für alle anderen dienen, um sicherzustellen, dass alle LEDs eine gemeinsame Helligkeit haben.

Sobald Sie den Dreh raus haben, eine LED in das Steckbrett zu schieben, den Knopf zu drücken und zu beobachten, wie die LED durch die Farben blinkt, dauert es nicht allzu lange, alle 512 zu überprüfen. Abgesehen davon habe ich keinen einzigen Defekt gefunden und war es auch sehr zufrieden mit der Qualität der LEDs.

Strombegrenzungswiderstand wählen

Während das Steckbrett leer ist, ist es ein guter Zeitpunkt, die zu verwendenden LED-Strombegrenzungswiderstände zu testen und zu validieren. Es gibt viele Taschenrechner, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen Werts behilflich sind. Sie sind jedoch nicht für alle Farben gleich (Rot hat mit ziemlicher Sicherheit andere Anforderungen als Grün und Blau).

Ein wichtiger Bereich, auf den Sie achten müssen, ist die gesamte weiße Farbe, die die LED ausgibt, wenn alle RGB-Farben eingeschaltet sind. Sie können den Wert der Widerstände abgleichen, um eine saubere weiße Farbe innerhalb der Stromgrenzen der LED zu erzeugen.

Schritt 2: Vereinfachen des Cube-Builds

Eine Spannvorrichtung, um jede 8x8-Scheibe zu bauen

Das Bauen eines Würfels dieser Komplexität ist nicht leichtfertig zu nehmen. Dies erfordert einen erheblichen Zeitaufwand.

Der Ansatz, den ich entworfen hatte, vereinfachte das Löten jeder 8x8 vertikalen "Scheibe" des Würfels in einem einzigen Ereignis, im Gegensatz zum Aufbauen von Linien aus 8 LEDs, die dann in einem separaten Vorgang zusammengelötet wurden.

Für diesen Ansatz benötigen Sie eine Lehre, und ein wenig Zeit, die Sie hier investieren, bringt später enorme Vorteile.

Das obige Bild zeigt die Einfachheit dieses Entwurfs.

  • Ich habe Weichholz (18 x 12 mm) aus einem örtlichen Baumarkt verwendet.
  • In der Mitte der 18-mm-Seite 8 x 5-mm-Löcher im Abstand von 30 mm in 8 Längen bohren, um an jedem Ende eine zusätzliche Länge von 50 mm zu ermöglichen.
  • Verwenden Sie zwei Holzlängen auf jeder Seite und befestigen Sie diese 8 gebohrten Abschnitte so, dass sie parallel zueinander und genau 30 mm voneinander entfernt sind.
  • Ich würde empfehlen, etwas Holzleim zusätzlich zu einem Nagel / einer Schraube zu verwenden, wenn Sie diese zusammen befestigen. Sie wollen nicht, dass sich diese Schablone biegt.
  • Am oberen und unteren Ende der Schablone stelle ich eine andere Länge ein und lege drei kleine Nägel / Plattenstifte in eine Reihe mit jeder Spalte von Löchern für die LEDs. Die Mitte ist genau in einer Linie und die anderen zwei 5 mm voneinander entfernt auf jeder Seite. Wir werden diese Nägel verwenden, um die geraden Drahtlängen zu sichern, die zum Formen des Würfels verwendet werden - mehr später.
  • Sie werden auf den Bildern über einer anderen Holzlänge in einem leichten Winkel zu den anderen bemerken. Dies ist später von Bedeutung, da wir unsere Strukturdrähte in diesem Winkel abschneiden, was die Positionierung jeder dieser vertikalen Schichten in der Leiterplatte zu einem späteren Zeitpunkt erheblich vereinfacht.

Nehmen Sie sich Zeit für den Aufbau dieser Schablone. Je genauer Sie hier sind, desto genauer wird Ihr endgültiger Würfel sein.

Schritt 3: Vorbereiten der LEDs

LED-Leitungsanschlüsse

Eine der Bedenken, die ich bei früheren Beispielen hatte, über die ich gelesen habe, war die Verwendung einfacher Stoßverbindungen beim Löten der LEDs an den Rahmendraht. Dies würde zu zwei Hauptproblemen führen

  • Es ist sehr schwierig und zeitaufwendig, ein LED-Kabel neben dem Rahmenkabel in Position zu halten, ohne dass es lange genug bewegt wird, um eine gute Lötverbindung zu gewährleisten.
  • Stoßfugen können leicht brechen - etwas, das ich vermeiden wollte.

Deshalb habe ich eine Lösung entworfen, bei der jede LED mit einer Schleife am Ende jeder Leitung versehen ist, durch die der Rahmendraht verläuft, der sowohl die Drähte während des Lötens in Position hält als auch zusätzlich zum Lot eine mechanische Verbindung für eine erhöhte Festigkeit bereitstellt.

Der Nachteil dabei war, dass die Vorbereitung jeder der 512 LEDs länger dauerte - ich habe dies in Stapeln von 64 Stück auf einmal getan und dies auf etwa 3 Stunden pro Stück reduziert.

Positiv ist zu vermerken, dass das eigentliche Löten der Scheibe mit der vorherigen Schablone etwas mehr als eine Stunde gedauert hat.

LED Biegevorrichtung

Ich habe eine Vorrichtung entworfen, um die Vorbereitung der LEDs zu unterstützen - Bild oben mit den Hauptabmessungen.

  • Ich nahm eine der zuvor verwendeten 18x12mm-Schienen, bohrte ein 5mm-Loch in die Mitte der 18mm-Seite und legte diese Schiene dann auf eine kleine MDF-Platte (Sie konnten jedes Stück Holz verwenden, das war genau das, was ich tun musste) Hand) und auf dem 5 mm Loch in der Schiene bis zur Mitte des MDF durchgetragen.
  • Verwenden Sie den Bohrer, um sicherzustellen, dass sowohl das Loch in der Schiene als auch der MDF ausgerichtet sind. Nehmen Sie einen Bleistift und zeichnen Sie eine Linie entlang beider Seiten der Schiene entlang des MDF.
  • Entfernen Sie den Bohrer und die Schiene, und Sie haben ein 5-MM-Loch im MDF und zwei parallele Linien auf beiden Seiten, die den Schienenabmessungen entsprechen (Abstand 18 mm).
  • Zeichnen Sie eine weitere Linie durch die Mitte des 5-mm-Lochs senkrecht zu den Schienenlinien.
  • Ich habe verzinnten 22-swg-Kupferdraht verwendet (eine 500-g-Rolle war ausreichend), der eine Breite von 0,711 mm hat. Ich fand online (eBay zur Rettung wieder) einige 0,8-mm-Bohrer und benutzte diese als Formgeber, um die ich die LED-Leitungen biegen würde, um eine Schleife zu bilden.
  • Bohren Sie drei 0,8-mm-Bohrer, den mittleren auf der Mittellinie des 5-mm-LED-Lochs, die anderen im Abstand von 5 mm und vor allem außerhalb der Schienenlinie, entfernt vom LED-Loch auf der MDF-Platte - nicht auf der Linie, sondern mit einer Seite der Bohrmaschine berührt nur die Schienenlinie.
  • Ein vierter 0,8-mm-Bohrer wird dann erneut auf der Mittellinie des 5-mm-LED-Lochs auf der anderen Schienenlinie und diesmal direkt innerhalb der Schienenlinie gebohrt. Das obige Bild sollte diese Beschreibung etwas klarer machen.
  • Lassen Sie die Bohrer im Holz, wobei ca. 1-15 mm des Bohrerschafts aus dem MDF herausragen.

Jetzt brauchen Sie ein Werkzeug - ein gutes Projekt ist immer eines, bei dem Sie ein spezielles Werkzeug kaufen müssen :-). Sie benötigen eine kleine Flachzange (eBay erneut für £ 2 - £ 3). Diese haben eine gerade parallele lange Nase und ein flaches Ende - siehe Bild.

LED-Vorbereitung

Nun kommt die lange Aufgabe, jede der 512 LEDs vorzubereiten. Ich schlage vor, Sie machen sie in Chargen. Weitere Details in den Bildern oben

  • Halten Sie die LED mit den vier Kabeln in Ihre Richtung in die Zange.
  • WICHTIG - Die Reihenfolge und Ausrichtung der Ableitungen ist bei diesem Schritt von entscheidender Bedeutung. Die Anode ist die zweitlängste der vier Ableitungen. Stellen Sie sicher, dass dies die zweite von rechts ist. Wenn Sie dies falsch verstehen, leuchtet Ihre LED nicht richtig auf, wenn wir sie später testen. Ich weiß, dass ich 2 von 512 Fehlern gemacht habe.
  • Halten Sie die LED in der Zange und setzen Sie die LED-Lampe wie in der Abbildung oben gezeigt in das 5-mm-Loch in der MDF-Platte ein. Möglicherweise müssen Sie das 5-mm-Loch oben etwas freigeben, um sicherzustellen, dass die Zange flach auf dem MDF liegt.
  • Biegen Sie die LED-Leitungen der Reihe nach um die Bohrer, um eine Schleife zu bilden. Ich habe festgestellt, dass, wenn Sie nach Abschluss der Biegung einen Schatten zurücknehmen, die Schleife einen Schatten öffnet und dabei hilft, die Schleifen von den Bohrern zu entfernen, wenn Sie die LED aus der Schablone herausziehen
  • Schneiden Sie den Überschuss von den vier Kabeln in der Nähe der Schleife mit einem Paar kleiner Drahtschneider ab.
  • Biegen Sie die Anodenschleife um 90 Grad, so dass die Schleife senkrecht zur LED-Lampe zeigt
  • Stellen Sie die fertige LED auf eine ebene Fläche und stellen Sie sicher, dass alle Leitungen flach auf der Fläche liegen. Ein kleiner Druck auf die LED richtet sie einfach aus

Das wars .... jetzt 511 mal wiederholen :-)

Schritt 4: Erstellen der Slices

Richten Sie den Rahmendraht gerade

Wir haben jetzt eine Vorrichtung, mit der wir unsere 8x8-Scheiben und ein Bündel getesteter und vorbereiteter LEDs herstellen können.

Alles, was Sie jetzt brauchen, ist ein Rahmendraht. um alle LEDs zusammenzuhalten. Ich habe eine 500-g-Rolle Kupferdraht mit 22 swg (wieder von eBay) verwendet.

Jetzt wollen Sie natürlich den Draht gerade ausrichten, wenn er von der Rolle kommt. Eine einfache, wenn auch noch eine manuelle Aufgabe. Schneiden Sie einen Drahtabschnitt ab und halten Sie beide Enden in zwei Zangen und ziehen und dehnen Sie den Draht vorsichtig. Wenn Sie das Gefühl haben, dass sich der Draht dehnt, können Sie aufhören. Wenn Sie es schwer haben, bricht der Draht an der Zange, wenn er ausreichend gedehnt ist. Beides ist in Ordnung, und am Ende wird der Draht nicht nur gerade, sondern auch ein wenig gehärtet, damit er seine Form beibehält.

Für jeden 8x8-Rahmen benötigen Sie 24 Längen, die ausreichen, um die gesamte Länge Ihrer Schablone zu durchlaufen. An den Enden müssen Sie noch etwas übriges übrig haben, um die Schalttafelstifte zu umwickeln und beim Löten festzuhalten. Zusätzlich benötigen Sie 8 Längen für die senkrechten Anodendrähte, die etwas breiter als die Breite der Schablone sind.

Erstellen eines 8x8-Slice

Jetzt sind die Drähte gerade und wir kommen zum lustigen Teil.

  • Während die Schablone auf den beiden vertikalen Schienen sitzt und die 8 gebohrten Querschienen Ihnen zugewandt sind, drücken Sie jeweils 8 LEDs in eine Spalte, wobei die drei Beine der LEDs zu Ihnen zeigen.
  • Führen Sie nun einen geraden Rahmungsdraht durch die mittleren LED-Leiterschleifen aller 8 LEDs und binden Sie jedes Ende fest, indem Sie die Schalttafelstifte umwickeln.
  • Wiederholen Sie diesen Vorgang für die beiden äußeren Rahmendrähte.
  • Wiederholen Sie dann die obigen Schritte für die anderen 7 Spalten.

Sie haben jetzt 64 LEDs, die mit 24 vertikalen Rahmendrähten verbunden sind. Stellen Sie sicher, dass alle LEDs bündig an den Holzschienen anliegen, und strecken Sie die LED-Beine aus, um etwaige Inkonsistenzen zu beseitigen.

Brechen Sie nun Ihren Lötkolben aus und befestigen Sie alle 192 Verbindungen zwischen den LED-Schleifen und den Rahmendrähten. Ich werde hier nicht erklären, wie man lötet, es gibt viele hervorragende Tutorials, die dies viel besser erklären, als ich kann.

Fertig? Nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um Ihre Handarbeit zu bewundern, während Sie die Schablone umdrehen.Wir müssen noch die Anodenrahmendrähte hinzufügen.

Jetzt können Sie sehen, warum wir die Anodenleitungsschleifen um 90 Grad gebogen haben.

  • Nehmen Sie Ihre 8 gerade gerichteten Anodenrahmendrähte und fädeln Sie sie erneut durch jede der 8 LEDs in jeder Reihe.
  • Ich habe den Draht auf die Breite der Schablone zugeschnitten, aber nicht versucht, ihn an den Plattenstiften zu befestigen.
  • Wenn Sie fertig sind, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um alle LEDs auszurichten, um sicherzustellen, dass Sie gerade und gleichmäßig verlaufen, und löten Sie erneut alle 64 Verbindungspunkte.

Testen der 8x8-Scheibe

Ein Stück nach unten, aber bevor Sie es aus der Schablone herausschneiden, können Sie es zuerst testen. Dazu benötigen Sie eine 5-V-Quelle (von Ihrem Arduino oder Ihrem LED-Tester-Steckbrett) und einen einzelnen Widerstand (alles, was um die 100 Ohm reicht).

  • Schließen Sie einen Draht an Masse an. Dies wird für alle 24 Kathodenrahmendrähte verwendet.
  • Schließen Sie den anderen Draht über den Widerstand an 5 V an.
  • Halten Sie den 5-V-Draht an einen der Rahmendrähte in den 8 Anodenebenen
  • Führen Sie das Erdungskabel über jedes der 24 Kathodenrahmenkabel.
  • Überprüfen Sie, ob jede LED für jede der 8 LEDs, die mit demselben Anodenkabel verbunden sind, rot, grün und blau leuchtet.
  • Bewegen Sie nun das 5-V-Kabel in die nächste Ebene und führen Sie die Prüfung erneut durch, bis Sie jede Ebene, jede LED und jede Farbe getestet haben.

Wenn Sie feststellen, dass eine LED nicht funktioniert, haben Sie wahrscheinlich die Anodenkabel der LED beim Biegen der LED-Kabel vertauscht. Wenn einer nicht funktioniert, schlage ich vor, dass Sie die LED ausschneiden und entfernen, eine vorbereitete Ersatz-LED nehmen, die Schlaufen an den LED-Leitungen öffnen, diese neue LED in die Schablone schieben und die Schlaufen um die Rahmendrähte so gut wie möglich zurückbiegen Sie können.

Sobald alles getestet ist, können Sie den Schlitten aus der Schablone herausschneiden. Schneiden Sie dazu den Rahmendraht in der oberen Reihe in der Nähe der LED-Zuleitungsschleifen ab und schneiden Sie die unteren Rahmendrähte entlang des leicht abgewinkelten Vorrichtungsrahmens ab.

Lassen Sie jetzt alle langen Enden des Rahmendrahtes, die räumen wir später auf, wenn wir den Würfel bauen.

Eins runter, noch 7 übrig.

Ich glaube, ich habe mein erstes Ziel erreicht und eine Lösung entwickelt, um den Aufbau der Würfelscheiben zu vereinfachen.

Schritt 5: Auf die Elektronik

Entwerfen der Leiterplatte

Mein zweites Ziel war es, die gesamte Verkabelung zu entfernen, aber dennoch Raum für etwas Flexibilität zu lassen.

Zu diesem Zweck habe ich beschlossen, dass ich:

  • Bringen Sie die 6 Prozessorkabel über einen Stecker von der Platine. Die meisten Würfeltreiber, die ich gesehen habe, verwenden ein SPI-Derivat für die Datenübertragung, das 4 Eingänge erfordert - Daten, Takt, Ausgangsaktivierung und Verriegelung - und ich habe 5 V und Masse hinzugefügt, damit wir den Prozessor über dasselbe Kabel mit Strom versorgen können.
  • Lassen Sie die seriellen Ein- und Ausgangsverbindungen zwischen den 74HC595-Schieberegister-Chips offen, damit Sie verschiedene Schleifen zwischen den Chips definieren können.
    • Kevins Schema zeigt für den Anodentreiber zuerst alle 8 Chips, die als nächstes eine einzelne Farbe ansteuern, und dann die nächsten zwei Farben nacheinander für insgesamt 25 Schieberegister.
    • Nicks Schema hat für jede Farbe eine eigene Schleife zum Prozessor.
  • Lassen Sie die Anodenschichten über ein eigenes Schieberegister oder direkt vom Prozessor mit 8 separaten Anschlüssen ansteuern.

Dazu wollte ich

  • Verwenden Sie Komponenten für Durchgangslöcher (wie ich es gewohnt bin).
  • Beschränke mich auf eine zweilagige Leiterplatte (wieder so wie ich es erlebt habe).
  • Stellen Sie alle Komponenten auf eine Seite der Platine (die Unterseite) und lassen Sie die LED-Scheiben direkt auf die Oberseite der Platine löten.

Es sollte sich also um eine große Tafel (270 mm x 270 mm) handeln, auf der ein Würfel mit einem Abstand von 30 mm zwischen den LEDs angebracht werden konnte. Trotzdem war es ein Kinderspiel, in alle Komponenten und Spuren zu passen.

Ich habe in der Vergangenheit ein paar verschiedene PCB-Design-Software mit Erfolg verwendet.

Die Benutzerfreundlichkeit von Pad2Pad ist großartig, aber Sie sind an die teuren Herstellungskosten gebunden, da Sie keine Gerber-Dateien exportieren können. Für diesen Build habe ich DesignSpark verwendet (nicht so einfach zu verwenden wie Pad2Pad, aber ich kann Gerber-Dateien exportieren) und habe seitdem mit Eagle experimentiert (einem sehr fähigen Tool, aber ich gehe immer noch die Lernkurve hoch).

Ich wage es nicht, die für das Softwaredesign der Leiterplatte aufgewendeten Stunden zusammenzurechnen, es hat mehrere Versuche gedauert, um das Richtige zu finden, aber ich bin sehr zufrieden mit dem Ergebnis. In meiner ersten Version fehlen einige Spuren, die sich jedoch leicht ersetzen lassen. Für die Herstellung einer kleinen Menge von Leiterplatten habe ich SeeedStudio verwendet und würde es empfehlen. Gute Antwort auf Fragen, wettbewerbsfähige Preise und schneller Service.

Ich überlege gerade, eine SMD-Version zu entwerfen, die ich dann mit allen bereits platzierten und gelöteten Bauteilen hätte erstellen können.

Viele Komponenten

Für die Komponenten habe ich Folgendes verwendet (gemäß Kevins Schema)

  • 200 NPN 2N3904-Transistoren
  • 25 100nF Kondensatoren
  • 8 100uF Kondensatoren
  • 8 IRF9Z34N MOSFETS
  • 25 74HC595 Schieberegister
  • 128 82 Ohm 1 / 8W Widerstände (rote LED Strombegrenzungswiderstände)
  • 64 130 Ohm 1 / 8W-Widerstände (grüne und blaue LED-Strombegrenzungswiderstände)
  • 250 1k Ohm 1 / 8W Widerstände (mit einigen Extras)
  • 250 10k Ohm 1 / 8W Widerstände (mit einigen Extras)
  • 1 5V 20A Netzteil (mehr als genug)
  • 1 Arduino Mega (oder Prozessor Ihrer Wahl)
  • einige einreihige Header-Pins zum Verbinden mit dem Arduino
  • einige Überbrückungskabel, um die seriellen In / Out-Schleifen zwischen den Schieberegistern zu erstellen
  • ein 6-poliges Header-Kabel zum Board-Anschluss
  • ein 240V Stromkabel und Stecker

Ich habe Farnell Components für die Bestellung in Großbritannien verwendet und würde es empfehlen, insbesondere aufgrund des Service am nächsten Tag und der günstigen Preise.

Löten ... viel Löten

Dann wurden mehrere Stunden lang alle Komponenten auf die Platine gelötet. Ich werde hier nicht auf die Details eingehen, aber ein paar Lektionen, die ich gelernt habe, waren:

  • Halten Sie eine Lötpumpe und einen Docht bereit - Sie werden es brauchen.
  • Ein Flussmittelstift funktioniert wirklich, obwohl es unordentlich ist, danach aufzuräumen
  • Verwenden Sie ein Lot mit kleinem Durchmesser - ich fand, dass das beste ein 0,5 mm 60/40 Zinn / Blei 2,5% Flussmittel-Lot ist.
  • Eine Lupe ist praktisch, um Lötbrücken zu erkennen.
  • Nehmen Sie sich Zeit, führen Sie jeweils eine Charge durch und überprüfen Sie alle Verbindungen, bevor Sie mit dem nächsten Bereich fortfahren.
  • Halten Sie wie immer Ihre Lötspitze sauber.

Da die rote Farbe der LEDs wahrscheinlich einen anderen Widerstandswert benötigt als die grüne und die blaue, habe ich die Strombegrenzungswiderstände auf der Leiterplatte A, B und C markiert. Jetzt ist die Zeit gekommen, die endgültige Ausrichtung der Scheiben im Vergleich zu definieren auf der Platine, um zu definieren, welche Leitung der LEDs sich auf welche Position des Strombegrenzungswiderstands bezieht.

Danach habe ich die Platine mit PCB-Reiniger gereinigt, mit Wasser und Seife abgewaschen und gründlich getrocknet.

Testen Sie Ihre fertige Leiterplatte

Bevor wir dies beiseite legen, müssen wir testen, ob alles funktioniert.

Ich habe Kevins Arduino-Code geladen (für das Mega müssen Sie einige geringfügige Änderungen vornehmen) und ein einfaches Testprogramm entwickelt, mit dem alle LEDs kontinuierlich ein- und ausgeschaltet werden.

Zu testen:

  • Ich habe einen LED-Testdraht hergestellt, indem ich eine einfarbige LED genommen, einen 100-Ohm-Widerstand an eine der Leitungen gehalten und dann an jedes der offenen Enden einen langen Draht angeschlossen habe. Ein Stück Klebeband um das offene Kabel herum stoppt alle Kurzschlüsse und markiert den positiven Draht (Anode) von der LED.
  • Schließen Sie Ihren Prozessor (in meinem Fall ein Arduino-Mega) mit den 6 Anschlüssen an die Platine an
  • Schließen Sie die Platine über das Netzteil an die Stromversorgung an
  • Verbinden Sie das Anodentestkabel mit einer 5-V-Quelle auf der Platine
  • Stecken Sie dann den Kathodendraht vom LED-Testdraht nacheinander auf jeden der PCB-Würfelkathodenanschlüsse.
  • Wenn alles in Ordnung ist, sollte die LED an der Testleitung an und aus blinken, wenn dies der Fall ist, fahren Sie mit der nächsten fort.
  • Wenn es nicht blinkt, ist die Fehlersuche abgeschlossen. Ich würde zuerst Ihre Lötstellen auf trockene Stellen überprüfen. Außerdem würde ich vorschlagen, dass Sie abwechselnd von den Schieberegistern arbeiten, um jeweils eine Komponente zu überprüfen.

Testen Sie alle 192 Kathoden und ändern Sie dann Ihren Code, um die Anodenschichttreiber zu testen. Vertauschen Sie die LED-Testleitung und verbinden Sie sie mit Masse. Testen Sie jeden der 8 Schichttreiber.

Sobald Sie die Platine fertiggestellt und getestet haben, beginnt der Spaß erst richtig - jetzt können Sie den Würfel bauen.

Schritt 6: Aufbau des Würfels

Vorbereiten der Anschlüsse für die Anodenebene - eine weitere Schablone

Wir müssen noch einen Artikel herstellen, bevor wir beginnen, Ihre 8x8-Scheiben auf die Leiterplatte zu löten.

Wenn Sie Slices hinzufügen, müssen Sie an der Außenseite jedes Slices, das die horizontalen Slices miteinander verbindet, geschweifte Klammern einfügen.

Vorausgesetzt, wir haben alle LEDs mit Schleifen an die Rahmendrähte angeschlossen, lassen Sie uns jetzt nicht aufhören.

So bauen Sie die Anodenkreuzstreben:

  • Nehmen Sie eine andere Länge des Holzes, das Sie für die Schienen verwendet haben, und zeichnen Sie eine Linie in der Mitte der Schiene.
  • Machen Sie entlang dieser Linie 8 Markierungen im Abstand von 30 mm.
  • Nehmen Sie 8 der 0,8-mm-Bohrer und bohren Sie sie in das Holz. Lassen Sie den Bohrer im Holz, wobei der Schaft etwa 10 mm aus der Oberfläche herausragt.
  • Schneiden Sie ein Stück Rahmendraht ab und richten Sie es wie zuvor aus.
  • Wickeln Sie ein Drahtende um den ersten Bohrer, um eine Schleife zu bilden, und wickeln Sie dann den Draht um jeden nachfolgenden Bohrer, um einen geraden Draht mit 8 Schleifen entlang seiner Länge zu bilden.

Dies erfordert einige Übung, aber versuchen Sie, den Draht zu manipulieren, nachdem Sie alle Schleifen gebildet haben, um den Draht so gerade wie möglich zu machen. Ziehen Sie den Draht vorsichtig von den Bohrern ab und versuchen Sie dann, ihn vollständig zu glätten.

Für den endgültigen Würfel benötigen Sie 16 Drahtlängen mit jeweils 8 Schleifen. Während des Konstruktionsprozesses ist es jedoch praktisch, zwei oder drei Schleifenlängen zur Hand zu haben, um jede neue Scheibe mit ihrem Nachbarn abzustützen.

Endlich können wir den Würfel bauen

Wir müssen die Leiterplatte von der Oberfläche anheben, um jeden Schnitt auf der Leiterplatte auszurichten und abzusenken. Ich benutzte ein paar kleine Plastikboxen auf beiden Seiten der Platine.

Wenn Sie sich bei der Festlegung der Position der Strombegrenzungswiderstände an die Ausrichtung des zuvor ausgewählten Slice erinnern, können Sie jetzt den ersten Slice an einem Ende in die Löcher in der Leiterplatte absenken. Ich schlage vor, Sie beginnen mit den am weitesten von Ihnen entfernten Löchern und arbeiten auf sich selbst zu.

Hier sehen wir den Vorteil, die Kathodenrahmendrähte schräg zu schneiden. Auf diese Weise können Sie jeden der 24 Kathodendrähte einzeln lokalisieren.

Um die Scheibe zu stützen und ihre vertikale Position zu definieren, benutzte ich die Holzschiene, die wir zur Herstellung der Anodenverbinder verwendeten, und platzierte diese entlang der Leiterplatte unter dem ersten Satz von LEDs. Mit einem Ingenieursquadrat, das verwendet wird, um sicherzustellen, dass die Scheibe senkrecht zur Leiterplatte verläuft und von Ende zu Ende eben ist, können Sie jetzt die Kathodenrahmendrähte in die Leiterplatte einlöten.

Sie können diesen Schnitt jetzt testen, aber ich fand es am besten, die ersten beiden Schnitte auf die Leiterplatte zu legen und vor dem ersten Test an einigen Stellen entlang der beiden Schnitte kurze 2-Schleifen-Anodenstecker zu verwenden, um diese ersten beiden Schnitte stabiler zu machen. Nach diesen ersten beiden Scheiben wird jede Scheibe der Reihe nach getestet, bevor die nächste hinzugefügt wird.

Testen Sie die Scheiben.

Die Anodentreiber befinden sich entlang einer der Seiten der Leiterplatte und es gibt Löcher in der Leiterplatte, in denen wir schließlich jede Schicht mit ihrem Treiber verbinden. Im Moment werden wir diese mit einigen Holzdrähten und 8 Mini-Krokodilklemmen verwenden, um sie der Reihe nach an jeder Schicht in jeder Scheibe zu befestigen.

Wenn die Kathoden auf die Leiterplatte gelötet sind und die Anoden mit den Drähten und Klemmen an die Treiber angeschlossen sind, können wir den Slice testen, indem wir den Code, mit dem wir die Leiterplatte getestet haben, mit einer neuen Animation modifizieren.

  • Schreiben Sie eine einfache Animation, um alle LEDs in Ihrem Slice in jeder Farbe gleichzeitig zu beleuchten (alle rot, dann grün, dann rot, dann alle für weiß). Sie können die Slice-Nummer als Variable definieren und diese beim Testen jedes Slices nacheinander ändern.
  • Schließen Sie den Prozessor und die Stromversorgung an die Platine an und schalten Sie ihn ein.
  • Überprüfen Sie, ob alle LEDs in allen Farben leuchten.

Der einzige Fehler, den ich hier beobachtet habe, war eine trockene Verbindung an einem der vertikalen Kathodenrahmendrähte.

Jede Scheibe der Reihe nach einlöten und testen.

Wir sind fast da. Es gibt zwei weitere Elemente, die wir dem Würfel hinzufügen müssen, nachdem wir alle 8 Scheiben gelötet und getestet haben.

Anodenschichtverbinder

Jetzt können wir die Anodenanschlüsse mit den 8 zuvor vorbereiteten Schleifen lösen.

Fädeln Sie diese über die Slices, die auf beiden Slides die gleiche Ebene in jedem Slice verbinden. Ich bewegte meine, bis sie ungefähr 5 mm vom nächsten LED-Kathodendraht entfernt waren. Stellen Sie sicher, dass sie gerade und eben aussehen, bevor Sie alle Schleifen löten und jede der 8 Anodenschichten miteinander verbinden.

Anodentreiberanschlüsse

Entfernen Sie alle zuvor zum Testen der Scheiben verwendeten Drähte aus den Anodentreiberlöchern in der Leiterplatte und stellen Sie sicher, dass die Löcher frei von Lötstellen sind. Der Lötdocht ist hier Ihr Freund.

Jeder der 8 Anodentreiber auf der Leiterplatte muss mit einer einzelnen Schicht auf der Leiterplatte verbunden werden. Der Anodentreiber, der den Stromanschlüssen auf der Leiterplatte am nächsten liegt, sollte auf der untersten Ebene angeschlossen werden und dann schrittweise zur Rückseite der Leiterplatte und zur achten Schicht zurückarbeiten.

Biegen Sie einen kleinen rechten Winkel in ein Stück geraden Rahmendraht und senken Sie die lange Seite des Drahtes durch den Würfel in die Anodentreiberöffnung auf der Leiterplatte. Stellen Sie sicher, dass der Draht gerade und eben ist und keinen anderen Draht im Würfel berührt, und löten Sie diesen dann auf die Anodenschicht des Würfels und auf die Leiterplatte

Komplett für alle 8 Anodentreiber.

Schritt 7: Es ist abgeschlossen

Der Bau ist vorbei, fertig.

Mit all den Vorbereitungen, dem Erstellen und Testen ist dieser Teil jetzt ganz einfach.

  • Verbinden Sie das Netzteil mit der Platine
  • Verbinden Sie den Prozessor mit der Platine.
  • Ein.
  • Laden oder aktivieren Sie die Animationen in Ihrer Software, laden Sie sie auf den Prozessor hoch und lassen Sie sie es tun

Einen Fall machen

Sie möchten Ihre Investition nach all diesen Stunden schützen.

Wir haben ein Gehäuse aus einigen Eichenbrettern und einer kleinen Schicht hergestellt und eine Aussparung in die Rückseite eingebaut, in der wir auf das Netzteil und Arduino zugreifen können. Außerdem haben wir einen USB-Stecker auf die Rückseite des Gehäuses gesteckt, um den Zugriff für die Neuprogrammierung zu erleichtern .

Dann haben wir es mit einem Acrylgehäuse von acrylicdisplaycases.co.uk abgerundet. Sehr gut zu empfehlen.

Zu dir hinüber

Es gibt jetzt zwei Dinge, auf die Sie sich konzentrieren können:

  • Welche Art von Unterstützung / Box Sie entwerfen und bauen möchten, um die Leiterplatte zu unterstützen und das Netzteil und den Prozessor unterzubringen - das überlasse ich Ihrer Fantasie.
  • Steigen Sie in den Code ein und beginnen Sie, Ihre eigenen Animationen zu entwerfen und zu schreiben. Kevin, Nick und SuperTech-IT haben hier großartige Arbeit geleistet, um Sie auf den Weg zu bringen.

Schritt 8: Clip des Endprodukts in Aktion

Eine meiner eigenen Animationen zum Teilen mit Kevin Darrahs Code

Rufen Sie in void Loop Folgendes auf

Schlangen (200); // Iterationen

Schritt 10: Einmal in die Nut

Mein Bruder und ich haben jetzt jeweils einen gebaut und wir arbeiten an einem dritten :-)

UPDATE - Der dritte Würfel ist jetzt fertig und wir werden ihn zusammen mit zwei Ersatzplatinen (und Anleitungen) bei eBay zum Verkauf anbieten.

Wir werden einige Änderungen an der Leiterplatte vornehmen, um die Entwicklung unseres nächsten Projekts zu unterstützen - eines 16x16x16 RGB LED-Würfels

Schritt 11: Neueste Version von My Arduino Mega Code

Im Anhang finden Sie hier die neueste Version meines Codes.

Dies ist vorwiegend der von Kevin Darrah hier entwickelten Lösung entnommen, aber ich habe diese auf das Arduino Mega portiert und die Animationen entweder aus anderen Quellen oder von mir selbst entwickelt.

Die Stifte am Arduino Mega sind:

  • Rastbolzen 44
  • Blindstift 45
  • Daten - Pin 51
  • Uhr - Pin 52