مكعب Led 4x4x4: 13 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

لماذا نبني مكعب LED هذا؟

* عند الانتهاء ، يمكنك عرض نمط جميل ومعقد.

* يجعلك تفكر وتحل المشكلة.

* إنه لأمر ممتع ومرضي أن نرى مدى توافق كل ذلك.

* إنه مشروع صغير يمكن إدارته لأي شخص جديد في مجال اللحام والإلكترونيات ليتعلمه ، ولا يزال كبيرًا بما يكفي لعرض أنماط مبهرة ومثيرة للإعجاب.

* كود اردوينو سهل الإدارة إلى حد ما.

* تكلفة منخفضة نسبيًا للترفيه المرتفع والمبلغ الهائل الذي ستتعلمه إذا كنت جديدًا في مجال الإلكترونيات.

أولاً ، سأوضح لك كيفية صنع هذا المكعب السريع 4x4x4 الذي لا يتطلب سوى بضع ساعات من العمل لإعداده (بمجرد إنشاء الرقصات) ولكنه أيضًا تصميم قوي. سأبذل قصارى جهدي للشرح حتى يفهم الجميع خيارات التصميم الخاصة بي. أخيرًا سأشرح كيفية برمجة أنماط جديدة بطريقتين مختلفتين.

اللوازم

القطع:

1. لوحة النماذج 10 سم * 15 سم - 1 × 2 دولار لكل جهاز
2. sn74hc595n - 2x 0.57 دولار لكل جهاز
3. مقاومات 120 أوم - 16 × 0.04 دولارًا لكل وحدة (تعتمد القيمة على مؤشر LED الخاص بك ، انظر الخطوة 7)
4. مقاومات 10 كيلو أوم - 4x $ 0.10 لكل قطعة
5. Fqp20n06l N channel MOSFETS - 4x 0.95 دولار لكل قطعة
6. Arduino nano v3 - 1x 22 دولارًا لكل جهاز
7. مقبس تيار مستمر مقاس 5.5 مم - 1x اختياري 0.35 دولار أمريكي
8. سلك نحاسي معلب 20 AWG - 15 قدم 0.12 دولار / قدم
9. كابل الشريط 40 موصل أو سلك قياس صغير آخر (AWG) - أقل من 1 قدم 2.3 دولار / قدم
10. 5 مم خشب رقائقي 6 بوصة ، 12 بوصة - 1 × 2 دولار لكل جهاز
11. جندى.8 مم - 1x $ 10.89 لكل عبوة
12. لوح 1 × 6 × 4 قدم - 6 بوصات 8.39 دولارات لكل جهاز
13. 5 مم LEDs منتشرة - 64 دولارًا 15 طقم
14. 100nf غطاء سيراميك - 2x 0.25 دولار أمريكي

التكلفة المقدرة لكل مكعب: 40 دولارًا (إذا تم شراء الأجزاء بكميات كبيرة ، فإن التكلفة لكل مكعب ستنخفض بشكل كبير)

أدوات:

1. إبرة الأنف كماشة x2
2. قواطع تدفق أو قواطع جانبية
3. لحام حديد
4. قواطع الأسلاك
5. منشار طاولة
6. المثقاب (يوصى بالضغط على المثقاب)
7. المنشار أو المنشار الشريطي
8. كمبيوتر للبرمجة

الخطوة 1: الرقصة الأولى **

تتكون الرقصة الأولى من 2) لقم ثقب 0.8 مم ولوحة نماذج أولية وفتحة 5 مم لمصباح LED. ابدأ بأخذ لوحة النماذج الأولية (بعرض 2 سم على الأقل و 2.54 مم (0.1 بوصة) من مركز التباعد إلى مركز الثقوب) ضع علامة على النقطة الأولى على أحد حواف اللوحة. ثم ضع علامة أخرى في خط مستقيم بعد التحرك حتى 3 ثقوب أخرى. ثم ضع علامة على النقطة التي بها فتحتان لأعلى (انظر الصورة رقم 1). بعد ذلك ، في الحفرة التي تم وضع علامة عليها في الوسط ، استخدمت ثقبًا مقاس 5 مم مقاس 13/64 بوصة وعمل بشكل جيد. من الأفضل أن استخدم بتات أصغر وشق طريقك حتى 13/64 بوصة فقط للتأكد من أنه تمركز بشكل مثالي في الفتحة إذا لم يكن المكعب بأكمله سيتم إيقاف تشغيله. ثم على العلامة الخارجية ، استخدم بتات 0.8 مم لتوسيع قليلاً تأكد من أن جميع الثقوب متعامدة مع لوحة النماذج الأولية إذا كان ذلك متاحًا ، استخدم مكبسًا للحفر ولكن المثقاب اليدوي سيعمل. باستخدام غراء إلمر ، اصنع كومة خشبية صغيرة مع اصطفاف جميع الحواف مع بعضها البعض. أخيرًا ، قم بلصقه على لوحة النماذج الأولية ، وقم بتثبيته معًا وانتظر. بمجرد أن يجف كل شيء ، أعد حفر كل شيء حتى تمر الثقوب الموجودة في لوحة النماذج الأولية على طول الطريق من خلال دعم الخشب. ضع القطع مقاس 0.8 مم في الفتحة المصنوعة على الحافة. إذا تم كل شيء بشكل صحيح ، يجب أن يبدو مثل الصورة رقم 2.

** تم تصميم الرقصات المصورة لصنع مكعب 8 * 8 * 8 LED بحيث يكون حجمه أكبر قليلاً. ستكون الرقصة الخاصة بك أصغر. تستند هذه الرقصات إلى تصميمات ستيف مانلي لمكعبه 8 * 8 * 8 RGB LED. يبدو ويعمل بشكل ممتاز. أود أن أوصي بفحص مقاطع الفيديو الخاصة به.

قناته على اليوتيوب

الخطوة الثانية: الرقصة الثانية **

الرقصة الثانية مصنوعة من الخشب الرقائقي 5 مم. ابدأ بوضع علامات وقطع 3 قطع 4 × 2 لهذا الغرض ، استخدمت المنشار الشريطي ولكن المنشار اليدوي سيعمل أيضًا. على إحدى القطع ، حدد 1 "على الجانب 2" على كلا الطرفين وارسم خطًا بينهما. على الجانب 4 "انتقل إلى 1/2" على السطر الذي تم إنشاؤه مسبقًا ، يجب أن تكون العلامة التالية 1 "من العلامة الحالية ، تستمر حتى تصل إلى نهاية اللوحة. يجب محاذاة القطعتين الأخريين ولصقهما معًا باستخدام غراء الدردار. بمجرد أن يجف الغراء ، خذ كل من القسم المحدد والمقطع اللاصق محاذيهما معًا. احفر ثقوبًا 5 مم (13/64) حيث كانت الخطوط متقاطعة على السبورة. والخطوة الأخيرة هي عمل فتحات القطعة الملصقة معًا أكبر ذهبت بـ 1/4 ".

الخطوة الثالثة: الرقصة الثالثة **

الرقصة الثالثة مصنوعة من قطعة 1 "× 6". قم أولاً بقص السبورة إلى قسم يمكن التحكم فيه بطول 5 بوصات تقريبًا. وبمجرد الانتهاء من ذلك ، يمكنك أخذها إلى منشار طاولة لقطع البساتين بعمق 1/4 تقريبًا ، وسيعمل أي اتجاه. يجب أن يكون لديهم تباعد 1 بوصة من مركز البساتين ويجب أن يكون عرض الشق (الفتحة التي صنعتها شفرة المنشار) 0.1 بوصة. ابدأ بقص الفتحة الأولى بوصة من حافة اللوحة. ثم أغلق المنشار وحرك السياج أكثر من 1 "كرر هذه العملية حتى تحصل على 4 فتحات مقطوعة في لوحك. يجب أن تبدو الرقصة مثل الصورة أعلاه.

الخطوة 4: استخدام الرقصة الأولى

هذا هو الجزء الأكثر رتابة من البناء الذي ينحني جميع خيوط LED. السبب وراء رغبتك في استخدام هذه الرقصة هو الحصول على بنية قوية تبدو رائعة. خذ أول تهزهز وثني الكاثود (الرصاص القصير ، انظر الصورة 2) لأعلى لقمة الحفر الأقرب (0.2 بوصة) ، ثم لفها حول الريشة وقم بفكها. خذ الأنود وثنيه حول البتة الثانية وقم بفكه. الرصاص باستخدام قواطع تدفق / قواطع جانبية وإزالة LED. قم بتسوية كل من الأنود والكاثود. قم بلف الكاثود 90 درجة بحيث يكون متجهًا لأسفل (انظر الصورة 3) واصل العملية 63 مرة أخرى.

ملحوظة: غالبًا ما يكون من المفيد أن يكون لديك كماشة أنف صغيرة لثني الخيوط حول لقم الثقب.

الخطوة 5: استخدام الرقصة الثانية

قبل أن نستخدم هذه الرقصة ، نحتاج إلى تقويم الأسلاك النحاسية المعلبة بقياس 20 (awg) وقطعها. قم أولاً بقطع ما لا يقل عن 36 قسمًا من السلك مقاس 36 بوصة ، ومن الأفضل أن تقوم بعمل 4 أقسام أخرى لأنها تجعل المكعب متماثلًا (ملاحظة: من المفيد تسوية أجزاء أكبر من السلك قبل قطعه بالطول ولكن كلا الطريقتين ستعملان). لاستقامة السلك ، خذ كماشة واسحب من كل طرف مع تمديد السلك قليلاً. هذه الطريقة صعبة ، لذا إذا كان لديك منجلة ، يمكنك تثبيت السلك في الرذيلة والسحب من هناك وستتحسن كثيرًا نتائج أسهل. بمجرد إعداد كل الأسلاك ، ضع 4 مصابيح LED في الرقصة رقم 2 (انظر الصورة رقم 2) يجب أن يكون الكاثود متجهًا بعيدًا عنك. ضع أحد أقسام السلك الأربعة بوصات عبر حلقات الكاثود ، قم بلحام جميع الوصلات الأربعة (يوصى باختبار جميع مصابيح LED قبل اللحام). بمجرد أن تقوم بلحام جميع مصابيح LED ، ارفع القسم العلوي واضغط على الرقصة بحيث تكون الأطراف الدائرية لمصابيح LED على السطح المسطح. يجب أن يظهر صف مصابيح LED. الآن قم بهذه العملية 16 مرة أخرى.

الخطوة 6: استخدام الرقصة الثالثة

الآن بعد أن انتهيت من كل صفوف مصابيح LED الستة عشر ، فقد حان الوقت لاستخدام الرقصة النهائية. خذ 4 شرائط من مصابيح LED وضع أسلاك الوصلة المعدنية لأسفل في إحدى الفتحات مع التأكد من محاذاة جميع الثقوب من الأقسام المختلفة. أدخل أحد أقسام الأسلاك الخاصة بك من الأسفل إلى الأعلى في الفتحات المتبقية لهذا العمود. تأكد من أنها مربعة ثم قم بتوصيل جميع الوصلات الـ 16 وانتقل إلى القيام بـ 3 اتصالات أخرى.

الخطوة السابعة: الإلكترونيات

أول شيء عليك القيام به هو حساب المقاومات الـ 16 اللازمة لتشغيل المكعب. يمكن القيام بذلك من خلال هذه الآلة الحاسبة أو هذه الصيغة المقاومة = (مصدر الجهد - جهد LED) / تيار الصمام. المشكلة الوحيدة هي أنه في كثير من الأحيان لا يعطي البائع القيم المطلوبة. إذا كنت تستخدم الرابط المقدم لمجموعة LED التي حصلت عليها ، فإن المصابيح الصفراء تحتاج إلى 120 أوم لأنها 2 فولت وللأزرق 75 أوم 3 فولت. إذا كنت لا تريد أن تقلق بشأن هذا ، فيمكنك فقط استخدام 220 أوم المتوفرة في المجموعة ، يجب أن تعمل بشكل جيد ولكن المكعب الخاص بك سيكون خافتًا بعض الشيء في بعض الأحيان يمكن أن يكون اللون الأصفر خافتًا قليلاً (ألمع لون وجدته من هذه المجموعة باللون الأزرق ، باستثناء الأبيض غير المنتشر).

الخطوة 8: الإلكترونيات

الآن لديك خياران يمكنك الخروج من المخطط أدناه / إنشاء التخطيط الخاص بك باستخدام الصور للمساعدة في تخطيط جيد ، اطلب PCB مخصصًا باستخدام ملف Gerber الموجود أدناه (رائع إذا كنت تقوم بعمل العديد).

ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتخطيطي - https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

الخطوة 9: لحام المكعب بلوحة النماذج الأولية

الآن بعد أن تم توصيل الأجهزة الإلكترونية معًا ، يجب أن تأخذ الأقسام الرأسية الأربعة التي قمت بإنشائها مسبقًا. ضع أحد الأقسام كما هو موضح في الصورة الأولى ، قم بلحامها للتأكد من أنها مربعة مع لوحة النماذج الأولية. أضف آخر مع 9 ثقوب بين النهاية بإضافة آخر 2 بنفس الطريقة.

الخطوة 10: توصيل الطبقات

بعد ذلك ، تحتاج إلى توصيل طبقات الكاثود الشائعة ، خذ قطعة من الأسلاك التي تم تقويمها ووضعها على قطعة من سلك الكاثود المشترك الذي يبرز للخارج لعمل مفصل لحام عند كل تقاطع. تحتاج إلى القيام بـ 4 على الأقل ولكن قد تلاحظ أنني فعلت ذلك على كلا الجانبين لجعل المكعب يبدو متماثلًا. بعد الانتهاء من جميع اتصالات الطبقة ، تحتاج إلى إضافة سلك من لوحة النماذج الأولية إلى طبقات المكعب. يمكن القيام بذلك عن طريق أخذ مقطع مستقيم من السلك به انحناء 90 درجة على الجزء الذي يبرز حوالي 1/2 بوصة. قم بلصق الطرف الطويل من السلك بالقرب من المكان الذي تريد توصيله بطبقة اللحام الأولى به طبقة. كرر ذلك أثناء التحرك خارج حفرة والانتقال إلى الطبقة التالية. عندما تنتهي من جميع اتصالات الطبقات الأربعة ، انتقل إلى الخطوة التالية.

الخطوة 11: القطع الأخيرة من الأسلاك

الجزء التالي هو توصيل استنزاف MOSFETs بالطبقات ، انظر الصورة الأولى. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بتوصيل مخرجات سجلات التحول بأعمدة المكعب. انظر التخطيطي لمزيد من التفاصيل.

الخطوة 12: برمجة المكعب الخاص بك

لديك 3 خيارات لترميز المكعب ، استخدم الأكواد المتوفرة ، أو استخدم arduino ، أو استخدم arduino مع python لتحقيق تجربة تشفير أسهل. الشيء الوحيد الذي سأقوم بشرحه هو اردوينو مع بيثون لأنه أسهل استخدامًا ولكنك ستحتاج فقط إلى القليل من الخبرة مع اردوينو / بنية اللغة. ابدأ بتنزيل جميع الروابط بالترتيب بدءًا من برنامج arduino وانتهاءً بمكتبة tkinter للبيثون. الطريقة التي يعمل بها محرر Python هي في الغالب تفسيرية ذاتية فقط قم بتشغيل كود python بالأسفل. عندما تضغط على زر الحفظ ، ستخرج قشرة الثعبان بايتات ثنائية ستحتاج إلى لصقها في مصفوفة اردوينو التي تقول الشرائح. ستحتاج بعد ذلك إلى إضافة التأخيرات إلى مصفوفة اردوينو التي تقول delay_array عدد الشرائح التي لديك هو عدد التأخيرات التي تحتاجها. الحد الأقصى لعدد الشرائح التي يمكنك استخدامها هو 150 شريحة نظرًا لذاكرة اردوينو نانو ، يبدو الأمر كثيرًا ولكن عندما تبدأ في إجراء ترجمات رسومية ، فإنها تتآكل بسرعة عند هذا الرقم.

الرموز في مجموعات من 3 لأنني لم أتمكن من تنزيلها كملف واحد باستثناء ملف بيثون.

مجموعات الملفات (يجب وضع جميع الملفات في المجموعة في نفس المجلد حتى تعمل بشكل صحيح)

اردوينو المشفر الثابت (clear_all ، led_cube_4x4x4 ، show_pattern)

ملفات arduino المشفرة بايت (واضحة ، easy_programing_v2 ، show_pattern)

بيثون غوي (4x4x4 كود مولد V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

docs.python.org/3/library/tkinter.html#mod…

الخطوة 13: تم

في هذه المرحلة ، يجب أن تكون قادرًا على عرض بعض الأنماط على الأقل على المكعب الخاص بك ونأمل أن يسير كل شيء بسلاسة.

إذا كان لديك أي أسئلة ، اطرحها أدناه في التعليقات.