مكعب LED DIY: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

مكعب LED ليس سوى مجموعة ثلاثية الأبعاد من مصابيح LED تضيء بأشكال وأنماط مختلفة. إنه مشروع مثير للاهتمام لتعلم مهاراتك في اللحام وتصميم الدوائر والطباعة ثلاثية الأبعاد والبرمجة وتحسينها. على الرغم من أنني أرغب في إنشاء مكعب RGB ، أعتقد أنني سأبدأ أولاً بمكعب بسيط بقيادة لون واحد لاكتساب الخبرة.

لقد تأثرت بشدة واستلهمت من مشروع Char من Instructables ، يجب عليك التحقق منه إذا كان لديك الوقت.

سأقوم ببناء مكعب 8x8x8 ، وهو عبارة عن 8 صفوف و 8 أعمدة و 8 طبقات من مصابيح LED. هذا إجمالي 512 مصباح LED. الآن ، أهم عنصر هو LED ، اختر أصغر حجم بحيث يكون المكعب مضغوطًا. أيضًا ، من الأفضل الحصول على مصابيح LED المنتشرة على المصابيح الشفافة لأن المصابيح الشفافة تبعثر الضوء وليست جذابة للغاية.

الخطوة 1: المكونات المطلوبة

المصابيح - 512 جهاز كمبيوتر

المقاومات 1 كيلو ، 220E - قليلة

مفتاح اللمس - 1 جهاز كمبيوتر

اضغط على مفتاح التشغيل - 1 جهاز كمبيوتر

رؤوس M / F - قليلة

اردوينو برو ميني - قطعة واحدة

المكثفات 0.1 فائق التوهج - 9 قطعة

لوح بيرفورد (15 سم × 15 سم) - قطعتان

LED - 1 قطعة

74HC594 - 8 قطعة

2N2222 الترانزستور - 16 قطعة

74LS138D - 1 قطعة

مقابس IC 20 دبوس - 9 قطعة

مقابس IC 16 دبوس - 1 قطعة

الكابلات الشريطية - 5 أمتار

مبرمج UART

RPS

الوصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد

الخطوة 2: تجميع هيكل مكعب LED

لقد التقطت حزمة من 1000 مصباح LED منتشر سأستخدم منها 512. الآن ، يجب أن نكون قادرين على التحكم في كل من مصابيح LED بشكل مستقل ، وعندها فقط يمكننا عمل أنماط مثيرة للاهتمام.

سأستخدم لوحة Arduino Pro Mini للتحكم في مصابيح LED ، لكن هذه اللوحة بها 21 دبوسًا فقط للتحكم في مصابيح LED. ولكن يمكنني استخدام مُضاعِف إرسال جميع مصابيح LED البالغ عددها 512 من خلال 21 طرفًا.

قبل أن ندخل في تصميم دائرة السائق ، دعونا نبني هيكل مكعب LED. من المهم جدًا أن نحصل على التناظر الصحيح للمكعب ليبدو جيدًا ، لذلك دعنا أولاً نجهز الحفلة التي ستساعدنا في الحفاظ على التناظر.

سأقوم بطباعة ثلاثية الأبعاد لقاعدة 120x120x2mm لبناء المكعب. سأستخدم هذا لإنشاء كل طبقة من مصابيح LED ، والتي ستكون حوالي 64 مصباحًا لكل طبقة. الآن ، أحتاج إلى تباعد مصابيح LED بشكل موحد عبر اللوحة. نظرًا لأن الكاثود يبلغ حوالي 17 مم ، تاركًا 2 مم للحام ، سأفصل بين الثقوب بمقدار 15 مم. لنبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد.

أقوم أولاً بترتيب مصابيح LED على التوالي وقصر الكاثود. وبالمثل ، سأقوم بترتيب 8 صفوف من مصابيح LED مع كاثودات مختصرة. بمجرد الانتهاء من ذلك ، لدي 1 دبوس كاثود و 64 دبوس أنود ، وهذا يشكل طبقة واحدة.

سيؤدي ترتيب 8 طبقات فوق بعضها البعض إلى جعلها غير مستقرة وسوف يتشوه الهيكل. لذلك سأقدم لها بعض الدعم الإضافي. هناك عدد غير قليل من الطرق للقيام بذلك ، وإحدى هذه الطرق هي استخدام الأسلاك النحاسية المطلية بالفضة ، ولكن نظرًا لأنني لا أملك هذا معي ، فسوف أجرب طريقة بدائية. إن شد سلك اللحام يقويها ، لذلك سأستخدم ذلك للدعم. ضع بعض اللحام على دبابيس الكاثود قبل استخدام السلك لتقديم الدعم. نأمل أن يؤدي استخدامه في المنتصف والجوانب إلى منح المكعب القوة التي يحتاجها. سنحتاج إلى حوالي 16 سلكًا ومن المهم جدًا أن نحصل على هذا الجزء بشكل صحيح.

سأقوم بتصويب دبابيس الأنود لجعلها متماثلة.

قد تتلف مصابيح LED في بعض الأحيان بسبب حرارة اللحام ، لذلك من الأفضل التحقق منها بعد بناء كل طبقة. بمجرد الانتهاء من ذلك ، يمكن تجميع الطبقات فوق بعضها البعض وهذه المرة يمكن لحام دبابيس الأنود. في النهاية ، يجب أن يكون لديك 64 دبوسًا أنودًا ودبوسًا كاثودًا واحدًا لكل طبقة. لذلك باستخدام هذه الدبابيس 64 + 8 = 72 ، يجب أن نكون قادرين على التحكم في كل من مصابيح LED في هذا المكعب.

الآن ، نحن بحاجة إلى هيكل دعم لتجميع الطبقات فوق بعضها البعض.

لقد ارتكبت خطأ. كنت متحمسًا جدًا ولم أتحقق مما إذا كانت دبابيس الأنود تتماشى مع بعضها البعض. كان يجب أن أقوم بثني دبابيس الأنود بمقدار 2 مم بحيث يمكن لحام كل طبقة ببعضها البعض ويمكن تشكيل خط مستقيم. نظرًا لأنني لم أفعل ذلك ، فسيتعين علي ثني جميع المسامير التي قمت بلحامها يدويًا وقد يؤثر ذلك على التماثل في النهاية. ولكن عند إنشائه ، احرص على عدم ارتكاب نفس الخطأ. الآن اكتمل البناء ، سيتعين علينا العمل على حلبة السائق.

الخطوة 3: حلبة السائق - تقليل عدد الدبابيس

كما ذكرت في البداية ، سنحتاج إلى 72 دبوس IO من وحدة التحكم ، لكن هذا ترف لا يمكننا تحمله. لذلك دعونا نبني دائرة مضاعفة وتقليل عدد المسامير. لنلق نظرة على مثال ، لنأخذ IC flip-flop. هذا هو نوع D flip-flop ، دعونا لا نقلق بشأن الجوانب الفنية في هذه المرحلة. تتمثل المهمة الأساسية لـ IC في تذكر 8 دبابيس ، منها 2 لتزويد الطاقة ، D0 - D7 هي دبابيس الإدخال لتلقي البيانات و Q0 - Q7 هي دبابيس الإخراج لإرسال البيانات المعالجة. دبوس تمكين الإخراج هو دبوس منخفض نشط ، أي فقط عندما نجعله 0 ، ستظهر بيانات الإدخال في دبابيس الإخراج. هناك أيضًا دبوس ساعة ، دعنا نرى سبب حاجتنا إليه.

الآن ، لقد قمت بتثبيت IC على لوح التجارب وقمت بتعيين قيم الإدخال على 10101010 مع 8 مصابيح LED متصلة بالمخرج. الآن ، يتم تشغيل أو إيقاف تشغيل مصابيح LED بناءً على الإدخال. دعني أقوم بتغيير الإدخال إلى 10101011 وتحقق من الإخراج. لا أرى أي تغيير مع المصابيح. ولكن عندما أرسل نبضًا منخفضًا إلى مرتفعًا عبر دبوس الساعة ، يتغير الإخراج بناءً على الإدخال الجديد.

سنستخدم هذا المفهوم لتطوير لوحة دوائر السائق الخاصة بنا. لكن IC الخاص بنا يمكن أن يتذكر فقط 8 بيانات إدخال ، لذلك سنستخدم ما مجموعه 8 من هذه الدوائر المتكاملة لدعم 64 مدخلًا.

الخطوة 4: تصميم حلبة السائق

أبدأ بضرب جميع دبابيس الإدخال الخاصة بـ IC إلى دبابيس البيانات الثمانية للميكروكونترولر. الحيلة هنا هي تقسيم بيانات 64 بت من 8 دبابيس إلى 8 بتات من البيانات.

الآن ، عندما أقوم بتمرير 8 بتات من البيانات إلى الدائرة المتكاملة الأولى متبوعة بإشارة نبض منخفضة إلى عالية في دبوس الساعة ، سأرى بيانات الإدخال تنعكس في دبابيس الإخراج. وبالمثل ، من خلال إرسال 8 بتات من البيانات إلى بقية الدوائر المتكاملة والتحكم في دبابيس الساعة ، يمكنني إرسال 64 بتًا من البيانات إلى جميع الدوائر المتكاملة. الآن المشكلة الأخرى هي نقص دبابيس الساعة في وحدة التحكم. لذلك سأستخدم IC من 3 إلى 8 لفك تشفير الأسطر لمضاعفة ضوابط دبوس الساعة. باستخدام دبابيس العنوان الثلاثة في وحدة فك التشفير مع وحدة التحكم الدقيقة ، يمكنني التحكم في دبابيس الإخراج الثمانية لوحدة فك الترميز. يجب توصيل دبابيس الإخراج الثمانية هذه بدبابيس الساعة في الدوائر المتكاملة. الآن يتعين علينا اختصار جميع دبابيس تمكين الإخراج والاتصال بدبوس على وحدة التحكم الدقيقة ، باستخدام هذا ، يجب أن نكون قادرين على تشغيل أو إيقاف تشغيل جميع مصابيح LED.

ما فعلناه حتى الآن هو فقط لطبقة واحدة ، والآن نحتاج إلى توسيع الوظيفة لتشمل طبقات أخرى عبر البرمجة. يستهلك أحد الصمامات حوالي 15 مللي أمبير من التيار ، لذلك نحتاج إلى حوالي 1 أمبير من التيار لطبقة واحدة باستخدام هذا الرقم. الآن يمكن للوحة Arduino pro المصغرة أن تصدر أو تغرق حتى 200 مللي أمبير من التيار. نظرًا لأن تيار التحويل لدينا كبير جدًا ، فسيتعين علينا استخدام BJT أو MOSFET للتحكم في طبقة مصابيح LED. ليس لدي الكثير من ترانزستورات NPN و PNP. نظريًا ، قد نضطر إلى تبديل تيار يصل إلى 1 أمبير لكل طبقة. من بين الترانزستورات التي حصلت عليها ، يمكن لأعلى الترانزستورات تبديل حوالي 800 مللي أمبير من التيار ، الترانزستور 2N22222.

لذلك دعونا نأخذ 2 من الترانزستورات ونزيد من قدرتها الحالية عن طريق توصيلهما بالتوازي. كثير من الناس عندما يتبنون هذه الطريقة يستخدمون فقط مقاومة حد القاعدة ، ولكن المشكلة هنا هي أن تغير درجة الحرارة يصبح التيار من خلال الترانزستورات غير متوازن ويسبب مشاكل في الاستقرار. لتخفيف المشكلة ، يمكننا استخدام مقاومين متشابهين في الباعث أيضًا لتنظيم التيار حتى عندما تتغير درجة الحرارة. هذا المفهوم يسمى تنكس الباعث. يوفر المقاوم الباعث نوعًا من التغذية الراجعة لتحقيق الاستقرار في كسب الترانزستور.

سأستخدم المقاومات فقط في القاعدة. قد يتسبب هذا في حدوث مشكلات في المستقبل ، ولكن نظرًا لأن هذا مجرد نموذج أولي ، فسوف أتعامل معه لاحقًا.

الخطوة 5: لحام المكونات

الآن ، دعنا نجمع الدائرة على لوحة الأداء. لنبدأ مع المرحلية flipflop ونستخدم حامل IC لهذا الغرض. ابدأ دائمًا بالدبابيس الأولى والأخيرة ، وتحقق من الثبات ، ثم قم بلحام بقية PINs. دعنا أيضًا نستخدم بعض رؤوس الذكور من أجل التوصيل والتشغيل للمقاومات المحددة الحالية وللاتصال بالمكعب. الآن قم بتوصيل مكثفات فصل IC بالقرب من دبابيس إمداد الطاقة الخاصة بـ IC.

بعد ذلك ، دعنا نعمل على الميكروكونترولر. لجعله يتم توصيله وتشغيله ، دعنا نستخدم حاملًا ونوصل الدبابيس الأنثوية أولاً ، ثم نضع الميكروكونترولر.

حان الوقت للعمل على الترانزستورات. مطلوب 16 مقاومات 1 كيلو أوم للاتصال بقاعدة الترانزستورات. من أجل الحفاظ على دبابيس الكاثود الشائعة لمكعب LED في حالة منطقية افتراضية ، سأستخدم مقاومًا مضغوطًا بقوة 8 كيلو أوم ، والذي يحتوي على 8 مقاومات. أخيرًا يتيح العمل على وحدة فك ترميز العنوان IC. الآن الدائرة جاهزة على غرار تصميم الدائرة.

الخطوة 6: الطباعة ثلاثية الأبعاد

نحتاج إلى حاوية لإيواء لوحة الدائرة ومكعب LED ، لذلك دعنا نستخدم واحدة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. سأقوم بتحويله إلى 3 أجزاء لسهولة التجميع.

أولاً ، لوحة القاعدة لعقد هيكل الصمام. ثانياً: هيئة مركزية للإلكترونيات. ثالثًا ، غطاء لإغلاق السكن.

الخطوة 7: اختتام

لنبدأ بتركيب هيكل الصمام. يمكنك دفع المسامير من خلال الفتحات ولحامها مباشرة بلوحة الدائرة ، ولكن من أجل الاستقرار ، سأستخدم لوحة الأداء أولاً ، ثم لحامها في الدائرة. أنا أستخدم كبل الشريط للحام بمصابيح LED ، ثم قم بتوصيل الطرف الآخر بدبابيس إخراج الدوائر المتكاملة ذات الصلة.

للاتصال بين الترانزستور وطبقات مكعب LED ، نحتاج إلى دبابيس مستقلة للاتصال بدبابيس الكاثود. قبل تشغيله ، من المهم التحقق من الاستمرارية والجهد بين النقاط. بمجرد أن يصبح كل شيء جيدًا ، يمكن توصيل الدوائر المتكاملة ثم تشغيلها. مرة أخرى ، من الجيد التحقق مما إذا كانت جميع مصابيح LED تتوهج عن طريق توصيلها مباشرة بالطاقة قبل توصيلها عبر الدائرة. إذا كان كل شيء جيدًا ، فيمكن توصيل كبلات LED بنقاط التقليب ذات الصلة.

لنقم ببعض أعمال التنظيف - افصل كابل برمجة وحدة التحكم الدقيقة ، وقطع المسامير البارزة ، وما إلى ذلك الآن ، دعنا نربط كابل البرمجة بجسم الهيكل ، ونصلح حالة الصمام ، ومفتاح الطاقة ، وأخيراً مفتاح إعادة الضبط. نحن على وشك الانتهاء ، لذلك دعونا نجمع الأجزاء الثلاثة. ابدأ بقاعدة LED بالجسم ، ثم بمجرد تثبيت الكابلات جيدًا ، أغلق الغطاء في الأسفل.

قم بتنزيل الكود على Arduino Pro Mini وهذا كل شيء!

بفضل Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ على تعليماته ورمزه الممتاز.