مكعب LED 3x3 على أساس اردوينو: 7 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

أهلا ومرحبا بكم في أول Instructable.

أقدم تصميمًا بسيطًا وأنيقًا لمكعب LED 3x3x3 للمبتدئين. لتسهيل البناء ، أقدم تفاصيل عن ثنائي الفينيل متعدد الكلور المخصص ، يمكنك أن تجعل نفسك أو تشتري ، تعليمات ويمكنك ، مثلي ، إعادة استخدام البرنامج من هذا المكعب الرائع لمكتبة Arduino LED و arduino lib.

كان أحد أهداف التصميم هو الاستخدام فقط من خلال أجزاء الثقب ، فهي أسهل بالنسبة للمبتدئين في اللحام وكل شيء متاح بسهولة عبر الإنترنت في مواقع المزاد / التسوق المفضلة لديك.

يمكن تشغيل التصميم من كبل USB أو محول طاقة 7.5-12 فولت تيار مستمر.

تستخدم الدائرة تصميمًا أساسيًا من Arduino ويمكنك برمجته في الدائرة باستخدام إما مبرمج رخيص في نظام الدائرة القابلة للبرمجة (ICSP) أو محول USB إلى TTL متوفر بسهولة. البرنامج الوحيد الذي تحتاجه هو Arduino IDE الموقر.

هذا التصميم ليس ثوريًا ، إنه يعتمد فقط على بعض الأعمال السابقة وقمت بتعبئتها بدقة. آمل أن تستمتع به.

الخطوة 1: الأجزاء المطلوبة

يستخدم هذا التصميم على نطاق واسع من خلال أجزاء الفتحات. يجب أن يقوم الموزع المحلي المفضل لديك بتخزين الأجزاء التي تحتاجها.

أنت بحاجة إلى Atmega 168p أو Atmega 328p مع وميض محمل الإقلاع Arduino فيه. يمكنك العثور عليها على موقع Ebay ، ابحث عن "محمل إقلاع اردوينو" ، وتأكد من شراء متغير Dual In Line (DIL). تحتاج أيضًا إلى مقبس USB من النوع B ، العادي ، والأقدم ، والدهون. اخترت هذا لأنه سهل اللحام. الترانزستورات ، T1-T3 هي ترانزستورات NPN للأغراض العامة ، بالإضافة إلى الأنواع المدرجة ، يمكنك استخدام BC108 ، 2N2222 ، 2N3904 وما إلى ذلك ، تحقق دائمًا من دبوس الترانزستور مقابل PCB.

بالنسبة لمصابيح LED المهمة للغاية ، تأكد من شراء مصابيح LED عالية السطوع أو مصابيح LED فائقة السطوع. لقد استخدمت 10000-12000mcd LEDs من بائع على Ebay لمثال المكعب الموضح هنا. أنت تريد مصابيح ساطعة حتى تتمكن من رؤية المكعب في إضاءة الغرفة العادية. إذا كان وصف العنصر يوضح تفاصيل زاوية العرض ، عادةً ما تكون 20 درجة ولكن يمكنك العثور على زاوية عرض أوسع ، ففكر في ذلك. لا تعد مصابيح LED فائقة السطوع هذه هي الأكثر وضوحًا عند عرضها على الجانب. قد تضطر إلى تجربة بعض مصابيح LED من موردين مختلفين قبل أن تجد تلك التي تناسب احتياجاتك.

قائمة الأجزاء الكاملة:

وصف قيمة الجزء PCB ، PCB الأخضر الجميل ، قم بتصنيعه أو شرائه ، 27 3mm LEDs ، اللون من اختيارك C1100n 100nF ، 25V ، 7.5mm الملعب مكثف السيراميك C2 22p 22pF ، 25V ، 4.4mm الملعب مكثف السيراميك

C3 22p 22pF ، 25V ، 4.4 مللي متر مكثف سيراميكي C4 100n 100nF ، 25 فولت ، 7.5 مللي متر مكثف سيراميكي C5 100n 100nF ، 25 فولت ، 7.5 مللي متر مكثف سيراميكي C6 10u 10 فائق التوهج 16 فولت ، حالة 5.5 مللي متر مكثف كهربائياً ، 16 فولت C7 22u 10 فائق التوهج 16 فولت ، مكثف إلكتروليتي بعلبة 5.5 مم ، 16 فولت IC1 ATMEGA ATEMEGA168 أو ATMEGA328 مع محمل الإقلاع من Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V ، منظم خطي 100mA ، حزمة TO92 ICSP ICSP ، شريط رأس دبوس ، 0.1 بوصة خطوة ، 2x3 مقبس طاقة داخلي J1 DCJ0202 مم. JP1 شريط رأس الدبوس ، 0.1 بوصة خطوة ، 1x3 طريقة. Q2 16MHz 16MHz ، كريستال علبة HC49 ، 50ppm ، منخفض المستوى R1 10k 10K 1 / 4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R2 1k 1K 1 / 4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R3 1k 1K 1 / 4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R4 1k 1K 1 / مقاوم غشاء معدني 4 واط 1٪ R5470470 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R6 1k 1K 1 / 4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R8100100R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R9100100R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R10470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R11470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R12470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R13470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R14470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R15470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R16470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R17470470R 1/4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R18 1k 1K 1 / 4W مقاوم غشاء معدني 1٪ R19 LDR اختياري LDR S1 S1 4 دبوس ، 6x6mm PCB mount مفتاح PTH. T1 BC547 BC547 / BC548 ترانزستور NPN منخفض الطاقة ، TO92 T2 BC547 BC547 / BC548 ترانزستور NPN منخفض الطاقة ، TO92 T3 BC547 BC547 / BC548 ترانزستور NPN منخفض الطاقة ، مقبس TO92 X4 USB من النوع B ، حامل ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال الفتحة 4 × 3-5 مم العصا على أقدام مطاطية.

الخطوة 2: مخطط الدائرة وشرح العملية

يظهر التخطيطي أعلاه.

يعتمد التصميم على مخطط Arduino Duemilanove ، الذي تم تجريده إلى الأساسيات. تمت إزالة USB إلى الجهاز التسلسلي ولكن هناك رأس تسلسلي ، JP1 ، والذي يسمح لمحول USB إلى TTL ببرمجة الجهاز ، والمزيد عن البرمجة لاحقًا. يوجد أيضًا رأس ICSP.

يمكن أن تعمل اللوحة من قابس USB ، باستخدام مصدر 5V مناسب في الكمبيوتر ، أو حزمة شاحن الهاتف المحمول لمتجر الجنيه / الدولار الرخيص. يستخدم الخيار الآخر إدخال قابس التيار المباشر ، وهذا يقبل إدخال 7-15 فولت تيار مستمر حتى تتمكن من استخدام أي محول قابس لديك. تستخدم الدائرة 30 مللي أمبير فقط ، لذا يجب أن يعمل المحول المهمل من أداة ميتة ، تحقق من صندوق البريد غير الهام الخاص بك.

تقوم المقاومات من R12 إلى R17 بتعيين التيار ، والذي يحدد سطوع مصابيح LED. مع المصابيح الحمراء والمقاومات 470R الموضحة ، يكون التيار ~ 5mA لكل LED. لحساب تيار LED ، تحتاج إلى جهد خرج جهاز Atmega (4.2V) وانخفاض الجهد الأمامي لمصباح LED ، بالنسبة لمصباح LED أحمر هو 1.7 فولت. الصيغة هي:

تيار LED = (جهد خرج Atmega - جهد LED) / I Led

مع الأجزاء التي استخدمتها: تيار LED = (4.2-1.7) / تيار 470LED = 5.31mA

حدد التيار من Atmega 168/328 إلى 10mA

بعض قطرات الجهد LED الشائعة:

أحمر 1.7 فولت أصفر 2.1 فولت البرتقالي 2.1 فولت أخضر 2.2 فولت أزرق 3.2 فولت أزرق فائق 3.6 فولت أبيض بارد 3.6 فولت

حتى تتمكن من استخدام مصباح LED أزرق عالي السطوع ، سينخفض المقاوم إلى 270R. يمكنك زيادة التيار إلى 10 مللي أمبير ، في اختباري وجدت أن 5 مللي أمبير كانت كافية.

الترانزستورات T1-T3 هي ترانزستورات NPN BJT الشائعة ، BC547 / BC548 / 2N2222 إلخ. وهي تتحكم في تبديل كل طبقة من الطبقات الثلاث. المقاومات R2-R4 تحد من تيار القاعدة للمقاوم.

R6 و PWR LED اختياريان ، تم نسخهما من Arduino ، فمن الواضح نوعًا ما إذا كانت الطاقة متصلة بمكعب LED.

تشكل C2 و C3 و Q2 دائرة الساعة لجهاز Atmega 168 / 328p ، المبرمجة مسبقًا مع أداة تحميل التشغيل. تأكد من أنك تناسب المكثفات 22pF هنا وليس في أي مكان آخر بعد أن تفشل الشريحة في البدء. C1 و C4 و C5 هي فصل مزود الطاقة. تشكل IC2 و C6 و C7 دائرة تنظيم خطية بسيطة. لا يوجد الكثير ليقوله عن هذا ولكن تأكد من أنك تناسب المكثفات بالطريقة الصحيحة. توجد رموز + على رسم PCB والشاشة الحريرية.

SK1 و R8 و R9 هي الواجهة التسلسلية. باستخدام محول USB إلى TTL ، يمكنك برمجة الجهاز ، باستخدام المثال هنا

الخطوة 3: الحصول على ملفات التصميم وعمل ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يمكن تنزيل بيانات تصميم PCB من Github على

توجد ملفات Gerber مُعالجة لإرسالها إلى مُصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، تخطيطي وتراكب ثنائي الفينيل متعدد الكلور بتنسيق-p.webp

يمكن تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في المنزل ، كنت سأفعل ذلك لكنني نفدت من Etchant. يمكن تصنيع التصميم باستخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور أحادي الجانب ويمكن تنفيذ الطبقة العليا (RED في الصور) باستخدام روابط الأسلاك النحاسية المعلبة. لقد استخدمت https://pcbshopper.com/ للعثور على بائع مناسب ، للنماذج الأولية التي استخدمتها Elecrow.

يحتوي تصميم PCB على Github على 3 تغييرات في تصميم النموذج الأولي الموضح هنا:

1. تم استبدال منظم 7805CV بمنظم 78L05 أصغر.
2. تقلص ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمقدار 5 ملم.
3. لقد قمت بإزالة polyfuse من تغذية USB + 5V.

الخطوة 4: تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو مستقيم بشكل معقول للتجميع. لقد أضفت صورة لثنائي الفينيل متعدد الكلور المجمع والتخطيط أعلاه كمرجع. أبدأ دائمًا بتركيب الأجزاء الأصغر أولاً والعمل لأعلى ، وهذا مهم بشكل خاص إذا لم يكن لديك حامل ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

1. ابدأ بتركيب المقاومات أولاً ، ولا تقم بلحامها بعد. تأكد من إدخال المكون الصحيح في المكان الصحيح. لسهولة الفحص ، قم بتثبيتها مع شريط التسامح إلى اليمين / الأسفل ، مما يسهل التحقق بعد ذلك. انظر هنا إذا كنت بحاجة إلى مساعدة في تحديد رموز ألوان المقاوم. بمجرد التحقق من وجود الأجزاء الصحيحة في المكان الصحيح ، قم بلحام الأجزاء.
2. قم بلحام الكريستال Q2 في مكانه والمكثفات C2 و C3.
3. قم بتوصيل مقبس 28 دبوسًا لجهاز Atmega168 / 328 في مكانه ، وتأكد من أن لديك دبوس 1 درجة في الأعلى ، وهذا يساعد على منع وضع الجهاز في الخلف.
4. تناسب موصلات ICSP و JP1.
5. تناسب المكثفات C1 و C4 و C5 ، وكلها 100nF (رمز الجزء 104).
6. منظم خطي IC2.
7. تناسب الترانزستورات T1 و T2 و T3. تأكد من أنك لم تقم بتبديل T1 / T2 / T23 و IC1 لأنهم جميعًا في نفس الحزمة.
8. تناسب S1 ، لا يهم الاتجاه.
9. تناسب C6 و C7 ، تأكد من حصولك على القطبية الصحيحة!
10. تناسب موصل USB X4.
11. قم بتركيب قابس طاقة التيار المستمر J1.

الجزء الأخير الذي يجب تجميعه هو رأس الدبوس الذي تم تحويله إلى SIL. أستخدم زوجًا من القواطع الدقيقة لإزالة البلاستيك بعناية من كل دبوس من الشريط ، وأكرر ذلك حتى يكون لدي 12 مآخذ توصيل ، ثم استخدم زوجًا من الزردية و 3 أيادي ، ولحام كل واحد بدوره إلى PCB. نظرًا لأن معظم الناس ليس لديهم 3 أيادي ، قم بقص كل ثقب ببعض اللحام لتغطية الوسادة ، اتركها تبرد. ثم قم بتطبيق مكواة اللحام لإذابة اللحام وإدخال الدبوس ، وإزالة مكواة اللحام للمفصل. قد تحتاج إلى بعض اللحام الجديد إذا كان لديك مفصل جاف.

قبل فحص اللحام ، خذ استراحة قصيرة ، ربما لتناول مشروب؟ افحص اللحام الخاص بك ، وتحقق من موصل USB حيث أن المسامير متباعدة عن كثب والمسامير الموجودة على جهاز Atmega168 / 328.

بمجرد أن تكون سعيدًا باللحام ، قم بلصق القدمين ذاتية اللصق بالجانب السفلي من لوحة الدوائر المطبوعة.

الخطوة 5: تجميع مكعب LED

هذا هو الجزء الأصعب من التجمع. خذ وقتك ، لا تخف.

لقد أضفت ملاحظات إلى الصور أعلاه لأن الصورة تقول ألف كلمة.

بعض النقاط المهمة.

1. تأكد من أن الرصاص الموجب (الساق الأطول) يشير إلى الأسفل حيث يتحول التصميم + V إلى 9 مصابيح LED في كل طبقة.
2. تأكد من ثني الرصاص السالب بزاوية 90 درجة على LED ، لعمل الأشرطة الأفقية.
3. قم ببناء كل طبقة على حدة وفحص البناء مرتين / ثلاث مرات.
4. تأكد من أن السلك النحاسي المعلب ، عند استخدامه ، في منتصف الطريق بين كل صف من مصابيح LED ، وهذا يجعل من السهل تثبيته على سلك تبديل الطبقة.

الخطوة 6: الاختبار وتجميع المكعب النهائي

قبل توصيل مجموعة مكعب LED أو جهاز Atmega168 / 328 ، يمكنك إجراء بعض الفحوصات البسيطة.

إذا كان لديك DMM (يجب أن يكون لديك واحد إذا كنت تبني مشروعًا كهذا) ، فقم بقياس المقاومة عبر الدبابيس 7 (موجب) و 8 (سلبي) من 28 دبوسًا ، يجب أن يكون لديك> 1K. إذا كان أقل من ذلك ، فتحقق من اللحام.

بعد ذلك ، قم بتطبيق إدخال 7-15 فولت على J1 ، والعودة إلى المسامير 7 و 8 من مقبس 28 سنًا ، وقياس الجهد ، يجب أن ترى 5 فولت ولكن قد يكون في أي مكان بين 4.90 فولت و 5.1 فولت ، هذا جيد. إذا قمت بتركيب R6 و PWR LED ، فيجب أن يضيء.

افصل J1 ، قم بتوصيل سلك USB في X4 ، قم بتوصيل الكبل بلوحة وصل أو بمحول 5V USB ، كرر قراءة الجهد على المسامير 7 و 8 من مقبس 28 دبوس ، هل القراءة حول 5V؟

كانت الفحوصات أعلاه للتأكد من صحة جهد العرض والقطبية الصحيحة.

بعد ذلك ، أدخل جهاز Atmega168p / 328p بعناية. اثنِ الدبابيس قليلاً ، إذا لزم الأمر ، لتناسب التجويف. باستخدام J1 ومصدر الإمداد 7-15 فولت ، قم بتشغيل الطاقة ، ومعرفة ما إذا كان IC2 يسخن بعد وقت قصير من تشغيل الطاقة. إذا حدث ذلك ، فافصل الطاقة وتحقق من اتجاه IC1.

بعد ذلك ، أدخل بعناية الصف الأول من مجموعة LED. تأكد من أن أحد قضبان دعم الأسلاك النحاسية المعلبة قريب من PADL1 و PADL2 و PADL3 ، فأنت بحاجة إلى ذلك لاحقًا عند لحام السلك لكل طبقة. من الأفضل أن تبدأ بدبوس زاوية واستخدام زوج من كماشة أنف الإبرة ، وثني كل دبوس برفق ، صفًا تلو الآخر ، لتناسب المقبس الموجود على لوحة الدوائر المطبوعة. لقد أضفت صورة للطبقة الأولى المجمعة أعلاه. باستخدام قطعة من الأسلاك المفردة 1 / 0.6 ، قم بقصها بطول مناسب للانتقال من PADL1 / PADL2 أو PADL3 إلى كل طبقة من المكعب. لقد وجدت أنه من الأسهل إدخال الصف الأول من مصابيح LED في PCB ولحام سلك التحكم في الطبقة الأولى (كما هو موضح باللون الأبيض) ثم العودة إلى الخطوة السابقة ، وإنشاء صف آخر ، ثم تجميع كل طبقة على PCB لأن هذا يوفر ثباتًا يتمركز.

ابدأ بلحام الطبقة التالية عن طريق لحام أحد مصابيح LED الزاوية ، ثم قم بلحام الزاوية المقابلة. تحقق الآن من أن الطبقة مستوية قبل اللحام بعد الآن. بمجرد ضبط الطبقة ، قم بلحام مصابيح LED الزاوية الأخرى ، يجب أن تكون المصفوفة مستوية ولكن أعد التحقق منها. جندى المصابيح المتبقية. كرر تجميع الطبقة للطبقة النهائية.

الخطوة السابعة: البرمجة

اعتمادًا على جهاز Atmega الخاص بك ، قد تحتاج إلى برمجة أداة تحميل التشغيل أو مجرد تنزيل الكود. إذا كانت لديك شريحة مع أداة تحميل التشغيل المبرمجة بالفعل ، فيمكنك استخدام محول USB إلى TTL. اتبع هذا الدليل:

www.instructables.com/id/Program-Arduino-Mini-05-with-FTDI-Basic/

يمكنك أيضًا استخدام موصل 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP) ، ويمكنك استخدام Arduino آخر للقيام بذلك:

www.instructables.com/id/How-to-use-Arduino-Mega-2560-as-Arduino-isp/

أستخدم مبرمج Usbasp يعمل مع Arduino IDE ، قم بتكوين ذلك عبر قائمة Tools-> Programmer. يمكنك اختيار مبرمجي Arduino / Atmel AVR بسعر رخيص عبر موقع Ebay أو مواقع المزادات الأخرى.

قم بتنزيل مكتبة مكعبات LED من https://github.com/gzip/arduino-ledcube ، واتبع الإرشادات الموجودة على Github وابحث في دليل الأمثلة عن "arduino-led-cube-> ledcube".

إذا كنت تستخدم مبرمج ICSP ، فاضغط مع الاستمرار على shift قبل النقر فوق تحميل لتوجيه Arduino IDE لاستخدام المبرمج. إذا كنت تستخدم محول USB-to TTL ، فاضغط وحرر إعادة الضبط بمجرد انتهاء IDE من التجميع.

بمجرد برمجة رمز المثال ، يجب أن يكون لديك مكعب LED بأنماط جميلة.

هذا هو أول تعليمات لي ، التعليقات والتعليقات مرحب بها.