كيفية بناء مكعب 8x8x8 LED والتحكم فيه باستخدام Arduino: 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

يناير 2020

سأترك هذا الأمر في حالة رغبة أي شخص في استخدامه لتوليد الأفكار ، ولكن لم يعد هناك أي جدوى من بناء مكعب بناءً على هذه التعليمات. لم يعد يتم تصنيع الدوائر المتكاملة الخاصة ببرنامج تشغيل LED ، وكُتبت كلا المخططين في الإصدارات القديمة من Arduino والمعالجة ولم يعد يعملان. لا أعرف ما الذي يجب تغييره لجعلها تعمل. أيضًا ، أدت طريقة البناء الخاصة بي إلى فوضى غير متوازنة. اقتراحي هو اتباع التعليمات الموجودة على تعليمات أخرى أو شراء مجموعة. تكلف هذا المكعب حوالي 50 دولارًا في عام 2011 ، يمكنك شراء مجموعة من موقع ئي باي بحوالي 20 دولارًا الآن.

المقدمة الأصلية:

هناك الكثير من مكعبات LED في Instructables ، فلماذا تفعل مكعبات أخرى؟ معظمها مخصص للمكعبات الصغيرة التي تتكون من 27 أو 64 مصباح LED ، ونادرًا ما تكون أكبر نظرًا لأنها تقتصر على عدد المخرجات المتوفرة في وحدة التحكم الدقيقة. سيكون هذا المكعب 512 مصباحًا ، وسيحتاج فقط إلى 11 سلك إخراج من Arduino. كيف يكون هذا ممكنا؟ باستخدام برنامج تشغيل Allegro Microsystems A6276EA LED.

سأريكم كيف صنعت المكعب نفسه ، ولوحة التحكم ، وأخيراً الكود لجعله يلمع.

الخطوة 1: المواد

جميع الأجزاء التي ستحتاجها لبناء المكعب: 1 Arduino / Freeduino مع Atmega168 أو أعلى شريحة 512 LED ، الحجم واللون متروك لك ، لقد استخدمت 3mm أحمر 4 A6276EA رقائق سائق LED من ترانزستورات Allegro 8 NPN للتحكم في تدفق الجهد ، لقد استخدمت ترانزستور BDX53B دارلينجتون 4100 أوم ، 1/4 واط أو أعلى 12560 أوم مقاومات ، 1/4 واط أو أعلى 1330 فائق التوهج مكثف إلكتروليتي 4 24 دبوس مقبس 9 16 دبوس مقبس 4 "× 4" (أو أكبر) قطعة من لوحة بيرف بورد لاستيعاب جميع الأجزاء ، مروحة كمبيوتر قديمة ، كبل تحكم مرن قديم ، مصدر طاقة قديم للكمبيوتر ، الكثير من الأسلاك الموصلة ، اللحام ، مكواة اللحام ، التدفق ، أي شيء آخر لجعل حياتك أسهل أثناء القيام بذلك. قطعة من الخشب مقاس 7 × 7 (أو أكبر) تُستخدم في صناعة جهاز لحام LED. علبة لطيفة لعرض المكعب النهائي الخاص بك. تم شراء مصابيح LED من eBay وتكلفتها 23 دولارًا مقابل 1000 مصباح LED تم شحنها من الصين. تم شراء الأجهزة الإلكترونية المتبقية من Newark Electronics (www.newark.com) ويجب أن تكلف حوالي 25 دولارًا فقط. إذا كان عليك شراء كل شيء ، فمن المفترض أن يكلف هذا المشروع حوالي 100 دولار فقط. لدي الكثير من أجهزة الكمبيوتر القديمة ، لذا فقد خرجت تلك الأجزاء من كومة الخردة.

الخطوة 2: قم بتجميع الطبقات

كيفية صنع طبقة واحدة (64 LED) من هذا المكعب 512 LED: يبلغ قطر المصابيح التي اشتريتها 3 مم. قررت استخدام مصابيح LED صغيرة لخفض التكلفة ولجعل الحجم النهائي للمكعب صغيرًا بما يكفي للجلوس على مكتبي أو رف دون الاستيلاء على المكتب أو الرف تمامًا ، ورسمت شبكة 8 × 8 مع حوالي 0.6 بوصات بين السطور. أعطاني هذا حجم مكعب حوالي 4.25 بوصة لكل جانب. قم بحفر ثقوب 3 مم حيث تلتقي الخطوط لعمل تهزهز يحمل مصابيح LED أثناء لحام كل طبقة. A6276EA هو جهاز حوض حالي. هذا يعني أنه يوفر مسارًا إلى الأرض بدلاً من مسار إلى مصدر الجهد. سوف تحتاج إلى بناء المكعب في تكوين الأنود المشترك. يتم بناء معظم المكعبات ككاثود شائع ، ويكون الجانب الطويل من LED هو الأنود بشكل عام ، لذا تحقق من الأنود لديك لتتأكد من ذلك. أول شيء فعلته هو اختبار كل مصباح LED. نعم إنها عملية طويلة ومملة ويمكنك تخطيها إذا أردت. أفضل قضاء الوقت في اختبار مصابيح LED بدلاً من العثور على بقعة ميتة في المكعب الخاص بي بعد تجميعه. لقد وجدت 1 LED ميتًا من أصل 1000. ليس سيئًا. اقطع 11 قطعة من الأسلاك الصلبة غير المعزولة إلى 5 بوصات. ضع مؤشرًا ضوئيًا واحدًا في نهاية كل صف في الرقصة ثم قم بتوصيل السلك بكل قطب موجب. الآن ضع مصابيح LED الستة المتبقية في الصف وقم بتوصيل تلك الأنودات بالسلك. يمكن أن يكون هذا رأسيًا أو أفقيًا ، لا يهم ما دمت تفعل كل الطبقات بنفس الطريقة. عند الانتهاء من كل صف ، قم بقص الرصاص الزائد من الأنودات. غادرت حوالي 1/8 . كرر حتى تنتهي من الصفوف الثمانية. الآن قم بتوصيل 3 قطع من الأسلاك الموصلة عبر الصفوف التي صنعتها للتو لتوصيلها جميعًا في قطعة واحدة. ثم اختبرت الطبقة عن طريق إرفاق 5 فولت لفك شبكة الأسلاك من خلال المقاوم ولمس السلك الأرضي لكل كاثود. استبدل أي مصابيح لا تضيء. قم بإزالة الطبقة بحذر من الرقصة وضعها جانبًا. إذا قمت بثني الأسلاك ، فلا تقلق ، فقط قم بتصويبها بأفضل ما يمكنك. من السهل جدًا ثنيها. كما يمكنك أن تقول من صوري ، كان لدي الكثير من الأسلاك المثنية. تهانينا ، لقد انتهيت 1/8. اصنع 7 طبقات أخرى. اختياري: لعمل اللحام الطبقات معًا (الخطوة 3) أسهل ، بينما لا تزال كل طبقة لاحقة في الرقصة ، ثني ربع بوصة العلوي من الكاثود للأمام 45 إلى 90 درجة. سيسمح هذا للرأس بالوصول حول مؤشر LED الذي يتصل به وسيجعل اللحام كثيرًا أسهل. لا تفعل هذا للطبقة الأولى ، سنعلن أن إحداها هي الطبقة السفلية وأن العملاء المتوقعين يجب أن يكونوا s تريت.

الخطوة 3: قم بتجميع المكعب

كيفية لحام كل الطبقات معًا لصنع مكعب: انتهى الجزء الصعب تقريبًا. الآن ، ضع طبقة واحدة بحذر في الرقصة ، لكن لا تستخدم الكثير من الضغط ، فنحن نريد أن نكون قادرين على إزالتها دون ثنيها. هذه الطبقة الأولى هي الوجه العلوي للمكعب. ضع طبقة أخرى أعلى الطبقة الأولى ، واصطف الخيوط وابدأ اللحام. لقد وجدت أنه من الأسهل عمل الزوايا أولاً ، ثم الحافة الخارجية ، ثم داخل الصفوف ، استمر في إضافة الطبقات حتى تنتهي. إذا كنت قد ثنيت الخيوط مسبقًا ، فتأكد من حفظ الطبقة مع الخيوط المستقيمة للأخير. إنه الجزء السفلي لدي مساحة كبيرة جدًا بين كل طبقة لذا لم أحصل على شكل مكعب. ليست مشكلة كبيرة ، يمكنني التعايش معها.

الخطوة 4: بناء لوحة التحكم

كيفية بناء لوحة التحكم وإرفاقها بـ Arduino الخاص بك: اتبع التخطيطي وقم ببناء اللوحة كيفما تختار. لقد وضعت شرائح جهاز التحكم في وسط اللوحة واستخدمت الجانب الأيسر لإمساك الترانزستورات التي تتحكم في التيار لكل طبقة من طبقات المكعب ، واستخدمت الجانب الأيمن لتثبيت الموصلات التي تنتقل من شرائح جهاز التحكم إلى كاثودات أعمدة LED وجدت مروحة كمبيوتر قديمة بحجم 40 مم مع موصل موليكس أنثى لتوصيلها بمصدر طاقة الكمبيوتر. كان هذا مثاليًا. كمية صغيرة من تدفق الهواء عبر الشريحة مفيدة ولدي الآن طريقة سهلة لتوفير 5 فولت لرقائق وحدة التحكم و Arduino نفسه. في التخطيطي ، RC هو المقاوم الحالي المحدد لجميع المصابيح المتصلة بكل A6276EA. لقد استخدمت 1000 أوم لأنه يوفر 5 مللي أمبير لمصباح LED ، وهو ما يكفي لإضاءةه. أنا أستخدم High Brightness ، وليس Super Brite LEDs ، لذا فإن الاستنزاف الحالي أقل. إذا أضاءت جميع مصابيح LED الثمانية في عمود مرة واحدة ، فسيكون 40 مللي أمبير فقط. يمكن لكل مخرج من A6276EA التعامل مع 90 مللي أمبير ، لذا فأنا ضمن النطاق المناسب. R هو المقاوم المتصل بالمنطق أو خيوط الإشارة. القيمة الفعلية ليست مهمة جدًا طالما أنها موجودة وليست كبيرة جدًا. أنا أستخدم 560 أوم لأن لدي مجموعة منها متوفرة ، لقد استخدمت ترانزستور طاقة قادرًا على التعامل مع ما يصل إلى 6 أمبير للتحكم في التيار المتجه إلى كل طبقة من المكعب. يعد هذا مبالغة بالنسبة لهذا المشروع ، حيث أن كل طبقة من المكعب ستسحب فقط 320 مللي أمبير مع إضاءة جميع مصابيح LED. كنت أرغب في زيادة المساحة وقد أستخدم لوحة التحكم لشيء أكبر لاحقًا. استخدم أيًا كان حجم الترانزستور الذي يناسب احتياجاتك. يوجد مكثف 330 فائق التوهج عبر مصدر الجهد للمساعدة في تخفيف أي تقلبات طفيفة في الجهد. نظرًا لأنني أستخدم مصدر طاقة قديم للكمبيوتر ، فهذا ليس ضروريًا ، لكنني تركته فقط في حالة رغبة شخص ما في استخدام محول حائط بجهد 5 فولت لتشغيل المكعب. تحتوي كل شريحة تحكم A6276EA على 16 مخرجًا. لم يكن لدي أي موصل مناسب آخر ، لذلك قمت بتوصيل الأسلاك ببعض مقابس IC ذات 16 دبوسًا وسوف أستخدمها لتوصيل لوحة التحكم بالمكعب. لقد قطعت أيضًا مقبس IC إلى نصفين واستخدمته لتوصيل 8 أسلاك تربط الترانزستورات بطبقات المكعب ، لقد قطعت حوالي 5 بوصات من نهاية كبل مرن قديم لاستخدامه كموصل لـ Arduino. الكبل المرن عبارة عن صفين من 20 دبوسًا ، ولوحة Bones العارية 18 دبوسًا. هذه طريقة رخيصة جدًا (مجانية) لتوصيل Arduino باللوحة. قمت بفصل كبل الشريط في مجموعات من سلكين ، وجردت النهايات وقمت بلحامها معًا. يتيح لك ذلك توصيل Arduino بأي من صف الموصل. اتبع التخطيطي ولحام الموصل في مكانه. لا تنسَ لحام الخيوط 5 فولت والأرضي للموصل لتوفير الطاقة لـ Arduino ، وأعتزم استخدام لوحة التحكم هذه لمشاريع أخرى حتى يعمل التصميم المعياري بشكل جيد بالنسبة لي. إذا كنت تريد توصيل التوصيلات ، فلا بأس بذلك.

الخطوة 5: بناء حقيبة العرض

اجعل منتجك النهائي يبدو جميلًا: لقد وجدت هذا الصندوق الخشبي في Hobby Lobby مقابل 4 دولارات واعتقدت أنه سيكون مثاليًا لأنه يحتوي على مساحة داخلية لاستيعاب كل الأسلاك بالإضافة إلى أنه يبدو لطيفًا. لقد قمت بتلطيخ هذه البقعة الحمراء التي استخدمتها على مكتب الكمبيوتر الخاص بي حتى تتطابق. ارسم شبكة في الأعلى بنفس حجم الشبكة المستخدمة في لحام اللحام (0.6 بوصات بين السطور). حفر ثقوب للسماح للخيوط من خلال الجزء العلوي ، وحفر حفرة أخرى خلف الشبكة لأسلاك الطبقة / الطائرة (من الترانزستورات في الخطوة 4). لقد تعلمت بالطريقة الصعبة أن محاولة اصطفاف 64 يؤدي إلى اجتياز ثقوب صغيرة أمر صعب للغاية. قررت أخيرًا إعادة حفر جميع الثقوب بشكل أكبر قليلاً لتسريع العملية. انتهى بي الأمر باستخدام ما يقرب من 0.2 مثقاب ، والآن بعد أن كان المكعب يجلس أعلى الشاشة ، قم بثني خيوط الزاوية بحيث يظل المكعب في مكانه أثناء توصيل الأسلاك. تأكد من توصيل جميع الأسلاك بالترتيب الصحيح. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 وقم بتوصيل الأسلاك بين الطبقات (المسماة "الطائرات" على التخطيطي) والترانزستورات. الترانزستور الموجود في Arduino pin 6 هو الطبقة العلوية من المكعب ، إذا أخطأت في الأسلاك ، يمكن تصحيحها إلى حد ما داخل الكود ، ولكنها قد تتطلب الكثير من العمل ، لذا حاول الحصول عليها بالترتيب الصحيح. كل شيء مبني وجاهز للعمل ، دعنا نحصل على بعض الأكواد ونجربها.

الخطوة 6: الكود

يتم عمل رمز هذا المكعب بشكل مختلف عن معظمه ، وسأشرح كيفية التكيف. تستخدم معظم أكواد المكعب عمليات الكتابة المباشرة على الأعمدة. يقول الكود أن العمود X يحتاج إلى أن يكون مضاءً ، لذا أعطه بعض العصير وقد انتهينا. هذا لا يعمل عند استخدام شرائح جهاز التحكم ، حيث تستخدم شرائح جهاز التحكم 4 أسلاك للتحدث إلى Arduino: SPI-in و Clock و Latch و Enable. لقد قمت بتأريض دبوس التمكين (دبوس 21) من خلال المقاوم (RL) بحيث يتم تمكين الإخراج دائمًا. لم أستخدم Enable مطلقًا ، لذا أخرجته من الكود. SPI-in هي البيانات الواردة من Arduino ، والساعة هي إشارة توقيت بين الاثنين أثناء التحدث ، ويخبر Latch وحدة التحكم أن الوقت قد حان لقبول البيانات الجديدة. يتم التحكم في كل إخراج لكل شريحة بواسطة رقم ثنائي 16 بت. على سبيل المثال؛ سيؤدي إرسال 1010101010101010 إلى وحدة التحكم إلى إضاءة كل مؤشر LED آخر على وحدة التحكم. يجب تشغيل الكود الخاص بك من خلال كل ما هو مطلوب للعرض وإنشاء هذا الرقم الثنائي ، ثم إرساله إلى الشريحة. إنه أسهل مما يبدو. من الناحية الفنية ، إنها مجموعة من الإضافات الأحادية ، لكنني ضعيف في الرياضيات ، لذا أفعل كل شيء في النظام العشري. الرقم العشري لأول 16 بت هي كما يلي: 2 == 4 1 << 3 == 8 1 << 4 == 16 1 << 5 == 32 1 << 6 == 64 1 << 7 == 128 1 << 8 == 256 1 << 9 == 512 1 << 10 == 1024 1 << 11 == 2048 1 << 12 == 4096 1 << 13 == 8192 1 << 14 == 16384 1 << 15 == 32768 وهذا يعني أنك تريد تضيء المخرجات 2 و 10 ، يمكنك إضافة الكسور العشرية (2 و 512) معًا للحصول على 514. أرسل 514 إلى وحدة التحكم وسوف تضيء المخرجات 2 و 10. لكن لدينا أكثر من 16 مصباح LED لذلك يصبح الأمر أكثر صعوبة قليلاً. نحتاج إلى بناء معلومات عرض لـ 4 شرائح. وهو أمر سهل مثل بنائه لـ 1 ، فقط قم بذلك 3 مرات أخرى. أستخدم مصفوفة متغيرات عالمية للاحتفاظ برموز التحكم. الأمر أسهل بهذه الطريقة بمجرد أن تكون جميع رموز العرض الأربعة جاهزة للإرسال ، قم بإسقاط المزلاج (اضبطه على LOW) وابدأ في إرسال الرموز. تحتاج إلى إرسال آخر واحد أولاً. أرسل الرموز الخاصة بالرقاقة 4 ، ثم 3 ، ثم 2 ، ثم 1 ، ثم اضبط Latch على HIGH مرة أخرى. نظرًا لأن دبوس التمكين متصل دائمًا بالأرض ، يتم تغيير العرض على الفور. يتكون معظم كود المكعب الذي رأيته في Instructables ، والويب بشكل عام ، من كتلة عملاقة من مجموعة التعليمات البرمجية لأداء رسم متحرك محدد مسبقًا. يعمل هذا بشكل جيد مع المكعبات الأصغر ولكن الحاجة إلى تخزين وقراءة وإرسال 512 بت من الملفات الثنائية في كل مرة تريد فيها تغيير الشاشة تستهلك قدرًا كبيرًا من الذاكرة. لا يستطيع Arduino التعامل مع أكثر من عدد قليل من الإطارات. لذلك كتبت بعض الوظائف البسيطة لإظهار عمل المكعب الذي يعتمد على الحساب بدلاً من الرسوم المتحركة المحددة مسبقًا. لقد قمت بتضمين رسم متحرك صغير لإظهار كيف يتم ذلك ، لكنني سأترك الأمر لك لبناء شاشات العرض الخاصة بك. cube8x8x8.pde هو كود Arduino. أخطط لمواصلة إضافة وظائف إلى الكود وسوف أقوم بتحديث البرنامج بشكل دوري. يتم إدخال الرقم الأول المعطى في النمط 1 ، والثاني في النمط 2 ، إلخ. تتوفر ورقة البيانات الخاصة بـ A6276EA على:

الخطوة 7: اعرض عملك اليدوي

لقد انتهيت ، حان الوقت الآن للاستمتاع بمكعبك. كما ترون ، خرج المكعب معوجًا بعض الشيء. أنا لست حريصًا جدًا على بناء واحدة أخرى على الرغم من أنني سأعيش مع كونها ملتوية. لدي بعض النقاط الميتة التي أحتاج إلى النظر فيها. قد يكون اتصالًا سيئًا ، أو قد أحتاج إلى شريحة تحكم جديدة ، وآمل أن تلهمك Instructable لبناء المكعب الخاص بك ، أو بعض مشاريع LED الأخرى باستخدام A6276AE. انشر رابطًا في التعليقات إذا قمت بإنشاء واحد ، لقد كنت أحاول تحديد المكان الذي يجب أن أذهب إليه من هنا. ستتحكم لوحة التحكم أيضًا في مكعب 4x4x4 RGB ، لذلك هذا احتمال. أعتقد أنه سيكون من الرائع عمل كرة وطريقة كتابة الكود ، لن يكون من الصعب جدًا القيام بذلك.