Cubo LED 4x4x4: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

¿Por qué construir este cubo LED?

* Cuando termine, puede mostrar un patrón hermoso e intrincado.

* Te hace pensar y resolver problemas.

* Es divertido y satisfactorio ver lo bien que se combina todo.

* Es un proyecto pequeño y manejable para que lo aprenda cualquier persona nueva en soldadura y electrónica, y aún es lo suficientemente grande como para mostrar patrones deslumbrantes e impresionantes.

* El código arduino es bastante fácil de administrar.

* Un costo relativamente bajo para un entretenimiento alto y la enorme cantidad que aprenderá si es nuevo en la electrónica.

Primero te mostraré cómo hacer este rápido cubo led 4x4x4 que requiere solo unas pocas horas de trabajo para configurarse (una vez que haces las plantillas) pero también es un diseño robusto. Haré todo lo posible para explicarlo para que todos comprendan mis elecciones de diseño. Finalmente explicaré cómo programar nuevos patrones de 2 formas diferentes.

Suministros

Partes:

1. Tablero de creación de prototipos de 10 cm * 15 cm - 1x $ 2 cada uno
2. sn74hc595n - 2x $ 0.57 c / u
3. Resistencias de 120 ohmios: 16x $ 0,04 cada una (el valor depende de su LED, consulte el paso 7)
4. Resistencias de 10k ohmios - 4x $ 0.10 c / u
5. Fqp20n06l MOSFETS de canal N - 4x $ 0.95 c / u
6. Arduino nano v3 - 1x $ 22 cada uno
7. Toma de CC de 5,5 mm - 1x opcional $ 0,35 c / u
8. Alambre de cobre estañado 20 AWG - 15 pies $ 0.12 / pie
9. Cable plano de 40 conductores u otro cable de calibre pequeño (AWG) - menos de 1 pie $ 2,3 / pie
10. Madera contrachapada de 5 mm 6 ", 12" - 1 x $ 2 c / u
11. soldadura.8mm - 1x $ 10.89 c / u
12. Tablero de 1 "x 6" x 4 '- 6 "$ 8.39 c / u
13. LED difusos de 5 mm - 64 $ 15 kit
14. Tapa de cerámica 100nf - 2x $ 0.25 c / u

Costo estimado por cubo: $ 40 (si las piezas se compran a granel, el costo disminuirá significativamente)

Instrumentos:

1. Alicates de punta fina x2
2. Cortadores al ras o cortadores laterales
3. Soldador
4. Pelacables
5. Sierra de mesa
6. Taladro (se recomienda una prensa de taladro)
7. Sierra para metales o sierra de cinta
8. Computadora para programar

Paso 1: La primera plantilla **

La primera plantilla consta de 2) brocas de 0,8 mm, una placa de prototipos y un orificio de 5 mm para el LED. Comience tomando su tablero de creación de prototipos (al menos 2 cm de ancho y 2,54 mm (0,1 ") de espacio entre el centro y el centro de los orificios) marque el primer punto en uno de los bordes del tablero. Luego, en línea recta, haga otra marca después de mover 3 agujeros más. Luego marque el punto que está 2 agujeros más arriba (vea la imagen # 1). Luego, en el centro marcado, taladre un agujero de 5 mm. Usé una broca de 13/64 pulgadas y funcionó bien. Es mejor si use brocas más pequeñas y trabaje hasta llegar a 13/64 pulgadas solo para asegurarse de que esté perfectamente centrado en el orificio, si no es así, todo el cubo estará apagado. Luego, en la marca exterior, use las brocas de 0,8 mm para ensanchar ligeramente el Asegúrese de que todos los orificios sean perpendiculares a la placa de prototipos, si está disponible, use un taladro de prensa, pero un taladro de mano funcionará. Corte 3) Cuadrados de 1 "Es más fácil usar una sierra de cinta, pero también funcionará una sierra de mano. Con pegamento de Elmer, haga una pequeña pila de madera con todos los bordes alineados entre sí. Finalmente péguelo a la placa de prototipos, fíjelo todo junto y espere. Una vez que todo esté seco, vuelva a taladrar todo de modo que los orificios en la placa de creación de prototipos atraviesen el respaldo de madera. Coloque las brocas de 0,8 mm en el orificio que se hizo en el borde. Si todo se hizo correctamente, debería verse como la imagen n. ° 2.

** Las plantillas que se muestran en la imagen están diseñadas para hacer un cubo LED de 8 * 8 * 8, por lo que son un poco más grandes. Tu plantilla será más pequeña. Estas plantillas se basan en los diseños de Steve Manley para su cubo LED RGB de 8 * 8 * 8. Se ve y funciona muy bien. Recomendaría ver sus videos.

su canal de you-tube

Paso 2: la segunda plantilla **

La segunda plantilla está hecha de madera contrachapada de 5 mm. Comience marcando y cortando 3 piezas de 4 "por 2". Para esto utilicé una sierra de cinta, pero una sierra de mano también funcionaría. En una de las piezas, marque 1 "en el lado de 2" en ambos extremos y dibuje una línea entre los dos. En el lado de 4 ", ingrese 1/2" en la línea hecha anteriormente, la siguiente marca debe estar a 1 "de la actual, continúe hasta llegar al final del tablero. Las otras dos piezas deben alinearse y pegarse con pegamento de Elmer. Una vez que el pegamento esté seco, tome tanto la sección marcada como la sección pegada, alineelas y fíjelas juntas. Taladre agujeros de 5 mm (13/64) donde las líneas se cruzan en el tablero. El paso final es hacer los agujeros de la pieza pegada. más grande fui con 1/4 ".

Paso 3: La tercera plantilla **

La tercera plantilla está hecha de una pieza de 1 "x 6". Primero corte la tabla en una sección más manejable de aproximadamente 5 "de largo. Una vez hecho esto, puede llevarla a una sierra de mesa para cortar las arboledas aproximadamente a 1/4 de pulgada de profundidad, cualquier orientación funcionará. Deben tener un espaciado de 1 pulgada de centro a centro de las arboledas. La ranura (la ranura hecha por la hoja de la sierra) debe tener 0.1 "de ancho. Comience cortando la primera pulgada de la ranura desde el borde de la tabla. Luego apague la sierra y mueva la guía más de 1 ". Repita este proceso hasta que tenga 4 ranuras cortadas en su tabla. La plantilla debe verse como la imagen de arriba.

Paso 4: uso de la primera plantilla

Esta es la parte más monótona de la construcción doblando todos los cables de los LED. La razón por la que desea utilizar esta plantilla es para obtener una construcción resistente que se vea genial. Tome su primera plantilla, doble el cátodo (cable corto, ver imagen 2) hasta la broca más cercana (0.2 ), luego envuélvala alrededor de la broca y afloje. Tome el ánodo y dóblelo alrededor de la segunda broca y afloje. Corte el extra. Pase con cortadores al ras / cortadores laterales y retire el LED. Aplane el ánodo y el cátodo. Gire el cátodo 90 grados para que quede hacia abajo (ver imagen 3) continúe el proceso 63 veces más.

Nota: a menudo es útil tener unos alicates pequeños de punta fina para doblar los cables alrededor de las brocas.

Paso 5: uso de la segunda plantilla

Antes de usar esta plantilla, debemos enderezar y cortar nuestro alambre de cobre estañado calibre 20 (awg). Primero corte al menos 36 secciones de alambre de 4 "; es mejor si hace 4 secciones más porque hace que el cubo sea simétrico (nota: es útil enderezar las secciones más grandes del alambre antes de cortarlo a la longitud deseada, pero de cualquier manera funcionaría). Para enderezar el cable, simplemente tome dos alicates y tire de cada extremo estirando un poco el cable. Este método es difícil, por lo que si tiene un tornillo de banco, puede sujetar el cable en el tornillo de banco y tirar de allí y obtendrá mucho mejor resultados más fáciles. Una vez que tenga todo el cable preparado, coloque 4 LED en la plantilla n. ° 2 (vea la imagen n. ° 2), el cátodo debe estar de espaldas a usted. Coloque una de las secciones de cable de 4 "a través de los bucles del cátodo, suelde las 4 uniones (se recomienda que pruebe todos los LED antes de soldar). Una vez que haya soldado todos los LED, levante la sección superior y presione la plantilla para que los extremos redondeados de los LED estén en la superficie plana. La fila de LED debería aparecer. Ahora haz este proceso 16 veces más.

Paso 6: uso de la tercera plantilla

Ahora que ha terminado las 16 filas de LED, es hora de usar la plantilla final. Tome 4 tiras de LED y coloque los cables de enlace de metal en una de las ranuras, asegurándose de que todos los orificios de las diferentes secciones estén alineados. Inserte una de sus secciones de alambre de abajo hacia arriba en los orificios restantes de esa columna. Asegúrese de que esté en escuadra, luego suelde las 16 conexiones y continúe haciendo 3 más.

Paso 7: la electrónica

Lo primero que debe hacer es calcular las 16 resistencias que se necesitan para que funcione el cubo. Esto se puede hacer a través de esta calculadora o esta fórmula Resistencia = (fuente de voltaje - voltaje del LED) / corriente del LED. El único problema es que muchas veces el vendedor no da los valores necesarios. Si está utilizando el enlace proporcionado para el kit de LED que obtuve, los LED amarillos necesitan 120 ohmios porque son 2v y los azules 75 ohmios 3v. Si no quiere preocuparse por esto, puede usar los 220 ohmios provistos en el kit, deberían funcionar bien, pero su cubo estará un poco tenue a veces, el amarillo puede ser un poco tenue (el color más brillante que he encontrado de este kit es azul, excluyendo el blanco que no se difunde).

Paso 8: la electrónica

Entonces, ahora tiene 2 opciones: puede salir del esquema a continuación / crear su propio diseño usando las imágenes para ayudar en un buen diseño, solicite una PCB personalizada usando el archivo Gerber que se encuentra a continuación (excelente si está haciendo varios).

PCB y esquema: https://easyeda.com/editor#id=63a136d6b20f4aebaede857853e31526|e43c643b328347348d007d8a95e4a44a

Paso 9: Soldar el cubo al PrototypingBoard

Ahora que tiene los componentes electrónicos conectados, debe tomar las 4 secciones verticales que hizo anteriormente. Coloque una de las secciones como se muestra en la primera imagen y suéldela asegurándose de que esté en escuadra con la placa de prototipos. Agregue otro con 9 agujeros entre el acabado agregando los últimos 2 de la misma manera.

Paso 10: Conexión de las capas

A continuación, debe conectar las capas de cátodo común, tomar un trozo de cable que se ha enderezado y colocarlo sobre el trozo de alambre de cátodo común que sobresale para hacer una unión de soldadura en cada intersección. Debes hacer al menos 4, pero es posible que notes que hice esto en ambos lados para que el cubo parezca simétrico. Una vez que haya realizado todas las conexiones de capas, debe agregar cables desde la placa de creación de prototipos a las capas del cubo. Esto se puede hacer tomando una sección enderezada de cable que tenga una curva de 90 grados en el que sobresalga aproximadamente 1/2 . Pegue el extremo largo del cable cerca de donde desea conectar a la primera capa, suéldelo a la capa. Repita mientras se mueve fuera de un agujero y va a la siguiente capa. Cuando haya terminado las 4 conexiones de capa, pase al siguiente paso.

Paso 11: Últimos pedazos de cableado

La siguiente parte es conectar el drenaje de los MOSFET a las capas, vea la primera imagen. Una vez hecho esto, conecte las salidas de los registros de desplazamiento a las columnas del cubo. Consulte el esquema para obtener más detalles.

Paso 12: Programación de su cubo

Tiene 3 opciones para codificar el cubo: use los códigos provistos, use arduino o use arduino con python para lograr una experiencia de codificación más fácil. El único que voy a explicar es arduino con python debido a que es el más fácil de usar, pero solo necesitará un poco de experiencia con arduino / la estructura del lenguaje. Comience descargando todos los enlaces en orden, comenzando con el software arduino y terminando con la biblioteca tkinter para python. La forma en que funciona el editor de Python se explica por sí misma, simplemente ejecute el código de Python a continuación. Cuando presiona el botón guardar, el shell de Python escupirá bytes binarios que deberá pegar en la matriz arduino que dice diapositivas. Luego, deberá agregar retrasos en la matriz de arduino que dice delay_array el número de diapositivas que tiene es el número de retrasos que necesita. El número máximo de diapositivas que puede usar es 150 debido a la memoria del arduino nano, parece mucho, pero cuando comienza a hacer traducciones gráficas, rápidamente devora ese número.

Los códigos están en grupos de 3 porque no pude hacer que se descargaran como un solo archivo, excepto el archivo de Python.

agrupaciones de archivos (todos los archivos del grupo deben colocarse en la misma carpeta para que funcione correctamente)

arduino codificado de forma rígida (clear_all, led_cube_4x4x4, show_pattern)

archivos codificados por bytes arduino (claro, easy_programing_v2, show_pattern)

Python gui (generador de código 4x4x4 V2)

www.arduino.cc/en/main/software

www.python.org/downloads/

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

Paso 13: está hecho

En este punto, debería poder mostrar al menos algunos patrones en su cubo y, con suerte, todo salió bien.

Si tiene alguna pregunta, pregunte a continuación en los comentarios.