Cubo LED 8x8x8: 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

En este instructivo, mostraremos cómo construir un cubo LED de 8x8x8. Todo empezó como una idea para la asignatura 'Electrónica Creativa', perteneciente al módulo de 4o curso de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Málaga, Facultad de Telecomunicación:

El proyecto en general consiste en un hardware y software de codiseño. La parte de hardware está compuesta por el Cubo y todas las conexiones, así como una base que soporta el diseño. La parte de software consiste en una biblioteca escalable, que se ha implementado para ser útil para otros proyectos.

Controlado por un Arduino Uno, quinientos doce leds forman este cubo, y como están separados en columnas y capas, cada uno puede encenderse individualmente.

Presentamos algunos pasos que pueden facilitar el proyecto, aunque esto lleva algunos días soldando. Para el proyecto, hemos utilizado transistores Blue Leds y NPN.

Aquí adjuntamos una lista con el material necesario:

• 512 LED.
• 64 resistencias de 220 ohmios.
• 9 registros de cambio 74HC595.
• 16 transistores 2N222.
• Tablero de espuma.
• Varios metros de hilo fino (1,2 mm).
• Pele el alambre.
• Conectores (macho y hembra).
• Fuente de alimentación.
• Placa pretaladrada (PCB).
• Soporte para estructura.
• Caja de madera para estructura.

Esperamos que a todas las personas les guste este instructivo.

Paso 1: Dibujar la plantilla para LED

El primer paso es dibujar una plantilla para facilitar el proceso del soldado. En un tablero de espuma, tenemos que dibujar un cuadrado y dividirlo en 64 cuadraditos, todos separados una pulgada. En la unión de un cuadradito con otro, tenemos que hacer un agujero con un destornillador, por ejemplo, para poder meter los leds en su interior para soldarlos.

Paso 2: construye una base

Tenemos que hacer una base donde reposarán los leds. Es mejor hacerlo con una tabla de madera, que no sea pesada pero tampoco flácida. Después de conseguir la placa, tenemos que repetir el paso 1, pero ahora aquí. Tenemos que marcar la madera, dibujando un cuadrado de 8 pulgadas, donde adentro, se dibujarán otros 64 cuadrados de pulgada.

Una vez dibujados todos, es el momento de utilizar una perforadora. Con un poco de 1 mm, realizaremos un agujero que perfora la madera en la unión de cada cuadrado, para colocar en su interior los alambres que sujetarán la estructura.

¡Lleve su taladradora y taladre!

Hemos hecho un video para mostrarte cómo hacerlo. El resultado final debería parecerse a las imágenes que se muestran aquí.

Paso 3: coloque los cables en línea recta

Es mejor que la estructura utilice cables entre leds, porque harán que la estructura sea más rígida o inflexible. Como normalmente los alambres se venden en rollo, tenemos que enderezarlos. También necesitaremos una máquina perforadora para este paso.

Tenemos que cortar el alambre y poner un trozo en la taladradora. Una vez asegurado, debemos sujetar la otra parte del cable y encender la máquina taladradora. ¡En pocos segundos, el cable quedará recto como una vela!

Te mostramos cómo hacer este proceso en el video, y te damos una clave para que el proceso sea más rápido: puedes cortar un cable más largo, enderezarlo una vez y luego cortarlo.

Paso 4: suelda una capa

Una vez que estemos seguros de que todos los leds se encienden bien, es el momento de soldarlos. Tenemos que separar cátodos y ánodos, para acelerar el proceso.

En este paso, todos los cátodos estarán conectados. Se utilizarán 64 leds y 11 cables: uno para cada fila y 3 más para sujetar la estructura. Puedes ver cómo lo hicimos. Ponemos 3 monedas de 10 céntimos para poner todos los cables a la misma altura, y luego, comienza el proceso.

Es muy importante comprobar tras el proceso de soldadura que todos los leds estén bien soldados. Puedes hacer esto usando el Arduino, conectando un cable a GND y probando con la entrada de 5V cada led, como puedes ver en el video.

No olvide cortar la parte de cada cátodo que no ha sido soldado.

Y ahora que has hecho uno, ¡continúa con los otros siete!

También hicimos algunas fotos para mostrar el proceso.

Paso 5: haz la estructura del cubo

Si ha terminado de soldar, el siguiente paso es hacer la estructura del cubo. Soldaremos una capa encima de la otra, separándola con unas almohadillas hechas con tablero de espuma, como mostramos en la foto.

En este paso, todos los ánodos deben soldarse a los cables. La clave es sujetar los cables verticales cuando sea el momento de colocar la capa en la estructura, y su trabajo no será muy complicado.

Como hemos dicho antes, es muy importante comprobar después de soldar el correcto funcionamiento de los leds. No olvide en este paso quitar la pata del ánodo sobrante. Es más fácil hacerlo ahora, en lugar de hacerlo al final.

El proceso se completará cuando las 8 capas se superpongan por los ánodos. Después de eso, los ánodos se soldarán a una PCB.

Es necesario conectar cables verticales desde la base a cada capa vertical de LED para el correcto funcionamiento de cada capa y orientar el LED en los ejes x, y, z. Puedes ver eso en las fotos.

Paso 6: Conecte la base

Tenemos que soldar las capas correspondientes mediante hilos de tiras, a las que añadiremos conectores que entrarán en la placa de circuito impreso, para finalmente iluminar el cubo.

Cada columna tendrá un cable soldado, y cada 8 columnas, que forman una capa vertical, se unirán al mismo conector macho, que luego se insertará en un conector hembra en la PCB. Las capas horizontales también llevarán un conector para tener los cátodos juntos para la conexión a la PCB.

Paso 7: suelde los circuitos

Siguiendo el esquema del circuito, soldaremos todos los componentes a la placa perforada, puenteando aquellas conexiones que sean necesarias y tirando del cable en caso de que no haya lugar para soldar.

Para este paso necesitamos:

• Placa perforada (pueden ser tiras o sin patrón). Lo hemos usado sin patrón
• Resistencias
• Conectores macho
• Registros
• Transistores NPN
• Cable de tiras

Paso 8: Soporte para cubos

Elaboraremos un soporte, en nuestro caso de madera, donde introduciremos el circuito y apoyaremos el cubo.

¿Cómo lo hemos hecho? Una caja de 26 cm de ancho, 31 de largo y 10 de alto. Colocamos unos pequeños soportes que evitarán que el cubo caiga al fondo de la caja, dañando así la circuitería que va por debajo.

Paso 9: Código y programación

El código consta de una matriz booleana de 512 valores que representan el estado de cada led.

Está dividido en dos partes, una es responsable de variar el estado de cada led cambiando los valores en la matriz, la otra parte es responsable de enviar información a los registros.

Para enviar información a los registros se utiliza la función shiftOut (), que tiene como entrada un dato tipo byte, genera las señales de reloj y datos para la transmisión serial con los registros.

Aparece la necesidad de traducir la matriz booleana a una matriz de tipo byte, cada byte representa un registro. Dependiendo del tamaño del cubo para diseñar, cambia el número de registros de turno en el proyecto. Esta parte del código es escalable para facilitar el envío de información a cubos de diferente tamaño.

Para la creación de animaciones en el cubo usamos la función voxelWrite (), esta función nos permite cambiar el estado de un led según unas coordenadas x, y, z.

en el siguiente enlace a nuestra página de GitHub, puede encontrar información útil: