Cubo LED 3x3 basado en Arduino: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Hola y bienvenido a mi primer Instructable.

Les presento un diseño simple y ordenado para un cubo LED de 3x3x3 para principiantes. Para que sea más fácil de construir, proporciono detalles de un PCB personalizado, que puede hacer usted mismo o comprar, instrucciones y puede, como yo, reutilizar el software de este gran cubo LED de biblioteca Arduino y arduino lib.

Uno de los objetivos del diseño era utilizar solo piezas de orificio pasante, son más fáciles de soldar para los principiantes y todo está disponible a través de Internet en sus sitios favoritos de subastas / compras.

El diseño se puede alimentar con un cable USB o un adaptador de corriente CC de 7,5-12 V.

El circuito utiliza un diseño de núcleo Arduino reducido y puede programarlo en circuito utilizando un programador programable en circuito (ICSP) económico o un adaptador USB a TTL fácilmente disponible. El único software que necesita es el venerable Arduino IDE.

Este diseño no es revolucionario, solo se basa en un trabajo anterior y lo empaqueté cuidadosamente. Espero que lo disfruten.

Paso 1: Piezas necesarias

Este diseño utiliza piezas de orificio pasante ampliamente disponibles. Su distribuidor local favorito debe almacenar las piezas que necesita.

Necesita un Atmega 168p o Atmega 328p con el gestor de arranque Arduino instalado. Puede encontrarlos en Ebay, busque "arduino bootloader", asegúrese de comprar la variante Dual In Line (DIL). También necesita una toma USB tipo B, la normal, antigua y gruesa. Elegí esto porque es fácil de soldar. Los transistores, T1-T3 son transistores NPN de uso general, así como los tipos enumerados, puede usar BC108, 2N2222, 2N3904, etc., pero siempre verifique el pinout del transistor contra la PCB.

Para los LED más importantes, asegúrese de comprar LED de alto brillo o ultrabrillantes. Usé LED de 10000-12000mcd de un vendedor en Ebay para el cubo de ejemplo que se muestra aquí. Quieres unos brillantes para poder ver el cubo con la iluminación normal de la habitación. Si la descripción del artículo detalla el ángulo de visión, por lo general es de 20 grados, pero puede encontrar uno con un ángulo de visión más amplio, considérelo. Estos LED ultrabrillantes no son los más claros cuando se ven de lado. Es posible que deba probar algunos LED de diferentes proveedores antes de encontrar los que se adapten a sus necesidades.

Lista completa de piezas:

Parte Valor Descripción PCB El bonito PCB verde, hágalo o cómprelo 27 LED de 3 mm, el color de su elección. C1 100n 100nF, 25V, condensador cerámico de paso de 7.5 mm C2 22p 22pF, 25V, condensador de cerámica de paso de 4.4 mm

C3 22p 22pF, 25V, condensador cerámico de paso de 4,4 mm C4 100n 100nF, 25 V, condensador de cerámica de paso de 7,5 mm C5 100n 100nF, 25 V, condensador de cerámica de paso de 7,5 mm C6 10u 10uF 16V, caja de 5,5 mm Condensador electrolítico, 16V C7 22u 10uF 16V, Caja de 5.5 mm Condensador electrolítico, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 o ATMEGA328 con cargador de arranque Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, regulador lineal de 100mA, paquete TO92 ICSP Regleta de conector de clavija ICSP, paso de 0.1 ", 2x3 vías. J1 DCJ0202 Toma de corriente CC, diámetro interno de 2.1 mm. JP1 Tira de cabezal de clavija, paso de 0,1 ", 1x3 vías. Q2 16MHz 16MHz, HC49 caja de cristal, 50ppm, perfil bajo R1 10k 10K 1 / 4W Resistencia de película metálica 1% R2 1k 1K 1 / 4W Resistencia de película metálica 1% R3 1k 1K 1 / 4W Resistencia de película metálica 1% R4 1k 1K 1 / Resistencia de película metálica 4W 1% R5 470470 Resistencia de película metálica 1 / 4W 1% R6 1k 1K Resistencia de película metálica 1 / 4W 1% R8 100 100R Resistencia de película metálica 1 / 4W 1% R9 100 100R Resistencia de película metálica 1 / 4W 1% R10 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R11 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R12 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R13 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R14 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R15 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R16 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R17 470 470R 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R18 1k 1K 1 / 4W resistencia de película metálica 1% R19 LDR Interruptor PTH de montaje en PCB LDR S1 S1 de 4 pines y 6 mm opcional. Transistor NPN de baja potencia T1 BC547 BC547 / BC548, Transistor NPN de baja potencia TO92 T2 BC547 BC547 / BC548, Transistor NPN de baja potencia TO92 T3 BC547 BC547 / BC548, Toma USB tipo B TO92 X4, orificio pasante de montaje en PCB 4 x 3-5 mm de altura pegar sobre pies de goma.

Paso 2: Diagrama de circuito y explicación de funcionamiento

El esquema se muestra arriba.

El diseño se basa en el esquema de Arduino Duemilanove, reducido a lo esencial. Se quitó el dispositivo USB a serie, pero hay un encabezado en serie, JP1, que permite que un adaptador USB a TTL programe el dispositivo, más información sobre la programación más adelante. También está el encabezado ICSP.

La placa puede funcionar desde el enchufe USB, utilizando el conveniente suministro de 5 V en la PC, o un paquete de cargador de teléfono móvil económico de una libra / dólar. La otra opción usa la entrada de enchufe de CC, esto acepta una entrada de CC de 7-15 V para que pueda usar cualquier adaptador de enchufe que tenga. El circuito solo usa 30 mA, por lo que el adaptador desechado de un dispositivo muerto debería funcionar, verifique su caja de basura.

Las resistencias R12 a R17 establecen la corriente, que establece el brillo de los LED. Con los leds ROJOS y las resistencias 470R mostradas, la corriente es ~ 5mA por LED. Para calcular la corriente del LED, necesita el voltaje de salida del dispositivo Atmega (4.2V) y la caída de voltaje directo del LED, para un LED rojo es 1.7V. La formula es:

Corriente LED = (Voltaje de salida Atmega - Voltaje LED) / LED I

Con las partes que utilicé: Corriente LED = (4.2-1.7) / Corriente 470LED = 5.31mA

Limite la corriente del Atmega 168/328 a 10 mA

Algunas caídas de voltaje de LED comunes:

Rojo 1,7 V Amarillo 2,1 V Naranja 2,1 V Verde 2,2 V Azul 3,2 V Super azul 3,6 V Blanco frío 3,6 V

Para que pueda usar un LED azul de alto brillo, la resistencia bajaría a 270R. Puede aumentar la corriente a 10 mA, en mis pruebas encontré que 5 mA era suficiente.

Los transistores T1-T3 son transistores NPN BJT comunes, BC547 / BC548 / 2N2222, etc. Controlan la conmutación de cada una de las tres capas. Las resistencias R2-R4 limitan la corriente base de la resistencia.

R6 y el LED PWR son opcionales, copiados del Arduino, es obvio si la energía está encendida en el cubo LED.

C2, C3 y Q2 forman el circuito de reloj para el dispositivo Atmega 168 / 328p, preprogramado con el gestor de arranque. Asegúrese de colocar los condensadores de 22pF aquí y no en otro lugar donde el chip no pueda arrancar. C1, C4 y C5 son desacoplamiento de la fuente de alimentación. IC2, C6 y C7 forman un circuito regulador lineal simple. No hay mucho que decir sobre esto, pero asegúrese de colocar los condensadores de la manera correcta. Hay + símbolos en el dibujo de la placa de circuito impreso y en la serigrafía.

SK1 y R8 y R9 son la interfaz en serie. Usando un adaptador USB a TTL, puede programar el dispositivo, usando el ejemplo aquí

Paso 3: obtención de los archivos de diseño y creación de la PCB

Los datos de diseño de PCB se pueden descargar de Github en

Hay archivos Gerber procesados para enviar a un fabricante de PCB, esquemas y superposición de PCB en formato-p.webp

El PCB podría fabricarse en casa, lo habría hecho pero me quedé sin Etchant. El diseño se puede fabricar utilizando una placa de circuito impreso de una cara y la capa superior (ROJA en las imágenes) se puede implementar utilizando enlaces de alambre de cobre estañado. Usé https://pcbshopper.com/ para encontrar un proveedor adecuado, para los prototipos usé Elecrow.

El diseño de PCB en Github tiene 3 cambios en el diseño del prototipo que se muestra aquí:

1. El regulador 7805CV ha sido reemplazado por un regulador 78L05 más pequeño.
2. El PCB se encogió 5 mm.
3. Quité el polifusible de la alimentación USB + 5V.

Paso 4: Montaje de la PCB

El PCB es bastante sencillo de montar. Agregué una foto de la PCB ensamblada y el diseño anterior como referencia. Siempre empiezo colocando primero las piezas más pequeñas y trabajando hacia arriba, lo que es especialmente importante si no tiene un soporte para PCB.

1. Comience colocando las resistencias primero, no las suelde todavía. Asegúrese de insertar el componente correcto en el lugar correcto. Para facilitar la comprobación, colóquelos con la banda de tolerancia a la derecha / abajo, facilita la comprobación después. Mire aquí si necesita ayuda para identificar los códigos de color de las resistencias. Una vez que haya verificado que las piezas correctas están en el lugar correcto, suelde las piezas.
2. Suelde el cristal Q2 en su lugar y los condensadores C2 y C3.
3. Suelde el zócalo de 28 pines para el Atmega168 / 328 en su lugar, asegúrese de tener la muesca del pin 1 en la parte superior, esto ayuda a evitar poner el dispositivo al revés.
4. Monte los conectores ICSP y JP1.
5. Monte los condensadores C1, C4 y C5, todos 100nF (código de pieza 104).
6. El regulador lineal IC2.
7. Monte los transistores T1, T2 y T3. Asegúrese de no haber intercambiado T1 / T2 / T23 e IC1, ya que están todos en el mismo paquete.
8. Ajuste S1, la orientación no importa.
9. Ajuste C6 y C7, asegúrese de obtener la polaridad correcta.
10. Coloque el conector USB X4.
11. Coloque el enchufe de alimentación de CC J1.

El último bit para ensamblar es el cabezal de clavija girada SIL. Utilizo un par de cortadores finos para quitar con cuidado el plástico de cada pin de la tira, repito esto hasta que tenga 12 enchufes de pin torneados, luego usando un par de alicates y 3 manos, suelde cada uno a la PCB. Como la mayoría de las personas no tienen 3 manos, estañe cada orificio con un poco de soldadura para cubrir la almohadilla y déjela enfriar. Luego aplique el soldador para derretir la soldadura e inserte el pasador, retire el soldador para una unión. Es posible que necesite un poco de soldadura nueva si tiene una junta seca.

Antes de revisar su soldadura, tome un breve descanso, ¿quizás para tomar una bebida? Inspeccione su soldadura, verifique el conector USB ya que las clavijas están poco espaciadas y las clavijas en el dispositivo Atmega168 / 328.

Una vez que esté satisfecho con su soldadura, coloque las patas autoadhesivas en la parte inferior de la PCB.

Paso 5: Montaje del cubo LED

Esta es la parte más complicada del montaje. Tómate tu tiempo, no tengas miedo.

Agregué notas a las imágenes de arriba, ya que una imagen dice mil palabras.

Algunos puntos importantes.

1. Asegúrese de que el cable positivo (pata más larga) apunte hacia abajo a medida que el diseño cambia + V a los 9 LED de cada capa.
2. Asegúrese de que el cable negativo esté doblado a 90 grados con respecto al LED, para formar las barras horizontales.
3. Construya cada capa individualmente y verifique dos o tres veces la construcción.
4. Asegúrese de que el cable de cobre estañado, cuando se use, esté a medio camino entre cada fila de LED, esto hace que sea más fácil tachar el cable del interruptor de capa.

Paso 6: Prueba y ensamblaje final del cubo

Antes de enchufar el ensamblaje del cubo LED o el dispositivo Atmega168 / 328, puede hacer algunas comprobaciones sencillas.

Si tiene un multímetro digital (debería tener uno si construye un proyecto como este), mida la resistencia entre los pines 7 (positivo) y 8 (negativo) del zócalo de 28 pines, debe tener> 1K. Si es más bajo que esto, verifique su soldadura.

A continuación, aplique una entrada de 7-15 V a J1, volviendo a los pines 7 y 8 del zócalo de 28 pines, mida el voltaje, debería ver 5 V pero puede estar entre 4,90 V y 5,1 V, esto está bien. Si instaló R6 y el LED PWR, este debería estar encendido.

Desenchufe J1, enchufe un cable USB en X4, conecte el cable a un concentrador o la red eléctrica al adaptador USB de 5 V, repita la lectura de voltaje en los pines 7 y 8 del enchufe de 28 pines, ¿la lectura es de alrededor de 5 V?

Las verificaciones anteriores fueron para asegurar que los voltajes de suministro fueran correctos y tuvieran la polaridad correcta.

A continuación, inserte con cuidado el dispositivo Atmega168p / 328p. Doble un poco las clavijas, si es necesario, para que encajen en el casquillo. Usando J1 y su fuente de 7-15V, encienda la alimentación, vea si IC2 se calienta poco después del encendido. Si es así, apague la alimentación y verifique la orientación de IC1.

A continuación, inserte con cuidado la primera fila de la matriz de LED. Asegúrese de que una de las barras de soporte de alambre de cobre estañado esté cerca de PADL1, PADL2 y PADL3, lo necesitará más adelante cuando suelde el cable para cada capa. Es mejor comenzar con un pasador de esquina y con un par de alicates de punta fina, doble con cuidado cada pasador ligeramente, fila por fila, para que encaje en el zócalo de la PCB. Agregué una foto de la primera capa ensamblada arriba. Con un trozo de alambre de 1 / 0,6 de una sola hebra, córtelo a una longitud adecuada para pasar de PADL1 / PADL2 o PADL3 a cada capa del cubo. Me resultó más fácil insertar la primera fila de LED en la PCB y soldar el cable de control de la primera capa (que se muestra en blanco), luego volver al paso anterior, hacer otra fila y luego ensamblar cada capa en la PCB, ya que esto proporcionó un estable base.

Comience soldando la siguiente capa soldando uno de los LED de esquina, luego suelde la esquina opuesta. Ahora verifique que la capa esté nivelada antes de soldar más. Una vez que haya ajustado la capa, suelde los otros dos LED de esquina, la matriz debe estar nivelada, pero vuelva a verificarla. Suelde los LED restantes. Repita el ensamblaje de capas para la capa final.

Paso 7: programación

Dependiendo de su dispositivo Atmega, es posible que deba programar el cargador de arranque o simplemente descargar el código. Si tiene un chip con el cargador de arranque ya programado, puede usar un adaptador USB a TTL. Siga esta guía:

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

También puede usar el conector programable del sistema en circuito (ICSP) de 2x3 pines, puede usar otro Arduino para hacer esto:

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

Utilizo un programador Usbasp que funciona con el IDE de Arduino, configuro esto a través del menú Herramientas-> Programador. Puede elegir programadores Arduino / Atmel AVR a bajo precio a través de Ebay u otros sitios de subastas.

Descargue la biblioteca de cubos LED de https://github.com/gzip/arduino-ledcube, siga las instrucciones en Github y busque en su directorio de ejemplos 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Si está utilizando el programador ICSP, mantenga presionada la tecla Mayús antes de hacer clic en cargar para indicarle al IDE de Arduino que use el programador. Si está utilizando el adaptador de USB a TTL, presione y suelte restablecer una vez que el IDE termine de compilarse.

Una vez que se haya programado el código de ejemplo, debería tener un cubo LED con patrones bonitos.

Este es mi primer instructivo, los comentarios y sugerencias son bienvenidos.