Cómo hacer que un cubo de Arduino LED palpitante que parece que viene del futuro

Si has incursionado con algunos proyectos principiantes de Arduino, pero estás buscando algo un poco permanente y en otro nivel impresionante, entonces el humilde cubo de 4 x 4 x 4 LED es una opción natural. La construcción es mucho más fácil de lo que piensas, y mediante una multiplexación podemos controlar todos los LED directamente desde una sola placa Arduino Uno. Es una excelente práctica de soldadura, y el costo total de los componentes no debe superar los $ 40..

Hoy detallaré a fondo el aspecto constructivo de las cosas y proporcionaré un software que se ejecute en él, que se vea impresionante y te enseñe lo básico..

Necesitará

• Un Arduino. El código suministrado asume un Arduino Uno, pero también podría ajustarse a un modelo más grande.
• 64 LEDs - La elección exacta depende de usted, pero utilicé estos LED superbright Blue de 3mm (3.2v 30ma) @ £ 2.64 por 50.
• 16 resistencias del valor apropiado para sus LEDs. Para los LEDs arriba, 99 peniques compraron 100 de estos. Use ledcalc.com: ingrese 5v para la tensión de alimentación, la tensión de los LED (en mi caso 3.2) y la corriente en miliamperios (3.2). Su resistencia deseada se mostrará en el cuadro etiquetado “Resistencia nominal más cercana”, entonces solo busca ese valor en eBay.
• Algunos alambre artesanal Para reforzar la estructura básica y para la decoración - Utilicé. 0.8mm espesor.
• UNA tablero de prototipos De algún tipo al que puedas soldar todos tus bits. Usé uno que no tenía pistas completas a lo largo ya que no tengo un cortador de pistas, pero uso lo que más te convenga. Sin embargo, un escudo de creación de prototipos Arduino es demasiado pequeño, a menos que realmente aprietes tus LED juntos.
• Cable de componente aleatorio - Algunos cables de red y algunos de los cables de creación de prototipos de un kit funcionarán bien.
• Pinzas de cocodrilo o “manos amigas” son útiles para mantener los bits en su lugar.
• Soldador y soldadura..
• Algunos restos de madera.
• Un taladro, con el mismo tamaño que tus LEDs..

Nota: los dibujos en 3D de este tutorial se realizaron en minutos utilizando TinkerCAD. Seguí una compilación existente detallada en Instructables por el usuario forte1994, que también deberías leer antes de intentar esto.

Asegúrate de leer todas estas instrucciones primero antes de intentar esto por ti mismo.

El principio de este diseño

Antes de comenzar la construcción, es importante tener una visión general completa de cómo funcionará esto para que pueda improvisar e identificar errores a medida que avanza. Algunos cubos de LED usan un solo pin de salida para cada LED individual; sin embargo, en un cubo de 4x4x4, eso necesitaría 64 pines - que ciertamente no tenemos en un Arduino Uno. Una solución sería utilizar los registros de turnos. Programación Arduino - Jugar con registros de turnos (a.k.a Aún más LEDs) Programación Arduino - Jugar con registros de turnos (a.k.a Aún más LEDs) Hoy intentaré enseñarle un poco sobre Registros de cambios. Estos son una parte bastante importante de la programación de Arduino, básicamente porque expanden la cantidad de salidas que puede usar, a cambio de ... Leer más, pero esto es innecesariamente complicado.

Para controlar todos esos LED en solo 20 pines, usaremos una técnica llamada multiplexación. Al dividir el cubo en 4 capas separadas, solo necesitamos pines de control para 16 LED; por lo tanto, para encender un LED específico, debemos activar tanto la capa como el pin de control, lo que nos da un requisito total de 16 + 4 pines. Cada capa tiene un cátodo común, la parte negativa del circuito, por lo que todas las patas negativas se unen y se conectan a un solo pin para esa capa.

En el anodo (positivo) De lado, cada LED se conectará al LED correspondiente en la capa superior e inferior. Esencialmente, tenemos 16 columnas de las piernas positivas y 4 capas de las negativas. Aquí hay algunas vistas en 3D de las conexiones para ayudarte a entender:

Construcción

Como no utilizaremos una estructura metálica completa para soldar, queremos que todas las patas de los LED se superpongan en aproximadamente un cuarto y le den rigidez a la estructura. Doble el cátodo de sus LED, el lado con la muesca plana en la cabeza y la pata más corta, como se muestra en el diagrama. (Realmente no importa si lo doblas hacia la izquierda o hacia la derecha, siempre y cuando seas consistente y nunca toque el ánodo)

La primera parte crítica de este proyecto es hacer una plantilla de madera. Esto mantendrá una capa de LED mientras sueldas las piernas juntas, por lo que debe ser preciso y no demasiado suelto. Usando la broca del mismo tamaño que sus LED, mida y luego perfore una matriz de 4 × 4 equidistante agujeros Tenga en cuenta que desea que aproximadamente una cuarta parte de la pierna se superponga con su vecino, y use una regla real. Revise cada orificio para asegurarse de que un LED pueda encajar perfectamente, pero no tan apretado que no pueda volver a salir, o tendrá problemas cuando intente quitar una capa completamente soldada.

Suelde los cátodos de 4 hileras de LEDs. Tenga cuidado de no quemar los LEDs, ya que quiere una buena plancha caliente y estar dentro y fuera. Aquí están mis primeras cuatro filas completadas.

Ahora, para reforzar la rigidez de la capa, corte y suelde dos trozos rectos de alambre de artesanía en cada extremo, asegurándose de que se conecten con cada fila. Esta es tu primera capa completa. Deje todo el exceso de patas sobresaliendo por un lado por ahora..

Ahora sería un buen momento para realizar la prueba: simplemente cargue la aplicación Arinkino Blink predeterminada, y con una resistencia conectada, coloque el suelo en el marco de la capa y presione el cable positivo a cada LED a su vez..

Con suerte, todos se iluminarán. De lo contrario, asegúrese de no haber perdido una unión de soldadura en algún lugar y, si es necesario, reemplace el LED.

Retire esa capa de la plantilla y repita el proceso. 3 veces más.

No se preocupe si su soldadura no es perfecta: mientras no se rompa y la conexión sea sólida, no afectará el producto final. Lo admito, mi soldadura era bastante inútil, mi plantilla estaba fuera, y todo se parecía a la torre inclinada de Pisa. Sin embargo, estoy orgulloso del cubo terminado y, cuando se enciendan los LED, no se va a mirar las juntas de soldadura de todos modos!

Uniendo capas

Una vez que hayas completado 4 capas, querrás unir todas las patas verticales. Descubrí que esta es la parte más difícil de la compilación y, para ayudar al proceso, corté una tarjeta vertical.

Esto mantuvo las capas a la altura adecuada, pero muchas de las patas aún no se alinearon perfectamente; para esto, utilicé algunas pinzas de cocodrilo para mantenerlas en su lugar.

1er error tonto para evitar

Solo después de completar una capa completa me di cuenta de que mi tarjeta vertical estaba atascada en su lugar, ¡así que tuve que cortarla! No cometa el mismo error que yo: haga que el elevador sea más largo en el lado y junte las tarjetas fuera del cubo, de modo que cuando haya completado la capa, puede deconstruir el elevador y sacar la tarjeta..

2do error tonto para evitar

No suelde la pata vertical al marco del cátodo, obviamente. Las patas verticales solo deben conectarse a otras patas verticales, y nada más.

Nuevamente, prueba después de que cada capa haya sido unida. De hecho, pruebe todas las capas, solo tocando el cable positivo hasta la punta de la capa superior, asegurando así que tenga un buen contacto atravesando todas las capas.

Cuando las 4 capas se soldaron juntas, empecé a limpiar un poco (dejé una pierna extendida fuera de cada capa en una especie de escalón), que luego se dejaría caer al tablero. Otros trozos extraños de marco de metal y patas fueron cortados. Obviamente, no cortes ninguna de las patas verticales, necesitamos ponerlas en nuestro tablero de protoytping..

Fijación a la junta

¿Recuerdas cuando dije que arreglar cada capa era la parte más difícil? Mentí. Tratar de colocar 16 patas LED en pequeños orificios en un tablero de prototipos es realmente más difícil. La forma más fácil que encontré fue atravesar 4 a la vez, asegurarlos debajo con pinzas de cocodrilo, luego pasar a la siguiente fila de 4. Use un rotulador para marcar el espaciado por adelantado si ayuda.

En retrospectiva, en primer lugar, habría colocado las resistencias en el protoboard. Tal como está, primero soldé todas las patas del cubo en el tablero, luego traté de apretar delicadamente las resistencias entre cada una. Aprende de mi error, y coloca tus resistencias primero.

Intenté espaciarlos de manera equitativa de manera que pudiera usar un lado entero del cubo para todas las conexiones finales con el Arduino. Aquí está el diagrama del circuito que fui con:

Para las cuatro capas negativas, dejé caer un solo cable hacia abajo de cada capa, luego las jalé hacia un lado, así:

Finalmente, agregué algunos cables de conexión que luego podría colocar en los pines de Arduino relevantes. Usa el tipo más largo que tengas. Tenga en cuenta que he desordenado el orden en lugares debido a una mala planificación. Cada fila de LEDs estaba codificada por colores aunque.

Eso es. Terminado!

Programando tu cubo

Sé que no puedes esperar a que esto se encienda, así que conecta las 4 capas negativas en E / S analógica puertos A2 (capa inferior) mediante A5 (capa superior) (Estos también pueden actuar como E / S digital). Luego conecte los 16 pines de control LED, comenzando con +1 en el extremo derecho a E / S digital puerto 0, con +15 y +dieciséis entrar en analógico A0 y A1. (No use AREF y GND)

Descargue los patrones de demostración y el código del usuario instructable forte1994. También ha proporcionado una herramienta en línea útil para diseñar los patrones de bytes para personalizar su propia secuencia. Aquí hay un video de este código en acción en mi cubo. (Ajusté la velocidad a 5, en lugar de la predeterminada 20).

Esta no es la única forma de programar su cubo, por supuesto, así que permítame dedicar unos minutos a enseñarle los conceptos básicos de cómo hacer sus propios patrones. programáticamente, En lugar de reproducir patrones preestablecidos como lo hace la demostración anterior.

Hay algunas cosas que debe saber al intentar programar su cubo:

1. Para dirigir un solo LED, utiliza un avión (capa) número 0-3, y un pin número de LED 0-15. Gire el plano a la salida BAJA (ya que esta es la pata negativa) y el número de pin del LED ALTO (la pata positiva) para activar el LED.
2. Antes de activar un solo LED, asegúrese de que todos los otros planos estén apagados, lo que significa que deben configurarse en salida ALTA. Si no lo hace, se encenderá una columna de LED en lugar de un solo LED..

Con eso en mente, he hecho dos secuencias programáticas muy simples para que las examine: descargue el código desde aquí. El primero simplemente enciende cada LED uno por uno, en secuencia. Usamos dos para bucles para esto, iterando sobre cada capa y cada pin de control.

El segundo es un ciclo aleatorio (deberá comentar el primero y habilitarlo en el ciclo principal para probarlo). Simplemente selecciona una capa aleatoria y un pin de control aleatorio, activándolos y desactivándolos.

Resumen

No te sientas intimidado por esta construcción, me faltan seriamente las habilidades de soldadura y logré esto. (¿Yo creo que?). El tiempo total de construcción fue de aproximadamente una hora al día durante una semana. La próxima vez, intentaré enseñarte una programación más ambiciosa para el cubo, así que espero que te unas a mí para construir tu propio cubo esta semana y cargar un código nuevo la próxima semana, y si lo haces, crea el tuyo. Aplicaciones o secuencias impresionantes, por favor cárguelas en Pastebin y háganoslo saber en los comentarios.!

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