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Se você já se envolveu com alguns projetos iniciantes do Arduino, mas está procurando algo um pouco permanente e em um nível totalmente diferente de incrível, então o humilde cubo 4 x 4 x 4 LED é uma escolha natural. A construção é muito mais fácil do que você imagina e, usando uma multiplexação, podemos controlar todos os LEDs diretamente de uma única placa Arduino Uno. É uma ótima prática de soldagem, e o custo total dos componentes não deve chegar a mais de US $ 40.
Hoje estarei detalhando detalhadamente o lado da construção das coisas, e fornecerei algum software para rodar nele que parece impressionante e ensina o básico.
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Você vai precisar
- UmArduino. O código fornecido assume um Arduino Uno, mas também pode ser ajustado para um modelo maior.
- 64 LEDs - a escolha exata depende de você, mas eu usei esses LEDs azuis superbrilhantes de 3 mm ( 3.2v 30ma ) @ £ 2,64 por 50.
- 16 resistores do valor apropriado para seus LEDs. Para os LEDs acima, 99 pence comprou 100 deles. Usar ledcalc.com - insira 5v para a tensão de alimentação, a tensão dos LEDs (no meu caso 3.2) e a corrente em miliamperes (3.2). Seu resistor desejado será mostrado na caixa rotulada Resistor de maior classificação mais próximo e, em seguida, pesquise esse valor no eBay.
- Algum arame artesanal para fortalecer a estrutura básica e para decoração - usei 0,8 mm espessura.
- PARA placa de prototipagem de algum tipo ao qual você pode soldar todas as suas brocas. Eu usei um que não tinha faixas completas, pois não tenho um cortador de faixas, mas use o que for adequado para você. Um escudo de prototipagem Arduino é um pouco pequeno, a menos que você realmente aperte seus LEDs juntos.
- Fio de componente aleatório - alguns fios de cabo de rede e alguns dos fios de prototipagem de um kit funcionarão bem.
- Clipes de crocodilo ou mãos que ajudam são úteis para segurar os bits no lugar.
- Ferro de soldar e solda.
- Alguns restos de madeira.
- Uma broca com broca do mesmo tamanho dos LEDs.
Nota: os desenhos 3D neste tutorial foram feitos em minutos usando TinkerCAD . Eu segui uma construção existente detalhada no Instructables pelo usuárioforte1994, que você também pode querer ler antes de tentar isso.
Certifique-se de ler todas essas instruções primeiro antes de tentar fazer isso por si mesmo.
O princípio deste design
Antes de começar a construção, é importante ter uma visão geral completa de como isso vai funcionar, para que você possa improvisar e identificar erros à medida que avança. Alguns cubos de LED usam um único pino de saída para cada LED - no entanto, em um cubo 4x4x4, isso precisaria 64 pinos - que certamente não temos em um Arduino Uno. Uma solução seria usar registradores de deslocamento, mas isso é desnecessariamente complicado.
Para controlar todos esses LEDs em apenas 20 pinos, usaremos uma técnica chamada multiplexação. Ao quebrar o cubo em 4 camadas separadas, precisamos apenas de pinos de controle para 16 LEDs - então, para acender um LED específico, devemos ativar a camada e o pino de controle, o que nos dá um requisito total de 16 + 4 pinos. Cada camada tem um cátodo comum - a parte negativa do circuito - então todas as pernas negativas são unidas e conectadas a um único pino para aquela camada.
No ânodo (positivo) lado, cada LED será conectado ao LED correspondente na camada acima e abaixo dela. Basicamente, temos 16 colunas de pernas positivas e 4 camadas de negativas. Aqui estão algumas visualizações em 3D das conexões para ajudá-lo a entender:
Construção
Como não usaremos uma estrutura totalmente metálica para soldar, queremos que todas as pernas dos LEDs se sobreponham em cerca de um quarto e dêem rigidez à estrutura. Dobre o cátodo dos LEDs - o lado com o entalhe plano na cabeça e a perna mais curta - conforme mostrado no diagrama. (Realmente não importa se você dobra para a esquerda ou para a direita, contanto que seja consistente e nunca toque o ânodo)
A primeira parte crítica deste projeto é fazer um gabarito de madeira. Isso manterá uma camada de LEDs enquanto você solda as pernas, por isso precisa ser preciso e não muito solto. Usando o mesmo tamanho de broca de LEDs, meça e, em seguida, perfure uma matriz 4x4 de equidistante furos. Lembre-se de que você deseja que cerca de um quarto da perna se sobreponha ao seu vizinho e use uma régua de verdade. Verifique cada orifício para garantir que um LED possa se encaixar perfeitamente, mas não tão apertado que você não consiga retirá-lo ou você terá problemas ao tentar remover uma camada totalmente soldada.
Solde os cátodos de 4 filas de LEDs. Tenha cuidado para não queimar os LEDs - você quer um bom ferro quente, para dentro e para fora. Aqui estão minhas primeiras quatro linhas concluídas.
Agora, para fortalecer a rigidez da camada, corte e solde dois pedaços retos de arame artesanal em cada extremidade, certificando-se de que eles se conectem a cada linha. Esta é a sua primeira camada completa. Deixe todo o excesso de pernas de fora por enquanto.
Agora seria um ótimo momento para testar - basta carregar o aplicativo Blink padrão do Arduino e, com um resistor conectado, colocar o aterramento na estrutura da camada e pressionar o fio positivo em cada LED por vez.
Esperançosamente, todos eles se iluminarão. Caso contrário, certifique-se de não ter perdido uma junta de solda em algum lugar e, se necessário, substitua o LED.
Remova essa camada do gabarito e repita o processo Mais 3 vezes .
Não se preocupe se sua solda não for perfeita - contanto que não parta e a conexão seja sólida, isso não afetará o produto final. Eu admito, minha solda estava desesperada, meu gabarito estava errado e tudo se parecia com a torre inclinada de Pisa. Ainda assim, estou orgulhoso do cubo acabado, e quando os LEDs estiverem acesos, você não vai olhar para as juntas de solda de qualquer maneira!
Camadas de união
Depois de completar 4 camadas, você vai querer juntar todas as pernas verticais. Descobri que essa é a parte mais difícil da construção e, para ajudar no processo, cortei um riser de cartão.
Isso manteve as camadas na altura adequada, mas muitas das pernas ainda não se alinhariam perfeitamente - para isso, usei alguns clipes de crocodilo para mantê-los no lugar.
Primeiro erro bobo a evitar
Só depois de completar uma camada completa é que percebi que meu riser de placa estava preso no lugar, então tive que cortá-lo! Não cometa o mesmo erro que eu - faça o riser mais longo na lateral e junte os pedaços de cartão fora do cubo, então quando você completar a camada, você pode desconstruir o riser e puxar o cartão.
2º erro bobo a evitar
Não solde a perna vertical na estrutura do cátodo, obviamente. Pernas verticais só devem se conectar a outras pernas verticais e nada mais.
Novamente, teste após cada camada ter sido anexada. Teste todas as camadas, na verdade, apenas tocando o condutor positivo na ponta da camada superior, garantindo assim que você tenha um bom contato passando por todas as camadas.
Quando todas as 4 camadas foram soldadas, comecei a limpar um pouco - deixei uma única perna estendida para fora de cada camada em uma espécie de degrau - isso cairia na placa mais tarde. Outros pedaços estranhos de estrutura de metal e pernas foram cortados. Obviamente, não corte nenhuma das pernas verticais - precisamos colocá-las em nossa placa protetora.
Fixação no quadro
Lembra quando eu disse que fixar cada camada em si mesma era a parte mais difícil? Eu menti. Tentar encaixar 16 pernas de LED em orifícios minúsculos em uma placa de prototipagem é realmente mais difícil. A maneira mais fácil que encontrei foi cutucar 4 de cada vez, prendê-los embaixo com clipes de crocodilo e, em seguida, passar para a próxima linha de 4. Use um marcador para marcar o espaçamento com antecedência, se ajudar.
Em retrospecto, eu teria colocado os resistores no protoboard primeiro, na verdade. Do jeito que está, eu soldei todas as pernas do cubo na placa primeiro, depois tentei apertar delicadamente os resistores entre cada uma. Aprenda com meu erro e coloque seus resistores primeiro.
Tentei espaçá-los igualmente de forma escalonada para poder usar um lado inteiro do cubo para todas as conexões finais com o Arduino. Aqui está o diagrama de circuito que usei:
Para as quatro camadas negativas, deixei cair um único fio de cada camada e apenas os puxei para o lado, assim:
Por fim, adicionei alguns fios de plugue que poderia colocar nos pinos relevantes do Arduino. Use o tipo mais longo que você tiver. Observe que baguncei o pedido em alguns lugares devido a um planejamento inadequado. Cada linha de LEDs foi codificada por cores.
É isso. Finalizado!
Programando Seu Cubo
Eu sei que você não pode esperar para ligar esta coisa, então conecte as 4 camadas negativas em E / S analógica portos A2 (camada inferior) Através dos A5 (camada superior) (também podem atuar como E / S digital) . Em seguida, conecte os 16 pinos de controle de LED, começando com +1 na extrema direita para E / S digital porta 0 , com +15 e +16 indo para o analógico A0 e A1 . (Não use AREF e GND)
Faça o download do padrões de demonstração e código do usuário instrutível forte1994 . Ele também forneceu um ferramenta online útil para projetar os padrões de bytes para personalizar sua própria sequência. Aqui está um vídeo deste código em ação no meu cubo (Eu ajustei a velocidade para 5, em vez do padrão 20) .
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Essa não é a única maneira de programar seu cubo, é claro, então deixe-me passar alguns minutos ensinando a você o básico de como fazer seus próprios padrões programaticamente , em vez de reproduzir padrões predefinidos como a demonstração acima faz.
Existem algumas coisas que você deve saber ao tentar programar seu cubo:
- Para endereçar um único LED, você usa um plano (camada) número 0–3 e um pino LED número 0–15. Gire o avião para a saída LOW (já que esta é a perna negativa) e o pino do LED HIGH (a perna positiva) para ativar o LED.
- Antes de ativar um único LED, certifique-se de que todos os outros planos estejam desligados - isso significa configurá-los para saída HIGH. A falha em fazer isso resultará em uma coluna de LEDs sendo acesa em vez de um único LED.
Com isso em mente, fiz duas sequências programáticas muito simples para você examinar - baixe o código aqui. O primeiro simplesmente acende todos os LEDs um por um, em sequência. Usamos dois loops for para isso, iterando sobre cada camada e cada pino de controle.
O segundo é um loop aleatório (você precisará comentar o primeiro e habilitá-lo no loop principal para testá-lo). Ele simplesmente escolhe uma camada aleatória e um pino de controle aleatório, ativando e desativando-os.
Resumo
Não se deixe intimidar por esta construção - estou seriamente carente de habilidades de soldagem e consegui muito bem (Eu penso?) . O tempo total de construção foi de uma hora ou mais por dia durante uma semana. Na próxima vez, tentarei ensinar a você um pouco de programação mais ambiciosa para o cubo, então espero que você se junte a mim na construção de seu próprio cubo esta semana e carregue algum novo código na próxima semana - e se você fizer o seu próprio aplicativos ou sequências incríveis, carregue-os no Pastebin e deixe-nos saber nos comentários!
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- Arduino
James é bacharel em Inteligência Artificial e certificado pela CompTIA A + e Network +. Quando não está ocupado como Editor de Avaliações de Hardware, ele gosta de LEGO, VR e jogos de tabuleiro. Antes de ingressar na MakeUseOf, ele foi técnico de iluminação, professor de inglês e engenheiro de data center.
Mais de James BruceAssine a nossa newsletter
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