วิธีทำ Arduino LED Cube แบบเร้าใจที่ดูเหมือนมาจากอนาคต

หากคุณเคยขลุกอยู่กับโปรเจ็กต์ Arduino มือใหม่ แต่กำลังมองหาบางสิ่งที่ถาวรและอยู่ในระดับอื่นที่ยอดเยี่ยม ลูกบาศก์ LED ขนาด 4 x 4 x 4 ที่ต่ำต้อยเป็นทางเลือกที่เป็นธรรมชาติ การก่อสร้างทำได้ง่ายกว่าที่คุณคิด และการใช้มัลติเพล็กซ์ เราสามารถควบคุม LED ทั้งหมดได้โดยตรงจากบอร์ด Arduino Uno เพียงบอร์ดเดียว เป็นแนวปฏิบัติในการบัดกรีที่ยอดเยี่ยม และต้นทุนรวมของส่วนประกอบไม่ควรเกิน 40 ดอลลาร์

วันนี้ฉันจะให้รายละเอียดเกี่ยวกับด้านการสร้างของสิ่งต่าง ๆ อย่างละเอียดและจัดหาซอฟต์แวร์เพื่อใช้งานซึ่งทั้งคู่ดูน่าประทับใจและสอนพื้นฐานให้คุณ

วิธีแก้ไขลูปการซ่อมแซมอัตโนมัติของ windows 10

คุณจะต้องการ

หนึ่งArduino. รหัสที่ให้มาถือว่า Arduino Uno แต่สามารถปรับให้เป็นรุ่นที่ใหญ่กว่าได้เช่นกัน
64 LEDs - ตัวเลือกที่แน่นอนขึ้นอยู่กับคุณ แต่ฉันใช้ไฟ LED สีน้ำเงิน 3 มม. ที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ ( 3.2v 30ma ) @ 2.64 ปอนด์สำหรับ 50
16 ตัวต้านทาน ของค่าที่เหมาะสมสำหรับ LED ของคุณ สำหรับไฟ LED ด้านบน 99 เพนนีซื้อ 100 ตัว ใช้ ledcalc.com - ป้อน 5v สำหรับแรงดันไฟ, แรงดันไฟ LED (ในกรณีของฉัน 3.2) และกระแสเป็นมิลลิแอมป์ (3.2) ตัวต้านทานที่คุณต้องการจะแสดงในกล่องที่ระบุว่า ตัวต้านทานที่มีพิกัดสูงกว่าที่ใกล้ที่สุด จากนั้นเพียงแค่ค้นหาค่านั้นบน eBay
บาง ลวดหัตถกรรม เพื่อเสริมสร้างโครงสร้างพื้นฐานและเพื่อการตกแต่ง - ฉันใช้ 0.8mm ความหนา.
ถึง บอร์ดต้นแบบ บางชนิดที่คุณสามารถประสานบิตทั้งหมดของคุณได้ ฉันใช้อันที่ไม่มีแทร็กทั้งหมดเพราะฉันไม่มีแทร็กคัตเตอร์ แต่ใช้อะไรก็ได้ที่เหมาะกับคุณ เกราะป้องกันต้นแบบ Arduino นั้นเล็กเกินไปเล็กน้อย เว้นแต่คุณจะบีบ LED ของคุณเข้าด้วยกันจริงๆ
ลวดส่วนประกอบสุ่ม - สายเคเบิลเครือข่ายบางเส้นและสายต้นแบบบางส่วนจากชุดอุปกรณ์จะทำงานได้ดี
คลิปจระเข้ หรือมือช่วยก็มีประโยชน์ในการจับดอกสว่านให้เข้าที่
หัวแร้งและหัวแร้ง
เศษไม้บ้าง.
สว่านที่มีขนาดเท่ากันกับไฟ LED ของคุณ

หมายเหตุ: ภาพวาด 3 มิติในบทช่วยสอนนี้ใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีโดยใช้ TinkerCAD . ฉันติดตามบิลด์ที่มีอยู่ซึ่งมีรายละเอียดเกี่ยวกับ Instructables โดยผู้ใช้forte1994ซึ่งคุณอาจต้องการอ่านก่อนทำสิ่งนี้ด้วย

อย่าลืมอ่านคำแนะนำเหล่านี้ทั้งหมด แรก ก่อนจะลองทำด้วยตัวเอง

หลักการออกแบบนี้

ก่อนที่คุณจะเริ่มการก่อสร้าง สิ่งสำคัญคือต้องมีภาพรวมโดยสมบูรณ์ว่าสิ่งนี้ทำงานอย่างไร เพื่อให้คุณสามารถด้นสดและระบุข้อผิดพลาดขณะดำเนินการได้ ลูกบาศก์ LED บางตัวใช้พินเอาต์พุตเดียวสำหรับ LED ทุกอัน แต่ในลูกบาศก์ 4x4x4 นั้นจำเป็น 64 พิน - ซึ่งเราไม่มีใน Arduino Uno อย่างแน่นอน ทางออกหนึ่งคือการใช้ shift registers แต่สิ่งนี้ซับซ้อนโดยไม่จำเป็น

เพื่อควบคุม LED ทั้งหมดด้วย 20 พิน เราจะใช้เทคนิคที่เรียกว่ามัลติเพล็กซ์ การแยกลูกบาศก์ออกเป็น 4 ชั้น เราต้องใช้พินควบคุมสำหรับ LED 16 ดวงเท่านั้น ดังนั้นหากต้องการให้ไฟ LED เฉพาะ เราต้องเปิดใช้งานทั้งเลเยอร์และพินควบคุม ทำให้เรามีความต้องการรวม 16+4 พิน แต่ละชั้นมีแคโทดร่วม - ส่วนลบของวงจร - ดังนั้นขาเชิงลบทั้งหมดจึงถูกรวมเข้าด้วยกัน และเชื่อมต่อกับพินเดียวสำหรับเลเยอร์นั้น

บนขั้วบวก (เชิงบวก) ด้านข้าง แต่ละ LED จะเชื่อมต่อกับ LED ที่สอดคล้องกันในเลเยอร์ด้านบนและด้านล่าง โดยพื้นฐานแล้ว เรามีขาบวก 16 คอลัมน์ และขาลบ 4 ชั้น นี่คือมุมมอง 3 มิติของการเชื่อมต่อเพื่อช่วยให้คุณเข้าใจ:

การก่อสร้าง

เนื่องจากเราจะไม่ใช้โครงสร้างที่เป็นโลหะทั้งหมดในการบัดกรี เราจึงต้องการให้ขาของ LED ทับซ้อนกันประมาณหนึ่งในสี่และทำให้โครงสร้างมีความแข็งแกร่ง พับแคโทดของ LED ของคุณ - ด้านที่มีรอยบากที่หัวและขาที่สั้นกว่า - ตามที่แสดงในแผนภาพ (ไม่สำคัญว่าคุณจะงอไปทางซ้ายหรือขวา ตราบใดที่คุณสม่ำเสมอและไม่เคยแตะแอโนด)

ส่วนสำคัญประการแรกของโครงการนี้คือการทำจิ๊กไม้ วิธีนี้จะยึดชั้นของไฟ LED ไว้ในขณะที่คุณประสานขาเข้าด้วยกัน ดังนั้นจึงต้องมีความแม่นยำและไม่หลวมเกินไป ใช้ดอกสว่านขนาดเดียวกับ LED ของคุณ วัดออกแล้วเจาะเมทริกซ์ขนาด 4x4 ของ เท่ากัน หลุม จำไว้ว่าคุณต้องการให้ขาประมาณหนึ่งในสี่ซ้อนทับกับเพื่อนบ้านและใช้ไม้บรรทัดจริง ตรวจสอบแต่ละรูเพื่อให้แน่ใจว่า LED สามารถใส่ได้พอดี แต่ไม่แน่นจนคุณไม่สามารถนำออกมาได้อีก หรือคุณจะมีปัญหาเมื่อพยายามเอาชั้นที่บัดกรีออกจนหมด

ประสานแคโทดของ LED 4 แถว ระวังอย่าให้ไฟ LED ไหม้ - คุณต้องการเตารีดร้อนที่ดีและเข้าและออก นี่คือสี่แถวแรกของฉันที่เสร็จสมบูรณ์

ตอนนี้ เพื่อเสริมความแข็งแกร่งของชั้น ให้ตัดและประสานลวดเส้นตรงสองเส้นเข้ากับปลายทั้งสองข้าง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขาเชื่อมต่อกับแต่ละแถว นี่คือเลเยอร์แรกของคุณที่เสร็จสมบูรณ์ ปล่อยให้ขาส่วนเกินทั้งหมดยื่นออกไปด้านข้างในตอนนี้

ตอนนี้เป็นเวลาที่ดีในการทดสอบ เพียงแค่โหลดแอป Arduino Blink ที่เป็นค่าเริ่มต้น และเมื่อเชื่อมต่อตัวต้านทานแล้ว วางกราวด์ไปที่เฟรมของเลเยอร์ แล้วกดตะกั่วที่เป็นบวกไปยัง LED แต่ละตัวตามลำดับ

หวังว่าพวกเขาจะสว่างขึ้นทั้งหมด หากไม่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้พลาดเพียงแค่ข้อต่อบัดกรีที่ใดที่หนึ่ง และหากจำเป็นให้เปลี่ยน LED

นำเลเยอร์นั้นออกจากจิ๊ก แล้วทำซ้ำขั้นตอน อีก 3 ครั้ง .

ไม่ต้องกังวลหากการบัดกรีของคุณไม่สมบูรณ์แบบ ตราบใดที่ยังไม่แตกหักและการเชื่อมต่อนั้นแน่นหนา จะไม่ส่งผลกระทบต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ฉันยอมรับว่าการบัดกรีของฉันค่อนข้างหมดหวัง จิ๊กของฉันหยุดทำงาน และทุกอย่างคล้ายกับหอเอนเมืองปิซา ถึงกระนั้น ฉันภูมิใจกับลูกบาศก์ที่ทำเสร็จแล้ว และเมื่อไฟ LED ติดสว่าง คุณจะไม่มองที่ข้อต่อบัดกรีอีกต่อไป!

เข้าร่วมเลเยอร์

เมื่อคุณมี 4 ชั้นเสร็จแล้ว คุณจะต้องรวมขาแนวตั้งทั้งหมดเข้าด้วยกัน ฉันพบว่านี่เป็นส่วนที่ยากที่สุดของงานสร้าง และเพื่อช่วยในกระบวนการนี้ ฉันจึงตัดการ์ด Riser ออกจากการ์ด

สิ่งนี้ทำให้ชั้นต่างๆ อยู่ในระดับความสูงที่เหมาะสม แต่ขาจำนวนมากยังคงไม่เรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์ - ด้วยเหตุนี้ ฉันจึงใช้คลิปจระเข้เพื่อยึดเข้าที่

ข้อผิดพลาดโง่ ๆ ครั้งที่ 1 ที่ควรหลีกเลี่ยง

หลังจากทำฟูลเลเยอร์เสร็จแล้ว ฉันจึงรู้ว่าการ์ดไรเซอร์ของฉันติดอยู่กับที่ ดังนั้นฉันจึงต้องตัดมันออก! อย่าทำผิดพลาดแบบเดียวกับที่ฉันทำ - ทำให้ตัวยกยาวขึ้นที่ด้านข้างและเข้าร่วมชิ้นส่วนของการ์ดนอกลูกบาศก์ ดังนั้นเมื่อคุณสร้างเลเยอร์เสร็จแล้ว คุณสามารถแยกส่วน Riser และดึงการ์ดออกมาได้

ข้อผิดพลาดโง่ที่ 2 ที่ควรหลีกเลี่ยง

อย่าประสานขาแนวตั้งกับโครงแคโทดอย่างเห็นได้ชัด ขาแนวตั้งควรเชื่อมต่อกับขาแนวตั้งอื่น ๆ เท่านั้นและไม่มีอะไรอื่น

อีกครั้ง ทดสอบหลังจากแนบแต่ละเลเยอร์แล้ว อันที่จริง ทดสอบเลเยอร์ทั้งหมดโดยแตะเฉพาะตะกั่วที่เป็นค่าบวกที่ส่วนปลายของชั้นบนสุดเท่านั้น เพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีการสัมผัสที่ดีในทุกเลเยอร์

เมื่อทั้ง 4 ชั้นถูกบัดกรีเข้าด้วยกัน ฉันเริ่มทำความสะอาดเล็กน้อย - ฉันปล่อยขาข้างเดียวออกจากแต่ละชั้นในลักษณะขั้นบันได - สิ่งนี้จะถูกหย่อนลงไปที่กระดานในภายหลัง ชิ้นส่วนโลหะนอกและขาอื่น ๆ ถูกตัดออก เห็นได้ชัดว่าอย่าตัดขาแนวตั้ง - เราจำเป็นต้องใส่สิ่งเหล่านี้ลงในบอร์ดสร้างต้นแบบของเรา

แก้ไขไปที่คณะกรรมการ

จำได้ไหมว่าตอนที่ฉันบอกว่าการแก้ไขแต่ละชั้นด้วยตัวเองเป็นส่วนที่ยากที่สุด? ฉันโกหก. การพยายามใส่ขา LED 16 ขาลงในรูเล็กๆ บนบอร์ดสร้างต้นแบบนั้นยากกว่าจริง ๆ วิธีที่ง่ายที่สุดที่ฉันพบคือการแหย่ทีละ 4 ครั้ง ยึดไว้ข้างใต้ด้วยคลิปจระเข้ จากนั้นไปยังแถวถัดไปที่ 4 ใช้ปากกามาร์กเกอร์ทำเครื่องหมายระยะห่างล่วงหน้าหากช่วยได้

เมื่อมองย้อนกลับไป ฉันจะวางตัวต้านทานลงในโปรโตบอร์ดก่อน อย่างที่เป็นอยู่ ฉันบัดกรีขาของลูกบาศก์ทั้งหมดเข้ากับบอร์ดก่อน จากนั้นจึงพยายามบีบตัวต้านทานระหว่างแต่ละอันอย่างประณีต เรียนรู้จากความผิดพลาดของฉัน และวางตัวต้านทานไว้ก่อน

ฉันพยายามเว้นระยะห่างเท่าๆ กันในขั้นบันได เพื่อที่ฉันจะได้ใช้ลูกบาศก์ทั้งด้านสำหรับการเชื่อมต่อขั้นสุดท้ายกับ Arduino นี่คือแผนภาพวงจรที่ฉันใช้:

สำหรับชั้นลบสี่ชั้น ฉันวางลวดเส้นเดียวลงจากแต่ละชั้น แล้วดึงมันออกไปด้านข้าง แบบนี้:

สุดท้าย ฉันได้เพิ่มสายปลั๊กที่สามารถใส่ลงในพิน Arduino ที่เกี่ยวข้องได้ ใช้ชนิดที่ยาวที่สุดที่คุณมี หมายเหตุ ฉันทำการสั่งซื้อผิดพลาดเนื่องจากการวางแผนที่ไม่ดี ไฟ LED แต่ละแถวมีรหัสสี

แค่นั้นแหละ. ที่เสร็จเรียบร้อย!

การเขียนโปรแกรมลูกบาศก์ของคุณ

ฉันรู้ว่าคุณแทบรอไม่ไหวที่จะจุดประกายสิ่งนี้ ดังนั้นให้เสียบ 4 ชั้นเชิงลบเข้าไป อนาล็อก I/O พอร์ต A2 (ชั้นล่าง) ผ่าน A5 (ชั้นบนสุด) (สิ่งเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็น I/O ดิจิทัลได้) . จากนั้นเสียบหมุดควบคุม LED 16 ตัว เริ่มต้นด้วย +1 ขวาสุด ถึง ดิจิตอล I / O พอร์ต0 , กับ +15 และ +16 เข้าสู่แอนะล็อก A0 และ A1 . (อย่าใช้ AREF และ GND)

ดาวน์โหลด รูปแบบการสาธิตและรหัส จากผู้ใช้ที่สอนได้ forte1994 . เขายังให้ เครื่องมือออนไลน์ที่เป็นประโยชน์ สำหรับการออกแบบรูปแบบไบต์เพื่อปรับแต่งลำดับของคุณเอง นี่คือวิดีโอของโค้ดนี้ที่ใช้งานจริงในคิวบ์ของฉัน (ฉันปรับความเร็วเป็น 5 แทนที่จะเป็นค่าเริ่มต้น 20) .

คีย์ windows 10 windows หยุดทำงาน

นี่ไม่ใช่วิธีเดียวที่จะตั้งโปรแกรมคิวบ์ของคุณ ดังนั้นให้ฉันใช้เวลาสักครู่เพื่อสอนพื้นฐานเบื้องต้นในการสร้างรูปแบบของคุณเอง โดยทางโปรแกรม แทนที่จะเล่นรูปแบบที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเหมือนตัวอย่างข้างต้น

มีบางสิ่งที่คุณควรรู้เมื่อพยายามตั้งโปรแกรมคิวบ์ของคุณ:

ในการจัดการกับ LED เดียว คุณใช้ a เครื่องบิน (เลเยอร์) หมายเลข 0–3 และพิน LED หมายเลข 0–15 หมุนระนาบไปที่เอาต์พุต LOW (เนื่องจากนี่คือขาลบ) และพิน LED หมายเลข HIGH (ขาบวก) เพื่อเปิดใช้งาน LED
ก่อนเปิดใช้งาน LED ดวงเดียว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระนาบอื่นทั้งหมดปิดอยู่ - ซึ่งหมายความว่าตั้งค่าเป็นเอาต์พุตสูง หากไม่ทำเช่นนี้จะส่งผลให้คอลัมน์ของ LED ติดสว่างแทนที่จะเป็น LED เดี่ยว

ด้วยเหตุนี้ ฉันจึงได้สร้างลำดับเชิงโปรแกรมง่ายๆ สองรายการเพื่อให้คุณตรวจสอบ - ดาวน์โหลดโค้ดจากที่นี่ วิธีแรกเพียงแค่ให้ไฟ LED ทุกดวงทีละดวงตามลำดับ เราใช้สองลูปสำหรับสิ่งนี้ วนซ้ำในแต่ละเลเยอร์และแต่ละพินควบคุม

ประการที่สองคือการวนซ้ำแบบสุ่ม (คุณจะต้องแสดงความคิดเห็นก่อนและเปิดใช้งานสิ่งนี้ในลูปหลักเพื่อทดสอบ) มันแค่เลือกเลเยอร์สุ่มและพินควบคุมแบบสุ่ม เปิดและปิดแฟลช

สรุป

อย่ากลัวกับงานสร้างนี้ - ฉันขาดทักษะการบัดกรีอย่างจริงจัง และฉันก็จัดการได้ดี (ฉันคิดว่า?) . เวลาในการสร้างทั้งหมดคือหนึ่งชั่วโมงหรือประมาณหนึ่งวันเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ ครั้งต่อไป ฉันจะพยายามสอนคุณเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมที่ทะเยอทะยานมากขึ้นสำหรับคิวบ์ ดังนั้นฉันหวังว่าคุณจะร่วมสร้างคิวบ์ของคุณเองในสัปดาห์นี้และโหลดโค้ดใหม่ในสัปดาห์หน้า และถ้าคุณสร้างคิวบ์ของคุณเอง แอพหรือซีเควนซ์ที่ยอดเยี่ยม โปรดอัปโหลดไปยัง Pastebin และแจ้งให้เราทราบในความคิดเห็น!

แบ่งปัน แบ่งปัน ทวีต อีเมล 3 วิธีในการตรวจสอบว่าอีเมลจริงหรือปลอม

หากคุณได้รับอีเมลที่ดูน่าสงสัย คุณควรตรวจสอบความถูกต้องเสมอ ต่อไปนี้คือ 3 วิธีในการบอกได้ว่าอีเมลนั้นเป็นของจริงหรือไม่

อ่านต่อไป หัวข้อที่เกี่ยวข้อง

DIY
Arduino

เกี่ยวกับผู้เขียน เจมส์ บรูซ(เผยแพร่บทความ 707 ฉบับ)

James มี BSc ในด้านปัญญาประดิษฐ์และได้รับการรับรองจาก CompTIA A+ และ Network+ เมื่อเขาไม่ได้ยุ่งในฐานะ Hardware Review Editor เขาสนุกกับ LEGO, VR และเกมกระดาน ก่อนร่วมงานกับ MakeUseOf เขาเป็นช่างเทคนิคแสงสว่าง ครูสอนภาษาอังกฤษ และวิศวกรศูนย์ข้อมูล

เพิ่มเติมจาก James Bruce

สมัครรับจดหมายข่าวของเรา

เข้าร่วมจดหมายข่าวของเราสำหรับเคล็ดลับทางเทคนิค บทวิจารณ์ eBook ฟรี และดีลพิเศษ!

คลิกที่นี่เพื่อสมัครสมาชิก