Αν έχετε μιλήσει με αρχάριους αρχιτέκτονες Arduino, αλλά ψάχνετε για κάτι λίγο μόνιμο και σε ένα άλλο επίπεδο φοβερό, τότε ο ταπεινός κύβος 4 x 4 x 4 LED είναι μια φυσική επιλογή. Η κατασκευή είναι πολύ πιο εύκολη από ό, τι νομίζετε, και χρησιμοποιώντας μια πολυπλεξία μπορούμε να ελέγξουμε όλες τις λυχνίες LED απευθείας από ένα μόνο board Arduino Uno. Είναι μεγάλη πρακτική συγκόλλησης και το συνολικό κόστος των εξαρτημάτων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 40 δολάρια.
Σήμερα θα δουλέψω λεπτομερώς την κατασκευαστική πλευρά των πραγμάτων και θα έχω κάποιο λογισμικό για να τρέξω πάνω σε αυτό που τόσο φαίνεται εντυπωσιακό και σας διδάσκει τα βασικά.
Θα χρειαστείτε
- Ένα Arduino. Ο κωδικός που παρέχεται παίρνει ένα Arduino Uno, αλλά μπορεί να προσαρμοστεί και σε ένα μεγαλύτερο μοντέλο.
- 64 LED - η ακριβής επιλογή εξαρτάται από εσάς, αλλά χρησιμοποίησα αυτά τα υπέροχα 3mm μπλε LEDs ( 3.2v 30ma ) @ £ 2.64 για 50.
- 16 αντιστάσεις της κατάλληλης τιμής για τα LED σας. Για τα παραπάνω LED, 99 πένες αγόρασαν 100 από αυτά. Χρησιμοποιήστε ledcalc.com - εισάγετε 5v για την τάση τροφοδοσίας, την τάση των LEDs (στην περίπτωση μου 3.2) και το ρεύμα σε milliamps (3.2). Ο επιθυμητός αντιστάτης σας θα εμφανιστεί στο πλαίσιο με την ένδειξη "Κοντινότερη υψηλότερη ονομαστική αντίσταση", στη συνέχεια, απλά αναζητήστε αυτή την τιμή στο eBay.
- Κάποια καλώδια για να ενισχύσουν τη βασική δομή και για διακόσμηση - χρησιμοποίησα πάχος 0, 8mm .
- Ένα πρωτότυπο πλακέτα κάποιου τύπου που μπορείτε να κολλήσετε όλα τα κομμάτια σας. Χρησιμοποίησα ένα που δεν είχε πλήρεις διαδρομές μαζί του, καθώς δεν έχω κόπτη κομμάτι, αλλά χρησιμοποιήστε ό, τι σας ταιριάζει. Μια ασπίδα πρωτοτύπου Arduino είναι λίγο πολύ μικρή, αν δεν πιέσετε τα LED σας μαζί.
- Τυχαίο καλώδιο συνιστωσών - μερικά σκέλη δικτύου καλωδίων και μερικά από τα καλώδια πρωτοτύπων από ένα κιτ θα λειτουργούν καλά.
- Τα κλιπ κροκοδειλών ή τα "χέρια βοήθειας" είναι χρήσιμα για τη διατήρηση των κομματιών στη θέση τους.
- Κόλληση σιδήρου και συγκόλληση.
- Κάποια ξύλα.
- Ένα τρυπάνι, με το ίδιο μέγεθος με τα LED σας.
Σημείωση: τα 3D σχέδια σε αυτό το σεμινάριο έγιναν σε λίγα λεπτά χρησιμοποιώντας το TinkerCAD. Ακολούθησα μια υπάρχουσα κατασκευή που αναλύεται λεπτομερώς από το χρήστη forte1994 από το χρήστη Instructables, το οποίο ίσως θέλετε να διαβάσετε και πριν επιχειρήσετε αυτό.
Βεβαιωθείτε ότι έχετε πρώτα διαβάσει όλες αυτές τις οδηγίες πριν επιχειρήσετε αυτό για τον εαυτό σας.
Η αρχή αυτού του σχεδιασμού
Πριν ξεκινήσετε την κατασκευή, είναι σημαντικό να έχετε μια πλήρη εικόνα του τρόπου με τον οποίο αυτό το πράγμα θα λειτουργήσει ώστε να μπορείτε να αυτοσχεδιάζετε και να εντοπίζετε λάθη καθώς προχωράτε. Ορισμένοι κύβοι LED χρησιμοποιούν ένα μόνο πείρο εξόδου για κάθε LED - ωστόσο σε έναν κύβο 4x4x4, που θα χρειαζόταν 64 ακίδες - κάτι που σίγουρα δεν διαθέτουμε σε ένα Arduino Uno. Μια λύση θα ήταν να χρησιμοποιήσετε τους καταχωρητές βάρδιας Arduino Programming - Παίζοντας με Shift Registers (aka ακόμα περισσότερα LED) Προγραμματισμός Arduino - Παίζοντας με Shift Registers (aka ακόμα περισσότερα LED) Σήμερα θα προσπαθήσω να σας διδάξω λίγα για Shift Registers. Αυτά είναι ένα αρκετά σημαντικό μέρος του προγραμματισμού Arduino, βασικά επειδή επεκτείνουν τον αριθμό των εξόδων που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, σε αντάλλαγμα για ... Διαβάστε περισσότερα, αλλά αυτό είναι άσκοπα περίπλοκο.
Για να ελέγξουμε όλες αυτές τις λυχνίες LED σε μόλις 20 ακίδες, θα χρησιμοποιήσουμε μια τεχνική που ονομάζεται πολυπλεξία. Με το σπάσιμο του κύβου κάτω σε 4 ξεχωριστά στρώματα, χρειαζόμαστε μόνο ακίδες ελέγχου για 16 LED - έτσι ώστε να ανάψει ένα συγκεκριμένο LED, πρέπει να ενεργοποιήσουμε τόσο το στρώμα όσο και τον πείρο ελέγχου, δίνοντάς μας μια συνολική απαίτηση για 16 + 4 καρφίτσες. Κάθε στρώμα έχει μια κοινή κάθοδο - το αρνητικό μέρος του κυκλώματος - έτσι ώστε όλα τα αρνητικά σκέλη να ενωθούν μεταξύ τους και να συνδεθούν σε έναν μοναδικό πείρο για αυτό το στρώμα.
Στην πλευρά ανόδου (θετική), κάθε LED θα συνδεθεί στην αντίστοιχη λυχνία LED στη στρώση πάνω και κάτω από αυτήν. Στην ουσία, έχουμε 16 στήλες των θετικών ποδιών, και 4 στρώματα των αρνητικών. Ακολουθούν κάποιες 3D προβολές των συνδέσεων που θα σας βοηθήσουν να καταλάβετε:
Κατασκευή
Δεδομένου ότι δεν πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε μια πλήρη μεταλλική δομή για τη συγκόλληση, θέλουμε όλα τα πόδια των LED να επικαλύπτονται κατά περίπου ένα τέταρτο και να δίνουν ακαμψία στη δομή. Αναδιπλώστε την κάθοδο των LED σας - την πλευρά με την επίπεδη εγκοπή στο κεφάλι και το κοντύτερο σκέλος, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. (Δεν έχει νόημα αν το λυγίζεις αριστερά ή δεξιά, εφ 'όσον είσαι συνεπής και δεν αγγίζει ποτέ την άνοδο)
Το πρώτο κρίσιμο κομμάτι αυτού του έργου είναι η κατασκευή ξύλινης συσκευής. Αυτό θα κρατήσει ένα στρώμα LED, ενώ θα κολλήσετε τα πόδια μαζί, έτσι πρέπει να είναι ακριβή και να μην είναι πολύ χαλαρά. Χρησιμοποιώντας το τρυπάνι ίδιου μεγέθους με τα LED σας, μετρήστε και, στη συνέχεια, τρυπήστε μια μήτρα μήκους 4 × 4 από ίσες διατομές. Έχετε υπόψη σας ότι θέλετε περίπου το ένα τέταρτο του σκέλους να επικαλύπτεται με το γείτονά του και να χρησιμοποιήσετε έναν πραγματικό κυβερνήτη. Ελέγξτε κάθε τρύπα για να βεβαιωθείτε ότι μια ενδεικτική λυχνία LED μπορεί να ταιριάζει άνετα, αλλά όχι τόσο σφιχτά ώστε να μην μπορείτε να την βγάλετε ξανά ή θα έχετε προβλήματα όταν προσπαθείτε να αφαιρέσετε ένα πλήρως συγκολλημένο στρώμα.
Συνδέστε τις καθόδους με 4 σειρές LED. Προσέξτε να μην καψετε τις λυχνίες LED - θέλετε ένα καλό ζεστό σίδερο και να είστε μέσα και έξω. Εδώ ολοκληρώθηκαν οι τέσσερις πρώτες σειρές μου.
Τώρα, για να ενισχυθεί η ακαμψία του στρώματος, κόψτε και συγκολλήστε δύο ίσια κομμάτια του καλωδίου χειροτεχνίας σε κάθε άκρο, διασφαλίζοντας ότι συνδέονται με κάθε σειρά. Αυτό είναι το πρώτο σας στρώμα ολοκληρωμένο. Αφήστε όλα τα υπερβολικά πόδια να παραμείνουν στο πλάι για τώρα.
Τώρα θα ήταν μια μεγάλη στιγμή για να δοκιμάσετε - απλά φορτώστε την προεπιλεγμένη εφαρμογή Arduino αναβοσβήνει και με συνδεδεμένο αντίσταση, βάλτε το έδαφος στο πλαίσιο στρώματος και πατήστε το θετικό καλώδιο σε κάθε LED με τη σειρά του.
Ας ελπίσουμε ότι όλα θα ανάψουν. Αν όχι, βεβαιωθείτε ότι δεν έχετε χάσει μόνο μια κόλλα συγκόλλησης κάπου και, αν χρειάζεται, αντικαταστήστε το LED.
Αφαιρέστε αυτό το στρώμα από το εργαλείο και επαναλάβετε τη διαδικασία 3 περισσότερες φορές .
Μην ανησυχείτε αν η συγκόλλησή σας δεν είναι τέλεια - όσο δεν πρόκειται να σπάσει και η σύνδεση είναι σταθερή, δεν θα επηρεάσει το τελικό προϊόν. Παραδέχομαι, η συγκόλλησή μου ήταν αρκετά απελπιστική, η τσέπη μου ήταν μακριά, και όλα έμοιαζαν με τον πύργο της Πίζας. Ακόμα, είμαι περήφανος για τον τελικό κύβο και όταν τα LED είναι αναμμένα, δεν πρόκειται να κοιτάξετε τους αρμούς συγκόλλησης ούτως ή άλλως!
Σύνδεση επιπέδων
Μόλις έχετε ολοκληρώσει 4 επίπεδα, θα θελήσετε να ενώσετε όλα τα κάθετα πόδια μαζί. Το βρήκα αυτό το πιο δύσκολο κομμάτι της κατασκευής και για να βοηθήσω στη διαδικασία έκοψα μια άνοδο από την κάρτα.
Αυτό κράτησε τα στρώματα στο κατάλληλο ύψος, αλλά πολλά από τα πόδια δεν θα ευθυγραμμίζονταν τέλεια - γι 'αυτό, χρησιμοποίησα μερικά κλιπ κροκοδείλου για να τα κρατήσω στη θέση τους.
Πρώτο λάθος που πρέπει να αποφύγετε
Μόνο μετά την ολοκλήρωση ενός πλήρους στρώματος συνειδητοποίησα ότι ο αψίδα της κάρτας μου ήταν κολλημένος στη θέση του, οπότε έπρεπε να το κόψω! Μην κάνετε το ίδιο λάθος που έκανα - κάνατε τον ανερχόμενο περισσότερο στο πλάι και προσθέστε τα κομμάτια της κάρτας έξω από τον κύβο, οπότε όταν ολοκληρώσετε το στρώμα, μπορείτε να αποικοδομήσετε τον ανυψωτήρα και να τραβήξετε την κάρτα.
2ο Silly λάθος για να αποφύγετε
Μην κολλάτε το κατακόρυφο σκέλος στο κάθοδο, προφανώς. Τα κατακόρυφα πόδια πρέπει να συνδέονται μόνο με άλλα κάθετα πόδια και τίποτα άλλο.
Και πάλι, δοκιμάστε μετά από κάθε στρώμα έχει επισυναφθεί. Δοκιμάστε όλα τα στρώματα, στην πραγματικότητα, μόνο αγγίζοντας το θετικό οδηγεί στην κορυφή του ανώτατου στρώματος, εξασφαλίζοντας έτσι ότι έχετε καλή επαφή που περνάει από όλα τα στρώματα.
Όταν τα τέσσερα στρώματα ήταν συγκολλημένα μαζί, έκανα να καθαρίσω λίγο - έφυγα ένα μόνο πόδι που επεκτάθηκε από κάθε στρώμα σε ένα είδος σκαλοπάτι - αυτό θα πέσει κάτω στο σκάφος αργότερα. Άλλα ξένα τμήματα από μεταλλικό πλαίσιο και τα πόδια κόπηκαν. Προφανώς, μην κόβετε κανένα από τα κάθετα πόδια - πρέπει να τα βάλουμε στην πρότυπη πλακέτα μας.
Καθορισμός στο Διοικητικό Συμβούλιο
Θυμηθείτε όταν είπα ότι κάθε στρώμα από μόνο του ήταν το πιο δύσκολο κομμάτι; Είπα ψέματα. Προσπαθώντας να τοποθετήσετε 16 πόδια LED σε μικροσκοπικές οπές σε ένα πρωτότυπο πίνακα είναι πραγματικά πιο δύσκολο. Ο ευκολότερος τρόπος που βρήκα ήταν να σπρώξω 4 φορές τη φορά, να τα ασφαλίσω από κάτω με κλιπ κροκοδείλου και στη συνέχεια να προχωρήσω στην επόμενη σειρά των 4. Χρησιμοποιήστε μια μαρκαδόρο για να επισημάνετε την απόσταση μεταξύ τους εκ των προτέρων αν βοηθάει.
Σε εκ των υστέρων, θα ήθελα πρώτα να τοποθετήσω τους αντιστάτες στο πρωτόπλοιο. Όπως είναι, εγώ κολλήσει όλα τα πόδια του κύβου στο διοικητικό συμβούλιο πρώτα, στη συνέχεια, προσπάθησε να συμπιέσει απαλά αντιστάσεις μεταξύ τους. Μάθετε από το λάθος μου και τοποθετήστε πρώτα τους αντιστάτες σας.
Προσπάθησα να τα τοποθετήσω εξίσου σταδιακά, οπότε θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω μια ολόκληρη πλευρά του κύβου για όλες τις τελικές συνδέσεις με το Arduino. Εδώ είναι το διάγραμμα κυκλωμάτων που πήγα με:
Για τα τέσσερα αρνητικά στρώματα, έριξα ένα μόνο σύρμα κάτω από κάθε στρώμα, έπειτα τα έβγαλα απλά προς τα πλάγια, όπως αυτό:
Τέλος, πρόσθεσα μερικά καλώδια που θα μπορούσα να τα τοποθετήσω στη σχετική καρφίτσα Arduino. Χρησιμοποιήστε το μεγαλύτερο είδος που έχετε. Σημειώστε ότι έσπασε την παραγγελία σε μέρη εξαιτίας του κακού σχεδιασμού. Κάθε σειρά LED είχε κωδικοποιηθεί έγχρωμη.
Αυτό είναι. Πεπερασμένος!
Προγραμματισμός του κύβου σας
Ξέρω ότι δεν μπορείτε να περιμένετε να φτάσετε αυτό το πράγμα, έτσι συνδέστε τα 4 αρνητικά στρώματα στις θύρες αναλογικών εισόδων / εξόδων A2 (bottom layer) μέσω A5 (ανώτατο στρώμα) (μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως ψηφιακά I / O) . Στη συνέχεια, συνδέστε τους 16 ακροδέκτες ελέγχου LED, ξεκινώντας με το +1 στην άκρη δεξιά στην ψηφιακή θύρα εισόδου / εξόδου 0, με τα +15 και τα +16 να εισέρχονται στα αναλογικά A0 και A1 . (Μην χρησιμοποιείτε AREF και GND)
Κατεβάστε τα πρότυπα επίδειξης και τον κώδικα από εκπαιδευμένο χρήστη forte1994 . Έδωσε επίσης ένα χρήσιμο ηλεκτρονικό εργαλείο για το σχεδιασμό των μοτίβων byte για να προσαρμόσετε τη δική σας ακολουθία. Ακολουθεί ένα βίντεο αυτού του κώδικα σε δράση στον κύβο μου (ρυθμίσαμε την ταχύτητα σε 5, αντί για τις προεπιλεγμένες 20) .
Αυτός δεν είναι ο μόνος τρόπος για να προγραμματίσετε τον κύβο σας, φυσικά, έτσι επιτρέψτε μου να περάσω μερικά λεπτά για να σας διδάξω τα βασικά στοιχεία της δημιουργίας των δικών σας προτύπων με προγραμματισμό, αντί να αναπαράγετε προκαθορισμένα μοτίβα όπως το κάνει το παραπάνω demo.
Υπάρχουν μερικά πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε κατά την προσπάθεια προγραμματισμού του κύβου σας:
- Για να αντιμετωπίσετε μια μοναδική λυχνία LED, χρησιμοποιείτε έναν επίπεδο (στρώμα) αριθμό 0-3 και έναν αριθμό pin 0-15. Γυρίστε το επίπεδο στην έξοδο ΧΑΜΗΛΗ (δεδομένου ότι πρόκειται για το αρνητικό πόδι) και τον αριθμό ακίδας LED HIGH (το θετικό πόδι) για να ενεργοποιήσετε τη λυχνία LED.
- Πριν ενεργοποιήσετε μία μόνο λυχνία LED, βεβαιωθείτε ότι όλα τα άλλα επίπεδα είναι απενεργοποιημένα - αυτό σημαίνει ότι τα έχετε ρυθμίσει σε υψηλή ένταση. Εάν δεν το κάνετε αυτό θα προκύψει μια στήλη LED που ανάβει και όχι μία μόνο LED.
Με αυτό κατά νου, έχω κάνει δύο πολύ απλές προγραμματικές ακολουθίες για να εξετάσετε - κατεβάστε τον κώδικα από εδώ. Η πρώτη απλά φωτίζει κάθε LED μία προς μία, σε σειρά. Χρησιμοποιούμε δύο για βρόχους γι 'αυτό, αναποδογυρίζοντας κάθε στρώμα και κάθε πείρο ελέγχου.
Ο δεύτερος είναι ένας τυχαίος βρόχος (θα χρειαστεί να σχολιάσετε το πρώτο και να ενεργοποιήσετε αυτό στον κεντρικό βρόχο για να το δοκιμάσετε). Απλώς επιλέγει ένα τυχαίο στρώμα και τυχαίο πινάκιο ελέγχου, αναβοσβήνοντας και σβηστό.
Περίληψη
Μην ανησυχείτε από αυτό το build - είμαι σοβαρά λείπει δεξιότητες συγκόλλησης, και κατάφερα αυτό εντάξει (νομίζω;) . Ο συνολικός χρόνος κατασκευής ήταν περίπου μια ώρα ανά ημέρα για μια εβδομάδα. Την επόμενη φορά θα προσπαθήσω να σας διδάξω έναν πιο φιλόδοξο προγραμματισμό για τον κύβο, οπότε ελπίζω ότι θα συμμετάσχετε μαζί μου στην οικοδόμηση του κύβου σας αυτήν την εβδομάδα και θα φορτώσετε κάποιο νέο κώδικα την επόμενη εβδομάδα - και εάν κάνετε το δικό σας φοβερές εφαρμογές ή ακολουθίες, μεταφορτώστε τις στο Pastebin και ενημερώστε μας στα σχόλια!