Uvod
LED kocke postoje već dugo, postoji mnogo primjera njihove proizvodnje. Na internetu možete pronaći razne, od velikih volumetrijskih 3D LED ekrana. Najoptimalnija veličina od koje treba započeti svladavanje njihove konstrukcije i programiranja za početnike je 8x8x8 (512 LED dioda), kocke manjih dimenzija ne pokazuju tako jasno svjetlosne efekte, a kocke od 16x16x16 su dosta teške za izradu za početnike.
U ovom članku želim vam reći o stvaranju LED kocke, veličine 8x8x8, koristeći Arduino Pro Mini ploču kao kontrolni mikrokontroler. Ovaj model kocke može raditi u dva načina: svjetlosni efekti i sat. To je postalo moguće zahvaljujući integraciji RTC modula u krug.
Princip rada
Svjetlosnom kockom od 512 LED dioda upravljaju MOSFET tranzistori, 64 tranzistora su odgovorna za dovod pozitivnog napona na stupove, a 8 tranzistora je odgovorno za dovođenje negativnog napona u slojeve. Struja (a time i svjetlina) LED-a regulirana je sa 64 otpornika (R011-R641) koji se nalaze nakon izlaza tranzistora na stupovima. Otvaranje i zatvaranje tranzistora provodi se pomoću registara pomaka, koji se zauzvrat kontroliraju preko dvije linije (odvojeni stupci i slojevi) od strane Arduino ploče.
Cijela struktura kocke podijeljena je na dijelove:
Napajanje je odabrano uzimajući u obzir napajanje LED dioda, jer istovremeno može svijetliti samo jedan sloj, odnosno 64 LED diode. Ako uzmemo struju jedne LED diode jednaku 30mA, tada dobivamo: 30mA*64=1920mA, odnosno napajanje od 3A bit će dovoljno za napajanje cijele strukture.
Projektiranje sklopova
I tako, glavna ploča je uglavnom preklopne prirode, povezuje sve module i upravlja slojevima. Radi jasnoće, podijelit ćemo ga u dva dijela: prebacivanje i upravljanje slojevima.
Shema br. 1, glavna upravljačka ploča:
Prekidački dio daje glavno napajanje uređaju (J6). Za flash Arduino Pro Mini ploču, koristite USB na TTL modul, koji je povezan preko J6-1, pinovi J6-J1 i J6-J2, koji se koriste za povezivanje napajanja na Arduino ploču iz modula (ovo napajanje je potrebno za firmware ako se ne koristi napajanje). Konektor J4 služi za spajanje SD kartice, a J5 služi za spajanje RTC modula. Arduino Pro Mini ploča se povezuje preko grupe konektora J1 (1-1, 1-3, 1-4). Skupine konektora J2 i J3 koriste se za spajanje signalnih vodova na ploče za upravljanje napajanjem upravljačkog stupca (shema 2) i napajanje. Skupina konektora J7 služi za spajanje tipkovnice (shema 3). I na kraju, grupa J8 odgovorna je za povezivanje drugog dijela sheme 1 (upravljanje slojem):
Drugi dio kruga 1 je krajnje jednostavan: registar posmaka daje naredbe MOSFET tranzistorima (1 - otvori tranzistor, 0 - zatvori), registar posmaka prima naredbe iz prvog dijela kruga 1 preko podatkovne linije.
Razmotrimo shemu 2, podijeljena je na dva identična dijela, svaki s 32 stupca za kontrolu. Budući da su potpuno identični, razmotrimo samo jedan:
Baš kao i u prethodnom sklopu, registar posmaka daje naredbe (koje prima putem podatkovne linije od Arduino Pro Mini ploče) MOSFET tranzistorima (samo što sada 0 otvara tranzistor, a 1 ga zatvara). Na izlazu tranzistora postoje i otpornici od 250 Ohma; oni služe za kontrolu struje LED-a i mogu se zamijeniti vrijednošću koja je prikladnija za ne baš svijetli sjaj (ovisno o korištenim LED-ima).
I posljednja, shema 3, je ploča s gumbima, gdje je sve krajnje jednostavno:
Provjera svakog sloja prije lemljenja:
Firmware za Arduino Pro Mini ploču (skica)
Skica zauzima više od 500 redaka, bit će priložena na kraju članka, ali ovdje ću je pokušati ukratko opisati.
Postoje dvije glavne funkcije za upravljanje registrima pomaka ("column" - popunjavanje stupaca i "layer_column" - odabir sloja i pozivanje funkcije "column"), obje su implementirane kroz funkciju shiftOut. Ovo je najlakši način za upravljanje registrima, ali možda nije i najbrži. Slijedi glavna funkcija slikanja cijele kocke "kocka", smisao funkcije je da ona sekvencijalno i u ciklusu (ciklus ispada sam) boji svaki sloj kocke. Zbog ove implementacije, kocka treperi, što je vidljivo zbog brzog mikroprocesora.
Postoje dva načina rada kocke: “Demonstracija svjetlosnih efekata” i “Prikaz vremena”. Promjena se provodi pomoću gumba "Mode". U prvom načinu, podaci se sekvencijalno čitaju sa SD kartice, a zatim se prenose u gore navedene funkcije. Drugi način je mnogo kompliciraniji za implementaciju, budući da su svi podaci za ovaj način ugrađeni u mikroprocesor (ovo objašnjava broj linija koda). Ukratko, podaci iz RTC modula se čitaju i na temelju toga se opet odgovarajuće bitne varijable šalju gore navedenim funkcijama za prikaz na LED diodama. Također je moguće podesiti sat pomoću upravljačkih gumba; da biste to učinili, samo pritisnite gumb "Postavljanje" u načinu rada sata, zatim koristite gumb "Promijeni" za promjenu načina rada (sati, minute, dani itd.) i konfigurirajte pomoću gumba "gore" i "dolje". Na kraju, klikom na gumb "Reset" možete spremiti postavke.
Položaj tipki, prema dijagramu 3:
Kreator svjetlosnih efekata (C++ Builder 6)
Kako bi stvaranje efekata bilo pojednostavljeno i funkcionalno, kao i za pregled unaprijed projiciranih efekata prije snimanja na SD, odlučeno je napisati program u C++ koristeći Open GL.
Izvorni kod za Borland C++ Builder 6 priložen je članku.
Zaključak
Pokušao sam iznijeti informacije o shemi izvedbe projekta i njegovom elektro dijelu. Softverski dio projekta je prilično velik i sve se može naći u izvornim datotekama. Ako imate pitanja, pišite pa ćemo razgovarati.
Sam projekt je zamišljen za malo vježbe, rada s mikrokontrolerima, tijekom implementacije se pokazalo:
| Oznaka | Tip | Vjeroispovijest | Količina | Bilješka | Dućan | Moja bilježnica | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Shema broj 1, glavna ploča | |||||||
| Arduino ploča | Arduino Pro Mini | 1 | 5V, 16MHz | U bilježnicu | |||
| USB na TTL modul | CP2102 | 1 | U bilježnicu | ||||
| Sat stvarnog vremena (RTC) | DS1307 | 1 | U bilježnicu | ||||
| Modul SD kartice | SD kartica | 1 | U bilježnicu | ||||
| U1 | Registar pomaka | SN74HC595 | 1 | U bilježnicu | |||
| P1-P8 | MOSFET tranzistor | IRLR024N | 8 | U bilježnicu | |||
| R1-R8 | Otpornik | 10 kOhm | 8 | U bilježnicu | |||
| R1-R8 | Otpornik | 3 kOhma | 8 | U bilježnicu | |||
| C1-C2 | Elektrolitički kondenzator | 1uF | 1 | U bilježnicu | |||
| Shema br. 2, kontaktna ploča | |||||||
| U1-U8 | Registar pomaka | SN74HC595 | 9 | U bilježnicu | |||
| Q1-Q64 | MOSFET tranzistor | IRLML6302TR | 64 | ||||
Napravili smo biblioteku za jezik WIRING posebno za ovaj projekt.
MP1051.Init() - početna inicijalizacija
MP1051.Brightness(B) - podešavanje svjetline LED dioda, B=0...32
MP1051.Set(D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8) - kontrolirajte LED diode sloj po sloj, D1-D2 - prvi sloj (A1), D7-D8 - 4. sloj (A4)
MP1051.IR(T) - čeka se naredba IR daljinskog upravljača za T ms. Vraća: 0 - nije bilo naredbe, 1 - naredba prihvaćena, 2 - ponavljanje prihvaćeno
MP1051.IRAdr() - vraća adresu IR slanja
MP1051.IRData() - vraća naredbu za IR slanje
Prije svega, trebate pripremiti LED kabele.
Korak 1. Savijte kratki za 90 stupnjeva.
Korak 2. Koristeći pincetu, oblikujte kratki tako da bude 3 mm. razmak između terminala se povećao.
Korak 3. Sada, savijte dugačak na stranu.
Za udobnost naknadnih radnji pronađite 4 M3 vijka s maticama i pričvrstite ih u kutne rupe upravljačke ploče. Pa, ako nema vijaka, spasit će vas četiri identične štipaljke pričvršćene na uglove ploče.
Ugradite oblikovane LED diode u rupe na ploči. Prvi red prvi.
Zalemite duge vodove zajedno.
Zatim drugi sloj.
Zalemite duge u drugom redu. U trećem i četvrtom.
Dugi vodovi krajnjih LED dioda svakog reda strše izvan ruba ploče. Pažljivo ih savijte duž ploče i zalemite zajedno
Ispostavilo se da je to jedan sloj 4 x 4.
Možete ga izravnati dodatnim komadima žice.
Pravimo četiri sloja. Pažljivo postavljamo prvi sloj na kontrolnu ploču, umetajući LED vodove u rupe L11-L14, L21-L24, L31-L34, L41-L44. Prije svega, lemimo kutne terminale. Poravnamo sloj u jednoj ravnini na uglovima, zagrijavamo vodove lemilom i pomičemo ih gore-dolje (ako je potrebno). Nakon što ste sigurni da su kutne LED diode u istoj ravnini, zalemite preostale vodove.
Drugi sloj je zalemljen na prvi. Kratak vodi do kratkog. Pogledajte sl. 10 s desne strane; točke lemljenja su jasno vidljive u krajnjem stupcu.
Kako funkcionira LED dekorativna skulptura? Je li moguće da ga sami sastavite? Koliko LED dioda trebate i što vam je potrebno osim njih? Odgovor na sva ova pitanja pronaći ćete u ovom članku.
Ako volite DIY projekte ili volite petljati s elektroničkim sklopovima, pokušajte sastaviti LED kocku vlastitim rukama. Prvo morate odlučiti o veličinama. Nakon što shvatite kako uređaj radi, možete nadograditi krug s više ili manje LED dioda.
LED kocka sa stranama za 8 dioda
Pogledajmo kako to funkcionira na primjeru kocke sa stranicom od 8 LED dioda. Ova kocka može biti zastrašujuća za početnike, ali ako ste pažljivi pri proučavanju materijala, lako ćete je savladati.
Za sastavljanje led kocke 8x8x8 trebat će vam:
Male LED diode od 5 mm troše zanemarivu struju od 20 mA, ali ćete ih upaliti dosta. Napajanje od 12 V i 2 A savršeno je za to.
Nećete moći spojiti svih 512 LED dioda pojedinačno jer je malo vjerojatno da ćete pronaći mikrokontroler (MK) s toliko pinova. Najčešće postoje modeli u kućištima s brojem nogu od 8 do 64. Naravno, možete pronaći opcije s velikim brojem nogu.
Kako spojiti toliko LED dioda? Osnovno! Pomakni registar je čip koji može pretvarati informacije iz paralelnog u serijski i obrnuto - iz serijskog u paralelni. Pretvorbom serijskog u paralelni, dobit ćete 8 ili više signalnih pinova od jednog signalnog pina, ovisno o kapacitetu registra.
Ispod je dijagram koji ilustrira princip rada registra pomaka.
Kada dostavite vrijednost bita, naime nulu ili jedan, na ulaz serijskih podataka, ona se prenosi duž ruba signala takta sata do paralelnog izlaza broj 0 (ne zaboravite da u digitalnoj elektronici numeriranje počinje od nule).
Ako je u prvom trenutku bio jedan, a zatim unutar tri impulsa takta postavite ulaz na nulti potencijal, kao rezultat toga dobit ćete stanje ulaza "0001". To možete vidjeti na dijagramu na linijama Q0-Q3 - ovo su četiri bita paralelnog izlaza.
Kako primijeniti ovo znanje u izgradnji LED kocke? Činjenica je da možete koristiti ne sasvim običan registar pomaka, već specijalizirani upravljački program za LED zaslone - STP16CPS05MTR. Radi na istom principu.
Naravno, korištenje upravljačkog programa neće u potpunosti riješiti probleme povezane s povezivanjem velikog broja LED dioda. Za spajanje 512 LED dioda trebat će vam 32 takva pokretača i još više upravljačkih nogu iz mikrokontrolera.
Pa ćemo ići drugim putem i kombinirati LED diode u retke i stupce, tako da ćemo dobiti dvodimenzionalnu matricu. Kocka leda zauzima sve tri osi. Nakon finaliziranja ideje o kombinaciji LED kocke 8x8x8 u kojoj su LED diode spojene u skupine, možemo doći do sljedećeg zaključka:
Kombinirajte slojeve LED dioda (podove) u krugove sa zajedničkom anodom (katodom), a stupove u krugove sa zajedničkom katodom (ili anodom, ako su katode kombinirane na podovima).
Za upravljanje takvim dizajnom potrebno vam je 8 x 8 = 16 kontrolnih pinova po stupcima i po jedan za svaku etažu, katova je također ukupno 8. Ukupno vam je potrebno 24 upravljačka kanala.
Ulazni blok prima signal s tri pina mikrokontrolera.
Da biste zasvijetlili potrebnu LED diodu, na primjer, koja se nalazi na prvom katu, trećem u prvom redu, trebate primijeniti minus na stupac broj 3, a plus na kat broj 1. To vrijedi ako ste sastavili podove s zajednička anoda, a stupci - katoda. Ako je obrnuto, upravljački naponi se moraju u skladu s tim obrnuti.
Da bi vam bilo zgodno lemiti kocku LED dioda, potrebno vam je:
Da bi LED kocka radila ispravno, potrebno ju je sastaviti u slojeve sa zajedničkom katodom, a stupove sa anodom. Spojite na Arduino pinove ono što je naznačeno na dijagramu kao ulaz u sljedećem nizu:
| Arduino pin br. | Naziv lanca |
|---|---|
| 2 | L.E. |
| 3 | SDI |
| 5 | CLK |
Ako niste sigurni u svoje sposobnosti i znanje o elektronici, ali želite takav ukras za svoju radnu površinu, možete kupiti gotovu kocku. Za one koji vole izrađivati jednostavne elektroničke rukotvorine, postoje izvrsne jednostavnije opcije s rubovima 4x4x4.
Kocka veličine lica 4 diode Gotovi setovi za montažu mogu se kupiti u trgovinama s radio komponentama, kao i veliki izbor na Aliexpressu.
Sastavljanje takve kocke će kod početnika radio amatera razviti vještine lemljenja, točnost, ispravnost i kvalitetu veza. Vještine rada s mikrokontrolerima bit će korisne za daljnje projekte, a uz pomoć Arduina možete naučiti programirati jednostavne igračke, ali i alate za automatizaciju za svakodnevni život i proizvodnju.
Nažalost, zbog osobitosti Arduino programskog jezika - sketch, postoje određena ograničenja u pogledu performansi, ali vjerujte mi, kada dosegnete plafon mogućnosti ove platforme, najvjerojatnije će svladavanje rada s "čistim" MK-ovima neće vam uzrokovati značajnije poteškoće.
Objavljeno 8.5.2011
Još jedna jednostavna LED igračka, ali ništa manje impresivna od LED kocke ili. Ovdje možete pogledati video onoga što se dogodilo.
Mnogo sličnih i cool stvari možete pronaći na Youtubeu. Najvrjedniji dio je kocka sastavljena od LED dioda. Gradit ćemo jednostavnu kocku s dimenzijama lica 4x4x4 LED. Oni. trebamo 4x4x4=64 svijetle LED diode bilo koje boje. Htio sam napraviti kocku 8x8x8, ali tada bi mi trebalo 512 LED dioda. S obzirom na cijenu LED dioda, to je malo skupo za jednostavnu igračku, počnimo s jednostavnom 4x4x4.
Ne možemo osvijetliti sve LED diode odjednom; potrebno nam je puno nogu mikrokontrolera. Stoga je lakše to učiniti - uključite jedan "kat" LED dioda jednu po jednu. Ljudsko oko je inertno i ne može detektirati tako brzo prebacivanje, a čini nam se da svijetle LED diode na svim katovima. Ali u isto vrijeme, morate shvatiti da svaki pojedinačni kat LED dioda ne gori cijelo vrijeme, već za razdoblje koje mu je dodijeljeno. Period sjaja 1/broj katova. U našem slučaju 4. To je Svjetlina sjaja bit će 1/4 nominalne. Zato smo uzeli super-sjajne LED diode, inače bismo dobili blijedu kocku.
Na upravljačkoj ploči mikrokontroler ATMega8 odgovoran je za radnu logiku, par mikrokrugova - registara pomaka za slanje signala na "stupove" i 4 tranzistorska prekidača, koji uključuju željeni kat LED dioda. Mikrokontroler šalje traženi broj u registre pomaka, a zatim uključuje željenu tranzistorsku sklopku, osvjetljavajući željeni kat. Tada se operacija ponavlja za svaki “kat”.
Ploča ima konektor za spajanje kocke na računalo preko modula. Tako kocku možete natjerati da svijetli na temelju naredbi s računala. Doduše, kocka odlično radi i bez računala, iako će tada moći samo listati po “filmu” uvezanom u memoriju, ali to je u pravilu više nego dovoljno.
Kocka se može napajati s USB priključka računala. Ovo je zgodno pri povezivanju s računalom. Napajao sam ga zasebno, jer je planirano napraviti poseban uređaj. U videu možete vidjeti zasebnu ploču za jednostavan stabilizator napona od 5V, koji se napaja sa 12V iz vanjskog napajanja. Budući da u jednom trenutku ne mogu svijetliti najviše 64 LED diode, već samo 16, njihova ukupna potrošnja struje (po stopi od 20 mA za svaku LED) je 16 * 20 = 320 mA. Što je dopušteno za USB priključak.
LED diode su zalemljene na način da je jedna kraka okomito spojena na noge drugih LED dioda, tvoreći „stup“, a druga kraka je povezana sa svim LED diodama u ravnini (u „podu“). Lemimo žice na kocku, jednu na stup (16 kom.) i po jednu na svaki kat (4 kom.). Ovih 20 žica kontrolira kocku. Kocka je spojena na ploču na sljedeći način:
Komunikacija s pločom provodi se preko COM porta kada se koristi modul i preko virtualnog COM porta kada se koristi UART-USB. U oba slučaja, ovo je COM port za računalo. Dakle, nema problema s razvojem softvera.
Kako bi se pojednostavio rad sa stvaranjem različitih svjetlosnih efekata, kreiran je jednostavan Flash softver: . Uz njegovu pomoć možete stvoriti različite efekte i spremiti datoteku. Datoteka je jednostavan niz brojeva koji se može umetnuti u izvorni kod, kompajlirati i proizvoditi firmware s vlastitim učincima. Osim toga, ova se datoteka može reproducirati na kocki spojenoj na računalo pomoću jednostavnog programa napisanog u Delphiju. Primjer toga možete preuzeti ovdje.
Na YouTubeu često nailazite na zanimljive projekte. Jedna od takvih je LED kocka. Ljepota ovog uređaja je u tome što prikazuje pravu 3D sliku. Možete crtati bilo koje trodimenzionalne animirane oblike. Ali unutar odabrane rezolucije kocke.
Za osnovu je uzet članak s Radiocata (tko želi može guglati). Veličina kocke 5x5x5 nije odabrana slučajno. Za sastavljanje ove kocke trebat će vam 5*5*5=125 LED dioda. Ako ga usporedimo s drugom popularnom opcijom 8*8*8=512, tj. broj LED dioda će se povećati 4 puta. Stoga mi se 5x5x5 čini optimalnim.
Nisam imao vremena naručiti LED diode, pa sam ih kupio u maloprodaji. Nažalost, bile su dostupne samo zelene prozirne 5 mm, pa je krajnji rezultat uvelike patio. Plavi mat izgledaju impresivnije, ali nažalost. Preporučljivo je uzeti matirane LED jer prozirne osvjetljavaju susjedne LED diode i stvaraju efekt da svijetli neupaljena LED dioda.
Krenuo sam izravno sa samom kockom. Nacrtao sam matricu dimenzija 100x100. Razmak između krugova je 20 mm. Promjer 5mm. Isprintala sam ga na papir i zalijepila na komad drveta. 
Izbušene rupe. Pametno savijamo katodu (-) LED diode. Anodu savijamo pod 90 stupnjeva.
Ostavimo katodu da strši do vrha, a anodu zalemimo na susjednu LED diodu. Ispada da je "pod" LED dioda sa zajedničkim "+".
Kako bih ojačao strukturu s lijeve strane, zalemio sam još jedan vodič. Prvi kat je spreman. Na isti način radimo još 4 kata.
Skupljamo sve podove zajedno. Da bismo to učinili, lemimo prethodne katove na sljedeće.
Za podlogu sam koristio foliju od fiberglas laminata dimenzija 100x100. Urezao sam mjesta za lemljenje LED dioda. Rezultat je bio sljedeći dizajn:
Nije baš ravno, ali sve se lako savija. Sada izravno na dijagram. Za montažu vam je potrebno:
S jedne strane, ovdje je sve jednostavno, ali ne smijete se zbuniti. Za razliku od prethodnih projekata, ovdje se koristi Atmega16 (Atmega16A-16PU). Koristio sam radnu frekvenciju od 12 MHz; na 16 MHz LED će se mijenjati malo brže. Osim toga, ovdje se koriste okidači. Da biste razumjeli zašto, morate razumjeti logiku sheme.
Svi ulazi okidača povezani su paralelno. Recimo da trebamo upaliti prvu LED diodu na 2. katu (D2.1), a ne uključiti LED diode na 1,3,4,5 katovima (D1.1, D3.1, D4.1, D5. 1). Mi izlazimo na PORTC.0=0, budući da je 0 u ovom slučaju ono što uključuje LED. 0 se pojavljuje na ulazu okidača, ali se njegovo stanje ne mijenja na izlazu. Da biste promijenili stanje, morate primijeniti impuls na CLK ulaz, tj. izlaz naizmjenično logičke nule i logičke jedinice na pin PA1. Sada su sve katode DA1.1-DA5.1 spojene na masu, da biste zapalili D2.1, samo trebate uključiti 2. kat, tj. otvoreni tranzistor Q2, izlaz logičke nule na PD6.
Pokušao sam napisati svoje efekte, uspjelo je, ali nekako mi ništa nije palo na pamet što nije bilo u gotovom firmwareu. Stoga je konačni uzeo gotov firmware; za kocku 5x5x5 na internetu je bilo nekoliko opcija. Sastavljanje je trajalo samo 3 dana. Dobar dar, sastavljen vlastitim rukama.
Konačno, video dobivene kocke izgleda posebno impresivno u mraku.
