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Si vous avez essayé quelques projets Arduino pour débutants, mais que vous recherchez quelque chose d'un peu permanent et d'un tout autre niveau de génial, alors l'humble cube LED 4 x 4 x 4 est un choix naturel. La construction est beaucoup plus facile que vous ne le pensez, et en utilisant un multiplexage, nous pouvons contrôler toutes les LED directement à partir d'une seule carte Arduino Uno. C'est une excellente pratique de soudage, et le coût total des composants ne devrait pas dépasser environ 40 $.
Aujourd'hui, je vais détailler en détail le côté construction des choses et fournir un logiciel à exécuter qui à la fois semble impressionnant et vous apprend les bases.
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Tu auras besoin de
- UnArduino. Le code fourni suppose un Arduino Uno, mais pourrait également être ajusté à un modèle plus grand.
- 64 LED - le choix exact vous appartient, mais j'ai utilisé ces LED bleues 3mm super brillantes ( 3.2v 30ma ) @ 2,64 £ pour 50.
- 16 résistances de la valeur appropriée pour vos LED. Pour les LED ci-dessus, 99 pence en ont acheté 100. Utilisation ledcalc.com - entrez 5v pour la tension d'alimentation, la tension des LED (dans mon cas 3.2) et le courant en milliampères (3.2). La résistance de votre choix s'affichera dans la case étiquetée Résistance nominale la plus élevée la plus proche , puis recherchez simplement cette valeur sur eBay.
- Certains fil d'artisanat pour renforcer la structure de base et pour la décoration - j'ai utilisé 0,8 mm épaisseur.
- À planche de prototypage d'un certain type auquel vous pouvez souder tous vos bits. J'en ai utilisé un qui n'avait pas de pistes complètes car je n'ai pas de coupe-piste, mais utilisez ce qui vous convient. Un shield de prototypage Arduino est cependant un peu trop petit, à moins que vous ne pressiez vraiment vos LED ensemble.
- Fil de composant aléatoire - certains brins de câble réseau et certains fils de prototypage d'un kit fonctionneront correctement.
- Pinces crocodiles ou des mains secourables sont utiles pour maintenir les mèches en place.
- Fer à souder et soudure.
- Quelques chutes de bois.
- Une perceuse, avec la même taille de foret que vos LED.
Remarque : les dessins 3D de ce didacticiel ont été réalisés en quelques minutes à l'aide de TinkerCAD . J'ai suivi une version existante détaillée sur Instructables par utilisateurforte1994, que vous voudrez peut-être également lire avant d'essayer.
Assurez-vous de lire toutes ces instructions premier avant d'essayer par vous-même.
Le principe de cette conception
Avant de commencer la construction, il est important d'avoir un aperçu complet de la façon dont cette chose va fonctionner afin que vous puissiez improviser et identifier les erreurs au fur et à mesure. Certains cubes LED utilisent une seule broche de sortie pour chaque LED - cependant dans un cube 4x4x4, il faudrait 64 broches - que nous n'avons certainement pas sur un Arduino Uno. Une solution serait d'utiliser des registres à décalage, mais c'est inutilement compliqué.
Afin de contrôler toutes ces LED sur seulement 20 broches, nous utiliserons une technique appelée multiplexage. En décomposant le cube en 4 couches distinctes, nous n'avons besoin que de broches de contrôle pour 16 LED - donc pour allumer une LED spécifique, nous devons activer à la fois la couche et la broche de contrôle, ce qui nous donne une exigence totale de 16 + 4 broches. Chaque couche a une cathode commune - la partie négative du circuit - de sorte que toutes les pattes négatives sont réunies et connectées à une seule broche pour cette couche.
Sur l'anode (positif) côté, chaque LED sera connectée à la LED correspondante dans la couche au-dessus et en dessous. Essentiellement, nous avons 16 colonnes de jambes positives et 4 couches de négatives. Voici quelques vues 3D des connexions pour vous aider à comprendre :
Construction
Comme nous n'utiliserons pas une structure entièrement métallique à souder, nous voulons que toutes les pattes des LED se chevauchent d'environ un quart et donnent de la rigidité à la structure. Pliez la cathode de vos LED - le côté avec l'encoche plate dans la tête et la jambe la plus courte - comme indiqué sur le schéma. (Peu importe si vous le pliez à gauche ou à droite, tant que vous êtes cohérent et qu'il ne touche jamais l'anode)
La première partie critique de ce projet consiste à fabriquer un gabarit en bois. Cela tiendra une couche de LED pendant que vous souderez les pattes ensemble, il doit donc être précis et pas trop lâche. À l'aide du foret de la même taille que vos LED, mesurez puis percez une matrice 4x4 de équidistant des trous. Gardez à l'esprit que vous voulez qu'environ un quart de la jambe chevauche son voisin et utilisez une règle réelle. Vérifiez chaque trou pour vous assurer qu'une LED peut être bien ajustée, mais pas si serrée que vous ne pourrez plus la sortir, ou vous aurez des problèmes en essayant de retirer une couche entièrement soudée.
Soudez les cathodes de 4 rangées de LED. Faites attention à ne pas griller les LED - vous voulez un bon fer chaud, et être à l'intérieur et à l'extérieur. Voici mes quatre premières rangées terminées.
Maintenant, pour renforcer la rigidité de la couche, coupez et soudez deux bouts droits de fil artisanal à chaque extrémité, en vous assurant qu'ils se connectent avec chaque rangée. Ceci est votre première couche complète. Laissez tous les excès de jambes dépasser sur le côté pour le moment.
Ce serait maintenant le bon moment pour tester - il suffit de charger l'application de clignotement Arduino par défaut et, avec une résistance connectée, de mettre la terre au cadre de la couche et d'appuyer sur le fil positif de chaque LED à tour de rôle.
Espérons qu'ils s'allumeront tous. Sinon, assurez-vous de ne pas avoir manqué un joint de soudure quelque part et, si nécessaire, remplacez la LED.
Retirez cette couche du gabarit et répétez le processus 3 fois de plus .
Ne vous inquiétez pas si votre soudure n'est pas parfaite - tant qu'elle ne va pas se casser et que la connexion est solide, cela n'affectera pas le produit final. J'avoue, ma soudure était assez désespérée, mon gabarit était éteint, et tout ressemblait à la tour penchée de Pise. Pourtant, je suis fier du cube fini, et lorsque les LED sont allumées, vous ne regarderez pas les joints de soudure de toute façon !
Joindre des calques
Une fois que vous avez terminé 4 couches, vous voudrez joindre toutes les jambes verticales ensemble. J'ai trouvé que c'était la partie la plus difficile de la construction, et pour faciliter le processus, j'ai coupé une colonne montante dans la carte.
Cela maintenait les couches à la hauteur appropriée, mais beaucoup de jambes ne s'alignaient toujours pas parfaitement - pour cela, j'ai utilisé des pinces crocodiles pour les maintenir en place.
1ère erreur stupide à éviter
Ce n'est qu'après avoir terminé une couche complète que j'ai réalisé que ma carte de montage était coincée en place, j'ai donc dû la découper ! Ne faites pas la même erreur que moi - allongez la colonne montante sur le côté et joignez les morceaux de carte à l'extérieur du cube. Ainsi, lorsque vous avez terminé la couche, vous pouvez déconstruire la colonne montante et retirer la carte.
2ème erreur stupide à éviter
Ne soudez pas la jambe verticale au cadre cathodique, évidemment. Les pieds verticaux ne doivent se connecter qu'à d'autres pieds verticaux, et rien d'autre.
Encore une fois, testez après que chaque couche a été attachée. Testez toutes les couches, en fait, en ne touchant que le fil positif à l'extrémité de la couche supérieure, garantissant ainsi un bon contact à travers toutes les couches.
Lorsque les 4 couches ont été soudées ensemble, j'ai commencé à nettoyer un peu - j'ai laissé une seule jambe étendue hors de chaque couche dans une sorte de tremplin - cela serait déposé plus tard sur la planche. D'autres morceaux étrangers de cadre et de pieds métalliques ont été coupés. Évidemment, ne coupez aucune des pattes verticales - nous devons les mettre dans notre carte de prototypage.
Fixation à la planche
Vous vous souvenez quand j'ai dit que fixer chaque couche sur elle-même était la partie la plus difficile ? J'ai menti. Essayer d'insérer 16 pieds LED dans de minuscules trous sur une carte de prototypage est en fait plus difficile. Le moyen le plus simple que j'ai trouvé était de passer à travers 4 à la fois, de les fixer en dessous avec des pinces crocodiles, puis de passer à la rangée suivante de 4. Utilisez un marqueur pour marquer l'espacement à l'avance si cela vous aide.
Rétrospectivement, j'aurais d'abord placé les résistances dans le protoboard, en fait. En l'état, j'ai d'abord soudé toutes les pattes du cube dans la carte, puis j'ai essayé de presser délicatement des résistances entre chacune. Apprenez de mon erreur et placez vos résistances en premier.
J'ai essayé de les espacer également de manière progressive afin de pouvoir utiliser un côté entier du cube pour toutes les connexions finales à l'Arduino. Voici le schéma de circuit avec lequel je suis allé:
Pour les quatre couches négatives, j'ai laissé tomber un seul fil de chaque couche, puis je les ai simplement retirés sur le côté, comme ceci :
Enfin, j'ai ajouté des fils de connexion que je pouvais ensuite placer dans les broches Arduino correspondantes. Utilisez le type le plus long que vous avez. Notez que j'ai foiré la commande à certains endroits en raison d'une mauvaise planification. Cependant, chaque rangée de LED était codée par couleur.
C'est ça. Fini!
Programmation de votre cube
Je sais que vous avez hâte de démarrer ce truc, alors branchez les 4 couches négatives sur E/S analogiques ports A2 (couche inférieure) par A5 (couche supérieure) (ceux-ci peuvent également servir d'E/S numériques) . Branchez ensuite les 16 broches de contrôle LED, en commençant par +1 à l'extrême droite à E/S numérique port 0 , avec +15 et +16 passer à l'analogique A0 et A1 . (Ne pas utiliser AREF et GND)
Téléchargez le modèles et code de démonstration de l'utilisateur instructable forte1994 . Il a également fourni un outil en ligne utile pour concevoir les modèles d'octets pour personnaliser votre propre séquence. Voici une vidéo de ce code en action sur mon cube (J'ai ajusté la vitesse à 5, au lieu de 20 par défaut) .
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Ce n'est pas la seule façon de programmer votre cube, bien sûr, alors laissez-moi passer quelques minutes à vous enseigner les bases de la création de vos propres motifs. par programmation , plutôt que de lire des motifs prédéfinis comme le fait la démo ci-dessus.
Vous devez savoir certaines choses lorsque vous essayez de programmer votre cube :
- Pour adresser une seule LED, vous utilisez un avion (couche) numéro 0-3, et un numéro de broche LED 0-15. Tournez l'avion sur la sortie LOW (puisqu'il s'agit de la branche négative) et le numéro de broche LED HIGH (la branche positive) pour activer la LED.
- Avant d'activer une seule LED, assurez-vous que tous les autres plans sont éteints, c'est-à-dire réglez-les sur une sortie ÉLEVÉE. Si vous ne le faites pas, une colonne de LED s'allumera plutôt qu'une seule LED.
Dans cet esprit, j'ai créé deux séquences de programmation très simples à examiner - téléchargez le code à partir d'ici . Le premier allume simplement chaque LED une par une, en séquence. Nous utilisons deux boucles for pour cela, en itérant sur chaque couche et chaque broche de contrôle.
La seconde est une boucle aléatoire (vous devrez commenter la première et l'activer dans la boucle principale pour la tester). Il sélectionne simplement une couche aléatoire et une broche de contrôle aléatoire, en les faisant clignoter.
Sommaire
Ne vous laissez pas intimider par cette construction - je manque sérieusement de compétences en soudure, et j'ai bien réussi (Je pense?) . Le temps de construction total était d'environ une heure par jour pendant une semaine. La prochaine fois, j'essaierai de vous enseigner une programmation plus ambitieuse pour le cube, alors j'espère que vous vous joindrez à moi pour créer votre propre cube cette semaine et charger un nouveau code la semaine prochaine - et si vous créez le vôtre des applications ou des séquences géniales, veuillez les télécharger sur Pastebin et faites-le nous savoir dans les commentaires !
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- Arduino
James a un BSc en Intelligence Artificielle et est certifié CompTIA A+ et Network+. Lorsqu'il n'est pas occupé en tant qu'éditeur de critiques de matériel, il aime les jeux LEGO, la réalité virtuelle et les jeux de société. Avant de rejoindre MakeUseOf, il était technicien en éclairage, professeur d'anglais et ingénieur en centre de données.
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