Cube LED 3x3 basé sur Arduino : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Bonjour et bienvenue dans mon premier Instructable.

Je présente un design simple et soigné pour un cube LED 3x3x3 débutant. Pour faciliter la construction, je fournis les détails d'un PCB personnalisé, vous pouvez fabriquer vous-même ou acheter, des instructions et vous pouvez, comme moi, réutiliser le logiciel de cette grande bibliothèque Arduino LED cube et arduino lib.

L'un des objectifs de la conception était de n'utiliser que des pièces à trous traversants, elles sont plus faciles à souder pour les débutants et tout est facilement disponible via Internet sur vos sites d'enchères/achats préférés.

La conception peut être alimentée à partir d'un câble USB ou d'un adaptateur secteur 7,5-12 V CC.

Le circuit utilise une conception de noyau Arduino réduite et vous pouvez le programmer en circuit à l'aide d'un programmeur programmable par système en circuit (ICSP) bon marché ou d'un adaptateur USB vers TTL facilement disponible. Le seul logiciel dont vous avez besoin est le vénérable Arduino IDE.

Cette conception n'est pas révolutionnaire, elle s'appuie simplement sur des travaux antérieurs et je l'ai soigneusement emballée. J'espère que ça vous plait.

Étape 1: Pièces requises

Cette conception utilise des pièces de trou traversant largement disponibles. Votre distributeur local préféré devrait stocker les pièces dont vous avez besoin.

Vous avez besoin d'un Atmega 168p ou Atmega 328p avec le bootloader Arduino flashé dessus. Vous pouvez les trouver sur Ebay, recherchez "arduino bootloader", assurez-vous d'acheter la variante Dual In Line (DIL). Vous avez également besoin d'une prise USB de type B, la plus ordinaire, la plus ancienne et la plus grosse. J'ai choisi celui-ci car il est facile à souder. Les transistors T1-T3 sont des transistors NPN à usage général, ainsi que les types répertoriés, vous pouvez utiliser BC108, 2N2222, 2N3904, etc., vérifiez toujours le brochage du transistor par rapport au PCB.

Pour les LED les plus importantes, assurez-vous d'acheter des LED haute luminosité ou ultra lumineuses. J'ai utilisé des LED 10000-12000mcd d'un vendeur sur Ebay pour l'exemple de cube montré ici. Vous en voulez des brillants pour que vous puissiez toujours voir le cube dans un éclairage normal de la pièce. Si la description de l'article détaille l'angle de vue, généralement ses 20 degrés, mais vous pouvez en trouver un avec un angle de vue plus large, pensez-y. Ces LED ultra-lumineuses ne sont pas les plus claires lorsqu'elles sont vues de côté. Vous devrez peut-être essayer quelques LED de différents fournisseurs avant de trouver celles qui répondent à vos besoins.

Liste complète des pièces:

Pièce Valeur DescriptionPCB Le joli PCB vert, à fabriquer ou à acheter.27 LED 3mm, couleur au choix. C1 100n 100nF, 25V, condensateur céramique au pas de 7,5mm C2 22p 22pF, 25V, condensateur céramique au pas de 4,4mm

Condensateur céramique C3 22p 22pF, 25V, pas de 4,4 mm Condensateur céramique C4 100n 100nF, 25V, pas de 7,5 mm C5 100n Condensateur céramique 100nF, 25V, pas de 7,5 mm C6 10u 10uF 16V, boîtier de 5,5 mm Condensateur électrolytique, 16V C7 22u 10uF 16V, Boîtier 5,5 mm Condensateur électrolytique, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 ou ATMEGA328 avec bootloader Arduino IC2 L7805T L7805CV 5V, régulateur linéaire 100mA, boîtier TO92 ICSP ICSP Barrette à broches, pas de 0,1", 2x3 voies. J1 DCJ0202 Prise d'alimentation CC, diamètre intérieur 2,1 mm. Barrette d'en-tête JP1, pas de 0,1", 1x3 voies. Q2 16MHz 16MHz, boîtier cristal HC49, 50 ppm, profil bas R1 10k 10K 1/4W résistance à film métallique 1% R2 1k 1K 1/4W résistance à film métallique 1% R3 1k 1K 1/4W résistance à film métallique 1% R4 1k 1K 1/ Résistance à couche métallique 4W 1% R5 470 470 Résistance à couche métallique 1/4W 1% R6 1k Résistance à couche métallique 1K 1/4W 1% R8 100 100R Résistance à couche métallique 1/4W 1% R9 100 100R Résistance à couche métallique 1/4W 1% R10 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R11 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R12 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R13 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R14 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R15 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R16 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R17 470 470R 1/4W résistance à couche métallique 1% R18 1k 1K 1/4W résistance à couche métallique 1% R19 LDR En option LDR S1 S1 Interrupteur PTH à 4 broches, 6x6 mm pour montage sur PCB. Transistor NPN basse puissance T1 BC547 BC547/BC548, transistor NPN TO92 T2 BC547 BC547/BC548 basse puissance, transistor NPN TO92 T3 BC547 BC547/BC548 basse puissance, prise USB type B TO92 X4, montage sur PCB à travers le trou.4 x 3-5mm de haut coller sur des pieds en caoutchouc.

Étape 2: Schéma de circuit et explication du fonctionnement

Le schéma est présenté ci-dessus.

La conception est basée sur le schéma Arduino Duemilanove, réduit à l'essentiel. Le périphérique USB vers série a été supprimé, mais il existe un en-tête série, JP1, qui permet à un adaptateur USB vers TTL de programmer le périphérique, plus sur la programmation plus tard. Il y a aussi l'en-tête ICSP.

La carte peut fonctionner à partir de la prise USB, en utilisant l'alimentation 5 V pratique du PC, ou un chargeur de téléphone portable bon marché en livres/dollars. L'autre option utilise l'entrée de prise CC, elle accepte une entrée 7-15 V CC afin que vous puissiez utiliser n'importe quel adaptateur de prise dont vous disposez. Le circuit n'utilise que 30 mA, donc l'adaptateur mis au rebut d'un gadget mort devrait fonctionner, vérifiez votre boîte à courrier indésirable.

Les résistances R12 à R17 règlent le courant, qui règle la luminosité des LED. Avec les LED ROUGES et les résistances 470R illustrées, le courant est d'environ 5 mA par LED. Pour calculer le courant LED, vous avez besoin de la tension de sortie de l'appareil Atmega (4,2 V) et de la chute de tension directe de la LED, pour une LED rouge, elle est de 1,7 V. La formule est:

Courant LED = (Tension de sortie Atmega - Tension LED)/I Led

Avec les pièces que j'ai utilisées: courant LED = (4,2-1,7)/courant 470 LED = 5,31 mA

Limiter le courant de l'Atmega 168/328 à 10mA

Quelques chutes de tension LED courantes:

Rouge 1.7VJaune 2.1VOrange 2.1VVert 2.2VBleu 3.2VSuper bleu 3.6VBlanc froid 3.6V

Vous pouvez donc utiliser une LED bleue haute luminosité, la résistance tomberait à 270R. Vous pouvez augmenter le courant à 10mA, lors de mes tests, j'ai trouvé que 5mA était suffisant.

Les transistors T1-T3 sont des transistors NPN BJT communs, BC547/BC548/2N2222 etc. Ils contrôlent la commutation de chacune des trois couches. Les résistances R2-R4 limitent le courant de base de la résistance.

R6 et la LED PWR sont en option, copiés de l'Arduino, il est assez évident que le cube LED soit sous tension.

C2, C3 et Q2 forment le circuit d'horloge de l'appareil Atmega 168/328p, préprogrammé avec le bootloader. Assurez-vous d'installer les condensateurs 22pF ici et pas ailleurs pour que la puce ne démarre pas. C1, C4 et C5 sont des découplages d'alimentation. IC2, C6 et C7 forment un circuit régulateur linéaire simple. Pas grand chose à dire à ce sujet, mais assurez-vous d'installer les condensateurs dans le bon sens. Il y a des symboles + sur le dessin PCB et la sérigraphie.

SK1 et R8 et R9 sont l'interface série. À l'aide d'un adaptateur USB vers TTL, vous pouvez programmer l'appareil, en utilisant l'exemple ici

Étape 3: Obtention des fichiers de conception et fabrication du PCB

Les données de conception de PCB peuvent être téléchargées depuis Github à l'adresse

Il existe des fichiers Gerber traités pour l'envoi à un fabricant de PCB, des schémas et des superpositions de PCB au format-p.webp

Le PCB pourrait être fabriqué à la maison, je l'aurais fait mais je suis à court d'Etchant. La conception peut être fabriquée à l'aide d'un circuit imprimé simple face et la couche supérieure (ROUGE dans les images) peut être mise en œuvre à l'aide de liaisons en fil de cuivre étamé. J'ai utilisé https://pcbshopper.com/ pour trouver un fournisseur approprié, pour les prototypes j'ai utilisé Elecrow.

La conception du PCB sur Github comporte 3 modifications par rapport à la conception du prototype illustrée ici:

1. Le régulateur 7805CV a été remplacé par un plus petit régulateur 78L05.
2. Le PCB a rétréci de 5 mm.
3. J'ai retiré le polyfuse de l'alimentation USB +5V.

Étape 4: Assemblage du PCB

Le PCB est assez simple à assembler. J'ai ajouté une photo du PCB assemblé et de la disposition ci-dessus pour référence. Je commence toujours par monter les plus petites pièces en premier et par le haut, ce qui est particulièrement important si vous n'avez pas de support PCB.

1. Commencez par monter les résistances en premier, ne les soudez pas encore. Assurez-vous d'insérer le bon composant au bon endroit. Pour faciliter le contrôle, ajustez-les avec la bande de tolérance à droite/en bas, cela facilite le contrôle par la suite. Regardez ici si vous avez besoin d'aide pour identifier les codes de couleur des résistances. Une fois que vous avez vérifié que les bonnes pièces sont au bon endroit, soudez les pièces.
2. Soudez le cristal Q2 en place et les condensateurs C2 et C3.
3. Soudez la prise 28 broches pour l'Atmega168/328 en place, assurez-vous d'avoir l'encoche de la broche 1 vers le haut, cela permet d'éviter de mettre l'appareil à l'envers.
4. Monter les connecteurs ICSP et JP1.
5. Montez les condensateurs C1, C4 et C5, tous 100nF (code pièce 104).
6. Le régulateur linéaire IC2.
7. Monter les transistors T1, T2 et T3. Assurez-vous de ne pas avoir échangé les T1/T2/T23 et IC1 car ils sont tous dans le même emballage.
8. Ajustez S1, l'orientation n'a pas d'importance.
9. Montez C6 et C7, assurez-vous d'obtenir la polarité correcte!
10. Montez le connecteur USB X4.
11. Installez la prise d'alimentation CC J1.

Le dernier bit à assembler est l'en-tête de broche tourné SIL. J'utilise une paire de pinces coupantes pour retirer soigneusement le plastique de chaque broche de la bande, je répète jusqu'à ce que j'aie 12 douilles à broches tournées, puis à l'aide d'une paire de pinces et de 3 mains, soudez chacune à tour de rôle au PCB. Comme la plupart des gens n'ont pas 3 mains, étamez chaque trou avec de la soudure, pour couvrir le tampon, laissez-le refroidir. Ensuite, appliquez le fer à souder pour faire fondre la soudure et insérez la broche, retirez le fer à souder pour un joint. Vous aurez peut-être besoin de soudure fraîche si vous avez un joint sec.

Avant de vérifier votre soudure, faites une courte pause, peut-être pour boire un verre ? Inspectez votre soudure, vérifiez le connecteur USB car les broches sont très rapprochées et les broches de l'appareil Atmega168/328.

Une fois que vous êtes satisfait de votre soudure, fixez les pieds auto-adhésifs sous le PCB.

Étape 5: Assemblage du cube LED

C'est la partie la plus délicate du montage. Prenez votre temps, n'ayez pas peur.

J'ai ajouté des notes aux images ci-dessus car une image vaut mille mots.

Quelques points importants.

1. Assurez-vous que le fil positif (jambe plus longue) pointe vers le bas lorsque la conception passe de +V aux 9 LED sur chaque couche.
2. Assurez-vous que le fil négatif est plié à 90 degrés par rapport à la LED, pour former les barres horizontales.
3. Construisez chaque couche individuellement et vérifiez double/triple la construction.
4. Assurez-vous que le fil de cuivre étamé, lorsqu'il est utilisé, est à mi-chemin entre chaque rangée de LED, cela facilite le pointage sur le fil de commutation de couche.

Étape 6: Test et assemblage final du cube

Avant de brancher l'ensemble cube LED ou l'appareil Atmega168/328, vous pouvez effectuer quelques vérifications simples.

Si vous avez un multimètre numérique (vous devriez en avoir un si vous construisez un projet comme celui-ci), mesurez la résistance entre les broches 7 (positive) et 8 (négative) de la prise 28 broches, vous devriez avoir > 1K. S'il est inférieur à cela, vérifiez votre soudure.

Ensuite, appliquez une entrée 7-15V à J1, en revenant aux broches 7 et 8 de la prise 28 broches, mesurez la tension, vous devriez voir 5V mais cela peut être n'importe où entre 4,90V et 5,1V, c'est bien. Si vous avez installé R6 et la LED PWR, celle-ci doit être allumée.

Débranchez J1, branchez un câble USB dans X4, branchez le câble dans un concentrateur ou un adaptateur secteur vers USB 5V, répétez la lecture de la tension sur les broches 7 et 8 de la prise 28 broches, la lecture est-elle autour de 5V ?

Les vérifications ci-dessus visaient à s'assurer que les tensions d'alimentation étaient correctes et de la bonne polarité.

Ensuite, insérez soigneusement le périphérique Atmega168p/328p. Plier un peu les broches, si nécessaire, pour s'adapter à la prise. En utilisant J1 et votre alimentation 7-15V, allumez l'alimentation, voyez si IC2 devient chaud peu de temps après la mise sous tension. Si c'est le cas, coupez l'alimentation et vérifiez l'orientation de IC1.

Insérez ensuite soigneusement la première rangée de la matrice de LED. Assurez-vous que l'une des barres de support en fil de cuivre étamé est proche de PADL1, PADL2 et PADL3, vous en aurez besoin plus tard lorsque vous souderez le fil pour chaque couche. Il est préférable de commencer avec une goupille d'angle et à l'aide d'une paire de pinces à bec effilé, pliez légèrement chaque goupille, rangée par rangée, pour ajuster la prise sur le PCB. J'ai ajouté une photo de la première couche assemblée ci-dessus. À l'aide d'un morceau de fil monobrin 1/0,6, coupez-le à une longueur appropriée pour aller de PADL1/PADL2 ou PADL3 à chaque couche du cube. J'ai trouvé plus facile d'insérer la première rangée de LED dans le PCB et de souder le fil de contrôle de la première couche (affiché en blanc), puis de revenir à l'étape précédente, de faire une autre rangée, puis d'assembler chaque couche sur le PCB car cela fournissait une stabilité base.

Commencez par souder la couche suivante en soudant l'une des LED d'angle, puis soudez le coin opposé. Vérifiez maintenant que la couche est de niveau avant de continuer à souder. Une fois que vous avez ajusté la couche, soudez les deux autres LED d'angle, le tableau doit être de niveau mais revérifiez-le. Soudez les LED restantes. Répétez l'assemblage des couches pour la dernière couche.

Étape 7: Programmation

Selon votre appareil Atmega, vous devrez peut-être programmer le chargeur de démarrage ou simplement télécharger le code. Si vous avez une puce avec le bootloader déjà programmé, vous pouvez utiliser un adaptateur USB vers TTL. Suivez ce guide:

www.instructables.com/id/Program-Arduino-Mini-05-with-FTDI-Basic/

Vous pouvez également utiliser le connecteur In Circuit System Programmable (ICSP) à 2x3 broches, vous pouvez utiliser un autre Arduino pour ce faire:

www.instructables.com/id/How-to-use-Arduino-Mega-2560-as-Arduino-isp/

J'utilise un programmeur Usbasp qui fonctionne avec l'IDE Arduino, configurez-le via le menu Tools->Programmer. Vous pouvez acheter des programmeurs Arduino/Atmel AVR à moindre coût via Ebay ou d'autres sites d'enchères.

Téléchargez la bibliothèque de cubes LED à partir de https://github.com/gzip/arduino-ledcube, suivez les instructions sur le Github et recherchez dans votre répertoire d'exemples 'arduino-led-cube->ledcube'.

Si vous utilisez le programmeur ICSP, maintenez la touche Maj enfoncée avant de cliquer sur télécharger pour indiquer à l'IDE Arduino d'utiliser le programmeur. Si vous utilisez l'adaptateur USB vers TTL, appuyez et relâchez la réinitialisation une fois la compilation de l'IDE terminée.

Une fois l'exemple de code programmé, vous devriez avoir un cube LED avec de jolis motifs.

Il s'agit de mon premier instructable, les commentaires et les réactions sont les bienvenus.