Cube LED 3x3x3 avec Arduino Lib : 4 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

Il existe d'autres Instructables sur la construction de cubes LED, celui-ci est différent pour plusieurs raisons: 1. Il est construit avec un faible nombre de composants standard et se connecte directement à l'Arduino. 2. Un schéma de circuit clair et facile à reproduire est fourni avec de nombreuses photos. 3. Une approche unique est utilisée pour le logiciel qui rend la programmation du cube plus facile et plus expressive. Pièces nécessaires: - 1 Perfboard - 3 Transistors NPN (2N2222, 2N3904, BC547, etc.) - 12 Résistances (~220 ohms et ~10k ohms) - 13 Headers (mâle ou femelle) - 27 LED - Fil

Étape 1: Préparez les LED

Cette étape suit en grande partie le Cube LED 4x4x4 mais nous allons plutôt construire un cube 3x3x3. Un cube de cette taille est à peu près aussi gros que possible sans introduire de circuits et de complexité supplémentaires. Nous aurons besoin d'un total de 27 LED qui seront regroupées en trois ensembles de neuf. Chaque ensemble de neuf LED partagera une connexion commune entre leurs cathodes (fils négatifs). J'appellerai chacun de ces ensembles un "niveau". Chacune des neuf LED d'un niveau est connectée à la LED correspondante des deux autres niveaux par l'intermédiaire de leurs anodes (fils positifs). Celles-ci seront appelées "colonnes". Si cela n'avait pas de sens, cela deviendra auto-explicatif au fur et à mesure que nous construisons le cube. Pour commencer, nous allons utiliser une perceuse pour créer un gabarit à partir d'un petit morceau de bois de rebut. Le gabarit maintiendra les LED en place pendant que nous les souderons. J'ai décidé d'espacer les trous d'environ 5/8 de pouce (~ 15 mm) mais la distance exacte n'est pas critique. Le trou doit être bien ajusté autour de la LED car nous ne voulons pas qu'elles se déplacent pendant la soudure. Une fois le gabarit terminé, nous allons plier la cathode de chaque LED dans un angle de 90 degrés. La cathode est identifiable de trois manières: 1) C'est la jambe la plus courte, 2) Elle se trouve sur le côté plat d'une LED ronde, 3) Elle est connectée à la plus grande pièce à l'intérieur de la LED. Assurez-vous de plier la cathode dans la même direction pour toutes les LED. Nous sommes maintenant prêts à commencer à souder.

Étape 2: souder les LED

Placez d'abord neuf des LED dans votre gabarit nouvellement construit. Positionnez-les de sorte que les pieds pointent dans le même sens antihoraire. Les photos montrent la cathode pointant dans le sens des aiguilles d'une montre avec l'anode tournée vers l'extérieur, mais je retournerais les LED si je le faisais à nouveau afin d'empêcher la jambe d'obstruer la vue de la LED. Soudez les côtés ensemble, une paire de chaque côté. Utilisez de petits clips pour maintenir les pattes serrées ensemble tout en appliquant la soudure. Une fois que chacun des quatre côtés est soudé, déplacez les clips pour maintenir les coins ensemble et appliquez de la soudure sur chacun. Enfin, soudez la cathode de la LED du milieu sur l'un des côtés et coupez l'excédent. Répétez trois fois. Vous devriez maintenant avoir trois ensembles de neuf LED. Placez deux des ensembles l'un sur l'autre. Gardez la distance égale à l'espacement déjà établi entre les LED. Une fois que vous êtes à l'aise avec l'espacement, vous pouvez serrer chaque jeu de pattes à l'aide de deux clips, un dans chaque direction, pour maintenir les pattes fermement en place pendant le soudage. Vous devrez peut-être vous pencher autour d'une LED pour obtenir une bonne connexion. Soudez chacune des neuf paires, une à la fois. Faites cela une fois de plus et vous avez terminé avec le cube. Placez le cube sur un côté du panneau perforé. Assurez-vous que les neuf pieds sont répartis uniformément pendant que vous guidez chacun à travers un trou. Ma planche a cinq trous entre chaque paire de pattes. Vous voulez laisser autant de place que possible à l'autre extrémité du panneau perforé pour s'adapter aux différents composants. Ajoutez quelques clips pour maintenir les jambes en place une fois que vous êtes satisfait du positionnement. Laissez suffisamment de pattes enfoncées par le bas, car cela facilitera la soudure des résistances plus tard. Retournez la planche et soudez chacune des pattes pour les maintenir en place. Retournez le cube une fois toutes les pattes soudées. Enfin, nous devons souder un fil de chacun des niveaux jusqu'au bas de la carte. Dénudez un morceau de fil solide et pliez un petit crochet à une extrémité. Accrochez le crochet sur l'une des pattes des LED centrales et guidez-le à travers un trou sur le panneau perforé. Soudez l'extrémité du crochet pour maintenir le fil en place. Répétez à nouveau pour les deux autres niveaux. L'étape suivante consiste à construire le reste du circuit.

Étape 3: Construisez le circuit

Le circuit est assez simple. Chacune des neuf colonnes se connectera à une broche de l'Arduino via une résistance de limitation de courant. Chacun des trois niveaux se connecte à la terre via un transistor NPN lorsqu'il est activé par une broche Arduino. Nous utiliserons 12 broches de sortie au total sur l'Arduino, mais il y a 18 LED à alimenter. L'astuce est qu'un seul niveau peut être allumé à la fois. Lorsqu'un niveau est connecté à la terre, chacune des LED de ce niveau peut être alimentée individuellement via l'une des neuf autres broches Arduino. Si nous allumons les niveaux assez rapidement, il semblera que les trois niveaux soient allumés en même temps. Construisons le circuit. La première étape consiste à préparer les neuf résistances de limitation de courant. J'utilise 220 ohms par broche qui tirera environ 22 mA. La valeur peut varier en fonction des LED utilisées mais reste entre 135 et 470 ohms environ. Chaque broche est capable de fournir jusqu'à 40 mA. Afin de gagner de la place, nous souhaitons souder les résistances en position verticale. Pliez un fil vers le bas de sorte que les deux fils soient parallèles l'un à l'autre. Faites cela pour les neuf résistances. Une fois les résistances prêtes, nous les souderons une par une. Pour faciliter les choses, nous allons souder les fils de la résistance directement aux autres composants au lieu d'utiliser un fil séparé pour chacun. Une extrémité de la résistance se connectera à une colonne et l'autre se connectera à un en-tête. Commencez par la première rangée de LED la plus proche des résistances et revenez en arrière. Une fois chaque rangée terminée, vous pouvez utiliser un petit morceau de ruban adhésif pour isoler les fils qui se chevauchent afin d'éviter un court-circuit. Reportez-vous aux photos et au schéma pour voir à quoi cela ressemblera une fois terminé. Maintenant que les colonnes sont à l'écart, l'étape suivante consiste à souder les composants qui contrôlent les niveaux. La base d'un transistor NPN sera activée par une broche Arduino via une résistance de limitation de courant de 10k (ou environ). Cela connectera le niveau correspondant à la terre qui permettra au courant de circuler à travers les LED. Référez-vous aux photos et au schéma. Une fois terminé, les LED doivent se connecter aux broches 2-10 de l'Arduino et les niveaux doivent se connecter aux broches 11-13, de bas en haut. Les broches sont également configurables dans le logiciel si vous avez besoin d'une configuration différente. Le circuit est maintenant bouclé, il est temps de passer au logiciel !

Étape 4: Utilisation du logiciel

J'ai trouvé quelques exemples de code flottant sur le net pour contrôler un cube LED. Ils nécessitaient tous de grands tableaux de données binaires ou hexadécimales pour contrôler les LED. J'ai pensé qu'il devait y avoir un moyen plus simple alors j'ai commencé à écrire mon propre logiciel. Ma première décision a été de faire en sorte que le logiciel reflète le matériel. Cela signifiait adresser chaque LED par colonne et niveau au lieu d'utiliser des données de port brutes ou les traditionnelles x, y, z. La deuxième décision a été de commencer par les fonctions de base, comme allumer ou éteindre une seule lumière, et de construire à partir de là. Enfin, j'ai décidé d'introduire deux fonctionnalités qui sont utiles pour des effets plus intéressants. L'un est un tampon qui permet aux fonctions de base de créer des modèles plus complexes. L'autre est une fonction de séquence qui allume un ensemble de LED une par une, ou toutes à la fois. La bibliothèque a commencé comme un code procédural et des fonctions lâches. À partir de là, il était très facile de suivre le tutoriel pour créer une bibliothèque Arduino réutilisable. Assurez-vous de télécharger la bibliothèque et de la décompresser dans un carnet de croquis/bibliothèques. Si configuré correctement, vous devriez trouver un exemple dans le logiciel Arduino sous Fichier > Exemples > LedCube > ledcube. Le code est également disponible sur Github à l'adresse gzip/arduino-ledcube. Merci d'avoir lu!