Cветодиодный куб (LED Cube). Светодиодный куб Светодиодный куб руками схема на ардуино

Доброго времени суток, друзья и гости сайта "Радиосхемы"! Закончил свой второй светодиодный куб. Схему и печатку нашел в просторах интернета, уже не помню где точно. После , хотелось чего-то побольше, посолиднее что-ли. Как раз и подвернулась эта схемка. На реализацию с закупкой деталей ушло около месяца. Первый запуск производился, как всегда, в навесном виде, собранным кое-как. Часть не работала, о корпусе и речи не было, на один этаж светодиодов вообще не хватило и пока так оставил на тот момент, просто хотелось посмотреть на него перед новым годом, а это было 30 декабря 00:01 на часах. Не горели два ряда по 8 этажей светодиодов и 4 светодиода горели постоянно. Недавно отремонтировал, проблема оказалась в том, что был обрыв дорожек на одной микросхеме (видимо когда травил, там тонер был поцарапан или волосок какой попал под него), а проблема с горящими постоянно светодиодами была исправлена путем проверки ключей управления с их обвязкой (не хотел покупать в DIPe транзисторы, купил в корпусе sot-23, при компактной разводке необходимо было использовать перемычку, smd резистор 0 сопротивления, 0805 типоразмера моего любимного, ну и закоротил этой перемычкой на дорожку между двумя транзисторами). При пайке самого куба был обнаружен недочет - ножки светодиодов коротковаты, а хотелось большой куб, ну и пришлось надставлять каждую ножку наращивать - сколько же терпения потребовалось... Led cube имеет всего 512 светодиодов по 2 ножки = 1024. Был коробок обрезков от резисторов и конденсаторов, его весь израсходовал. Потом проволока луженая пошла, ее несколько метров ушло, теперь ни одной ножки нет отрезанной. Но это были еще мелочи. Потом нужно было соединять этажи между собой, вот тут ушло около 2 дней только на это. При этом выявляются все кривые моменты, которые были незначительны при сборке этажей. Ну ничего, выровняли. Два дня были затрачены на изготовления корпуса из пластика от холодильника, ну там все крепления для платы, крепеж крышки, индикация, панель управления... Проводки на плате были аккуратно примазаны селиконовым герметиком, на случай "а мало ли чё". Для пайки этажей в ДСП сверлил небольшие отверстия, чтобы ставить светодиоды, а потом паять. Так удобнее, но потом понял, что надо было отдельно линиями паять, а не этажами - так куда проще.

Схема LED CUBE

Общий вид:

Покрасил короб куба в матовый цвет.

Лицевая и тыльная панель:

Внутренности с бородой из 72 проводов:

Провода рядов светодиодов приклеенные силиконовым герметиком:

Площадка-крепление для платы с противоположной стороны относительно входа питания и панели индикации с кнопками:

Панелька с кнопками управления кубом и весь вид в сборке:

Выявил еще один недостаток: светодиоды нужно было покупать матовые, а не сверхъяркие, а то по глазам чуть бьет. Фьюзы для ПониПрога далее, вроде шил Khazama"ой, ориентируюсь на Spienб так что даже не запоминаю от чего выкладываются фьюзы.

Прошивка и файл Eeprom"a, печатная плата и всё остальное для куба в архиве . Шил сначала память, потом прошивку, и про фьюзы не забываем. Видео снимал ночью. На одном виде led cube стоит на коробе, а на втором перевернут вверх-ногами.

Видео LED CUBE

В данном кубе также имеется COM-порт для подключения к компьютеру, чтобы через программу можно было самостоятельно послойно создавать фигуры, а потом проиграть их все вместе. Можно и без куба их создавать, потом подключить и увидеть, а можно в режиме реального времени зажигать определенные светодиоды и видеть их. Правда не пробовал еще так, надо провод поискать и компьютер с разъемом таким, или переходник под USB. Позже смотрел многоцветные светодиоды, думал их заказать, но на куб наверное они не самый лучший вариант, они ведь мигают в определенной последовательности, а там не знаю как получилось бы... В общем заказал RGB 100 штук, побалуюсь потом... Автор проекта DGR .

Обсудить статью LED CUBE

Answer

Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry"s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.

Список элементов
1. 64 Светодиода
2. 16 Резисторов
3. 1 Arduino (я использовал Arduino Pro Mini atmega328 5V 16M (заказал на ebay))

Выбор светодиодов
Перед сборкой куба я рекомендую проверить каждый светодиод. Просто подайте на него +5В через резистор. Если куб будет изготовлен с неисправным светодиодом, поменять его бывает затруднительно. У большинства светодиодов положительный вывод (анод) более длинный, чем отрицательный (катод). Также можно посмотреть светодиод на свет, при этом будут видны два кусочка метала. Меньший из них это положительный вывод (анод).

Расчет резистора
Номинал резистора будет зависеть от типа ваших светодиодов. Используя закон Ома U = IR, мы можем рассчитать резистор. Мы должны знать максимальный рабочий ток и падение напряжения на светодиоде. У моих светодиодов падение напряжения 3.4В и максимальный ток 20мА. На выводах Arduino 5В и мы получаем (5-3.4) / 0.020 = 80. У нас получилось значение 80 Ом, я использовал резисторы 100 Ом. Рассчитать сопротивление для светодиода вы можете на он-лайн светодиодном калькуляторе .

Основной принцип куба

Куб 4x4x4 будет содержать 64 светодиода собранных в 16 столбцов и 4 горизонтальных слоя. Аноды(+) всех светодиодов каждого столбца соединены вместе. Слои состоят из соединённых катодов светодиодов. Для управления светодиодами надо подать 5В на необходимый столбец и GND на необходимый горизонтальный слой. Для предотвращения превышения тока можно запускать только один слой и столбец одновременно. Для зажигания нескольких светодиодов или всего куба сразу мы будем использовать динамическую индикацию, т.е. переключать их с частотой больше воспринимаемой человеком. Например, если надо зажечь третий светодиод на четвертом столбце, необходимо подать на столбец HIGH (5В) и на слой LOW (0В).

Изготовление шаблона
Для сборки красивого симметричного куба нам потребуется шаблон. Это кусок доски с просверленными в нем на равном расстоянии отверстиями(я использовал кусок плотного картона ). Расстояние между отверстиями определяется длиной согнутого катода светодиода. Длина согнутого катода моего светодиода оставляет около 25мм, поэтому я взял расстояние между светодиодами примерно 23мм. Размер отверстий необходимо подобрать так, чтобы светодиод сидел в них не слишком туго и не слишком свободно.

Порядок сборки светодиодного куба 4х4х4 (Фотографии взяты с сайта masterkit.ru)

1. В первую очередь необходимо подготовить выводы светодиодов. Смотрите рис. 1.
Шаг 1. Короткий отгибаем на 90 градусов.
Шаг 2. С помощью пинцета формуем короткий так, чтобы на 3 мм. увеличился шаг между выводами.
Шаг 3. Теперь, в сторону отгибаем длинный.

2. Установите в отформованные светодиоды в отверстия платы. Сначала первый ряд. Рис. 2. Соедините пайкой длинные выводы. Рис.3.

3. Длинные выводы от крайних светодиодов каждого ряда выступают за край платы. Аккуратно подгибайте их вдоль платы и соединяйте пайкой между собой. Рис.4

Куб? Это - куб, по всему объему которого расположены светодиоды. И каждый светодиод (можно цветной) - управляется отдельно. С помощью светодиодного куба можно создавать различные световые шоу и анимацию. Светодиодный куб может отображать различную световую анимацию, которая уже запрограммирована в нем. Сложные схемы 3Д светодиодных кубов даже могут отображать различные объемные слова и надписи. Проще говоря светодиодный куб по своей сути является объёмным монитором, только с низким разрешением, который позволяет отображать пространственные структуры и графику. Конечно, это решение не подходит для просмотра видео, но может быть хорошо использовано для оформления шоу и презентаций, для развлечений и выставок, рекламы и дизайна. Думаю, многим хотелось собрать такой LED кубик, но не у всех была возможность приобрести микроконтроллер, и конечно не все умеют программировать. Поэтому вот очень простая схемотехническая альтернатива:

Предложенный вариант светодиодного куба не нуждается в программировании, схема проста и все детали доступы. А микросхема CD4020 дает разнообразные композиции, почти не уступающие программируемым кубикам. Привожу список используемых в кубе деталей с описанием:

1)КР1006ВИ1 (NE555)

Микросхема включает около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Выходной ток 200 мА, ток потребления примерно на 3 мА больше. Напряжение питания от 4,5 до 18 вольт. Точность таймера не зависит от изменения напряжения питания и составляет не более 1% от расчетного значения.

2) К561ИЕ16 (CD4020, MC14020)

Это 14-разрядный двоичный счетчик-делитель.

3)Светодиоды - на ваш вкус, 27шт;
4)Резистор 33К;
5)Конденсатор 10мкФ;
6)Микро выключатель с фиксацией (не обязательно);
7)Крона 9В;
8)Панели для микросхем (не обязательно).

Итак, рисуем печатную плату светодиодный куба на стеклотекстолите и погружаем в хлорное железо .

А пока наша плата травится займемся самой сложной частью - самим LED кубиком. Просверлим отверстия в фанере или плотном картоне под светодиоды и вставим их туда. Теперь все катоды (минусы) сгибаем по часовой стрелке и спаиваем их. К среднему светодиоду припаиваем проволочки самостоятельно.

Таким же образом делаем остальные этажи светодиодного куба.

Теперь надо их спаять вместе. Только на этот раз спаиваем аноды светодиодов (плюсы).

Припаиваем последний третий этаж. Готово!!)))

Берем нашу уже протравившуюся плату и сверлим отверстия. Сначала к печатной плате припаиваем перемычки, а потом детали.

И наконец, последний штрих – припаиваем кубик.

Теперь подключаем 9В и ждём результат. УРА - работает:

Но если поднять питание схемы 12В может сгореть микросхема CD4020. Именно по этому я и поставил крону 9В. В этом есть свои плюсы: кубик можно таскать с собой, ему не нужна розетка и микросхема уже не сгорит. Но есть и минусы – периодически придется менять батарейку. Для своего светодиодного куба я сделал коробочку из картона. И вот что у меня в итоге получилось:

Материал и фото предоставил [)еНиС.

Обсудить статью СВЕТОДИОДНЫЙ КУБ

6. Выводы, мысли и идеи

Представляю проект 3D светодиодного куба (LED Cube) с матрицей 4х4х4.

64 светодиода образуют куб со сторонами 4х4х4, который управляется микроконтроллером Atmel Atmega16. Каждый имеет свой виртуальный адрес и может управляться с микроконтроллера индивидуально, позволяя таким образом добиваться потрясающих эффектов.

Видео работы куба смотрите ниже:

Итак, начнем...

Шаг 1. Что нам понадобится?

Первое, это терпение спаять все 64 светодиода вместе;)

Список радиодеталей:
Макетная плата (ну или вытравленная печатная)
Микроконтроллер Atmel AVR Atmega16
Программатор Atmega16
64 светодиода
2 светодиода состояния. Я использовал красный и зеленый. (опционально)
Микросхема Max232 rs-232 или подобная
16х резисторов для светодиодов. (100-400 Ом)
2x резистора по 470 Ом для светодиодов состояния
1x резистор 10кОм
4x резистор 2.2кОм
4x NPN транзистора BC338 (отеч. аналоги КТ645, КТ646, КТ660Б) или другой выдерживающий ток до 250 мА
1x 10мкФ конденсатор
1x 1000мкФ конденсатор
6x 0.1мкФ керамический конденсатор
2x 22пФ керамический конденсатор
1x кварц 14.7456 MHz
2x кнопки
Выключатель питания
Разъем питания 12В
Разъем питания 5В

Шаг 2. Мультиплексирование

Как управлять 64 светодиодами, если нет столько выводов управления? Мультиплексирование!

Если к аноду каждого светодиода присоединить вывод управления, то это будет непрактично, да и выглядеть будет не очень красиво. Один из способов побороть эту проблему - это разделить куб на 4 слоя, в каждом из которых будет 4х4=16 светодиодов.

У светодиодов в вертикальных колонках общий анод (+)
У светодиодов в горизонтальных плоскостях общий катод (-)

Теперь, если нужно засветить светодиод в верхнем левом углу сзади (0,0,3), необходимо подать GND(-) к верхнему слою и Vcc(+) к колонке в левом углу куба.

Если нужно засветить один светодиод или полностью весь слой, то это работает отлично...

Однако, если нужно засветить нижний правый угол спереди (3,3,0), возникают проблемы. Когда я подал GND на нижний слой и Vcc к передней левой колонке, я также засветил верхний правый светодиод спереди (3,3,3) и нижний левый светодиод сзади (0,0,0). Эта проблему казалось бы не побороть, без использования 64 индивидуальных линий управления светодиодами.

Но можно одновременно засвечивать только один слой и делать это очень быстро, чтобы глаз не успел разглядеть время переключения между слоями. Этот эффект называется

Каждый слой - это изображение из 4х4=16 точек (светодиодов) и если мы будем быстро переключать слои, то мы получим 4х4х4 3D куб!

Шаг 3. Конструирование шаблона для куба

Спаять обьемный куб из 64 светодиодов без каких-либо приспособлений будет сложно. Поэтому мы облегчим нашу задачу воспользовавшись инструментом и приспособлениями:

Для начала, изготовим шаблон 4х4 из дерева.

Т.к. я не хотел сильно замарачиваться с решеткой куба, то решил по возможности использовать выводы светодиодов как основу решетки куба. Дистанция линий на сетке шаблона была выбрана исходя из длины ножек светодиодов. У меня получилось 25мм. Т.о. при такой сетке, нет необходимости что-либо наращивать или обрезать.

Итак, последовательность действий:
- найти и вырезать кусок фанеры
- нарисовать на ней решетку 4х4
- сделать углубления на всех пересечениях шилом или другим инструментом
- найти сверло, чтобы светодиод уверенно стоял в отверстии, и в то же время в последствии вы его могли легко вытащить
- просверлить 16 отверстий в шаблоне

Шаблон для куба готов!

Шаг 4. Конструирование светодиодных слоев

Итак, нам необходимо спаять 4 слоя светодиодов по 16 в каждом, а затем все 4 слоя спаять в один обьемный куб.

Процесс изготовления одного слоя (4х4) из светодиодов следующий:
- вставьте светодиоды в отверстия по 2-м дальним сторонам от вас и спаяйте их между собой
- вставьте светодиоды для следующего ряда, и также их спаяйте
- заполните так всю матрицу из 16 шт
- спереди, где нет соединения, добавьте связующие пересечения
- повторить процедуру 3 раза для оставшихся слоев.

Шаг 5. Конструирование куба

Все четыре слоя готовы, осталось их спаять вместе в один куб.

Положите первый слой на шаблон вниз головой. Это будет верхний слой куба.

Поместите второй слой на первый и очень точно совместите их. Также соблюдите расстояние между слоями 25мм, чтобы у вас получился идеальный куб. Это расстояние между катодами.
После того, как все выставили (воспользуйтесь приспособлением "третья рука"), припаяйте угловой анод первого слоя к угловому аноду второго слоя. И так все 4 угла.

Еще раз проверьте, чтобы все слои были выравнены относительно друг друга во всех измерениях. Если это не так, то подогните или перепаяйте. После этого, спаяйте 12 оставшихся светодиодов.

Повторите процедуру для оставшихся 2-х слоев.

Шаг 6. Подбор токоограничивающих резисторов

Ток микроконтроллера AVR в сумме не может превышать 200 мА. Т.о. 200/16 дает нам 12 мА на один светодиод.

Я использовал резисторы номиналом 220 Ом. Получилось как раз 12 мА на один светодиод.

Шаг 7. Схемотехника

Схема контроллера для управления кубом, показана на рисунке выше.

RS-232 опционален и может быть опущен (микросхема IC2).

Шаг 8. Присоединение МК к светодиодному кубу

Обьяснять я думаю не надо, все показано на картинках.

Шаг 9. Программа, компиляция и прошивка МК

Наш куб готов, осталась только программная часть.
Вы можете использовать мою программу, написать сами ее, либо дополнить мою программу дополнительными эффектами.

Если вы захотите использовать ATMega32 вместо ATMega16, то необходимо будет поменять настройки в makefile и перекомпилировать.

Для прошивки МК я использовал и программатор .

Итак, сперва нужно соединение программатора с микроконтроллером. Подсоедините программатор к плате куба и ПК.
Команда: avrdude -c usbtiny -p m16

Наш куб должен будет перезапуститься и стартовать. МК запуститься на очень низкой частоте 1 МГц используя встроенный тактовый генератор. Некоторые LED работать не будут, потому что порты GPIO заняты под JTAG.

Чтобы подключить внешний тактовый генератор и выключить JTAG, нужно перезаписать фьюзы:
введите: avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse:w:0xef:m
затем: avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse:w:0xc9:m

Все, после этого, наш светодиодный куб должен запуститься в нормальном режиме!

Ниже вы можете скачать прошивку, исходники и печатную плату в формате LAY

Список радиоэлементов