Kubus LED DIY: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Kubus LED tidak lain adalah rangkaian LED 3 dimensi untuk menyala dalam berbagai bentuk dan pola. Ini adalah proyek yang menarik untuk mempelajari atau meningkatkan keterampilan Solder, Desain Sirkuit, Pencetakan 3D, dan Pemrograman Anda. Meskipun saya ingin membuat kubus RGB, saya pikir pertama-tama saya akan memulai dengan kubus yang dipimpin satu warna sederhana untuk mendapatkan pengalaman.

Saya sangat terkesan dan terinspirasi oleh proyek Char dari Instructables, Anda harus memeriksanya jika Anda punya waktu.

Saya akan membuat kubus led 8x8x8, yang tidak lain adalah 8 baris, 8 kolom, dan 8 lapisan LED. Itu semua 512 LED. Nah, item yang paling penting adalah LED, pilih ukuran terkecil agar kubusnya kompak. Juga, lebih baik untuk mendapatkan LED yang tersebar daripada yang tembus cahaya karena yang tembus cahaya menyebarkan cahaya dan tidak terlalu menarik.

Langkah 1: Komponen Diperlukan

LED - 512 pc

Resistor 1k, 220E - beberapa

Saklar Taktil - 1 pc

Tekan ke ON Switch - 1 pc

Header M/F - Sedikit

Arduino Pro Mini - 1 buah

Kapasitor 0.1uF - 9pc

Papan berlubang (15cm x 15cm) - 2 buah

LED - 1 buah

74HC594 - 8 buah

2N2222 Transistor - 16pc

74LS138D - 1 buah

Soket IC 20 pin - 9pc

Soket IC 16 pin - 1 pc

Kabel Pita - 5 Meter

Programmer UART

RPS

Akses ke Pencetak 3D

Langkah 2: Merakit Struktur Kubus LED

Saya telah mengambil paket 1000 LED tersebar yang akan saya gunakan 512. Sekarang, kita harus dapat mengontrol masing-masing LED secara mandiri, baru kemudian kita dapat membuat pola yang menarik.

Saya akan menggunakan papan Arduino Pro Mini untuk mengontrol LED, tetapi papan ini hanya memiliki 21 pin untuk mengontrol LED. Tapi saya bisa menggunakan multiplexer untuk menggerakkan semua 512 LED melalui 21 pin.

Sebelum kita masuk ke desain sirkuit driver, mari kita bangun struktur kubus LED. Sangat penting bagi kita untuk mendapatkan simetri yang tepat agar kubus terlihat bagus, jadi pertama-tama mari kita siapkan pertunjukan yang akan membantu kita mempertahankan simetri.

Saya akan mencetak 3D dasar 120x120x2mm untuk membangun kubus. Saya akan menggunakan ini untuk membuat setiap lapisan LED, yang akan menjadi sekitar 64 LED per lapisan. Sekarang, saya perlu menempatkan LED secara merata di seluruh papan. Karena katoda sekitar 17mm, menyisakan 2mm untuk penyolderan, saya akan memberi jarak lubang 15mm. Mari kita mulai pencetakan 3d.

Saya pertama mengatur LED berturut-turut dan korslet katoda. Demikian pula, saya akan mengatur 8 baris LED dengan katodanya korsleting. Setelah selesai, saya memiliki 1 pin katoda dan 64 pin anoda, ini membentuk 1 lapisan.

Mengatur 8 lapisan seperti itu di atas satu sama lain akan membuatnya tidak stabil dan strukturnya akan berubah bentuk. Jadi saya akan memberikan beberapa dukungan tambahan. Ada beberapa cara untuk melakukannya dan salah satunya adalah dengan menggunakan kawat tembaga berlapis perak, tetapi karena saya tidak membawa ini, saya akan mencoba metode kasar. Meregangkan kawat solder akan membuatnya kaku, jadi saya akan menggunakannya sebagai penyangga. Oleskan beberapa penyolderan pada pin katoda sebelum menggunakan kawat untuk memberi dukungan. Mudah-mudahan menggunakannya di tengah dan samping harus memberikan kekuatan yang dibutuhkan kubus. Kami akan membutuhkan sekitar 16 kabel dan sangat penting bahwa kami mendapatkan bagian ini dengan benar.

Saya akan meluruskan pin anoda untuk membuatnya simetris.

LED dapat rusak sewaktu-waktu karena panas penyolderan, jadi lebih baik untuk memeriksanya setelah membuat setiap lapisan. Setelah selesai, lapisan dapat dirakit di atas satu sama lain dan kali ini pin anoda dapat disolder. Pada akhirnya, Anda harus memiliki 64 pin anoda dan satu pin katoda per lapisan. Jadi dengan 64 + 8 = 72 pin ini, kita harus dapat mengontrol setiap LED di kubus ini.

Sekarang, kita membutuhkan struktur pendukung untuk merakit lapisan di atas satu sama lain.

Saya membuat kesalahan. Saya sedikit terlalu antusias dan tidak memeriksa apakah pin anoda sejajar satu sama lain. Saya seharusnya menekuk pin anoda sebesar 2mm sehingga setiap lapisan dapat disolder satu sama lain dan garis lurus dapat terbentuk. Karena saya tidak melakukan ini, saya harus secara manual menekuk semua pin yang telah saya solder dan ini pada akhirnya dapat mempengaruhi simetri saya. Tetapi ketika Anda membangunnya, berhati-hatilah untuk tidak membuat kesalahan yang sama. Sekarang konstruksinya selesai, kita harus mengerjakan sirkuit driver.

Langkah 3: Sirkuit Driver - Kurangi Jumlah Pin

Seperti yang saya sebutkan di awal, kita akan membutuhkan 72 pin IO dari pengontrol, tetapi itu adalah kemewahan yang tidak mampu kita beli. Jadi mari kita membangun sirkuit multiplexing dan mengurangi jumlah pin. Mari kita lihat contoh, mari kita ambil IC flip-flop. Ini adalah flip-flop tipe D, jangan khawatir tentang teknis pada saat ini. Tugas dasar IC adalah mengingat 8 pin, 2 di antaranya untuk catu daya, D0 – D7 adalah pin input untuk menerima data dan Q0 – Q7 adalah pin output untuk mengirimkan data yang telah diproses. Pin pengaktif keluaran adalah pin rendah aktif, yaitu hanya ketika kita membuatnya 0 maka data input akan muncul di pin output. Ada juga pin jam, mari kita lihat mengapa kita membutuhkannya.

Sekarang, saya telah memperbaiki IC pada papan tempat memotong roti dan mengatur nilai input ke 10101010 dengan 8 LED yang terhubung ke output. Sekarang, LED menyala atau mati berdasarkan input. Biarkan saya mengubah input menjadi 10101011 dan memeriksa outputnya. Saya tidak melihat perubahan apa pun dengan LED. Tetapi ketika saya mengirim pulsa rendah ke tinggi melalui pin jam, output berubah berdasarkan input baru.

Kami akan menggunakan konsep ini untuk mengembangkan papan sirkuit driver kami. Tetapi IC kami hanya dapat mengingat 8 data pin input, jadi kami akan menggunakan total 8 IC tersebut untuk mendukung 64 input.

Langkah 4: Desain Sirkuit Pengemudi

Saya mulai dengan multiplexing semua pin input IC ke 8 pin data mikrokontroler. Triknya disini adalah membagi 64 bit data dari 8 pin menjadi 8 bit data.

Sekarang, ketika saya melewatkan 8 bit data ke IC pertama diikuti oleh sinyal pulsa rendah ke tinggi di pin jam, saya akan melihat data input tercermin di pin output. Demikian pula, dengan mengirimkan 8 bit data ke seluruh IC dan mengendalikan pin jam, saya dapat mengirim 64 bit data ke semua IC. Sekarang masalah lainnya adalah kekurangan pin jam di controller. Jadi saya akan menggunakan IC decoder 3 hingga 8 baris untuk menggandakan kontrol pin jam. Dengan menggunakan 3 pin alamat dalam dekoder yang dikombinasikan dengan mikrokontroler, saya dapat mengontrol 8 pin keluaran dekoder. 8 pin output ini harus dihubungkan ke pin clock di IC. Sekarang kita harus menyingkat semua pin yang mengaktifkan output dan menghubungkan ke pin pada mikrokontroler, dengan menggunakan ini kita harus dapat menghidupkan atau mematikan semua LED.

Apa yang kami lakukan sejauh ini hanya untuk satu lapisan, sekarang kami perlu memperluas fungsionalitas ke lapisan lain melalui pemrograman. Satu Led mengkonsumsi sekitar 15mA arus, jadi dengan angka itu kita akan membutuhkan sekitar 1 Amp arus untuk satu lapisan. Sekarang papan mini Arduino pro hanya dapat sumber atau tenggelam hingga 200 mA saat ini. Karena arus switching kami terlalu banyak, kami harus menggunakan BJT atau MOSFET untuk mengontrol lapisan LED. Saya tidak memiliki banyak MOSFET, tetapi saya memiliki beberapa transistor NPN dan PNP. Secara teoritis, kita mungkin harus beralih hingga 1 amp arus per lapisan. Dari transistor yang saya dapatkan, yang paling tinggi hanya bisa beralih arus sekitar 800mA, transistor 2N22222.

Jadi mari kita ambil 2 transistor dan tingkatkan kemampuannya saat ini dengan menghubungkannya secara paralel. Banyak orang ketika mereka mengadopsi metode ini hanya menggunakan resistor batas dasar, tetapi masalahnya di sini adalah karena perubahan suhu arus melalui transistor menjadi tidak seimbang dan menyebabkan masalah stabilitas. Untuk mengurangi masalah, kita dapat menggunakan 2 resistor serupa di emitor juga untuk mengatur arus bahkan ketika suhu berubah. Konsep ini disebut degenerasi emitor. Resistor emitor memberikan semacam umpan balik untuk menstabilkan penguatan transistor.

Saya hanya akan menggunakan resistor hanya di pangkalan. Ini dapat menyebabkan masalah di masa depan, tetapi karena ini hanya prototipe, saya akan menanganinya nanti.

Langkah 5: Menyolder Komponen

Sekarang, mari kita merakit sirkuit pada perfboard. Mari kita mulai dengan IC flipflop dan menggunakan dudukan IC untuk tujuan ini. Selalu mulai dengan pin pertama dan terakhir, periksa stabilitasnya, lalu solder sisa pin. Mari kita juga menggunakan beberapa header laki-laki demi plug and play resistor pembatas arus dan untuk konektivitas ke Cube. Sekarang hubungkan kapasitor decoupling IC dekat dengan pin catu daya IC.

Selanjutnya, mari kita bekerja pada mikrokontroler. Untuk membuatnya plug and play, mari kita gunakan dudukan dan sambungkan pin female terlebih dahulu, lalu letakkan mikrokontroler.

Waktu untuk bekerja pada transistor. 16 resistor 1K ohm diperlukan untuk terhubung ke dasar transistor. Untuk menjaga pin katoda umum dari LED Cube dalam keadaan logika default, saya akan menggunakan resistor zip 8 K ohm, yang berisi 8 resistor. Akhirnya mari kita bekerja pada IC decoder alamat. Sekarang sirkuit sudah siap mirip dengan desain sirkuit.

Langkah 6: Pencetakan 3D

Kami membutuhkan penutup untuk menampung papan sirkuit dan kubus yang dipimpin, jadi mari gunakan yang dicetak 3d. Saya akan membuatnya menjadi 3 bagian untuk kemudahan perakitan.

Pertama, pelat dasar untuk menahan struktur led. Kedua, badan pusat untuk elektronik. Ketiga, tutup untuk menutup perumahan.

Langkah 7: Menyelesaikan

Mari kita mulai dengan memasang struktur led. Anda dapat mendorong pin melalui lubang dan langsung menyoldernya ke papan sirkuit, tetapi demi stabilitas, pertama-tama saya akan menggunakan papan perf, lalu menyoldernya ke sirkuit. Saya menggunakan kabel pita untuk menyolder ke LED, lalu sambungkan ujung lainnya ke masing-masing pin keluaran IC flip-flop.

Untuk menghubungkan antara transistor dan lapisan kubus LED, kita perlu memiliki pin independen untuk terhubung ke pin katoda. Sebelum kita menyalakannya, penting untuk memeriksa kontinuitas dan tegangan antar titik. Setelah semuanya baik-baik saja, IC dapat dihubungkan dan kemudian dihidupkan. Sekali lagi, ada baiknya untuk memeriksa apakah semua LED menyala dengan menghubungkannya langsung ke daya sebelum menghubungkannya melalui rangkaian. Jika semua terbukti baik, maka kabel led dapat dihubungkan ke masing-masing titik flip-flop.

Mari kita lakukan beberapa pekerjaan pembersihan – lepaskan kabel pemrograman mikrokontroler, potong pin yang menonjol, dll. Sekarang mari kita sambungkan kabel pemrograman ke badan casing, perbaiki led status, sakelar daya, dan terakhir sakelar reset. Kami hampir menyelesaikannya, jadi mari kita kumpulkan 3 bagian. Mulailah dengan dasar LED ke bodi, lalu setelah kabel terpasang dengan baik, tutup penutup di bagian bawah.

Unduh kode ke Arduino Pro Mini dan hanya itu!

Terima kasih kepada Chr https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ untuk Instruksi dan Kodenya yang luar biasa.