Arduino आधारित 3x3 LED Cube: 7 चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

नमस्कार और मेरे पहले इंस्ट्रक्शनल में आपका स्वागत है।

मैं शुरुआती 3x3x3 एलईडी क्यूब के लिए एक सरल, साफ डिजाइन प्रस्तुत करता हूं। इसे बनाना आसान बनाने के लिए, मैं acustom PCB का विवरण प्रदान करता हूं, आप स्वयं बना सकते हैं या खरीद सकते हैं, निर्देश और आप मेरी तरह, इस महान Arduino लाइब्रेरी LED क्यूब और arduino lib से सॉफ़्टवेयर का पुन: उपयोग कर सकते हैं।

डिज़ाइन का एक उद्देश्य केवल छेद वाले हिस्सों के माध्यम से उपयोग करना था, वे शुरुआत से लेकर सोल्डर तक आसान हैं और आपकी पसंदीदा नीलामी / खरीदारी साइटों पर इंटरनेट के माध्यम से सब कुछ आसानी से उपलब्ध है।

डिज़ाइन को USB केबल या 7.5-12V DC पावर एडॉप्टर से संचालित किया जा सकता है।

सर्किट एक कट-डाउन Arduino कोर डिज़ाइन का उपयोग करता है और आप इसे एक सस्ते इन सर्किट सिस्टम प्रोग्रामेबल (ICSP) प्रोग्रामर या आसानी से उपलब्ध USB से TTL एडेप्टर का उपयोग करके सर्किट में प्रोग्राम कर सकते हैं। एकमात्र सॉफ्टवेयर जो आपको चाहिए वह है आदरणीय Arduino IDE।

यह डिज़ाइन क्रांतिकारी नहीं है, यह सिर्फ पिछले कुछ कामों पर आधारित है और मैंने इसे बड़े करीने से पैक किया है। मुझे उम्मीद है कि आप इसे पसन्द करेंगें।

चरण 1: आवश्यक भाग

यह डिज़ाइन छेद भागों के माध्यम से व्यापक रूप से उपलब्ध है। आपके पसंदीदा स्थानीय वितरक को आपकी जरूरत के पुर्जों का स्टॉक करना चाहिए।

आपको Arduino बूटलोडर के साथ एक Atmega 168p या Atmega 328p की आवश्यकता है। आप इन्हें ईबे पर पा सकते हैं, "आर्डिनो बूटलोडर" की खोज करें, सुनिश्चित करें कि आप डुअल इन लाइन (डीआईएल) संस्करण खरीदते हैं। आपको एक यूएसबी टाइप बी सॉकेट, नियमित, पुराना, मोटा वाला चाहिए। मैंने इसे इसलिए चुना क्योंकि यह मिलाप करना आसान है। ट्रांजिस्टर, T1-T3 सामान्य उद्देश्य NPN ट्रांजिस्टर हैं, साथ ही सूचीबद्ध प्रकार, आप BC108, 2N2222, 2N3904 आदि का उपयोग कर सकते हैं, हमेशा पीसीबी के खिलाफ ट्रांजिस्टर पिनआउट की जांच करें।

सभी महत्वपूर्ण एल ई डी के लिए, सुनिश्चित करें कि आप उच्च चमक या अल्ट्रा उज्ज्वल एल ई डी खरीदते हैं। मैंने eBay पर एक विक्रेता से 10000-12000mcd एल ई डी का उपयोग किया, उदाहरण के लिए क्यूब यहाँ दिखाया गया है। आप उज्ज्वल चाहते हैं ताकि आप अभी भी सामान्य कमरे की रोशनी में घन देख सकें। यदि आइटम विवरण देखने के कोण का विवरण देता है, आमतौर पर इसकी 20 डिग्री लेकिन आप एक व्यापक देखने के कोण के साथ पा सकते हैं, तो इस पर विचार करें। साइड से देखने पर ये अल्ट्राब्राइट एलईडी सबसे स्पष्ट नहीं हैं। इससे पहले कि आप अपनी आवश्यकताओं के अनुरूप हों, आपको विभिन्न आपूर्तिकर्ताओं से कुछ एल ई डी का प्रयास करना पड़ सकता है।

पूर्ण भागों की सूची:

भाग मूल्य विवरणपीसीबी अच्छा हरा पीसीबी, इसे बनाएं या इसे खरीदें। 27 3 मिमी एलईडी, अपनी पसंद का रंग। C1 100n 100nF, 25V, 7.5 मिमी पिच सिरेमिक कैपेसिटर C2 22p 22pF, 25V, 4.4 मिमी पिच सिरेमिक कैपेसिटर

C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm पिच सिरेमिक कैपेसिटर C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm पिच सिरेमिक कैपेसिटर C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm पिच सिरेमिक कैपेसिटर C6 10u 10uF 16V, 5.5mm केस इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5mm केस इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 या ATMEGA328 Arduino बूटलोडर के साथ IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA लीनियर रेगुलेटर, TO92 पैकेज ICSP ICSP पिन हेडर स्ट्रिप, 0.1 "पिच, 2x3 वे। J1 DCJ0202 DC पावर सॉकेट, 2.1 मिमी आंतरिक व्यास। JP1 पिन हेडर स्ट्रिप, 0.1 "पिच, 1x3 रास्ता। Q2 16MHz 16MHz, HC49 केस क्रिस्टल, 50ppm, लो प्रोफाइल R1 10k 10K 1/4W मेटल फिल्म रेसिस्टर 1% R2 1k 1K 1/4W मेटल फिल्म रेसिस्टर 1% R3 1k 1K 1/4W मेटल फिल्म रेसिस्टर 1% R4 1k 1K 1/ 4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R5 470 470 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R6 1k 1K 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R8 100 100R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R9 100 100R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R10 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R11 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R12 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R13 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R14 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R15 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R16 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R17 470 470R 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R18 1k 1K 1/4W धातु फिल्म रोकनेवाला 1% R19 LDR वैकल्पिक LDR S1 S1 4 पिन, 6x6mm PCB माउंट PTH स्विच। T1 BC547 BC547/BC548 कम शक्ति वाला NPN ट्रांजिस्टर, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 कम शक्ति वाला NPN ट्रांजिस्टर, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 कम शक्ति वाला NPN ट्रांजिस्टर, TO92 X4 USB प्रकार B सॉकेट, पीसीबी छेद के माध्यम से माउंट।4 x 3-5 मिमी ऊंचा रबर के पैरों पर छड़ी।

चरण 2: सर्किट आरेख और संचालन की व्याख्या।

योजनाबद्ध ऊपर दिखाया गया है।

डिजाइन Arduino Duemilanove योजनाबद्ध पर आधारित है, जिसे नंगे आवश्यक रूप से छीन लिया गया है। USB से सीरियल डिवाइस को हटा दिया गया था लेकिन एक सीरियल हेडर, JP1 है, जो USB से TTL एडेप्टर को डिवाइस को प्रोग्राम करने की अनुमति देता है, बाद में प्रोग्रामिंग पर अधिक। ICSP हेडर भी है।

पीसी में सुविधाजनक 5V आपूर्ति, या एक सस्ते पाउंड/डॉलर स्टोर मोबाइल फोन चार्जर पैक का उपयोग करके बोर्ड यूएसबी प्लग से संचालित हो सकता है। दूसरा विकल्प DC प्लग इनपुट का उपयोग करता है, यह 7-15V DC इनपुट को स्वीकार करता है ताकि आप अपने पास मौजूद किसी भी प्लग एडॉप्टर का उपयोग कर सकें। सर्किट केवल 30mA का उपयोग करता है इसलिए एक मृत गैजेट से हटाए गए एडेप्टर को काम करना चाहिए, अपने जंक बॉक्स को चेक करें।

प्रतिरोधक R12 से R17 करंट सेट करते हैं, जो LED की ब्राइटनेस सेट करता है। लाल एलईडी और दिखाए गए 470R प्रतिरोधों के साथ, वर्तमान ~ 5mA प्रति एलईडी है। एलईडी करंट की गणना करने के लिए आपको एटमेगा डिवाइस (4.2V) के आउटपुट वोल्टेज और एलईडी के फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप की जरूरत होती है, एक लाल एलईडी के लिए यह 1.7V है। सूत्र है:

LED करंट = (Atmega आउटपुट वोल्टेज - LED वोल्टेज)/I LED

मेरे द्वारा उपयोग किए जाने वाले भागों के साथ: एलईडी करंट = (4.2-1.7) / 470LED करंट = 5.31mA

वर्तमान को Atmega 168/328 से 10mA तक सीमित करें

कुछ सामान्य एलईडी वोल्टेज बूँदें:

लाल 1.7Vयेलो 2.1Vरेंज 2.1Vग्रीन 2.2Vब्लू 3.2Vसुपर ब्लू 3.6Vव्हाइट कूल 3.6V

तो आप एक उच्च चमक वाली नीली एलईडी का उपयोग कर सकते हैं, रोकनेवाला 270R तक गिर जाएगा। आप करंट को 10mA तक बढ़ा सकते हैं, मेरे परीक्षण में मैंने पाया कि 5mA पर्याप्त था।

ट्रांजिस्टर T1-T3 सामान्य NPN BJT ट्रांजिस्टर, BC547/BC548/2N2222 आदि हैं। वे तीनों परतों में से प्रत्येक के स्विचिंग को नियंत्रित करते हैं। रेसिस्टर्स R2-R4 रेसिस्टर के बेस करंट को सीमित करते हैं।

R6 और PWR LED वैकल्पिक हैं, जिन्हें Arduino से कॉपी किया गया है, अगर एलईडी क्यूब पर बिजली चालू है तो यह स्पष्ट है।

C2, C3 और Q2 Atmega 168/328p डिवाइस के लिए क्लॉक सर्किट बनाते हैं, बूटलोडर के साथ प्री-प्रोग्राम किया जाता है। सुनिश्चित करें कि आप यहां 22pF कैपेसिटर फिट करते हैं और कहीं और नहीं चिप शुरू होने में विफल हो जाएगा। C1, C4 और C5 बिजली की आपूर्ति decoupling हैं। IC2, C6 और C7 एक साधारण रैखिक नियामक सर्किट बनाते हैं। इस बारे में कहने के लिए बहुत कुछ नहीं है, लेकिन सुनिश्चित करें कि आप कैपेसिटर को सही तरीके से फिट करते हैं। पीसीबी ड्राइंग और सिल्क्सस्क्रीन पर + चिन्ह हैं।

SK1 और R8 और R9 सीरियल इंटरफ़ेस हैं। USB से TTL एडॉप्टर का उपयोग करके, आप डिवाइस को प्रोग्राम कर सकते हैं, उदाहरण के लिए यहां

चरण 3: डिज़ाइन फ़ाइलें प्राप्त करना और पीसीबी बनाना

पीसीबी डिजाइन डेटा को जीथब से https://github.com/istedman/LED_Cube3x3 पर डाउनलोड किया जा सकता है

पीसीबी फैब्रेटर, योजनाबद्ध और पीसीबी ओवरले को-p.webp

पीसीबी को घर पर गढ़ा जा सकता था, मैंने ऐसा किया होगा लेकिन मैं एचेंट से बाहर भाग गया। डिजाइन को एक तरफा पीसीबी का उपयोग करके गढ़ा जा सकता है और शीर्ष परत (छवियों में लाल) को टिन वाले तांबे के तार लिंक का उपयोग करके लागू किया जा सकता है। मैंने एक उपयुक्त विक्रेता को खोजने के लिए https://pcbshopper.com/ का उपयोग किया, प्रोटोटाइप के लिए मैंने एलेक्रो का उपयोग किया।

जीथब पर पीसीबी डिजाइन में यहां दिखाए गए प्रोटोटाइप डिजाइन में 3 बदलाव हैं:

1. 7805CV रेगुलेटर को छोटे 78L05 रेगुलेटर से बदल दिया गया है।
2. पीसीबी 5 मिमी सिकुड़ गया।
3. मैंने USB +5V फ़ीड से पॉलीफ़्यूज़ को हटा दिया।

चरण 4: पीसीबी को असेंबल करना

पीसीबी इकट्ठा करने के लिए यथोचित सीधे आगे है। मैंने संदर्भ के लिए इकट्ठे पीसीबी और ऊपर के लेआउट की एक तस्वीर जोड़ी है। मैं हमेशा सबसे छोटे हिस्सों को पहले फिट करके और ऊपर की ओर काम करके शुरू करता हूं, खासकर अगर आपके पास पीसीबी स्टैंड नहीं है।

1. प्रतिरोधों को पहले फिट करके शुरू करें, उन्हें अभी तक मिलाप न करें। सुनिश्चित करें कि आपने सही जगह पर सही घटक डाला है। चेकिंग में आसानी के लिए, उन्हें टॉलरेंस बैंड के साथ दायीं ओर/नीचे फिट करें, इससे बाद में चेक करना आसान हो जाता है। यदि आपको प्रतिरोधी रंग कोड की पहचान करने में सहायता की आवश्यकता है तो यहां देखें। एक बार जब आप सत्यापित कर लें कि सही हिस्से सही जगह पर हैं, तो भागों को मिलाप करें।
2. क्रिस्टल Q2 को जगह में मिलाएं और कैपेसिटर C2 और C3 को मिलाएं।
3. Atmega168/328 के लिए 28 पिन सॉकेट को जगह में मिलाएं, सुनिश्चित करें कि आपके पास पिन 1 पायदान ऊपर है, इससे डिवाइस को पीछे की ओर रखने में मदद मिलती है।
4. ICSP और JP1 कनेक्टर्स को फिट करें।
5. कैपेसिटर C1, C4 और C5, सभी 100nF (भाग कोड 104) फिट करें।
6. रैखिक नियामक IC2.
7. ट्रांजिस्टर T1, T2 और T3 फिट करें। सुनिश्चित करें कि आपने T1/T2/T23 और IC1 की अदला-बदली नहीं की है क्योंकि वे सभी एक ही पैकेज में हैं।
8. फ़िट S1, ओरिएंटेशन कोई मायने नहीं रखता।
9. फिट C6 और C7, सुनिश्चित करें कि आपको ध्रुवता सही मिले!
10. USB कनेक्टर X4 को फ़िट करें।
11. डीसी पावर प्लग J1 फिट करें।

इकट्ठा करने के लिए अंतिम बिट एसआईएल पिन हैडर बदल गया है। मैं पट्टी के प्रत्येक पिन से प्लास्टिक को सावधानीपूर्वक हटाने के लिए ठीक कटर की एक जोड़ी का उपयोग करता हूं, मैं इसे तब तक दोहराता हूं जब तक कि मेरे पास 12 पिन सॉकेट न हों, फिर सरौता और 3 हाथों की एक जोड़ी का उपयोग करके, प्रत्येक को पीसीबी में मिलाप करें। चूंकि अधिकांश लोगों के पास 3 हाथ नहीं होते हैं, प्रत्येक छेद को किसी सोल्डर से टिन करें, पैड को ढकने के लिए, इसे ठंडा होने दें। फिर टांका लगाने वाले लोहे को मिलाप पिघलाने के लिए लगाएं और पिन डालें, जोड़ के लिए टांका लगाने वाले लोहे को हटा दें। यदि आपके पास एक सूखा जोड़ है तो आपको कुछ ताजा मिलाप की आवश्यकता हो सकती है।

अपने सोल्डरिंग की जांच करने से पहले, शायद एक पेय के लिए एक छोटा ब्रेक लें? अपने सोल्डरिंग का निरीक्षण करें, यूएसबी कनेक्टर की जांच करें क्योंकि पिन बारीकी से दूरी पर हैं और पिन Atmega168/328 डिवाइस पर हैं।

एक बार जब आप अपने सोल्डरिंग से खुश हो जाते हैं, तो पीसीबी के नीचे से स्वयं चिपकने वाले पैरों को चिपका दें।

चरण 5: एलईडी क्यूब को असेंबल करना

यह विधानसभा का सबसे मुश्किल हिस्सा है। अपना समय ले लो, डरो मत।

मैंने ऊपर की तस्वीरों में नोट्स जोड़े हैं क्योंकि एक तस्वीर एक हजार शब्द कहती है।

कुछ महत्वपूर्ण बिंदु।

1. सुनिश्चित करें कि सकारात्मक लीड (लंबा पैर) नीचे की ओर इंगित करता है क्योंकि डिज़ाइन प्रत्येक परत पर +V से 9 LED पर स्विच करता है।
2. सुनिश्चित करें कि क्षैतिज सलाखों को बनाने के लिए, नकारात्मक लीड 90 डिग्री पर एलईडी की ओर झुकी हुई है।
3. प्रत्येक परत को अलग-अलग बनाएं और बिल्ड को डबल/ट्रिपल चेक करें।
4. सुनिश्चित करें कि टिन किए गए तांबे के तार, जब उपयोग किए जाते हैं, एल ई डी की प्रत्येक पंक्ति के बीच आधा रास्ता होता है, इससे परत स्विच तार पर काम करना आसान हो जाता है।

चरण 6: परीक्षण और अंतिम क्यूब असेंबली

LED क्यूब असेंबली या Atmega168/328 डिवाइस में प्लग इन करने से पहले, आप कुछ साधारण जाँच कर सकते हैं।

यदि आपके पास एक डीएमएम है (यदि आप इस तरह की एक परियोजना का निर्माण करते हैं तो आपके पास एक होना चाहिए), 28 पिन सॉकेट के पिन 7 (सकारात्मक) और 8 (नकारात्मक) में प्रतिरोध को मापें, आपके पास> 1 के होना चाहिए। यदि यह इससे कम है, तो अपने सोल्डरिंग की जांच करें।

अगला J1 में 7-15V इनपुट लागू करें, 28 पिन सॉकेट के पिन 7 और 8 पर वापस जाएं, वोल्टेज को मापें, आपको 5V देखना चाहिए, लेकिन यह 4.90V और 5.1V के बीच कहीं भी हो सकता है, यह ठीक है। यदि आपने R6 और PWR LED को फिट किया है, तो इसे जलाया जाना चाहिए।

J1 को अनप्लग करें, USB लीड को X4 में प्लग करें, केबल को हब या मेन से 5V USB एडॉप्टर में प्लग करें, 28 पिन सॉकेट के पिन 7 और 8 पर वोल्टेज रीडिंग दोहराएं, क्या रीडिंग 5V के आसपास है?

ऊपर की जाँच यह सुनिश्चित करने के लिए थी कि आपूर्ति वोल्टेज सही और सही ध्रुवता के थे।

इसके बाद, सावधानी से Atmega168p/328p डिवाइस डालें। यदि आवश्यक हो, तो सॉकेट को फिट करने के लिए पिनों को थोड़ा मोड़ें। J1 और अपनी 7-15V आपूर्ति का उपयोग करके, बिजली चालू करें, देखें कि बिजली चालू होने के तुरंत बाद IC2 गर्म हो जाता है या नहीं। यदि ऐसा होता है, तो बिजली बंद करें और IC1 के उन्मुखीकरण की जांच करें।

अगला ध्यान से एलईडी सरणी की पहली पंक्ति डालें। सुनिश्चित करें कि टिन किए गए तांबे के तार समर्थन सलाखों में से एक PADL1, PADL2 और PADL3 के करीब है, आपको बाद में इसकी आवश्यकता होगी जब आप प्रत्येक परत के लिए तार मिलाप करेंगे। एक कोने के पिन से शुरू करना और सुई नाक सरौता की एक जोड़ी का उपयोग करना, पीसीबी पर सॉकेट फिट करने के लिए प्रत्येक पिन को थोड़ा, पंक्ति से पंक्ति में सावधानी से मोड़ना सबसे अच्छा है। मैंने ऊपर पहली इकट्ठी परत की एक तस्वीर जोड़ी है। एकल फंसे हुए 1/0.6 तार के एक टुकड़े का उपयोग करके, इसे PADL1/PADL2 या PADL3 से क्यूब की प्रत्येक परत तक जाने के लिए उपयुक्त लंबाई में काटें। मुझे पीसीबी में एल ई डी की पहली पंक्ति डालना और पहली परत नियंत्रण तार (सफेद में दिखाया गया) मिलाप करना आसान लगा, फिर पिछले चरण पर वापस जाएं, एक और पंक्ति बनाएं, फिर प्रत्येक परत को पीसीबी पर इकट्ठा करें क्योंकि यह एक स्थिर प्रदान करता है आधार।

कोने के एल ई डी में से एक को टांका लगाकर अगली परत को टांका लगाकर शुरू करें, फिर विपरीत कोने को मिलाप करें। अब जाँच करें कि परत समतल है इससे पहले कि आप कोई और मिलाप करें। एक बार जब आप परत को समायोजित कर लेते हैं, तो अन्य दो कोने वाले एल ई डी मिलाप करते हैं, सरणी समतल होनी चाहिए लेकिन इसे फिर से जांचें। शेष एल ई डी को मिलाएं। अंतिम परत के लिए परत विधानसभा को दोहराएं।

चरण 7: प्रोग्रामिंग

आपके एटमेगा डिवाइस के आधार पर, आपको बूटलोडर प्रोग्राम करने या कोड डाउनलोड करने की आवश्यकता हो सकती है। यदि आपके पास पहले से प्रोग्राम किए गए बूटलोडर के साथ एक चिप है, तो आप USB से TTL अडैप्टर का उपयोग कर सकते हैं। इस गाइड का पालन करें:

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

आप सर्किट सिस्टम प्रोग्राममेबल (ICSP) कनेक्टर में 2x3 पिन का भी उपयोग कर सकते हैं, ऐसा करने के लिए आप किसी अन्य Arduino का उपयोग कर सकते हैं:

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

मैं एक Usbasp प्रोग्रामर का उपयोग करता हूं जो Arduino IDE के साथ काम करता है, इसे टूल्स-> प्रोग्रामर मेनू के माध्यम से कॉन्फ़िगर करें। आप Arduino/Atmel AVR प्रोग्रामर को eBay या अन्य नीलामी साइटों के माध्यम से सस्ते में चुन सकते हैं।

github.com/gzip/arduino-ledcube से LED क्यूब लाइब्रेरी डाउनलोड करें, Github पर दिए गए निर्देशों का पालन करें और 'arduino-led-cube->ledcube' के लिए अपनी उदाहरण निर्देशिका देखें।

यदि आप ICSP प्रोग्रामर का उपयोग कर रहे हैं, तो Arduino IDE को प्रोग्रामर का उपयोग करने का निर्देश देने के लिए अपलोड पर क्लिक करने से पहले शिफ्ट को होल्ड करें। यदि आप USB-to TTL अडैप्टर का उपयोग कर रहे हैं, तो IDE का संकलन समाप्त होने के बाद रीसेट को दबाएं और छोड़ें।

एक बार उदाहरण कोड प्रोग्राम हो जाने के बाद, आपके पास सुंदर पैटर्न के साथ एक एलईडी क्यूब होना चाहिए।

यह मेरा पहला निर्देश है, टिप्पणियों और प्रतिक्रिया का स्वागत है।