На youtube часто попадаются интересные проекты. Одним из таких, является, светодиодный куб. Прелесть данного устройства в том, что выводится настоящее 3D изображение. Можно рисовать любые объемные анимированные фигуры. Но в пределах выбранного разрешения куба.

За основу была взята статья с радиокота (кто захочет может нагуглить). Размер куба 5х5х5 выбран не случайно. Чтобы собрать данный куб понадобится 5*5*5=125 светодиодов. Если сравнить с еще одним популярным вариантом 8*8*8=512, т.е. количество светодиодов увеличится в 4 раза. Поэтому оптимальным мне кажется 5х5х5.

У меня не было времени заказывать светодиоды, поэтому покупал в розницу. К сожалению, в наличии, были только зеленые прозрачные 5мм, поэтому финальный результат сильно пострадал. Синие матовые смотрятся более эффектно, но увы. Матовые светодиоды, рекомендуется брать потому, что прозрачные засвечивают соседние светодиоды и создается эффект, что не горящий светодиод светится.

Начал непосредственно с самого куба. Нарисовал матрицу размером 100х100. Расстояние между кружками 20мм. Диаметр 5мм. Распечатал на бумаге и приклеил к деревяшке.

Просверлил отверстия. Хитро загибаем катод (-) светодиода. Анод сгибаем под 90 градусов.

Катод оставляем торчать к верху, а анод припаиваем к соседнему светодиоду. Получается «этаж» светодиодов с общим «+».

Для усиления конструкции слева припаял еще проводник. Первый этаж готов. Аналогично делаем еще 4 этажа.

Собираем все этажи вместе. Для этого припаиваем к предыдущие этажи к последующим.

Для основания использовал фольгированный стеклотекстолит размером 100х100. Места для пайки светодиодов вытравил. В результате получилась следующая конструкция:

Не совсем ровно, но все легко подгибается. Теперь непосредственно к схеме. Для сборки необходимо:

1. 25 резисторов 150-220 Ом,
2. 125 светодиодов,
3. 5 конденсаторов 0,1мкФ (ставятся по питанию триггеров),
4. 2 конденсатора 22пФ,
5. Atmega16,
6. кварц 12-16МГц,
7. 5 резисторов 2,2коМ,
8. 5 триггеров 74hc574,
9. 5 транзисторов BC558.
10. 1 конденсатор 100мкФ (по питанию обязательно!!! иначе схема работать не будет)

С одной стороны тут все просто, но нужно не запутаться. В отличие от предыдущих проектов здесь используется Atmega16(Atmega16A-16PU). Я использовал рабочую частоту 12МГц, на 16МГц будут чуть быстрее светодиоды переключаться. Кроме того, здесь используются триггеры. Чтобы понять зачем, нужно проникнуться логикой схемы.

Все входы триггеров подключены параллельно. Допустим нам нужно включить первый светодиод на 2 этаже (D2.1) и при этом не включить светодиоды на 1,3,4,5 этаже (D1.1, D3.1, D4.1, D5.1). Выводим на PORTC.0=0, так как именно 0 в данном случае включает светодиод. На входе триггера появляется 0, однако на выходе его состояние не меняется. Для изменения состояния нужно подать импульс на вход CLK, т.е. вывести поочередно, на ножку PA1 логический ноль и логическую единицу. Теперь все катоды DA1.1-DA5.1 подключены к земле, чтобы зажечь именно D2.1, нужно всего навсего включить 2 этаж, т.е. открыть транзистор Q2, вывести логический ноль в PD6.

Свои эффекты писать пробовал, получилось, но как то в голову не пришло ничего, чего не было в готовых прошивках. Поэтому итоговой взял готовую прошивку, для куба 5х5х5 в интернете нашлось несколько вариантов. Чистого времени на сборку ушло 3 дня. Хороший подарок, собранный своими руками.

На последок, видео получившегося куба, в темноте смотрится особенно эффектно.

Куб описанный в данной статье использует 5 х 5 х 5 матрицу с одним цветом светодиода. Это хороший размер для эксперимента, но количество светодиодов требуется 125, что ведет к увеличению расходов. Мощность - до 1 амп ток и 5В напряжение т.е. 5Вт (арифметика простая).

Весь куб обновляется каждые 10мс (100Гц). Это не приводит к никаким видимым мерцаниям. Каждый из светодиодных слоев расположены в 5 х 5 матрице и контролируются транзисторами подключенных к светодиодным анодам. При соответствующем контроля слоя из ПОС выходит высокий уровень базы транзистора, +5 V и эмиттер находится около 0,7 вольт. Транзисторы используются NPN , если альтернативные используется должны быть аналогичной спецификации.

Катоды из светодиодов подключены к IC2 И IC3. Эти 16-бит постоянного тока драйвер для светодиодов. В 680R Резистор дает светодиодный ток ~ 28mA; номинал этого резистора может быть изменен для установки различных светодиодов (у разных светодиодов разные номинальные данные).

Конденсаторы обеспечивают электропитание... C4 и C5, в частности, являются важными и должны быть танталовые, расположенных рядом с ICs. Что касается светодиодов можно использовать практически любые 5 мм или 3 мм светодиоды, как вы хотите. По моему мнению кубик с 3 мм светодиоды они имеют большее пространство внутри куба, которое делает его визуально более красивее.

Самое главное: Сборка Светодиодов! Для начала необходимо изготовить макетку для светодиодов, чтоб все было ровно и красиво - в архиве находится файл LED_jig_template.pdf, специально предназначенный для этой цели.

Анод должен быть согнут под углом 90 °. Аноды соедините вместе, а катоды должны быть перпендикулярны анодам.

Использование 5 вольт питания и резистор (от 120 до 330 Ом), необходимо проверить и визуально убдится,что все спаяно правильно. Подайте "+" на анод, а "-" на катод и светодиод должен загорется. Сопротивление необходимо для ограничения тока! Не забудьте при проверке!

Внимание. Если вы пропустите этот тест и получите светодиоды собраны в кубе, найти светодиод не рабочий, будет очень трудно!

Установить светодиоды в следующей строке и припаять их аноды вместе.

Продолжение установки светодиодов в каждой из строке, пайка и тестирование.

В схема в формате PDF, разводка печатной платы, исходный код и прошивка микроконтроллера pic16f628a

По материалам сайта: www.picprojects.org.uk

Первого изготовленного мною получилась недостаточно хорошо, в основном из-за того, как светодиоды реагируют на музыку. К сожалению, мне было очень трудно понять описание. На мой взгляд, оно было сделано недостаточно подробно, а некоторые схемы даже были сделаны неправильно.
Вот почему я захотел создать еще одну схему светодиодного куба и сделать описание для неё. Я попытался сделать это настолько просто и доступно, чтобы все с опытом или без, могли сделать это своими руками!
Ниже Вы увидите результат моей поделки - музыкальный светодиодный куб. Данная модель питается от источника постоянного тока напряжением 12 Вольт, схема светодиодного куба прилагается. Желающие сделать подобное устройство с питанием от USB, могут воспользоваться описанием
Фильм данного проекта снят с помощью камеры Canon Digital, в темноте. Моя камера не может справиться с быстрым переключением между светлыми и темными тонами достаточно хорошо. На самом деле эффект еще лучше того, что на видео.

Шаг 1. Материалы и инструмент.

Чтобы сделать этот музыкальный светодиодный куб, можно использовать много разных вещей, и построить схему светодиодного куба по-разному.
В этом описании я объясню, как я сделал это очень простым способом, по самой простой схеме.

Материалы
- 12v блок питания (может быть использована также и батарея)
- 3,5 мм разъем с кабелем от наушников
- Tip31 транзистор (это ключ ко всему проекту) - $0.50
- 5 мм светодиоды (цвет или количество полностью зависит от вас, 1 светодиод рассчитан на 3В, питание 12v, так что надо 4 светодиода.) - $0,28
- Акриловый лист А4 - толщиной 3 мм (также известный как «органическое стекло») - $2.00
- Мелкую наждачную бумагу (я использовал 400) - $1.00
- Электрические провода

Если вы видите, что цена указана, это означает, что я купил это. Остальное я просто насобирал в старье. Адаптер 12В был от старых беспроводных наушников и 3,5 мм штекер от другого старого наушника.

Шаг 2. Подготовка корпуса куба.

Вы конечно можете подобрать необходимый корпус, но если вы решили делать светодиодный куб своими руками, то следующие шаги для вас.

Из акрилового листа, мы собираемся построить коробку.

1. Нарисуйте пластины для коробки на акриловый лист (фото 1). Я использовал пластины 15 см х 5 см. И квадраты 5 см х 5 см. Конечно, вы можете использовать любой другой размер стороны куба, как вы хотите.

2. Используйте лобзик, чтобы вырезать пластины из акрилового листа. Делайте это настолько хорошо, насколько это возможно. Потому что все пластины нужно хорошо подогнать друг с другом (фото 2).
Если пластины оказываются не равными, используйте шкурку или напильник и подгоняйте их, пока они все не будут подходить хорошо.

3. Возьмите дрель и просверлите отверстия, используя сверло такого же размера, что и толщина шнура наушников (фото 3). Затем просверлить отверстие для адаптера.
Делайте это очень аккуратно! Если будете спешить и приложите слишком много давления, стекло может треснуть.

Шаг 3. Рассеивание или замораживание стенок и светодиодов.

Чтобы получить хороший "светящийся" эффект светодиодных излучателей, они должны иметь "матовый" вид как коробки, так и светодиодов.

Я смог получить на руки только прозрачный акриловый лист и прозрачные светодиоды. Для всех тех, кто имеет то же самое, следует продолжить этот шаг.

Если у вас уже есть матовый акрил (опал акрил) и светодиоды с рассеянным светом, то вы можете продолжить с шага 4.

1. Возьмите тонкую наждачную бумагу (400) и положите ее на стол, взять пластину стекла и протереть ее наждачной бумагой круговыми движениями. Если одна сторона матовая достаточно, перевернуть пластинку и снова делать то же самое с другой стороны.
Теперь вы будете иметь хороший матовый эффект (фото 1, чтобы увидеть разницу).

2. Сделайте то же самое со светодиодами. Обработайте шкуркой светодиоды, пока не получите хороший рассеянный свет (фото 2).

Фото 3 показывает вам 1 рассеянный и 1 прозрачный светодиодный индикатор.

Шаг 4. Сборка коробки.

После того, как пластины подготовлены можно собрать коробку. Еще раз убедитесь, что все подходит прекрасно, если необходимо еще раз подгоните пластины и можно склеивать. Склеивать лучше каплями цианакрилатного клея, но конечно можно использовать и любой другой подходящий по назначению. Нижнюю крышку не приклеивать - сначала на нее надо установить все оборудование.

Шаг 5. Подготовка схемы светодиодного куба .

Поскольку у меня нет опыта в области электроники, это была самая трудная часть для меня.
Другие описания тоже не давали хорошего объяснения по этому вопросу.
Таким образом, для всех, кто новичок в электронике и понятия не имеет, что они делают, прилагаю свою схему светодиодного куба и некоторые объяснения по схеме.

1. Сколько светодиодов использовать?
В среднем индикатор работает от 3v напряжения. Если вы собираетесь поставить светодиоды в ряд последовательно (как это сделал я), вы должны рассчитать, сколько светодиодов можно использовать с адаптером. Формулу Вы можете использовать такую: выходное напряжения адаптера / LED напряжение = Всего светодиодов.
Так что если вы используете адаптер 12v с 3v светодиодов: 12/3 = 4 светодиода

2. Реальное напряжение на адаптере.
Прежде чем я продолжил создания этой схемы, я подумал, было бы полезно, измерить реальное напряжение на адаптере. Наклейка на адаптере (фото 1) говорит, что выход 12В. Но как только я подключил его на мой мультиметр, он показал, что фактически напряжение составляет около 18 В (фото 2).
Значит, я могу вычислить количество индикаторов снова: 18/3 = 6 светодиодов в кубе.
Так как я собираюсь соединить все светодиоды последовательно, я могу использовать 6 светодиодов в моей схеме.

3,5 мм аудио разъем (фото 3).
Какие провода и что значат? Как вы можете видеть на фото, штекер соединен с 3 проводами, находящихся в черной изоляции. Один провод общий (земля), два других - сигнал от каналов звука.

Теперь с этой информацией, Вы можете перейти к следующему шагу, создание цепи.

Шаг 6. Сборка схемы светодиодного куба.

Многие люди боятся, когда они видят все эти странные схемы, с этими символами на нем. Не имея понятия, что они означают. Вот почему я сделал дружественное описание схемы с изображениями 🙂 См. фото 1 ниже.

1. Убедитесь, что имеются все материалы, чтобы сделать схему. И хватит электрических проводов для соединения всех компонентов.

2. Перед тем, как собирать схему, нужно протащить аудио кабель через отверстие в задней стенке.

3. Теперь необходимо собрать схему и проверить ее. Лучший способ проверить, это через аудио выход с вашего компьютера. Убедитесь, что звук на вашем компьютере установлен на 100%, а затем проверьте.

Цепи: положительный полюс от адаптера идет на ногу положительного первого LED. Далее следуют другие 5 светодиодов. Подключите отрицательную ногу с первого светодиода на положительную ногу второго светодиода. Подключите отрицательную ногу со второго индикатора на положительную ногу третьего светодиода, и так далее. Отрицательная нога последнего светодиода, подключается к центральному выводу транзистора TIP31.
Затем подключить правый вывод TIP31 к отрицательному полюсу адаптера.
Все что осталось теперь, это подключения аудио кабеля. Подключите красный или белый провод с аудио кабеля на левый вывод TIP31 . И заземляющий провод от аудио кабель к правому контакту TIP31.
Для более подробной информации см. фото 1 цепи.

4. Если ваша схема светодиодного куба работает, произведите пайку всех компонентов вместе, так что схема станет красивый, а также не развалится.
Если у вас есть проблемы со сборкой схемы, вы можете попробовать установить все сначала на печатной плате.

Шаг 7. Окончание работ.

Теперь у Вас есть все необходимые части. Все, что нам нужно сделать, это разместить их в нижней части в кубе.

1. Используйте клеевой пистолет чтобы поставить разъем для адаптера прямо позади отверстия. Совет: подключите кабель перед склеиванием. Таким образом, разъем всегда будет сцентрирован в нужном месте.

2. Еще раз подгоните стороны нижней (задней) пластины так, чтобы они плотно прилегали к светодиодному кубу. Вы просто сделайте нижнюю пластину немного больше, таким образом, как только вы поместите ее в куб, она застрянет и не отвалится при перемещении куба. Мы не будем клеить снизу, на всякий случай - вдруг придется открыть его по некоторым причинам. Поэтому убедитесь, что дно вставляется туго.

Вот и все!
Теперь подключите все вместе, поставить музыку на максимум и наслаждайтесь!

Вы можете изменить этот проект так, как вы хотите - вы можете изменить схему светодиодного куба , корпус, размеры, цвет, но в любом случае ваш изготовленный своими руками светодиодный куб будет самым лучшим! Используйте любой светодиод какой хотите, создавайте корпус, который соответствует лучшим Вашим представлениям о рабочем столе и т.д.

Как работает декоративная скульптура из светодиодов? Можно ли её собрать самостоятельно? Сколько нужно светодиодов и что нужно кроме них? На все эти вопросы вы найдете ответ в этой статье.

Led куб – что нужно для самостоятельной сборки

Если вы увлекаетесь самоделками, любите ковыряться в схемах электроники – попробуйте собрать светодиодный куб своими руками. Для начала нужно определиться с размерами. Поняв принцип работы устройства, вы можете модернизировать схему как с целью увеличения светодиодов, так и с меньшим их количеством.

Светодиодный куб с гранями на 8 диодов

Давайте разберем как это работает на примере куба со стороной в 8 светодиодов. Такой куб может испугать начинающих, но если вы будете внимательным при изучении материалов – вы с лёгкостью освоите его.

Чтобы собрать led cube 8x8x8 вам понадобится:

• 512 светодиодов (например 5мм);
• сдвиговые регистры STP16CPS05MTR – 5 шт;
• микроконтроллер для управления, см. Arduino Uno или любую другую плату;
• компьютер для программирования системы;

Принцип работы схемы

Маленькие светодиоды типа 5 мм потребляют незначительный ток – 20 мА, но вы собираетесь зажигать их довольно много. Источник питания 12В и 2А прекрасно подойдет для этого.

Подключить все 512 светодиодов индивидуально у вас не выйдет потому, что вряд ли вы найдете микроконтроллер (МК) с таким количеством выводов. Чаще всего встречаются модели в корпусах с количеством ног от 8 до 64. Естественно вы можете найти варианты и с большим количеством ножек.

Как же подключить столько светодиодов? Элементарно! Сдвиговый регистр – микросхема которая может преобразовывать информацию из параллельного вида в последовательный и наоборот – из последовательного в параллельный. Преобразовав последовательный в параллельный вид, вы получите из одной сигнальной ножки 8 и более, в зависимости от разрядности регистра.

Ниже приведена диаграмма иллюстрирующая принцип работы сдвигового регистра.

Когда на последовательный вход Data вы подаете значение бита, а именно ноль или единицу, она по фронту тактового сигнала Clock передается на параллельный выход номер 0, не забывайте, что в цифровой электронике нумерация идёт с нуля).

Если в первый момент времени была единица, а затем в течении трёх тактовых импульсов на входе вы задали нулевой потенциал, в результате этого вы получите такое состояние входов «0001». Вы можете это наблюдать на диаграмме на строках Q0-Q3 – это четыре разряда параллельного выхода.

Как применить эти знания в построении LED куба? Дело в том, что можно применить не совсем обычный сдвиговый регистр, а специализированный драйвер для светодиодных экранов — STP16CPS05MTR. Он работает по такому же принципу.

Как соединять светодиоды?

Разумеется, что использование драйвера не полностью решит проблемы связанную с подключением большого количества светодиодов. Для подключения 512 светодиодов понадобится 32 таких драйвера, а от микроконтроллера еще больше управляющих ножек.

Поэтому мы пойдём другим путём и объединим светодиоды в строки и столбцы, таким образом мы получим двухмерную матрицу. Лед куб же занимает все три оси. Доработав идею объединения светодиодного куба 8x8x8 у которого светодиоды объединены в группы, можно прийти к такому выводу:

Объединить слои светодиодов (этажи) в схемы с общим анодом (катодом), а столбцы в схемы с общим катодом (или анодом, если на этажах объединяли катоды).

Чтобы управлять такой конструкцией нужно 8 x 8 = 16 управляющих пинов на колонки, и по одной на каждый этаж, всего этажей тоже 8. Итого вам нужно 24 управляющих канала.

На колодку input подаются сигнал с трех ножек микроконтроллера.

Чтобы зажечь необходимый светодиод, например, расположенный на первом этаже, в первой строке третий по счету, вам нужно подать минус на столбец номер 3, а плюс на этаж номер 1. Это справедливо если вы собрали этажи с общим анодом, а столбцы – катодом. Если наоборот, соответственно и управляющие напряжения должны быть инвертированы.

Для того, чтобы вам было удобно спаивать куб из светодиодов вам нужно:

Для корректной работы куба из светодиодов нужно собрать его по слоям с общим катодом, а столбцы – анодом. Подключить к выводам Arduino то что на схеме обозначено, как input в такой последовательности:

Что делать если у меня нет таких навыков?

Если вы не уверены в своих силах и знаниях электроники, но хотите себе такое украшение для рабочего стола, вы можете купить готовый куб. Для любителей мастерить простенькие электронные поделки, есть отличные варианты проще с гранями 4x4x4.

Готовые наборы для сборки можно приобрести в магазинах с радиодеталями, а также их огромный выбор на aliexpress.

Сборка такого куба разовьет у начинающего радиолюбителя навыки пайки, точность, правильность и качество соединений. Навыки работы с микроконтроллерами пригодятся для дальнейших проектов, а с помощью Arduino вы можете научится программировать простые игрушки, а также средства автоматизации для быта и производства.

К сожалению, из-за особенностей языка программирования Arduino – sketch есть некие ограничения в плане быстродействия, но поверьте, что когда вы упретесь в потолок возможностей этой платформы, скорее всего освоение работы с «чистыми» МК у вас не вызовет существенных трудностей.

Разработка куба и материалы :

Я видел много проектов светодиодных кубов, и основной их проблемой является управление большим количеством светодиодов при помощи маленького количества контактов. Во многих проектах для этой цели использовались сдвиговые регистры. Основной их проблемой является время, требуемое на сдвиг всех битов и проблемы возникающие из-за него. Мне это не понравилось, и я решил нарисовать свою схему.

Я использую 5 дешифраторов по 3-8 линии на каждый (также они известны как демультиплексоры), чтобы преобразовывать двоичный сигнал с 5-битного параллельного входа в 25-битный параллельный выход, который управляет светодиодами. Особенностью этих дешифраторов является то, что высокий уровень сигнала может быть одновременно только на одной из 25 линий. Если на пяти контактах Arduino 01010 (10 в двоичной системе), дешифраторы принимают этот сигнал и выводят его на свой 10 контакт. Всего их 25 с номерами 0-24.

В схеме также используются NPN транзисторы, на катодах каждой плоскости куба. Куб собран на специальной печатной плате изготовленной на заводе, что позволило избежать большего количества проводов. Всего проект обошелся в $100.

Предварительно удостоверьтесь, что ваши дешифраторы дают высокий уровень сигнала на один из выводов, а на все остальные низкий, т.к. есть микросхемы, которые дают низкий уровень сигнала на один вывод, а высокий на все остальные. На рисунке ниже вы можете увидеть предварительные наброски схемы и таблицу:

Сборка куба :

Первый шаг - это изготовления куба из светодиодов. Я купил дешевые светодиоды с очень короткими выводами, и мне пришлось использовать дополнительный провод.

Когда все 5 слоев готовы, их надо соединить. Расстояние между слоями должно быть 2.5 см, чтобы куб не был сплющенным или растянутым. От катода каждого слоя приведите вниз куба по проводу, который затем будет впаян в плату. Всего такой куб насчитывает около 300 точек пайки.

Макет схемы :

Для подключения куба я использовал кабель CAT5, т.к. он дешев и доступен. Я собрал схему на макетной плате. Выберите угол куба который будет считаться точкой начала отчета и подключите к его аноду вывод 0 дешифратора. Следующим анодом считается ближайший анод по оси X, а когда они закончатся, используйте аноды по оси Y. Я использовал резисторы по 150 Ом между дешифратором и столбцом.

Для подключения катодов используется NPN транзистор. Используйте резистор между базой транзистора и Arduino. Подключаете 1 вывод транзистора к GND, 2 к Arduino, 3 к катоду.

Программа для Arduino :

После того, как куб подключен к прототипу схемы, необходимо написать программу.

Код разбит на 4 основных части:

• LEDs.h: Содержит номера всех контактов и массивов.
• DisplayBasics.pde: Содержит несколько основных «формы» в кубе, для использования в модели.
• Patterns.pde: Содержит образцы программ отображения, которые можно увидеть на видео в начале статьи.
• LEDCubePCB.pde: Это окончательный вариант моего кода.

Номер исполняемой программы изменяется в зависимости от положения потенциометра.

Расширение функциональности :

Для того, чтобы светодиодный куб был ещё лучше, необходимо изменять программу отображения, неперепрошивая микроконтроллер. Для переключения программ я решил использовать перемычки, а для изменения длительности программы потенциометр. Но я забыл, что при использовании перемычек необходимо подтягивающее напряжение. Его можно получить путем использования подтягивающих резисторов.

Печатная плата :

Я разработал эту схему и печатную плату в Eagle. К статье прилагаются исходники в формате Eagle, которые можно редактировать. При проектировании печатной платы обратите внимание на размер отверстий, особое внимание уделите проводам.

Примечание редакции: Внимание! В Eagle на схеме указаны 74138! Необходимо использовать 74238.

Плата была изготовлена на заводе на заказ. Если вы не можете изготовить плату на заводе, вы можете сделать её при помощи ЛУТа или фоторезиста.

Производство и сборка печатной платы

Чтобы отправить проект на производство, необходимы файл сверловки и Gerber файлы. Я не умею их делать, но следуя инструкциям в интернете смог сделать и их. Эти файлы прилагаются к статье. Обратите внимание, что перемычки теперь подключены к GND и работают за счёт внутренних подтягивающих резисторов Arduino.

Начните сборку с резисторов и панелек, а сам куб паяйте в последнюю очередь. Все компоненты использованы в обычном выводном корпусе, поэтому монтаж достаточно пост. Паяйте плату чистым жалом, соблюдайте температурный режим и не перегревайте компоненты. Я использовал разъемы для всех микросхем.
Готово!

После сборки платы загрузите программу в Arduino и проверите её. Если схема работает неправильно, перепроверите правильность подключения и сборки куба.

В архиве по прилагаются файлы Eagle, Gerber и исходники ПО.