Тази статия описва процеса на правене на куб със светодиоди, което е отлично визуално допълнение, особено при слаба светлина. Всеки ръб на куба съдържа 5 светодиода, а целият куб се състои от 125 светодиода (фиг. 1). Кубът може да бъде свързан към USB порт на компютър, с който могат да се конфигурират отделни светлинни последователности. Чрез свързване към компютър кубът може да реагира на различни стимули, напр. може да свети и да мига според текущо възпроизвежданата музика.

pages
Фиг. 1: LED куб с USB интерфейс.

където VIREF обикновено е 1,24 V. За ток от 31 mA, R3 и R4 имат стойност от 1,6 kΩ.

Фиг. 2: Електрическа схема.

Ако искате да напишете собствена програма за микроконтролера, препоръчвам временно да увеличите стойността на резисторите R3 и R4, така че токът през светодиода да не надвишава типичната стойност. Това ще предотврати повреда на светодиода в случай на продължително осветление за дълго време.

Печатната платка е показана на ФИГ. 3. Това е едностранна ПХБ. На фиг. 4 и ФИГ. 5 показва монтажа на компонентите. Използването на SMD компоненти не може да бъде избегнато, тъй като конверторът FT232RL и интегралните схеми TLC5922 се произвеждат само в SMD дизайн. Отстрани на връзките добавих няколко SMD кондензатора и резистори, за да опростя дизайна и да спестя място на платката. Мрежата от светодиоди с формата на куб се плъзга в предварително подготвените отвори JP1-JP25. Диодните аноди във всеки слой са свързани помежду си и са свързани чрез проводници към отвори JP26-JP30.

Фиг. 3: Печатна платка (страна за свързване). Размери 14,8 х 10,7 см. Фиг. 4: Сглобяване на компоненти. Страница за части. Фиг. 5: Сглобяване на компоненти. Страна на свързване.

Използвах ясни зелени светодиоди с диаметър 5 мм за конструиране на куба. Светодиодите в слоевете са на разстояние 2 см. За да спазя тези разстояния, пробих отвори с диаметър 5 мм в дървената дъска. Дупките са подредени в квадратна мрежа 5x5 с плътност на окото 2 cm (фиг. 6).

Фиг. 6: Поставяне на диоди в предварително пробити отвори за взаимно запояване.

Преди запояване огънах клемите на всеки светодиод, както можете да видите на фиг. 7.

Фиг. 7: LED с огънати клеми.

Поставих модифицираните LED диоди в пробити отвори и припоих техните аноди един към друг (фиг. 8).

Фиг. 8: Подробности за поставяне на диоди в предварително пробити отвори.

Добавих две телени връзки, така че слоят да запази формата си и да не се деформира. По този начин създадох пет отделни слоя. След това слоевете са свързани помежду си чрез запояване на всички катоди на светодиодите един над друг. Подробности за взаимното свързване на светодиодите са показани на ФИГ. 9.

Фиг. 9: Подробности за светодиодната връзка.

След това целият куб се вмъква в отвори JP1 до JP25. Дупките са създадени от дупката чрез отчупване. След това към всеки слой се запоява тел и неговият край постепенно се вмъква в JP26 за горния слой до JP30 за долния слой. Създаването на LED куб отнема много време, но трябва да се внимава при огъване на всеки терминал и след това запояване, така че полученият куб да не се деформира.

Първо, необходимо е да заредите програма в микроконтролера, която свети отделните светодиоди. В допълнение към зареждането на програмата е необходимо предпазителите да са правилно настроени. Настройката на предпазителите MCU е показана на фиг. 10.

Фиг. 10: Настройка на предпазители в средата на Atmel Studio.

Кубът трябва да работи веднага щом се свърже външен източник. Свързаното захранващо напрежение се обозначава с LED3. Микроконтролерът има записан код, който съдържа различни светлинни последователности, които се възпроизвеждат в цикъл. Използвайте светлинните последователности, за да проверите дали всички светодиоди са запоени правилно. Ако кубът не работи при първия опит, проверете връзките, за да видите дали печатната платка е счупена или заобиколена или сте забравили да поставите жичен джъмпер. Стабилизаторът на напрежението се загрява, тъй като през него протича относително голям ток (25 светодиода x 31 mA = 775 mA). Затова не докосвайте стабилизатора, за да предотвратите изгаряния. Препоръчвам да добавите радиатор към стабилизатора за по-добро разсейване на топлината. Кубът може да се управлява с помощта на USB порта на компютъра. За тази цел е създаден софтуер на програмния език C #, който контролира куба.

Управление на LED куб чрез USB порт

Първият път, когато свържете куба към вашия компютър, е инсталиран виртуален сериен порт. Ако драйверът не се инсталира автоматично, изтеглете го от www.ftdichip.com. Серийната линия е настроена на 38 400 бода и данните се изпращат като 8-битови с един стоп бит. В случай, че искате да създадете свой собствен контролен софтуер, заявявам, че 32 бита (4х8 бита) винаги се изпращат, за да осветят куба. Долните 25 бита определят кой светодиод в слоя трябва да светне, а горните три бита кодират кой слой трябва да бъде активиран. За да активирате първия (горния слой), най-високите битове са 001b, за втория слой 010b, за третия 011b, за четвъртия 100b и за долния слой 101b.

Както вече споменахме, когато захранването е свързано, кубът светва според програмата, която е записана в микроконтролера. След всяко изпълнение на програмата се проверява състоянието на RTS линията. Ако зададем RTS на устройството в компютъра, програмата от микроконтролера ще спре да се изпълнява и кубът ще светне според данните, изпратени през виртуалния сериен порт. За да не се налага да чакаме цялата програма да изтече от MCU, натискаме бутона RESET на платката за микроконтролера.

Създаден е софтуер с интерактивен и интуитивен потребителски интерфейс на програмния език C # за удобно създаване на светлинни последователности по желание. Ако програмата не работи след стартиране, вероятно нямате .NET Framework 4.0 инсталиран на вашия компютър. Можете да изтеглите тази рамка директно от уебсайта на Microsoft. Графичният потребителски интерфейс е показан на ФИГ. 11. Приложението е на английски език поради по-широкото му използване.

Фиг. 11: Графичен потребителски интерфейс за управление на LED куб.

Изграденият LED куб е отличен аксесоар за светлина за стая в тъмно и при слаба светлина. Кубът има предварително програмирана последователност от светлинни ефекти, които се възпроизвеждат веднага след включването на захранването. След свързване на куба към компютър с USB кабел и създадения софтуер е възможно да се създадат светлинни ефекти по желание. Общата цена на LED кубчето зависи главно от използваните светодиоди. Възможно е да се използват ясни и матови светодиоди с различни цветове и размери. В заключение бих искал да благодаря на Barbora Martikáňová за правенето на качествени снимки на LED кубчета, които бяха използвани за тази статия.