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CUBO LED 8X8X8 tipo: livello:
Effetti di luce con diodi led ad alta luminosit e arduino.
 
 



Cubo Led 8x8x8


Ciao a tutti voi di grix.it, questo è il mio primo articolo che posto qui, spero che il progetto che sto per presentarvi sia di aiuto a qualcuno o che semplicemente sia di interesse, come lo è stato per me realizzarlo. 

Mi presento, mi chiamo Angelo e sono un'appassionato di elettronica e computer, purtroppo per esigenze lavorative nonostante sia diplomato come perito elettronico, mi occupo di tutt'altro, quindi la mia conoscenza di elettronica è esattamente quella scolastica, però nel tempo libero mi diletto a costruire progetti trovati qua e la sulla rete. 

Descrizione

Quello che sto per presentarvi è un progetto trovato su un noto sito inglese, è la realizzazione di un cubo costruito interamente con dei led ad alta luminosità. I led in questione sono ben 512, quindi in teoria per comandare 512 led ci vorrebbero altrettanti collegamenti, ma grazie a un circuito multiplexing che permette di ridurre il numero di collegamenti, e grazie a dei comandi inseriti in un programmatore molto comune, chiamato arduino, il tutto si riduce a pochi collegamenti, esattamente a 16+8, dove sedici è la prima base di led 8x8, e 8 sono i singoli livelli, quindi se noi volessimo per esempio accendere un led a caso, possiamo indicare, tramite il programmatore, di alimentare la linea numero 4 (dico un numero a caso) della base 8x8 con livello numero 5, in questo caso l'incrocio, dà l'accensione di un singolo led, più o meno al cento del nostro cubo.

Tutto questo è stato spiegato alla femminile per non dilungarmi troppo sul principio di funzionamento, ma se volete approfondire il tutto, cercate in rete il termine pultiplex, e sazierete la vostra fame di conoscenza.

Comunque grazie a questo progetto si ha la possibilità di creare delle animazioni davvero divertenti, lo presento qui semplicemente perchè, avere una guida sopratutto in italiano che mi seguisse passo passo nella realizzazione di questo progetto mi sarebbe stata molto utile.

Foto Materiale Utilizzato

Schema Elettrico

Tengo a precisare che ho adattato lo schema alle mie esigenze, e cioè ho inserito tutto in un'unico circuito, (l'originale prevedeva l'utilizzo di due schede, una per il multiplexing e l'altra per il microcontrollore) per rendere il tutto molto più compatto, per utilizzare arduino e per poterlo facilmente inserire nel contenitore in legno. Quindi chiedo scusa per eventuali errori, presenti nello schema.

Per alimentare il tutto ho utilizzato un alimentatore da 5 V 5 A, come in foto, ma 3 Ampere sono più che sufficienti.

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Siccome il circuito non è ben visibile, allego il file originale realizzato in Fidocad e l'immagine in JPG.

LINK SCHEMA CIRCUITO

 

Realizzazione della struttura con i led

Diciamo che questa è stata per me, la parte più difficile del progetto, superata questa fase è tutto in discesa. Armatevi di tanta, ma tanta pazienza e fate le cose con calma, quando vi siete stancati lasciate tutto e riprendete il giorno dopo.

Per prima cosa bisogna prendere una base in legno dove realizzare dei fori da 3mm, precisamente 64 fori, 8x8 a distanza di 25mm uno dall'altro, come in foto

 

 

 

 

 

 

io sono andato dal mio falegname di fiducia per far venire il tutto più preciso possibile, perchè per poter realizzare i fori c'è bisogno obbligatoriamente di un trapano a colonna, altrimenti i fori vengono storti e la realizzzione del cubo non sarà perfetta.

 

 

 

 

 

 

Il cubo è realizzato da un insieme di 64 led per strato o livello, uniti tra loro con i catodi, mi spiego meglio.

Bisogna prendere 64 led per il primo livello e piegare di 90° la gambetta catodo (il negativo per intenderci) di tutti i led, lasciando ovviamente tutti gli anodi belli dritti. Successivamente posizionare i 64 led a testa in giù, sulla base in legno precedentemente forata, e far in modo che ogni gamba catodono, tocchi con la gamba catodo del led affianco, ovviamente procedere con un piccolo punto di saldatura su ogni giunzione.

 

 

 

 

 

 

                  

una foto vale più di 1000 parole

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 precisazione:

 

 

Nella foto non era stata ancora effettuata la saldatura tra un piedino e l'altro.

 

                                                                   

 

Un consiglio spassionato, provate anche più volte, se tutti i led sono funzionanti, personalmente vuoi per la qualità dei led, vuoi la temperatura elevata del mio saldatore, ho bestemmiato un po, sopratutto quando mi accorgevo che dopo aver saldato il tutto, nonostante prima li avessi provati, qualche led si era fulminato.

 

 

 

 

 

                               

                                 

 

                                  una foto vale più di 1000 parole

 

                    

 

 

 

 

 Successivamente, finito con le otto righe di led verticali, bisogna procedere a collegare i catodi in maniera orizzontale, per fare ciò, ho utilizzato del doppino telefonico, essendo rigido, mi è bastato tagliare un pezzo di filo e tirarlo con l'aiuto di due pinze, così facendo il filo messo in tensione, si allunga leggermente e rimaneva bello dritto. Poi ovviamente come sempre, applicare un punto di saldatura ad ogni giunzione, dove il filo incrocia le gambette anodo, vedi foto 2 con i cerchietti rossi.

 
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I fori da tre millimetri, se li fate fare dal vostro falegname, saranno precisissimi, quindi fate attenzione quando dovete togliere i led dalla base in legno, perchè i led potrebbero opporre restistenza, e nel disincastrarli rischiate di rovinare il tutto. Io per ovviare a questo problema, ho utilizzato questo espediente..... siccome avevo un'altra base in legno precedentemente forata da me, ho inserito dei piccoli chiodi in una fila di buchi, in modo tale da posizionarli sotto la base in legno con i led incastrati e piano piano ho esercitato una lievissima pressione e voilà, riga per riga, disincastravo il tutto.

 

Una volta terminato il primo livello, procedere con tanta pazienza e forza di volonta con tutti e gli altri sette.

Ora non resta che sovrapporre tutti i livelli creati, facendo combaciare tutte le gambette catodo. Come sempre, saldare il tutto a ogni incrocio come indicato nei cerchietti rossi della seconda foto. Come distanziali, per far trovare i vari livelli ad altezza uguale ho utilizzato 4 batterie da 9 volt in larghezza, che sono più o meno 25mm.

Bene, arrivati a questo punto siete già a buona parte dell'opera, non vi resta che provare dinuovo che tutti i led siano perfettamente funzionanti, io avevo il terrore di provare, infatti le mie preoccupazioni erano fondate, perchè ben 5 led, una volta ultimato il lavoro, avevano deciso di non accendersi più, li ho dovuti sostituire con una pinza a becco stretto e ancora tanta pazienza, sopratutto perchè se vi capitano led bruciati nelle zone centrali sono problemi.

 

Comunque una volta ultimata la struttura, io ho utilizzato un'altra base in legno, rispetto alla precedente, con fori da 1mm al posto di 3mm ( vedi foto ), sempre forata dal mio falegname. Fate però bene attenzione, perchè ho fatto fare anche altri 8 fori ( vedi foto con i cerchietti rossi ), questi ultimi serviranno per saldare 8 pezzi di filo, uno per ogni signolo piano o livello catodo. Essendo i fori molto piccoli, con l'ausilio di un righello sottile, piano piano, uno ad uno, ho inserito tutte le gambette nei forellini. Prima però ho provveduto a pittare la base di colore nero, come potete vedere nelle foto del lavoro ultimato. A voi nulla vieta di poter utilizzare la stessa base in legno con i fori da 3mm, ovviamente ricordatevi che se volete pittarla, bisogna farlo prima di fissare tutti i led.

                        Foto senza fori per i livelli                                  Foto con i fori in più per i livelli evidenziati dai cerchietti rossi

Per semplificarvi la vita su come inserire i pezzi di filo per i livelli, vi ho modificato una foto. Ricordate che per far si che il filo sia bello teso c'è bisogno di tiralo un pò con l'ausilio di due pinze. Ovviamente in rosso sono indicati i pezzi di filo del doppino telefonico.

clicca per ingrandire

Ora non resta che piegare tutti i piedini e saldare dei pezzi di filo che andranno sul circuito.

Notate alla vostra sinistra, sia sulla prima, che sulla seconda foto, che ho applicato un pezzo di basetta mille fori, per saldare meglio i fili dei livelli, perchè mentre per i led abbiamo una struttura bella solida, quindi i piedini erano facilmente piegabili, per i livelli no. Se vi state chiedendo dove ho trovato quei cavi, sono semplicemente gli stessi cavi flat che si usano per collegare all'interno del pc, hard disk, floppy disk, ecc... ecc...,solo che sono colorati. Per reperirli, andate su ebay, sotto la voce Rainbow Ribbon Cable. Sicuramente in Italia trovate ben poco, però nel regno unito ne ho trovati di diversi tipi e prezzi. Ho utilizzato un cavo flat di colore diverso per distinguere i livelli, dalle righe.

Ultima fase, per me la più divertente, saldare sull'altra estremità dei cavi flat i connettori. Su internet ce ne sono un'infinità, potete scegliere quelli che più vi piacciono, fate però bene attenzione a collegare un connettore di 8 pin per ogni riga, più un connettore di 8 pin per i livelli (vedi foto).

                             Connettore a 8 pin per gli otto livelli                                             Connettori a 8 pin per le 8x8 righe                              

Realizzazione del circuito con PCB  si o PCB no?

Inizialmente volevo realizzare il circuito su basetta ramata, e ho anche realizzato il pcb mono faccia, se a qualcuno interessa posso anche postarlo, " ma non è ultimato ", perchè mi sono reso conto che essendoci molte piste da collegare tra loro, per otto multiplex, lo spazio da utilizzare per la basetta cresceva notevolmente, quindi le strade da prendere erano due, fare il circuito pcb doppia faccia, o utilizzare una basetta millefori e collegare il tutto con cavetti volanti, io ho utlizzato la seconda soluzione perchè non sono stato capace di intraprendere la prima :-).

Ma devo dire, che alla fine è venuto fuori un bel lavoro comunque, anche grazie a dei fili di collegamentro trovati su internet che si spellano automaticamente al calore del saldatore, sono spesso utilizzati per fare le modifiche alla x-box, playstation, ecc.. ecc.. per trovarli vi basta cercare su ebay con la dicitura "kynar wrapping wire".  Vedi  foto.

 

In alto a sinistra, nella foto lato componenti del circuito, c'è uno spazio vuoto, è riservato a Arduino Nano 3.0.

 

 

 

 

 

 

                  una foto vale più di 1000 parole

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Programmazione con Arduino

Specifico subito che non sono pratico di programmazione, però posso dirvi che arduino è basato su programmazione C++, e le animazioni presenti per arduino non sono tantissime, quindi se c'è qualcuno che sa programmare e volesse studiare il programma che linkerò (preso e copiato, pari pari dal sito originale del progetto), e volesse ampliare le animazioni è ben accetto :-).

Comunque tornando a noi, il penultimo passo da fare è quello di inserire il programma nell'arduino, per fare ciò procedere nel seguente modo:

Prima di tutto scaricare il programma arduino da questo link

http://arduino.cc/en/Main/Software -

attualmente l'ultima versione è la 1.0.1

Successivamente collegare arduino con il cavo usb al computer, scaricare il programma da questo link                                  

-  UserFiles/geniusDoc86/Led_cube_8x8x8.rar -

aprirlo e premere CTRL+U (sarebbe l'abbreviazione da tastiera per dare il comando, carica il programma su arduino. 

 

 

 

 

 

 

 

In una didascalia di una precedente foto, avevo specificato che c'era uno spazio riservato ad Arduino, questa è la foto che mostra arduino montato sulla basetta.

 

 

 

 

 

 

 Assemblare il tutto 

Siamo arrivati alla fine, ora non resta che assemblare il tutto, e come quasi ogni cosa di questa guida ecco le foto.  Però in più, posto il link video del cubo in azione.


 

Link Video CUBO 8x8x8 - Link Video CUBO 8x8x8 - Link Video CUBO 8x8x8

http://www.youtube.com/watch?v=4qEyQQZszlw&feature=youtube_gdata_player

Link Video CUBO 8x8x8 - Link Video CUBO 8x8x8 - Link Video CUBO 8x8x8

   

Lista componenti necessari per la realizzazione
 

  • Scheda programmatore Arduino (nel mio caso ho utilizzato un arduino Nano 3.0, ma va bene la versione UNO, o il nuovo LEONARDO o addirittura l'arduino MEGA). Per chi non sapesse di cosa stia parlando può consultare il sito http://arduino.cc il costo di questo fantastico programmatore è veramente irrisorio.
  • 512 Led ad alta luminosità da 3mm di diametro e con lunghezza del piedino catodo da almeno 25mm. (Meglio qualcuno in più per aventuali margini di errore). Questi e molti altri componenti li ho reperiti su ebay, quindi più siete bravi più risparmiate, io per esempio ho acquistato un pacchetto di 1000 led a poco più di 15 €, però ho dovuto aspettare più di un mese che mi arrivassero dalla Cina.
  • 72 resistenze da 100 ohm precisione 1% marrone-nero-nero-nero-marrone
  • 1 basetta mille forti
  • 8 integrati 74HC574
  • 16 transistor PN2222
  • 16 resistenze da 1 kohm precisione 1% marrone-nero-nero-marrone-marrone
  • 1 integrato 74HC138
  • 10 condensatori ceramici da 0.1 uF (quelli a lenticchia con la scritta 104)
  • 1 condensatore elettrolitico da 1000 uF
  • 1 condensatore elettrolitico da 10 uF
  • 1 alimentatore stabilizzato da 5V minimo 2,5 Ampere

 

Conclusioni

Se ho scritto qualche "gastroneria", notate la presenza di errori, sia nell'articolo o nello schema, o semplicemente per un confronto, sentitevi liberi di criticare o commentare. Se il mio lavoro è stato si vostro gradimento, approvate e votate positivamente. Un saluto a tutti. Angelo Conforti.

P.s. per lo staff di Grix.it spero di aver rispettato correttamente la formattazione, se volete modificare qualcosa, sentitevi liberi di farlo. Spero possiate notare che il tempo impiegato per fare il tutto è stato parecchio.





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Questa pagina è stata creata da geniusDoc86
il 03/07/2012 ore 16:18
ultima modifica del 12/07/2012 ore 00:26
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