LED Cube 8x8x8 на Arduino с RTC « схемопедия

Опубликовано: 01.09.2018

Введение

LED Кубы появились уже давно, есть множество примеров их изготовления. На просторах интернета можно найти различные, начиная от 3х3х3 одноцветных, заканчивая большими объемными 3D LED экранами. Наиболее оптимальный размер с которого можно начать освоение их построения и программирования для начинающих это 8х8х8 (512 светодиодов), кубы меньших величин, не столь явно показывают световые эффекты, а кубы начиная уже с 16х16х16, довольно сложны в изготовлении начинающим.

В этой статье я хочу поведать создание LED Куба, размером 8х8х8, с использованием в качестве управляющего микроконтроллера, платы Arduino Pro Mini. Данная модель куба, может работать в двух режимах: световых эффектов и режим часов. Это стало возможным, благодаря интеграции в схему модуля RTC.

Принцип действия

Управление световым кубом из 512 светодиодов осуществляется посредством MOSFET-транзисторов, 64 транзистора отвечают за подачу положительного напряжения на столбцы, и 8 транзисторов за подачу отрицательного напряжения на слои. Ток (соответственно яркость) светодиода регулируется по средством 64 резисторов (R011-R641) стоящих после выхода транзисторов на столбцах. Открытие и закрытие транзисторов осуществляется при помощи сдвиговых регистров, которые в свою очередь управляются по двум линиям (отдельно столбцы и слои) платой Arduino.

Вся конструкция куба разделена на части:

Схема №1 или главная плата, на которой установлен сам микроконтроллер (плата Arduino), RTC модуль, SD модуль, сдвиговый регистр и MOSFET-транзисторов, отвечающие за слои; Схема №2 или плата контактов, которая отвечает за крепления самого куба и открытия подачи положительного напряжения на столбцы; Схема №3 или пульт, отвечает за кнопочные команды устройству; Блок питания 5V (15A в данной конструкции применён такой, но поддержка такого тока не обязательна, всё зависит от тока светодиодов, смотрите ниже расчёт); Сам Куб 8х8х8 из 512 светодиодов.

Блок питания подбирается из учёта питания светодиодов, так как одновременно возможно свечение только одного слоя, то есть это 64 светодиода. Если принять ток одного светодиода равным 30мА, то получаем: 30мА*64=1920мА, то есть будет достаточно 3А блока питания, для питания всей конструкции.

Схемотехника

И так, главная плата, представляет собой в основном коммутационный характер, сопряжение всех модулей и управление слоями. Для наглядности, разделим на две части: коммутационная и управление слоями.

Схема №1, главная управляющая плата:

Коммутационная часть, осуществляет ввод основного питания на устройство (J6). Для прошивки платы Arduino Pro Mini, служит модуль USB to TTL, который подключается через J6-1, контакты J6-J1 и J6-J2, служат для подключения питания на плату Arduino от модуля (данное питание необходимо для прошивки, если не используется блок питания). Разъем J4, служит для подключения SD карты, а J5 для подключения модуля RTC. Плата Arduino Pro Mini, подключается через, группу разъемов J1 (1-1, 1-3, 1-4). Группы разъемов J2 и J3, служат для подключения сигнальных линий для управления платами контроля питания столбцов (Схема 2), и подачи питания. Группа разъемов J7, служит для подключения клавиатуры (Схема 3). И наконец группа J8, отвечает за подключение второй части Схемы 1 (управление слоями):

Вторая часть Схемы 1, предельно проста: сдвиговый регистр, дает команды MOSFET-транзисторам ( 1-открыть транзистор, 0-закрыть), сдвиговый регистр, получает через линию данных команды от первой части Схемы 1.

Рассмотрим, Схему 2, она разделена на две одинаковые части, для контроля по 32 столбца каждая. Так как они абсолютно идентичны, рассмотрим только одну:

Так же как и в предыдущей схеме, сдвиговый регистр даёт команды (которые получает через линию данных от платы Arduino Pro Mini), MOSFET-транзисторам (за исключением теперь, 0-открывает транзистор, а 1-закрывает). Так же тут присутствуют на выходе с транзистора, резисторы по 250 Ом, они служат для контроля тока светодиода, и могут быть заменены на номинал более подходящий для не совсем яркого свечения (в зависимости от используемых светодиодов).

И завершающая, Схема 3, плата кнопок, где всё предельно просто:

Платы Схема 1 и Схема 2:

Проверка каждого слоя перед их спайкой:

Прошивка платы Arduino Pro Mini (sketch)

Скетч занимает более 500 строк, он будет приложен в конце статьи, а здесь постараюсь коротко его описать.

Есть две основные функции управления сдвиговыми регистрами (“column” – заполнение столбцов и “layer_column” – выбор слоя и вызов функции “column”), обе они реализованы через функцию shiftOut. Это самый легкий способ управления регистрами, но возможно не самый быстрый. Следом идет основная функция закрашивания всего куба “cube”, смысл функции заключается в том, что она последовательно и по циклу (цикл получается само собой) закрашивает каждый слой куба. В веду такой реализации происходит мерцание куба, оно ели заметное из-за быстрого микропроцессора.

Существует два режима работы куба: “Демонстрация световых эффектов” и “Отображение времени”. Смена осуществляется при помощи кнопки “Mode”. При первом режиме, происходит последовательное считывание с SD карты данных, далее передача выше указанным функциям. Второй режим реализован гораздо сложнее, так как все данные этого режима вшиты в микропроцессор (этим и объясняется количество строк кода). Если коротко, то данные с RTC модуля считываются и исходя из этого, опять же, выше указанным функциям отправляются соответствующие битовые переменные, для отображения на светодиодах. Так же реализована возможность настройки часов, при помощи кнопок управления, для этого достаточно в режиме часов нажать кнопку “Setup”, далее при помощи кнопки “Change” менять режим (часы, минуты, дни и т.д.) и настраивать при помощи кнопок “Up” и “Down”. В конце нажав на кнопку “Reset”, можно сохранить настройки.

Расположение кнопок, согласно Схемы 3:

Программа создания световых эффектов (C++ Builder 6)

Чтобы создание эффектов сделать упрощенным и функциональным, а так же просмотреть заранее спроецированные эффекты, перед их записью на SD, было решено написать программу на C++, с использованием Open GL.

Исходный код для Borland C++ Builder 6, приложен к статье.

Заключение

Постарался изложить информацию касательно схемы реализации проекта, его электрической части. Программная часть проекта довольно большая и всё можно найти в исходных файлах. Если будут вопросы – пишите, обсудим.

Сам проект задумывался, для небольшой практики, работы с микроконтроллерами, в ходе реализации было выяснено:

Электрическая часть, не представляет сложности в реализации; Спайка куба, освещена во многих других статьях, по этому я не останавливался на этом, но спаять могу сказать довольно не простое занятие (т.е. больше 1000 точек припоя); Внедрение RTC модуля, не оправдало мои ожидания, так как показ времени не совсем разборчив, это можно наблюдать на видео, единственное если сделать белый матовый корпус, тогда цифры хорошо отличимы.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание U1 Q1-Q8 R1[1]-R8[1] R1[2]-R8[2] С1-С2 U1-U8 Q1-Q64 R011-R641 R01[3]-R64[3] R01[2]-R64[2]
Схема №1, главная плата
Плата Arduino Arduino Pro Mini 1 5V, 16MHz
Модуль USB to TTL CP2102 1
Часы реального времени (RTC)

DS1307

1
Модуль SD card SD card 1
Сдвиговый регистр

SN74HC595

1
MOSFET-транзистор

IRLR024N

8
Резистор

10 кОм

8
Резистор

3 кОм

8
Электролитический конденсатор 1мкФ 1
Схема №2, плата кантактов
Сдвиговый регистр

SN74HC595

9
MOSFET-транзистор

IRLML6302TR

64
Резистор

250 Ом

64 Яркость, ток, светодиода
Резистор

10 кОм

64
Резистор

3 кОм

64
Резистор

3 кОм

1
Световой куб
Светодиод 20мА 512

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

http://cxem.net/arduino/arduino210.php

Финансовый аналитик: новая профессия для новой экономики


Профессия будущего: Системный аналитик - профессия будущего, системный аналитик - Trend Club
Будущее - уже определено сегодня, остается только его реализовать. Что делать сегодняшнему студенту или ученику для того, чтобы получить интересную, захватывающую работу, которая будет приносить

Политический анализ и политическое прогнозирование
Под прогнозом в науке понимается вероятностное, научно обоснованное суждение о будущем. Именно вероятностный характер прогноза и его научная обоснованность отличает данный вид знания от других форм предвидения.

Политический анализ и политическое прогнозирование
Под прогнозом в науке понимается вероятностное, научно обоснованное суждение о будущем. Именно вероятностный характер прогноза и его научная обоснованность отличает данный вид знания от других форм предвидения.

Маркетинговые исследования - это... Этапы, результаты, пример маркетингового исследования
Маркетинговые исследования - это поиск, сбор, систематизация и анализ информации о ситуации на рынке с целью принятия управленческих решений в сфере производства и сбыта продукции. Стоит четко понимать,

Форекс брокер Альпари отзывы и обзор услуг и сервисов компании
Проголосовали: 902 За 88 %, Против 12 % За Против

Разница между науками о финансах и экономике. Экономическая статья на английском с переводом
Сайт Деловой английский www.delo-angl.ru Опубликовано: 14.04.2016 Хотя зачастую они изучаются и представляются как совершенно раздельные дисциплины, экономика и финансы, как науки, взаимосвязаны, разделяют

12 лучших сервисов для веб-аналитики
В статье вы узнаете о самых популярных инструментах для веб-аналитики, их функциональности и стоимости. И начнём мы с двух самых известных сервисов – Google Analytics и Яндекс.метрика. Вероятно, что каждый

Big Data – технология, рождающая новый тип бизнеса::БИТ 03.2014
Big Data – технология, рождающая новый тип бизнеса Главная / Архив номеров / 2014 / Выпуск №3 (36) / Big Data – технология, рождающая новый тип бизнеса Рубрика: Тема номера /  Системы хранения

Big Data и блокчейн — прорыв в области анализа данных
Постоянное ускорение роста объема данных является неотъемлемым элементом современных реалий. Социальные сети, мобильные устройства, данные с измерительных устройств, бизнес-информация

Добро пожаловать , Гость !

Мы настоятельно рекомендуем Вам зарегистрироваться, если вы ещё этого не сделали. регистрация откроет Вам новые функции.

Войти или Зарегистрироваться

www.silvio-berluskoni.ru © Все права защищены © 2016.
rss