مکعب LED سه‌بعدی 8x8x8 با آردوینو نانو

قبل از اینکه درگیر جزئیات ساخت بشیم، بد نیست یه نگاهی به نتیجه نهایی کار بندازیم. تو این ویدیو می‌تونی افکت‌های نوری جذابی که این مکعب هشت در هشت در هشت اجرا می‌کنه رو ببینی.

اول از همه باید بریم سراغ قلب اصلی پروژه، یعنی همون 512 تا ال‌ای‌دی. شاید یه کم وقت‌گیر باشه، اما حتما باید تک‌تک‌شون رو قبل از استفاده تست کنی. واسه این کار خیلی راحت می‌تونی از یه باتری سکه‌ای 3 ولتی استفاده کنی و پایه‌های هر ال‌ای‌دی رو روی اون بذاری تا از روشن شدنش مطمئن بشی.

این مرحله به‌شدت مهمه! چرا؟ چون وقتی لایه‌ها رو لحیم کنی و مکعب شکل بگیره، بیرون کشیدن و عوض کردن یه ال‌ای‌دی خراب تبدیل به یه کابوس می‌شه.

+1

حالا که ال‌ای‌دی‌های سالم رو جدا کردی، باید آماده‌شون کنی برای لحیم‌کاری. برای این کار، پایه کوتاه‌تر (همون کاتد) هر ال‌ای‌دی رو دقیقا با زاویه 90 درجه خم کن. این کار باعث می‌شه تا تو مرحله بعدی بتونیم پایه‌های کاتد رو خیلی راحت به هم وصل کنیم و شبکه‌های مربعی لایه‌ها رو بسازیم.

قدم بعدی اینه که لایه‌های مکعب رو بسازیم. این مکعب از هشت لایه تشکیل می‌شه که هر لایه خودش یه ماتریس 8 در 8 شامل 64 تا LEDئه. برای اینکه فاصله‌ها دقیق دربیاد و کار تمیز پیش بره، به یه شابلون نیاز داری. می‌تونی از یه تیکه چوب MDF استفاده کنی و روش سوراخ‌هایی با فاصله دقیق 2.5 سانتی‌متر دریل کنی.

وقتی شابلونت آماده شد، ال‌ای‌دی‌ها رو داخل سوراخ‌ها قرار بده و شروع کن به لحیم کردن تمام پایه‌های کاتدی (همون‌هایی که خم کرده بودی) به همدیگه. این شابلون کار رو خیلی ساده می‌کنه و باعث می‌شه هر هشت لایه دقیقا هم‌اندازه و منظم ساخته بشن. با دقت پایه‌ها رو به هم وصل کن تا یه صفحه مشبک یکپارچه از ال‌ای‌دی‌ها به دست بیاری.

+2

برای اینکه استحکام هر لایه بیشتر بشه و وسط کار خم نشه، باید از چند تیکه سیم مفتولی نازک یا پایه‌های چیده شده‌ی خود قطعات استفاده کنی. این سیم‌های اضافی رو بین ال‌ای‌دی‌ها لحیم کن تا مثل ستون‌های تقویتی عمل کنن. این کار علاوه بر محکم کردن ساختار، اتصال پایه‌های کاتد رو هم تو هر لایه مطمئن‌تر می‌کنه.

وقتی یه لایه تموم شد، یه بار دیگه ال‌ای‌دی‌های همون لایه رو تست کن تا اگه موردی سوخته بود، تا وقتی روی میزه عوضش کنی. حالا همین پروسه رو با دقت و حوصله برای هفت لایه دیگه هم تکرار کن تا در نهایت هشت لایه 64تایی کاملا آماده و تست‌شده داشته باشی.

بریم سراغ بخش هیجان‌انگیز ماجرا، یعنی روی هم گذاشتن لایه‌ها! روی یه تخته MDF جدید، 64 تا سوراخ برای پایه‌های آند در نظر بگیر و لایه اول رو روی اون سوار کن. حالا باید لایه‌ها رو یکی‌یکی با فاصله مساوی روی هم لحیم کنی.

بعد از اینکه تمام هشت لایه رو با دقت روی هم سوار کردی و پایه‌های عمودی آند رو لحیم زدی، اسکلت اصلی مکعب نوری تو شکل می‌گیره. تو این مرحله باید حسابی به تمیزی کار و موازی بودن ستون‌ها دقت کنی تا در نهایت یه ساختار سه‌بعدی منظم و بی‌نقص داشته باشی.

ساختار فیزیکی که تموم شد، نوبت می‌رسه به بخش الکترونیک و کنترلر. تو تصویر این مرحله می‌تونی نقشه کامل و شماتیک مدار این مکعب نوری رو ببینی. مغز متفکر این مدار همون برد آردوینو نانوئه که در کنار آیسی‌ها و قطعات دیگه، وظیفه آدرس‌دهی و روشن کردن ال‌ای‌دی‌های مورد نظرت رو بر عهده داره.

+2

حالا وقتشه که مدار رو روی برد مونتاژ کنیم. ما تو این مدار از آیسی‌های 74HC574 استفاده می‌کنیم که به ردیف‌های آند مکعب وصل می‌شن و داده‌ها رو به خوبی مدیریت می‌کنن. برد آردوینو نانو هم تو مرکز مدار قرار می‌گیره و با کمک ترانزیستورها و قطعات منبع تغذیه، جریان مورد نیاز کل سیستم رو تأمین و کنترل می‌کنه.

همون‌طور که می‌بینی ساختار نهایی مکعب خیلی محکمه. برای اینکه ظاهر پروژه‌ت کاملا حرفه‌ای و تمیز به نظر برسه، بهتره یه پایه یا قاب چوبی/پلاستیکی برای زیر مکعب بسازی. این‌طوری می‌تونی تمام قطعات الکترونیکی، برد آردوینو، آیسی‌ها و سیم‌کشی‌های تغذیه رو داخلش مخفی کنی.

ساخت این مکعب نوری سه‌بعدی ممکنه حدود 20 ساعت زمان ببره. از تست کردن تک‌تک ال‌ای‌دی‌ها، خم کردن پایه‌ها و ساخت هشت لایه مجزا گرفته تا روی هم چیدن‌شون، طراحی و مونتاژ مدار و در نهایت آپلود کد روی آردوینو نانو؛ همه اینا یه مسیر آموزشی فوق‌العاده برای ارتقای مهارت‌های الکترونیکی تو هستن. وقتی پروژه تموم می‌شه و افکت‌های نوری تو فضا به حرکت درمیان، خستگی کل این مسیر از تنت بیرون می‌ره.