مکعب LED سه‌بعدی ۴x۴x۴ با برد آردوینو Uno

+2

قطعات الکترونیکی و مواد اولیه:

1. 64 عدد ال‌ای‌دی مات (دیفیوزد)
2. 4 عدد مقاومت 100 اهم
3. پین‌هدر (نری)
4. کلید کشویی
5. سیم روکش‌دار
6. سیم مفتولی (بدون روکش)
7. برد سوراخ‌دار
8. جعبه پروژه پلاستیکی
9. منبع تغذیه 9 ولت

این قطعات خیلی ساده و رایج هستن و برای تهیه تمام این لیست هزینه بسیار پایینی صرف می‌کنی که این پروژه رو به شدت مقرون‌به‌صرفه می‌کنه.

ابزارها و تجهیزات مونتاژ:

• برد آردوینو Uno
• دستگاه دریل
• مته 1.5 میلی‌متری
• مته 8 میلی‌متری
• کاتر
• خط‌کش فلزی
• دم‌باریک و سیم‌چین
• هویه
• سیم لحیم
• دستگاه چسب حرارتی

اول از همه باید یه شابلون یا قالب (Jig) بسازیم تا فاصله‌ی بین ال‌ای‌دی‌ها تو تمام لایه‌ها کاملا دقیق و یک‌اندازه دربیاد. می‌تونی یه الگو با 16 تا سوراخ که به شکل مربع 4 در 4 کنار هم قرار گرفتن رو روی یه تکه کارتن یا مقوای ضخیم بکشی. با یه مداد یا خودکار، جای این 16 تا نقطه رو سوراخ کن.

برای اینکه خیالت راحت بشه سوراخ‌ها اندازه هستن، یدونه ال‌ای‌دی رو توشون قرار بده تا مطمئن بشی خیلی لق نمی‌زنن یا گیر نمی‌کنن. این شابلون کمک می‌کنه پایه‌ها رو با دقت بالایی به هم لحیم کنیم.

+7

قبل از اینکه دست به هویه بشی، حتما هر 64 تا ال‌ای‌دی رو با یه باتری سکه‌ای تست کن. شاید وقت‌گیر باشه، اما از شر سوختگی‌های احتمالی بعد از کار خلاصت می‌کنه! بعد از تست، 16 تا ال‌ای‌دی رو داخل سوراخ‌های شابلون مقوایی قرار بده و با کمک یه دم‌باریک، پایه‌هاشون رو در یک راستا خم کن.

تو هر لایه، باید تمام پایه‌های مثبت (آند) به هم متصل بشن. پایه‌های مثبت خم‌شده رو روی هم قرار بده، به هم لحیم کن و اضافات سیم‌ها رو بچین تا کار تمیز دربیاد. موقع وصل کردن پایه‌ها، متوجه می‌شی که دو تا شکاف یا فاصله بین ردیف‌ها خالی می‌مونه.

برای پر کردن این فاصله‌ها، یه تیکه سیم مفتولی رو با انبردست بکش تا کاملا صاف بشه و دو تا برش کوچیک ازش ببر. این تکه‌سیم‌ها رو روی اون شکاف‌ها قرار بده و لحیم کن تا کل شبکه یکپارچه بشه. وقتی لحیم‌کاری تموم شد، خیلی آروم پایه‌های ال‌ای‌دی رو از شابلون دربیار تا ساختار شبکه‌ای کج نشه.

این دقیقا لایه اول مکعب توئه! همین مراحل رو سه بار دیگه تکرار کن تا 4 تا لایه مجزا داشته باشی. حالا باید لایه‌ها رو روی هم قرار بدی و این بار پایه‌های منفی (کاتد) رو در راستای عمودی به هم لحیم کنی.

برای لحیم کردن پایه‌های منفی، از مرکز مکعب شروع کن و کم‌کم به سمت لبه‌ها بیا. حالا مکعب نوری تو شکل گرفته! چهار تا تکه سیم مفتولی دیگه ببر و به پایه‌های انتهایی لایه‌ها لحیم کن تا به عنوان ستون‌های نگهدارنده برای اتصال به برد سوراخ‌دار عمل کنن.

+2

حالا باید یه پایه محکم برای مکعبمون بسازیم. روی برد سوراخ‌دارت، یه مربع به اندازه‌ی ابعاد داخلی جعبه پروژه‌ای که داری، با ماژیک علامت بزن. با یه خط‌کش فلزی و کاتر، روی خطوط رو چند بار عمیق خط بنداز. بعدش می‌تونی برد رو لبه‌ی میز بذاری و با یه فشار کوچیک، قسمت‌های اضافیش رو بشکنی تا برد دقیقا اندازه جعبه بشه.

در مجموع ما 20 تا پایه داریم که باید به داخل جعبه برن (16 تا ستون منفی و 4 تا لایه مثبت). روی قاب بالایی جعبه، جای این 20 تا سوراخ رو دقیق علامت بزن. یه راه ساده اینه که برد سوراخ‌دار رو با چسب نواری روی جعبه فیکس کنی و با یه مداد نوک‌تیز از توی سوراخ‌های برد، روی جعبه علامت بذاری.

برد رو بردار و با یه مته ریز (مثل 1.5 میلی‌متری) جاهایی که علامت زدی رو سوراخ کن. بعدش همون برد رو با چسب حرارتی از داخل به سقف جعبه بچسبون و حواست باشه که سوراخ‌های جعبه و برد کاملا روی هم منطبق باشن. حالا مکعب ال‌ای‌دی رو بردار و پایه‌هاش رو خیلی آروم از این سوراخ‌ها رد کن.

در آخر، پایه‌ها رو از زیر روی برد سوراخ‌دار لحیم کن تا مکعب کاملا سر جاش سفت بشه و تکون نخوره. سیم‌های اضافی پایه‌ها رو هم بچین تا کف کار خلوت بشه.

+2

بریم سراغ سیم‌کشی‌ها. پین‌هدرها رو به سه قسمت تقسیم کن تا راحت روی پین‌های دیجیتال و آنالوگ آردوینو Uno بشینن. برای 16 تا ستون (پایه‌های منفی)، سیم‌های روکش‌دار رو لخت کن و به پایه‌های روی برد لحیم بزن.

اما برای 4 تا لایه (پایه‌های مثبت)، اول باید به هر کدوم یه مقاومت 100 اهم متصل کنی و بعد سیم رو به سر دیگه مقاومت لحیم کنی.

سر دیگه سیم‌ها رو باید به پین‌هدرهایی که آماده کردی لحیم کنی. ساختار این مکعب دقیقا مثل یه نمودار سه‌بعدی کار می‌کنه؛ ستون‌ها محورهای X و Y هستن و لایه‌ها نقش محور Z رو دارن.

اگه از بالا به مکعب نگاه کنی، انگار داری ربع اول یه مختصات رو می‌بینی که نقطه شروعش (1,1) هست. با همین منطق، جایگاه هر کدوم از ال‌ای‌دی‌ها مشخص می‌شه و تو برنامه‌نویسی راحت می‌تونی هر چراغی رو که خواستی روشن کنی. مثلا وقتی می‌گیم نقطه A(1,4)، یعنی اون ال‌ای‌دی روی لایه اول قرار داره و مختصات ستونش روی محور X عدد 1 و روی محور Y عدد 4 هست.

راهنمای اتصال پین‌های آردوینو:

سیم‌کشی ستون‌ها [پین - (x,y)]

• (1,1)-13
• (1,2)-12
• (1,3)-11
• (1,4)-10
• (2,1)-9
• (2,2)-8
• (2,3)-7
• (2,4)-6
• (3,1)-5
• (3-2)-4
• (3-3)-3
• (3,4)-2
• (4,1)-1
• (4,2)-0
• (4,3)-A5
• (4,4)-A4

سیم‌کشی لایه‌ها [پین - لایه]

• a-A0
• b-A1
• c-A2
• d-A3

+5

برای اینکه روشن و خاموش کردن مکعب راحت باشه، پایه‌های اضافی کلید کشویی رو با سیم‌چین ببر. سیم مثبت منبع تغذیه رو قطع کن و کلید رو تو مسیر این سیم لحیم کن تا جریان رو کنترل کنه. با یه مته 8 میلی‌متری، بغل جعبه پروژه رو برای جایگذاری کلید سوراخ کن.

بهتره اول با مته کوچیک‌تر سوراخ کنی و کم‌کم اندازه‌ش رو بزرگ کنی. اگه رگه‌های پلاستیکی مزاحمی داخل جعبه بود، با کاتر بتراش و بعد کلید رو با چسب حرارتی محکم کن. حالا پین‌هدرها و منبع تغذیه 9 ولت رو به آردوینو Uno وصل کن.

در نهایت، قطعات رو با احتیاط داخل جعبه جا بده و در کف جعبه رو سفت ببند. حالا سخت‌افزار مکعب نوری تو کاملا آماده شده و شکل نهاییش رو گرفته!

دیگه فقط مونده که کدهای رقص نور رو روی برد آپلود کنی و از افکت‌های نوری سه‌بعدی لذت ببری. این پروژه‌ها برای ارتقای مهارت‌های الکترونیک فوق‌العاده هستن. یادت نره که دستت برای خلاقیت تو این پروژه کاملا بازه و می‌تونی اون رو به سلیقه خودت شخصی‌سازی کنی.

کدهای برنامه (Sketch):

کدهای آماده زیادی تو اینترنت برای راه‌اندازی مکعب‌های 4x4x4 با آردوینو وجود داره. می‌تونی یکی از این اسکچ‌ها رو دانلود کنی و روی برد آپلود کنی. حتی اگه کمی با برنامه‌نویسی آشنا باشی، می‌تونی حلقه‌ها رو دستکاری کنی تا انیمیشن‌های نوری اختصاصی خودت روی این مکعب اجرا بشه.

+21

به همین راحتی تونستی یه مکعب نوری سه‌بعدی جذاب با آردوینو بسازی! این پروژه علاوه بر اینکه یه دکوری فوق‌العاده چشم‌نواز برای روی میزته، تمرین خیلی خوبی برای تقویت مهارت‌های لحیم‌کاری، درک ماتریس‌ها و کار با پین‌های میکروکنترلر محسوب می‌شه.

اگه این مکعب نوری رو ساختی یا ایده‌ای برای اضافه کردن افکت‌های جدید به کدهاش داری، حتما تو بخش نظرات برامون بنویس و تجربه‌ت رو با بقیه بچه‌های آیسی‌مدار به اشتراک بذار. منتظر دیدن عکس پروژه‌های خفنتون هستیم!