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Cómo hacer un cubo de leds 4x4x4 con Arduino

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Este cubo LED utiliza un microcontrolador Arduino Uno para crear un espectáculo de luces en movimiento muy espectacular. Para realizar este proyecto con éxito la paciencia es una de las claves, si sigue el tutorial paso a paso no tendrá ningún problema en desarrollarlo.

Por último, lo más importante en este proyecto es que te diviertas .

¿qué vamos a necesitar?

El diseño

Antes de comenzar la construcción, es importante tener una visión completa de cómo va a funcionar, para que pueda improvisar e identificar los errores a medida que avanzas. Necesitamos controlar los 64 leds del cubo con tan solo 20 pin de la placa de arduno, vamos a estar utilizando una técnica denominada multiplexación. Rompemos el cubo en cuatro capas separadas por lo que sólo necesitamos pines de control para 16 LEDs – de modo para encender un LED específico, debemos activar tanto la capa , y el pin de control , que nos da una necesidad total de 16 +4 pines. Cada capa tiene un cátodo común – la parte negativa del circuito – así que todas las patas negativas se unen entre sí , y se conecta a un solo pin para esa capa .

En el lado (positivo ) de ánodo , cada LED se puede conectar a la correspondiente LED en la capa por encima y por debajo de ella . En esencia , tenemos 16 columnas de las patas positivas y 4 capas de la negativa. El siguiente diagrama en 3D muestra perfectamente la idea :

La construcción

Lo primero es tomar el trozo de porexpan y pegar en él la plantilla para poder armar el cubo. A continuación ya podemos ir doblando los cátodos (piernas cortas) de los LED 90 grados y luego soldar a todos juntos para formar un cátodo común. Cada una de las cuatro capas contará con un cátodo común y 16 ánodos individuales (piernas largas).

Debes doblar todas los cátodos de los Leds de manera uniforme, yo me ha ayudado de unos alicates de precisión pequeños, como los de la imagen. Con un poco de paciencia voy soldando de cuatro en cuatro los catodos de los diodos.

El siguiente paso es utilizar un cable para conectar las cuatro filas juntos en una capa, se podría utilizar cuatro tiras de alambre por capa, pero en realidad sólo se necesitan dos iguales – una tras la primera tira de LEDs y un segundo antes de la última tira de LEDs. Yo he usado tres tiras por capa para dar una mayor sensación de cubo unido, en la imagen de abajo podrás observar como quedaría cada capa con un cátodo común y 16 ánodos individuales.

Asegúrese de recortar cualquier exceso de cable colgando sobre el borde de su cubo , también puedes recortar los cuatro cátodos que sobresalen del borde de la capa.

Recuerda que en las soldaduras debes usar el menor contacto y tan poco de soldadura como sea posible. Recuerde, más estaño en cada soldadura no es sinónimo de mayor fuerza en la unión, al contrario podría dar problemas más adelante.

Soldando las cuatro capas.

Ahora que tenemos las cuatro capas individuales, vamos a soldarlas entre si para formar el cubo. Vamos a hacer esto al unir los 16 ánodos de cada capa juntos para que nos quedamos con 16 ánodos comunes y 4 cátodos comunes.

Lo primero que debe hacer es doblar el último mm de cada ánodo hacia el centro del LED, esto le ayudará a unir las capas entre sí. Sólo tiene que hacer esto con tres de sus capas superiores.
A partir de aquí tendremos que darnos maña para completar la tarea, podeis usar:

  1. Separdores de cartón entre capas para facilitar la tarea de soldar los 16 ánodos.
  2. Usar pinzas de cocodrilo para sujetar las capas mientras las sueldo.

Mi consejo es que soldar los ánodos de las esquinas juntos primero. Repita esto para las dos capas restantes y su cubo estará completo.

Conexionado y Programa en Arduino

Bueno vamos ahora al conexionado del cubo a la placa arduino y posterior programación, Usamoa las placas board para pinchar el cubo, y conectamos a cada uno de los 16 ánodos cómunes una resistencia de 220 Oh, que a su vez se conectarán a los puertos de Arduino, como se muestran en el gráfico siguiente. A su vez cada capa que forman los cátodos comunes se conectarán a los puertos A2. A3, A4 y A5.

Una vez realizadas las conexiones me puedo descargar cualquiera de los dos programas adjuntos, cada uno de ellos muestran animaciones diferentes.

Si usted desea hacer sus propias animaciones , sigue leyendo y voy a explicar cómo funciona.

Así , cuando se abrió el código en el software de Arduino, te habrás dado cuenta de la gran bloque de código en el medio que parecía un poco a esto.

Este gran bloque de código en el medio es donde se desarrollan los patrones de encendio de los leds del cubo. La manera más fácil de pensar en ella es como una animación . Cada cambio en el cubo representa un fotograma de la animación, y cada línea de código representa un fotograma.

En cada línea hay 64 bits de 1 y 0 , se dividió en 16 bloques de 4 bits cada uno, los cuatro primeros nibbles (cuartetos de bits) corresponden a la capa 1, los siguientes a la capa 2 y asi hasta la cuatro. Si hay un 1, entonces eso significa que un LED se encendió, si hay un 0, entonces no va a lucir.

Por ejemplo si tenemos esta línea:

B1000,B1000,B1000,B1000, B0000,B0000,B0000,B0000, B0000,B0000,B0000,B0000, B0000,B0000,B0000,B0000, 10,

He separado por colores cada capa, de forma que el color negro corresponde a la capa 1(la inferior), la rojo a la dos, verde tres y azul la cuarta capa. Bien en las capas 2, 3 y 4 todo está a cero significa que todos los leds de esas capas están apagados, sin embargo si observamos la capa 1 (la inferior) vemos que está encendido el primer led de cada nibble (cuarteto), lo que quiere decir que lucirán los leds de la fila inferior del fondo. El último valor de la fila indica el tiempo que permanece la secuencia.

Trata de probar con sus propias animaciones, mi consejo es utilizar los comentarios para darse un recordatorio de lo que hace cada animación. Usted puede escribir un comentario en el programa escribiendo «/ /» y luego el comentario.

En esta web: http://www.robota.nl/en/blog/led-cube-4x4x4-pattern-designer/led-cube-simulation-and-pattern-generator.html puedes hacerte tus propios patrones de encendido de los leds, con un poco de paciencia e imaginación, pueden quedar unos resultados espectaculares, si quieres en los comentarios puedes enviar los tuyos para que los podamos probar.

Fuentes:

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