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いくつかの初心者のArduinoプロジェクトに手を出していても、少し永続的で他のレベルの素晴らしいものを探している場合は、控えめな4 x 4 x 4LEDキューブが自然な選択です。構築は想像以上に簡単で、多重化を使用すると、単一のArduinoUnoボードからすべてのLEDを直接制御できます。これは優れたはんだ付け方法であり、コンポーネントの総コストは約40ドルを超えないようにする必要があります。
今日は、物事の構造面を徹底的に詳しく説明し、その上で実行するための、印象的で基本的なことを教えるソフトウェアを提供します。
私がWindows10を持っているグラフィックカードを理解する方法
必要になるだろう
- NSArduino。提供されているコードはArduinoUnoを想定していますが、より大きなモデルに調整することもできます。
- 64個のLED -正確な選択はあなた次第ですが、私はこれらの超高輝度3mm青色LEDを使用しました（ 3.2v 30ma ）@£2.64で50。
- 16個の抵抗器 あなたのLEDのための適切な値の。上記のLEDの場合、99ペンスで100個購入しました。使用する ledcalc.com -供給電圧、LEDの電圧（私の場合は3.2）、およびミリアンペア単位の電流（3.2）に5vを入力します。ご希望の抵抗器がラベルの付いたボックスに表示されます 最も近い定格抵抗 、次にeBayでその値を検索します。
- いくつか クラフトワイヤー 基本構造を強化し、装飾のために-私は使用しました 0.8mm 厚さ。
- に プロトタイピングボード あなたがすべてのビットをはんだ付けすることができるいくつかのタイプの。トラックカッターがないので、フルトラックがないものを使用しましたが、あなたに合ったものを使用してください。ただし、実際にLEDを一緒に絞らない限り、Arduinoプロトタイピングシールドは少し小さすぎます。
- ランダムコンポーネントワイヤ -キットの一部のネットワークケーブルストランドと一部のプロトタイピングワイヤは正常に機能します。
- クロコダイルクリップ または手を助けることは、ビットを所定の位置に保持するのに役立ちます。
- はんだごて、はんだ。
- いくつかの廃材。
- LEDと同じサイズのビットを備えたドリル。
注：このチュートリアルの3D図面は、以下を使用して数分で作成されました。 TinkerCAD 。ユーザーによるInstructablesで詳しく説明されている既存のビルドに従いましたforte1994、これを試す前に読んでおくこともできます。
これらすべての指示を必ずお読みください 初め 自分でこれを試みる前に。
この設計の原則
建設を始める前に、これがどのように機能するかについて完全な概要を把握しておくことが重要です。そうすることで、進行中にエラーを即興で特定できます。一部のLEDキューブは、単一のLEDごとに単一の出力ピンを使用しますが、4x4x4キューブでは、次のことが必要になります。 64ピン --ArduinoUnoにはありません。 1つの解決策はシフトレジスタを使用することですが、これは不必要に複雑です。
これらすべてのLEDをわずか20ピンで制御するために、多重化と呼ばれる手法を使用します。キューブを4つの別々のレイヤーに分割することで、16個のLEDの制御ピンのみが必要になります。特定のLEDを点灯するには、レイヤーと制御ピンの両方をアクティブにする必要があり、合計で16 +4ピンが必要になります。各層には共通のカソード（回路の負の部分）があるため、すべての負のレッグが結合され、その層の1つのピンに接続されます。
アノード上 （ポジティブ） 側では、各LEDはその上下の層の対応するLEDに接続されます。基本的に、16列のポジティブレッグと4層のネガティブレッグがあります。理解に役立つ接続の3Dビューを次に示します。
工事
はんだ付けに完全な金属構造を使用しないため、LEDのすべての脚を約4分の1重ねて、構造に剛性を持たせます。図に示すように、LEDのカソード（頭に平らな切り欠きがあり、脚が短い側）を折り返します。 （一貫性があり、アノードに触れない限り、左に曲げても右に曲げてもかまいません）
このプロジェクトの最初の重要な部分は、木製のジグを作ることです。これにより、脚をはんだ付けする間、LEDの層が保持されるため、正確で緩すぎないようにする必要があります。 LEDと同じサイズのドリルビットを使用して、次の4x4マトリックスを測定してドリルします。 等距離 穴。脚の約4分の1を隣の脚と重ねて、実際の定規を使用する必要があることに注意してください。各穴をチェックして、LEDがぴったりとはまるが、再び取り出せなくなるほどきつくないことを確認します。そうしないと、完全にはんだ付けされた層を取り除こうとすると問題が発生します。
4列のLEDのカソードをはんだ付けします。 LEDを燃え尽きないように注意してください-あなたは良い熱い鉄が欲しいです、そして出入りします。これが私の最初の4行が完成したものです。
次に、層の剛性を強化するために、クラフトワイヤーの2つのまっすぐなビットを両端にカットしてはんだ付けし、それらが各列に接続されていることを確認します。これが最初のレイヤーです。今のところ、余分な脚はすべて側面に突き出たままにしておきます。
今がテストする絶好の機会です-デフォルトのArduino点滅アプリをロードし、抵抗を接続して、レイヤーフレームにアースを置き、各LEDのプラスのリード線を順番に押します。
うまくいけば、それらはすべて点灯します。そうでない場合は、どこかではんだ接合を見逃していないことを確認し、必要に応じてLEDを交換してください。
そのレイヤーをジグから削除し、プロセスを繰り返します さらに3回 。
はんだ付けが完全でなくても心配しないでください。はんだ付けが壊れず、接続がしっかりしている限り、最終製品に影響を与えることはありません。確かに、はんだ付けはかなり絶望的で、ジグは外れていて、すべてピサの斜塔に似ていました。それでも、完成した立方体を誇りに思っています。LEDが点灯しているときは、とにかくはんだ接合を見る必要はありません。
レイヤーの結合
4つのレイヤーが完成したら、すべての垂直脚を結合する必要があります。これがビルドの最も難しい部分であることがわかりました。プロセスを支援するために、ライザーをカードから切り取りました。
これにより、レイヤーは適切な高さに保たれましたが、それでも多くの脚が完全に整列していませんでした。このために、ワニのクリップを使用してレイヤーを所定の位置に保持しました。
避けるべき最初の愚かな間違い
フルレイヤーを完成させて初めて、カードライザーが所定の位置に固定されていることに気づいたので、それを切り取らなければなりませんでした。私がしたのと同じ間違いをしないでください。ライザーの側面を長くし、立方体の外側でカードの断片を結合します。これにより、レイヤーが完成したら、ライザーを分解してカードを引き出すことができます。
避けるべき2番目の愚かな間違い
もちろん、垂直脚をカソードフレームにはんだ付けしないでください。垂直脚は他の垂直脚にのみ接続し、他には接続しないでください。
繰り返しますが、各レイヤーがアタッチされた後にテストします。すべてのレイヤーをテストします。実際には、最上層の先端にあるプラスのリード線にのみ触れて、すべてのレイヤーを通過する際の接触が良好であることを確認します。
4つの層すべてがはんだ付けされたとき、私は少し片付けを始めました-ある種の飛び石のように各層から片方の脚を伸ばしたままにしました-これは後でボードに落とされます。金属フレームと脚の他の余分な部分が切り取られました。もちろん、垂直の脚は切断しないでください。これらをプロトイトボードに入れる必要があります。
ボードへの修正
各レイヤーをそれ自体に固定することが最も難しい部分だと言ったときのことを覚えていますか？私は嘘をついた。 16個のLED脚をプロトタイピングボードの小さな穴に合わせようとするのは実際には困難です。私が見つけた最も簡単な方法は、一度に4つを突き刺し、ワニのクリップでそれらを下に固定してから、4の次の行に移動することでした。
振り返ってみると、実際には、最初に抵抗をプロトボードに配置していました。そのまま、立方体のすべての脚を最初にボードにはんだ付けしてから、それぞれの間にある抵抗器を繊細に押し込もうとしました。私の過ちから学び、最初に抵抗器を置いてください。
Arduinoへのすべての最終接続にキューブの片側全体を使用できるように、それらを段階的に均等に配置しようとしました。これが私が一緒に行った回路図です：
4つのネガティブレイヤーについては、各レイヤーから1本のワイヤーを落とし、次のように横に引っ張りました。
最後に、関連するArduinoピンに配置できるプラグワイヤーをいくつか追加しました。あなたが持っている最も長い種類を使用してください。計画が不十分だったため、場所によって注文をめちゃくちゃにしたことに注意してください。ただし、LEDの各行は色分けされています。
それでおしまい。終了した！
キューブのプログラミング
これが起動するのを待つことができないので、4つのネガティブレイヤーをに接続します アナログI / O ポート A2（最下層） 使って A5（最上層） （これらはデジタルI / Oとしても機能します） 。次に、16個のLED制御ピンを接続します。 +1 右端 に デジタルI / O ポート0 、 と +15 と +16 アナログに入る A0とA1 。 （AREFとGNDを使用しないでください）
ダウンロード デモパターンとコード 指導可能なユーザーから forte1994 。彼はまた提供しました 役立つオンラインツール 独自のシーケンスをカスタマイズするためのバイトパターンを設計するため。これが私のキューブで動作しているこのコードのビデオです （速度をデフォルトの20ではなく5に調整しました） 。
マウスはシングルクリックでダブルクリックしています
もちろん、これがキューブをプログラムする唯一の方法ではないので、独自のパターンを作成するための非常に基本的なことを数分間教えましょう。 プログラムで 上記のデモのようにプリセットパターンを再生するのではなく、。
キューブをプログラムするときに知っておくべきことがいくつかあります。
- 単一のLEDに対処するには、 飛行機 （レイヤー）番号0〜3、およびLEDピン番号0〜15。プレーンをLOW出力（これは負のレッグであるため）に回し、LEDピン番号をHIGH（正のレッグ）に回してLEDをアクティブにします。
- 単一のLEDをアクティブにする前に、他のすべてのプレーンがオフになっていることを確認してください。つまり、それらをHIGH出力に設定します。これを行わないと、単一のLEDではなくLEDの列が点灯します。
それを念頭に置いて、私はあなたが調べるための2つの非常に単純なプログラムシーケンスを作成しました-ここからコードをダウンロードしてください。 1つ目は、すべてのLEDを順番に1つずつ点灯するだけです。これには2つのforループを使用し、各レイヤーと各制御ピンを繰り返し処理します。
2番目はランダムループです（最初のループをコメントアウトし、メインループでこれを有効にしてテストする必要があります）。ランダムなレイヤーとランダムなコントロールピンを選択し、それらを点滅させます。
概要
このビルドに惑わされないでください-私ははんだ付けのスキルが非常に不足しており、これをうまく管理しました （私が思うに？） 。合計ビルド時間は、1週間で1日1時間程度でした。次回は、キューブのもっと野心的なプログラミングを教えようと思っているので、今週は自分のキューブを作成し、来週には新しいコードをロードすることに参加してください。素晴らしいアプリやシーケンスをPastebinにアップロードして、コメントでお知らせください。
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ジェームズは人工知能の理学士号を取得しており、CompTIA A +およびNetwork +の認定を受けています。ハードウェアレビューエディターとして忙しくないときは、LEGO、VR、ボードゲームを楽しんでいます。 MakeUseOfに参加する前は、照明技術者、英語教師、データセンターエンジニアでした。
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