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Projets Arduino : LED – Cube LED 4X4X4

Un cube LED Anduino est un projet fantastique ; il peut être utilisé comme pièce de décoration ou utilisé avec d’autres équipements comme des microphones ou des détecteurs de mouvement pour diverses applications. Fondamentalement, un cube LED est un cube tridimensionnel composé de diodes électroluminescentes (LED). Le Cube peut être fabriqué de différentes manières, mais pour ce projet, une configuration simple est utilisée et contrôlée par un microcontrôleur Arduino Uno.

Concept de cube LED

Comme le montre l’image ci-dessous, le cube est composé d’un axe XY et de 4 couches empilées les unes sur les autres. La couche inférieure est le numéro 0 et la couche supérieure est le numéro 3. De même, les LED sont numérotées comme une matrice tridimensionnelle. Ainsi, la LED en bas à gauche est (1,1) sur la couche 0. Celle au-dessus est également (1,1) mais sur la couche 1. Celle à droite de cette LED d’angle est (2,1) sur la couche 0 etc. Toutes les couches horizontales sont les broches positives des LED soudées ensemble.

Toutes les broches négatives des LED sont traitées comme des colonnes de ce cube matriciel. Nous avons donc 4 couches et 16 colonnes qui en font 20 fils connectés à l’Arduino. Les broches positives (couches) ont des résistances de 100 Ohm pour limiter le flux de courant à 20mA (le courant standard pour une LED).

Projets Arduino : LED – Cube LED 4X4X4

Travail

Le microcontrôleur – dans notre cas un Arduino Uno – a une limitation de l’approvisionnement en courant sur ses broches de sortie, c’est-à-dire qu’il ne peut fournir qu’une quantité de courant sûre avant que des dommages ne surviennent. Dans le cas de l’Arduino Uno, c’est 40mA. Alors vous devez vous demander, attendez une minute, si une LED prend 20mA, comment se fait-il qu’on puisse allumer toutes les lumières en même temps et toujours pas brûler la carte Arduino ? En effet, à un moment donné, une seule LED est allumée.

L’œil humain (en raison de la persistance de la vision) ne peut pas voir le scintillement rapide d’une LED si elle est allumée et éteinte très rapidement. Étant donné que le code sur l’Arduino s’exécute très rapidement, nos yeux pensent que plusieurs LED sont allumées. Cela limite également le courant à des niveaux sûrs car à un moment donné, une seule LED est allumée et même si nous prenons le courant moyen en 1 seconde, il est bien en dessous du seuil de danger. Par exemple, vous souhaitez allumer la LED en bas à gauche du cube, vous fournirez un signal positif du microcontrôleur à sa couche c’est à dire la couche 0, cela mettra une tension positive sur la broche positive de la LED. Ensuite, vous devez demander au microcontrôleur de mettre à la terre la broche de colonne appropriée de cette LED, cela connectera la broche négative de la LED à la terre et vous aurez un circuit polarisé en direct complet qui allumera la LED.

Liste des composants :

  • Carton ou bois (environ 1 pouce d’épaisseur)
  • Pile bouton 3V
  • Papier de verre (qualité moyenne)
  • 64 x diodes électroluminescentes bleues (LED)
  • 4 résistances de 100 ohms
  • 24 x fils de ruban colorés mâle-mâle
  • 1 x prise femelle/en-tête (devrait avoir 20 prises à broches en ligne)
  • PCB Perfboard (environ 24×10 cm)
  • Arduino Uno + Câble USB
  • Adaptateur de prise de courant Arduino Uno
  • Adaptateur de batterie 9V
  • Batterie 9V
  • Fermeture éclair (25 cm)
  • Pistolet à colle + bâton de colle
  • Fer à souder + fil à souder + mousse humide
  • Pompe à dessouder (au cas où la soudure est mauvaise)
  • Loupe (pour voir votre soudure)
  • Mini coupe-fil
  • Mini pince à nez
  • Fil de connexion pour câblage sous PCB (environ 1m) et ruban adhésif
  • Comment construire

    Tout d’abord, vous aurez besoin d’un carton ou d’un bois moyennement épais (environ un pouce fera l’affaire). Percez des trous de manière à ce qu’il forme un motif de cube 4 × 4 avec des distances égales entre tous les trous.

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    Dans ce cas, un motif imprimé a été placé sur le dessus du carton et des trous de 5 mm (chaque trou est à 2,4 cm du suivant (centre-centre) ont été percés pour les LED. Dans l’image ci-dessous, vous pouvez voir des flèches qui pointent vers la direction des pattes LED; nous verrons cela plus tard.

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    Maintenant, vous devez tester et préparer vos LED. Vous pouvez utiliser une pile bouton 3V à cet effet. Testez toutes les LED pour éviter tout problème plus tard !

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    Si vous souhaitez que la lumière sorte de tous les côtés de la LED, vous pouvez les diffuser en frottant leur coque en plastique avec du papier de verre.

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    Dans l’image ci-dessous, la LED de gauche est diffuse et celle de droite est dans sa forme transparente d’origine. Vérifiez la différence !

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    Préparez vos affaires pour la soudure. Alignez l’armée de LED et préparez-vous à plier et à souder.

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    N’oubliez pas que la jambe courte d’une LED est sa cathode (broche -ive) et la jambe longue est l’anode (broche +ive). Si vous n’êtes pas sûr, vous pouvez le tester avec un multimètre ou une pile bouton pour trouver la polarité. Maintenant, à l’aide d’une pince à bec, pliez la cathode (jambe courte) à un angle de 90o vers la droite, puis pliez-la à nouveau vers le haut pour créer la forme indiquée dans l’image ci-dessous.

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    Placez les LED dans le carton mais faites attention à leur orientation. Vous vous souvenez des flèches dans une image ci-dessus ? Les broches négatives des LED qui sont pliées doivent être alignées comme les flèches. C’est parce que nous allons faire quatre de ces couches et qu’il est facile de les souder ensemble. Pliez toutes les pattes positives de toutes les LED et faites-le de telle sorte qu’elles connectent toutes les bornes positives des LED ensemble, cela fera votre couche positive.

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    Cependant, vous verrez que les deux zones au milieu de cette couche ne sont pas connectées, comme indiqué par le cercle rouge. Vous pouvez connecter ces broches avec n’importe quel fil solide coupé des LED.

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    Maintenant, à l’aide d’une pile bouton, réalisez un simple testeur pour vérifier que toutes les LED fonctionnent. Branchez le fil positif à n’importe quel endroit sur la couche et vérifiez une par une toutes les colonnes avec le fil négatif.

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    La première couche est terminée.

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    Maintenant, coupez toutes les pièces supplémentaires pour qu’elles soient propres et bien rangées, comme sur l’image ci-dessous :

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    Après avoir fait quatre couches, vous devriez vous préparer pour le méga travail de soudure !

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    Dans ce projet, de simples morceaux de carton ont été découpés et placés entre les couches à souder. Cela facilite leur soudure, mais vous pouvez toujours utiliser d’autres outils tels que des supports de PCB, etc.

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    Après avoir soudé trois couches, c’est une bonne idée de vérifier à nouveau toutes les LED au cas où. Comme précédemment, connectez la broche positive de votre testeur de pile bouton à la couche, puis la broche négative à toutes les colonnes de LED (broches -ive) une par une.

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    On dirait qu’on a trouvé un bougre ! Coupez simplement les pattes de la LED défectueuse aussi courte que possible et remplacez-la par une autre, mais faites attention à la flexion et à la longueur des deux broches afin qu’elle s’ajuste dans le cube tout en maintenant l’intégrité de la structure.

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    Enfin, le cube LED est soudé et voici à quoi il devrait ressembler :

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    Soudez un en-tête femelle en ligne à 20 broches (ou plus) (écart de 0,1 pouce entre les broches) sur un PCB prêt à l’emploi et placez le cube dessus (broches de colonne). Vous pouvez temporairement plier certaines pattes du cube LED sous la carte afin qu’il ne tombe pas, mais ne les soudez pas encore. Ils seront soudés avec les fils provenant des broches femelles plus tard.

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    J’ai brûlé quelques points de soudure sur la carte, car le fer à souder était trop chaud et il a détaché le cuivre de la carte, cela a également ruiné la soudure du connecteur femelle.

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    Soudez les résistances avec une jambe connectée aux broches femelles de l’en-tête et une autre à connecter à chaque couche séparée du cube. N’oubliez pas de regarder la configuration de la connexion. Dans ce projet, le côté le plus à gauche est la broche numéro 0 sur l’Arduino jusqu’à la broche numéro 13, puis quatre broches analogiques pour les couches, puis deux broches analogiques pour les colonnes restantes. Faites également des tests rapides via la prise femelle.

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    Raccordez tous les câblages à l’aide de câbles de pontage en nappe (mâle-mâle) selon le tableau de connexions ci-dessous. L’Arduino peut être maintenu sur la carte avec une attache zippée afin qu’il puisse être facilement retiré pour une utilisation dans d’autres projets. Vous pouvez alimenter l’Arduino avec une batterie 9V et une prise d’alimentation Arduino (après avoir installé le code sur la carte).

    Pour les colonnes :

    Coordonnée (X,Y)Numéro de broche sur Arduino1 113 2121 3111 4102 192 282 372 463 153 243 333 424 114 204,3A54,4A6


    Pour les calques :

    Numéro de coucheNuméro de broche sur Arduino0A01A12A23A3

    Enfin, le matériel est fait. Voici à quoi peut ressembler votre projet :

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    Après avoir téléchargé le code sur l’Arduino Uno, votre Cube LED 4x4x4 est prêt !

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