Cubo LED con Arduino: construye un Arduino

Mar 18, 2024

Aquí te proponemos un proyecto que te encantará por su juego de luces, aún más fascinante en la oscuridad, basado precisamente en diodos emisores de luz; para ser exactos, una matriz de LED monocromáticos en tres dimensiones, dispuestos en el espacio formando un cubo.

Esto es algo llamativo y a la vez sencillo, al alcance incluso de los más jóvenes y de quienes se adentran por primera vez en la electrónica; A esto se suma el hecho de que no es necesario construir una placa de circuito impreso para su realización, ya que las conexiones de la estructura del cubo se realizan soldando los terminales del LED entre sí, y las conexiones de los terminales, a la unidad controladora, se pueden configurar a través de un Tablero de prototipos de matriz.

La estructura del cubo consta de cuatro niveles (capas) de diodos emisores de luz soldados entre sí después de doblar adecuadamente sus cables y disponerlos con la polaridad adecuada. Cada nivel está compuesto por 4 filas, que a su vez constan de 4 LED, siendo un total de 16 LED por capa; Así, el cubo consta de 64 LED en total. Todo esto lo gestiona una placa Arduino Nano a través de conexiones realizadas mediante cables que transportan la energía y están soldados a una placa matriz de múltiples orificios. El firmware determina qué LED del cubo se iluminarán y cuáles no, creando efectos de iluminación al activarlos en multiplex. Nuestro proyecto de cubo LED necesita los siguientes elementos:

Cargaremos en la placa Arduino un firmware que escribimos especialmente y luego ponemos a su disposición en la parte inferior de esta página. Eléctricamente, el diagrama de conexión se muestra enFigura 1 , que indica la correspondencia entre las líneas del Arduino Nano y las filas de LED. Más precisamente, la fila y el número de LED se indican entre paréntesis: por ejemplo, (1, 2) significa que el pin Arduino correspondiente debe conectarse al segundo LED de la fila 1; es por eso que en el diagrama estos pares de números se indican como Y, X.

En cambio, las capas de 16 LED corresponden cada una a Z y deben conectarse a los pines A0 (A), A1 (B), A2 (C) y A3 (D). La designación Z es más que apropiada porque las capas están dispuestas verticalmente, por lo tanto, precisamente, en el eje Z, mientras que X e Y son el ancho y la profundidad del cubo, definidos por columna. Estas conexiones son más fáciles de entender mirando la Figura 2, que muestra la disposición espacial de los LED y aclara las conexiones de los pares de números que se muestran en la Figura 1.

Cada conexión a la E/S de Arduino impulsa un ánodo de los LED, mientras que los cátodos se unen entre los diodos de cada plano y van a las líneas A, B, C, D, que pasarán a lógica baja. Entonces, en lo que respecta al hardware, cada columna de nuestro cubo está conectada a un panel de E/S en la placa, de modo que cada pin tiene 4 LED conectados; pero como nuestro Arduino Nano tiene solo 14 pines digitales tendremos que convertir 2 pines analógicos a pines digitales, de modo que obtendremos 16 pines digitales (13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4). , 3, 2, 1, 0, A5, A4) que nos permitirá encender o apagar la columna que queramos.

Aplicamos el mismo procedimiento a los 4 niveles, a los que conectamos 4 pines (A3, A2, A1 y A0): cada pin controla un nivel, de modo que combinando la selección (encendido) de un nivel específico (capa ) con la selección de una columna concreta entre las 16 mencionadas anteriormente, podremos indicarle a Arduino qué LED encender y cuál dejar apagado. Usando este truco podremos realizar este proyecto con sólo 20 pines de E/S, lo que hubiera sido imposible si hubiésemos conectado un LED a cada pin, ya que en ese caso habríamos necesitado 64 pines y, claramente, los de un pequeño Arduino Nano no habría sido suficiente. En resumen, para controlar cada LED de forma independiente, dividimos el cubo en niveles (horizontales) y columnas (verticales). Cada LED colocado en el mismo nivel (suelo) tendrá el cátodo (-) en común con los demás LED del mismo nivel mientras que, en cambio, cada LED colocado en la misma columna tendrá el ánodo (+) en común con los demás. LED en la misma columna. En total, habrá 4 pines para controlar, que se utilizarán para seleccionar el avión a alimentar y 16 ánodos que alimentarán las columnas individuales. Cuando necesitemos encender un LED en particular tendremos que asegurarnos de que su plano esté llevado al cero lógico y que la columna a la que pertenece esté activa, es decir, llevada al uno lógico.

Bueno, llegados a este punto, podemos explicarte cómo hacer nuestro cubo LED, operación para la que, además de los 64 diodos emisores de luz (en nuestro caso, se adoptaron LED redondos de 5 mm de diámetro) y Arduino Nano, Necesitarás unos hilos de cobre rígidos de 0,5÷0,8 mm² y un cable flexible para las conexiones al cubo y entre los LED que lo componen. También te recomendamos que utilices un cuadrado de cartón (o de faesita o masonita de pequeño espesor). , como 3 mm) de 13×13 cm que te servirá como matriz o plantilla, que necesitarás para construir los niveles de tu cubo; básicamente marcarás este cartón con cuatro líneas verticales y otras tantas líneas horizontales, luego haciendo cuatro puntos equidistantes por cada línea de modo que al final quedarán 16 puntos, cada uno equidistante del que está al lado. Luego perforarás el cartón. con la punta del bolígrafo, lo suficiente para colocar un LED al revés, lo que da como resultado la Figura 3; luego para hacer los planos que luego formarán el cubo, cada uno de los cuales está compuesto por 16 LED (en una matriz de 4×4) que estarán dispuestos equidistantes entre sí, perfora el cartón en las intersecciones entre las filas para mantener la correcta distancia dentro de la estructura.

En nuestro caso, la distancia (space) entre cada LED y el de al lado es de 3 cm: una distancia que, creemos, es la óptima para conseguir una visualización compacta y funcional de las figuras formadas por el cubo en la oscuridad. Entonces tome el cuadrado de cartón perforado e inserte tantos LED en los 16 orificios, al revés (es decir, con la "cabeza" en los orificios), en cuyo punto puede doblar los terminales y comenzar a soldar los componentes en un plano. ; Esta plantilla no sólo le permite establecer una distancia precisa entre los LED, sino también mantener los diodos emisores de luz en su lugar para facilitar la soldadura. Luego doble los cátodos en ángulo recto y estañelos juntos: para ello, dóblelos de modo que el de un LED pueda tocar el del siguiente y estañarse con él. Si los terminales no son lo suficientemente largos, conectar los cátodos de cada línea con un trozo de alambre de cobre rígido y luego, en forma transversal, unir las líneas de cada plano con el alambre habitual hasta formar una rejilla. En lugar de ello, los ánodos deben doblarse escalonadamente, es decir, una vez en ángulo recto y luego otra vez en un ángulo de 90° a una distancia de unos 3 mm, lo suficiente para que puedan pasar al lado de la cabeza del LED debajo. Luego hay que unirlos (si su longitud no es suficiente, con alambre de cobre rígido) a los de la siguiente capa. Cuando hayas completado un plano, sácalo de la plantilla de cartón y cablea otro de manera similar; Una vez que hayas reproducido estos planos de la misma forma, tendrás que conectarlos verticalmente, a través de los ánodos, para crear una especie de jaula que sostendrá la estructura, haciéndola fuerte y permitiéndole adquirir una forma cúbica. La conexión vertical tendrá que ser una por cada columna de LEDs y una por cada uno de los 16 LEDs de cada piso; de hecho, son 16 columnas en total (el primer LED de cada piso tendrá que coincidir con el del piso de abajo y así sucesivamente). Para ensamblar todo y conectarlo, es recomendable utilizar una placa matriz del tamaño correcto: al menos 10×10 mm; en sus orificios inserta los extremos de las columnas del cubo, 16 en total, estañándolas en los pads correspondientes, luego conéctalos con trozos de alambre de cobre enfundados, a los pads de la placa Arduino Nano según lo ya explicado. y haciendo referencia a las indicaciones de la Figura 1 y la Figura 2. Una vista más detallada del conjunto y conexiones se ofrece en el diagrama de cableado de la Figura 4.

Cuando finalice el trabajo, obtendrá algo como lo que se muestra en las fotografías del prototipo de este artículo. Como verá, se han utilizado diodos de alto brillo en un paquete transparente; Si desea tener una emisión de luz más uniforme, aunque menos intensa, puede utilizar LED convencionales (que normalmente emiten en un ángulo de 120÷140 grados) con la carcasa de color: por ejemplo, los verdes propuestos en la Figura 2, de nuevo 5 mm de diámetro. Ten en cuenta que todo el circuito funciona con la energía extraída de la conexión micro-USB de la placa Arduino Nano, que conectarás a un ordenador o, una vez cargado el boceto, a una fuente de alimentación con un micro- Conexión USB, capaz de entregar al menos 500 miliamperios.

El código que hemos creado se basa en el principio de funcionamiento ya expuesto, es decir, considerando que Arduino debe controlar cuatro pines que se utilizarán para seleccionar la capa a alimentar y 16 ánodos que alimentarán las columnas individuales. Cuando necesitemos encender un determinado LED de la matriz tridimensional que conforma el cubo, tendremos que asegurarnos de que su capa (es decir, aquella sobre la que está física y eléctricamente...) esté alimentada (es decir, aquella sobre la que está física y eléctricamente...) , sus cátodos estén conectados a tierra de la línea Arduino Nano entre A, B, C, D) y que su columna esté activa; Al hacerlo encenderemos un LED a la vez para cada nivel. Lo primero que logramos fue declarar los pines (básicamente en el listado anotamos los pines de E/S que necesitaremos en este proyecto). La declaración de pines dentro del código se utiliza para configurar un pin particular en el Arduino y determina si debe ser una línea de ENTRADA o SALIDA. En este caso, los pines declarados se han dividido en columnas (Columnas) y niveles (Capas), que son salidas activas en nivel lógico alto y cero lógico, respectivamente(Listado 1).

Luego sigue la configuración, en la que se definen las configuraciones del firmware y el bucle for, que es la base para la visualización de los efectos de iluminación porque define la alternancia de niveles lógicos en los pines de la placa Arduino, para controlar los LED en multiplex. . Finalmente, en el boceto está el bucle, que contiene todas las rutinas relacionadas con los juegos de luces previstos (consulte el Listado 2).

Dentro de este bucle se encuentran las funciones individuales correspondientes a los juegos de luces, de los cuales reportamos en el Listado 3 la composición de luces de Propeller (animación), cuyo efecto visual es encender los LED de los aviones en secuencia para que aparezca una luz giratoria. como el movimiento de una hélice.

Evidentemente, las funciones contenidas en el bucle son una para cada uno de los efectos de luz. La lista de funciones, o animaciones que proporciona el cubo LED, es la siguiente:

Al final del ciclo, la instrucción delay(2000); impone un retraso de 2 segundos antes de que se ejecute una nueva secuencia. Por supuesto, para instalar el sketch en Arduino tienes que conectar la placa Arduino Nano (si está montada en el circuito del cubo, es irrelevante...) luego inicia el IDE , luego desde el menú Herramientas > Placa, elija la placa Arduino Nano y luego abra (Archivo > Abrir) el boceto, y luego comience a cargarlo en el Arduino haciendo clic en el botón Cargar.

La ventaja de este proyecto de cubo LED es que podrás configurarlo a tu gusto, añadiendo nuevos efectos de iluminación, aunque para ello necesitas tener algunos conocimientos del lenguaje de programación “C” aplicado a Arduino; sin embargo, no te preocupes demasiado porque con solo buscar aquí y allá en la red encontrarás muchos proyectos similares para contar LED e incluso más, con las correspondientes complejidades de hardware. Para configurar el boceto para adaptar el nuestro para controlar más luz- emitiendo diodos, solo necesitarás copiar y pegar el código en el programa de la placa (para los inexpertos), luego solo necesitarás cambiar la declaración del pin dentro del código o cambiar las conexiones de los planos y columnas en Arduino. Dicho esto, solo queda que os deseeis buen trabajo y os divirtáis con vuestro cubo de luz.