如何制作由藍牙控制的RGBLED立方體

第1步：理論

如果你對mu的理論不感興趣為了開始實際構(gòu)建而跳轉(zhuǎn)到第2步

由于硬件和軟件是這個項目同樣重要的部分，讓我們先看一下理論。

立方體的大腦是Arduino Nano 。它提供足夠的I/O來與使用過的LED驅(qū)動器相互作用，并建立與HC-05模塊和其他控制硬件的藍牙連接。如果你看過其他LED立方體版本，你就會知道大多數(shù)人使用簡單的移位寄存器來存儲各個LED顏色的亮度值。 此版本不使用移位寄存器，，而是使用所謂的“TLC5940”LED驅(qū)動程序。正如我們稍后將看到的那樣這為我們節(jié)省了大量時間以及大量額外硬件（例如電阻器）。

控制多維數(shù)據(jù)集的基本功能使用多路復(fù)用即可。在這種情況下，我們多路復(fù)用立方體的6層，意味著層中所有LED的所有陽極（+）都已連接，而所有LED的各個陰極都在同一列連接到底部。這意味著如果你想點亮位置x = 1，y = 2，z = 3，顏色：綠色的LED，你需要在第3層的陽極提供5V，并將GND連接到相應(yīng)的列的陰極。綠色引腳x = 1，y = 2。所以實際上在某個時間點，實際上只有一層立方體被打開，但正如你將在后面的代碼中看到的那樣，我們正在關(guān)閉并且單個層面如此之快，我們的眼睛認為整個立方體都在。

控制諸如亮度，動畫等內(nèi)容我們使用連接的HC-05藍牙模塊 Arduino Nano。將模塊與Arduino一起使用非常簡單，因為您只需要4針連接，并且可以通過Arduino的默認Serial-Commuincation 簡單地連接模塊。在這個教練的最后，你將看到輕松如何編寫自己的藍牙應(yīng)用程序來控制多維數(shù)據(jù)集。

注意：

在我的Arduino電路板原理圖中，您還可以看到一個小型原理圖，用于連接 MSGEQ7芯片 以處理音頻輸入， 對于實際的多維數(shù)據(jù)集來說絕對沒有必要，這只是我添加的附加功能，因此您可以忽略標有“MSGEQ7”的原理圖

步驟2 ：硬件：LED立方體構(gòu)建

因此，在討論之前，讓我們先看看如何構(gòu)建Cube本身。 Arduino Nano周圍的控制電路。

零件清單用于立方體結(jié)構(gòu)：

216x RGB LED（共陽極）（AliExpress/Ebay） - 》 6x6x6 = 216

帶狀電纜（1m 40Pin應(yīng)該足夠）（AliExpress/Ebay/Amazon）

女性和男性標題（至少4x40pin）（AliExpress/Ebay/亞馬遜）

鍍錫銅/銀線0.8mm （~25米）（全球速賣通/Ebay/亞馬遜）

收縮管（AliExpress/Ebay/亞馬遜）

第一要做的事情，我現(xiàn)在很乏味但很必要，我們來測試LED 。為此，我們將連接電源，例如帶夾子的9V電池塊簡單連接到breaboard。您可以參見圖3 ，LED的最長引腳是陽極（+），因此您將此引腳連接到電池的+ 9V。現(xiàn)在，在將GND連接到各個顏色之前，陰極（紅色，綠色，藍色）為每個陰極添加220歐姆電阻以限制電流。現(xiàn)在玩得開心測試所有216個LED的所有顏色 。

在下一步中，我們將準備測試的LED，以便我們以后可以輕松地將它們組裝成列。

步驟3：LED行

在我們將LED焊接到各自的行之前，我們需要彎曲并切割引線。

正如您在第一張圖片中所見，我簡單地將 8mm孔（對于8mm LED）鉆入一塊木頭并且在LED孔的左側(cè)鉆了3個非常小的鉆頭，在鉆孔的右邊鉆了另一個。這些鉆頭是用于正確彎曲引線的標記，并且應(yīng)該與LED的孔中間距離大約1cm 。

這種技術(shù)的靈感來自Steve Manley，你可以在YouTube上找到他在視頻中略有不同的視頻。

如圖2和圖3所示，在您切割和彎曲演奏線周圍之前，確保方向引線對應(yīng)于圖片1 （藍色在左上方，然后是綠色，然后是陽極+向右，紅色再次向左）。彎曲到引線中的圓應(yīng)該具有足夠大的直徑以適合鍍錫銅線（0.8mm）。這個步驟使得非常容易可以很好地將LED焊接到位。

現(xiàn)在所有的LED都已準備就緒，我們希望將它們組裝成6行

strong》連接陽極（+）的位置：

如圖6所示構(gòu)建一個小夾具，鉆6個孔（直徑0.8mm），距離為2.5厘米到下一個洞。這允許我們一次將6個LED裝入夾具中

要連接陽極，我們需要直線鍍錫銅線長約16cm （有一些額外的余量）。為了使電線良好和筆直，您可以將電線的一端安裝到例如電鉆中，一次在桌子上固定約2米的電線，然后握住電鉆使電線拉伸并且在鉆孔幾秒鐘上擰緊并接通電源，并快速拉直電線。然后，您可以在固定部件的位置切割電線。 您也可以使用兩把鉗子并一次擰緊較小的線材，但這樣更乏味

一旦你有16厘米長的電線你引導(dǎo)它們穿過夾具中LED的陽極（+）孔并將陽極引腳焊接到電線上（圖7 ）

對于整個多維數(shù)據(jù)集，我們需要6x6 = 36 這些 LED行

第4步：圖層組裝

正如我之前提到的，我們將復(fù)用多維數(shù)據(jù)集的圖層，但對于裝配而言，更容易構(gòu)建6個6x6 LED墻，然后將它們彼此相鄰組裝，并簡單地運行連接行中陽極的單根鍍錫銅線層在一起。

小心 這一步需要花費大量時間和耐心才能做到這一點，總的來說你必須焊接大約1000個焊料關(guān)于構(gòu)建的關(guān)節(jié)所以要花點時間！

構(gòu)建LED墻：

對于夾具： 我們需要一塊一塊木頭，上面有6條雕刻線，一條在另一條之上，以構(gòu)筑一堵墻。您可以在圖片2 （行間距離：2.5厘米）中看到夾具本身

您將6行LED放入雕刻，陽極線朝下雕刻線，使3個陰極（R，G，B）朝上

連接陰極位于彼此之上（見圖2）我們需要更多的電線（所以我們再次使用6列x 3陰極x 6墻= 108鍍錫線片如上所述最后一步（2。）（同樣的長度以及））

將電線片從色譜柱底部通過陰極的孔滑到頂行和在每個LED上焊接電線

您這樣做6次以獲得6個LED墻。

現(xiàn)在我們可以將Walls組裝成實際的立方體本身。但要抓住立方體，我們需要建立某種地平面。為此，我簡單地使用了一些薄膠合板并在其中鉆了0.8mm小孔，以適應(yīng)懸掛在最低LED行（所有6個LED墻壁）上的電線。單個LED的測量孔 記錄在步驟3 中，每個LED之間的距離為2.5cm。

孔已就位我們現(xiàn)在抓住第一堵墻并將其移動到膠合板最左側(cè)的孔中。底部的LED排應(yīng)該坐在木頭上，這樣最后所有的墻都會對齊。

繼續(xù)對其余的LED墻做同樣的事情，但請記住，墻的陽極始終面向同一方向。 （在圖3中，墻的所有陽極都朝向左側(cè)）

一旦整個立方體到位，我們需要將每層的陽極焊接在一起。要做到這一點我們采取另一條 ~16cm的直線并將其放置在第一層的頂部，使得線材在一層中接觸6個墻壁的所有陽極線。注意新電線不接觸任何陰極。 將導(dǎo)線焊接到位并對剩余的5個層重復(fù)相同的操作。

步驟5：立方體布線

既然立方體的物理結(jié)構(gòu)已經(jīng)到位，那么將電線添加到陰極和陽極以便以后連接它首先，我們在木平面的底部切割延長線，但是留在1.5cm左右以焊接在電線上。為了使軟件代碼更容易將LED的各個顏色映射到LED驅(qū)動器引腳，我們使用圖1中描述的接線示意圖。我們的TLC5940 LED驅(qū)動器每個都有16個輸出，這意味著我們需要（6x6）Leds x 3色= 108/16 = 6，75 - 》所以我們需要7個TLC驅(qū)動器（最后一個不是完全使用了。

這意味著我們需要 7 x 16線 一端連接LED陰極 和一個男性另一端是針頭。因此，使用帶狀電纜 切割7x 16針電纜，長度約為20厘米。要焊接電纜另一端的公針頭，請觀看ZTAR-Planet的視頻。

從立方體的一角開始，電纜位于最左側(cè)首先焊接了帶狀電纜。在我的情況下我開始使用右下角LED的藍色陰極

第二根電纜焊接到同一個LED的綠色陰極， 紅色陰極旁邊，接下來是第一個LED左邊的LED藍色，然后是綠色的帶領(lǐng)，然后是藍色，進入下一個藍色陰極，依此類推

所以你遵循這個原理圖，這樣序列始終是：藍色陰極，紅色Cath。 ，Green Cath。，Blue Cath。，。..。..如圖1所示。您從第一根16針電纜開始，一旦焊接電纜的最后一根引腳，就將最左邊引腳上的下一根電纜連接到序列中的下一個陰極。所以電纜的最后一個引腳跟隨下一根電纜的第一個引腳。

對于陽極，建議使用稍粗的電纜因為有更多的電流流過它，然后是陰極。為了獲得立方體底部6層的陽極，我們還需要一些更多的鍍錫銅線。這次我們鉆多維數(shù)據(jù)集一側(cè)的孔（參見圖1，白色圓圈）并將銅線穿過這些孔并將它們焊接到相應(yīng)的層陽極上。因此在圖1中，標記為“0”的陽極是焊接到層0的陽極線的鍍錫銅線片，1被焊接到層1的陽極，依此類推。對于電纜，您再次焊接電纜另一側(cè)的6針公頭，另一端連接到層陽極的延長線。

步驟6：LED驅(qū)動板

零件 LED驅(qū)動板：

7 x TLC5940

6/7 x 10 uF電容器

2 x 1000 uF電容器

7x 2.2kOhm電阻器

7 x 28pin IC插座

7 x 0.1uF電容器

帶狀電纜

繼續(xù)使用控制電路，讓首先看一下LED驅(qū)動板。如前所述，我們需要 7 TLC5940 連接到Arduino Nano。所有 TLC5940芯片都采用菊花鏈式連接，這意味著驅(qū)動器的所有控制引腳都是互連的（例如，第一個TLC的BLANK引腳連接到第二個的BLANK，第三，第四，。.. TLC）并全部連接到Arduino 使用相同的電線，除了串行輸入 首先從Arduino數(shù)字引腳連接到第一個TLC，然后第一個TLC的串行輸出引腳連接到第二個TLC的SIN引腳，依此類推（見圖4） 。..。..

所以 TLC板的原理圖非常簡單，因為您可以在附圖中看到。

（如果你的話）想要在第8步之后找到董事會成員

我還附上了毛氈 的截圖，其中包括引腳標簽 以及GIMP .xcf文件，每個控制引腳連接分層。

S 將所有IC插座焊接到位，然后將100nF電容添加到每個TLC，后跟 2.2kOhm電阻 到IREF 和GND 以及右上角的7針接頭。.之后您可以簡單地從Gimp文件中的“ SIN層”開始，按照.xcf文件進行操作，其中展示了如何使用帶狀電纜連接驅(qū)動程序的串行輸入/輸出引腳，然后在GIMP中啟用CLK層等等。確保你的+和 - 引腳連接到右上方的引腳接頭原理圖的其余部分應(yīng)該是自我解釋的，但確保向電路板添加足夠的1000uF和10uF電容確切位置確定它們并不那么重要。

完成此板后，您可以繼續(xù)下一步到Arduino Board 。

控制板的步驟7：Arduino +藍牙控制板

部件：

6 x IRF 9540 P溝道 MOSFET

1 x 10 uF電容器

1 x 1000 uF電容器

7 x 2.2kOhm電阻器

1 x 1kOhm電阻器

2 x 14 母針頭

1 x Arduino Nano

1 x 1N4001二極管

1 x 0.1uF電容器

1 x DC Jack P CB Mount

1 x HC-05藍牙模塊

1 x 3.5mm音頻插孔

Arduino控制主板主要是處理多路復(fù)用以及提供LED驅(qū)動板的引腳頭對應(yīng)。

在perfboard上焊接：

放置兩個女性Pin標頭以充當Arduino的套接字在董事會中間。

在Arduino右側(cè)（帶有模擬引腳的一側(cè)）將 6個MOSFET連續(xù)放在一起添加一個2.2kOhm的電阻介于第一個和最后一個每個之間。

現(xiàn)在將 6針接頭放在MOSFET前面（行的中間）并連接FET的6個漏極針腳（中間針腳） ）FET 的到和 GATE引腳（左側(cè)引腳）到相應(yīng)的Arduino模擬引腳。

接下來，在Arduino的另一側(cè)焊接用于LEDDriver 連接的7pin接頭，為電纜留出一些空間，并且焊接從Arduino到引腳接頭的所有連接。

添加一些電容（1-2 1000uF，1 10uF，Arduino旁邊的100nF）以獲取可能的電流消耗。

在HC-05 模塊的Arduino 背面旁邊焊接 4針接頭，與VCC建立4個連接，RX，TX，GND 并且不要忘記從HC-05的RX引腳和Arduino的TX引腳制作分壓器（見這里）

將 DC插孔放在電路板的任何邊緣，旁邊有一個開關(guān)，并將開關(guān)的右側(cè)引腳連接到DC插孔的+ Pin

最后將所有必要的電源連接從DC插孔的GND引腳和開關(guān)（VCC）的右引腳連接到Arduino，MOSFET，電容器和HC-05，如圖所示原理圖。請記住添加二極管僅授予來自交換機VCC引腳的電源流入Arduinos 5V引腳，而不是其他方式。（這可以保護Arduino在通過USB連接進行編程時）

對于電源連接我使用直流電源插孔 使用簡單的開關(guān)，您也可以使用USB連接器，如果你愿意的話。我將電源連接器外包到另一個小電路板上，非常適合我的木箱，但你可以簡單地將它直接放在Arduino板上。如第一步所述，原理圖中還有一個MSGEQ7連接電路，但如果你不使用MSGEQ7，只需忽略它。 （有關(guān)MSGEQ7功能的更多信息，請單擊此處）

不要忘記在每端使用帶有公針接頭的另一條7Pin帶狀電纜連接Arduino板和驅(qū)動板。

步驟8：可選：蝕刻電路板

所以如果你不喜歡焊接很多電纜當然你也可以蝕刻必要的PCB 如果你愿意的話。

在我的Cube中Arduino板和電源/音頻連接器板都是蝕刻板使用附帶的原理圖/EAGLE文件。我第一次在原理圖中犯了一個錯誤，所以我不得不像最后一步那樣重做LED驅(qū)動板。蝕刻電路板而不是使用電路板沒有巨大的優(yōu)勢，因此可以隨意蝕刻電路板或?qū)⑵浜附釉诖┛装迳稀?/p>

在附加 .zip 您可以找到BOARD 文件以及SCHEMATIC 文件。

請注意頂層跡線（紅色）應(yīng)該是線橋（因為我不能在家中蝕刻雙面板）。未布線的跡線顯示了通過電纜連接到母針頭的連接。

原理圖包括MSGEQ7功能，您可以通過刪除該部分來省略在.pdf原理圖的屏幕截圖中標有“（MSGEQ7）”的示意圖。

步驟9：連接多維數(shù)據(jù)集

連接所有部分通過將7針電纜插入Arduino電路板和驅(qū)動板，立方體，確保方向正確！（）。接下來將HC05模塊插入4針接頭并連接電源板（如果已分開）。

連接多維數(shù)據(jù)集的7x16引腳接頭 make確保從第一個TLC開始（SIN引腳直接連接到Arduino的那個）。 從多維數(shù)據(jù)集中找到正確的16針電纜并將其連接到第一個TLC的針腳（確保Cathode Nr.0的電纜連接到第一個TLC OUT0引腳?。?。繼續(xù)以正確的順序?qū)⑵渌?6針電纜連接到相應(yīng)的TLC接頭。

最后但并非最不重要的是，從多維數(shù)據(jù)集連接陽極的6Pin電纜 在MOSFET旁邊的控制板上的6Pin接頭

為了完成立方體，我在表殼上增加了一些墻壁，上面還涂上了一些帶有黑色油漆的膠合板，然后粘上它們。

現(xiàn)在我們完成了整個構(gòu)建所需的所有硬件！

步驟10：軟件：多路復(fù)用循環(huán)

現(xiàn)在理論上 Arduino正在執(zhí)行以下周期：

如果已經(jīng)過了LayerDuration ，將下一層的值加載到TLC，關(guān)閉當前圖層，打開下一層，重置LayerDuration，將新值提交給TLC

如果FrameDuration有通過，通過存儲所有LED的值來加載當前動畫的新幀和顏色進入ValueLed ［］緩沖區(qū)，重置FrameDuration

如果藍牙數(shù)據(jù)可用，對它們做出反應(yīng)（更改動畫，亮度。..。..）（稍后會提供更多信息）

正如您所見，他主要關(guān)注的是速度。更改圖層的時間非常重要。

打開/關(guān)閉圖層的速度越快，您獲得的“框架”就越多。對于像這樣的6x6x6 RGB LED立方體我發(fā)現(xiàn)層持續(xù)時間為1700 microSec 。足夠好，可以將閃爍保持在最低限度，并且應(yīng)保持此值。 FrameDuration控制更多動畫的速度，以便針對不同的動畫進行更改。

在下一步中，我們將看看我們?nèi)绾螌嶋H編寫自己的動畫。

步驟11：自定義動畫

要實現(xiàn)動畫，我們必須將ValueLed ［］ buffe r設(shè)置為每次我們想要的下一幀的值FrameDuration已通過。我們這樣做是通過調(diào)用宏功能“SETLED（x，y，z，COLOR，Brightness）”

x，y，z是我們想要的LED的坐標set和COLOR（RED，GREEN或BLUE）是我們想要設(shè)置的顏色，Brightness是我們設(shè)置的這種特定顏色的實際值。

所以例如實現(xiàn)一個簡單顯示的動畫您可以在整個多維數(shù)據(jù)集中隨機紅色，綠色和藍色，只需執(zhí)行此操作：

void randomLedsFull（）{

for （uint8_t j = 0; j 《 CUBE_SIZE; j++）{

for （uint8_t x = 0; x 《 CUBE_SIZE; x++）{

for （uint8_t y = 0; y 《 CUBE_SIZE; y++）{

uint8_t rand = random8（3）;

SETLED（x，y，j，rand，maxBright）;

}

}

}

}

每次通過FrameDuration時都會調(diào)用此方法并且從循環(huán)（）中的switch-case命令中選擇。如果您編寫新動畫，只需將它們添加到switch-case中即可添加它們。

步驟12：附加：AnimationCreator

《另外，我使用JavaFX和Java3D 編寫了一個 AnimationCreator。

通過提供易于理解的UI，它使創(chuàng)建和編輯自定義動畫非常容易。

您可以為4x4x4，6x6x6或8x8x8 LED立方體創(chuàng)建，編輯，重命名和重新配置動畫。

要創(chuàng)建新動畫，只需點擊文件》新建，在“立方體”下，您可以選擇多維數(shù)據(jù)集大小，設(shè)置LED的顏色，用顏色選擇您想要的顏色選擇器在左側(cè)，然后左鍵單擊該幀所需的LED 。 添加另一個框架點擊“下一步”或“+”。其余的UI控件非常自我解釋，多維數(shù)據(jù)集圖層旁邊的復(fù)選框用于檢查哪些圖層應(yīng)該受到移動影響，“保持框架“。 J ust測試它，你會立即弄清楚所有內(nèi)容。

另外模擬動畫你可以點擊“查看3D”按鈕這將打開另一個窗口，其中包含多維數(shù)據(jù)集的Java3D模型。您可以旋轉(zhuǎn)相機，同時按住鼠標左鍵（按R重置相機）。播放/暫停動畫點擊P鍵，重置動畫點擊Q. “查看3D”按鈕下面的TextField 表示當前的FrameTime ，ergo 動畫的速度。

完成動畫后，為其命名并點擊文件》另存為。..并將動畫保存到與Cubo_Control.ino草圖相同的文件夾中。

要在草圖中包含新動畫，請在草圖頂部打開Cubo_Control.ino并添加以下代碼：

#include “RGBit.h” //Replace

向下滾動到 BTEvent（） 并將case語句添加到動畫的開關(guān)大小

switch（curAnim）{

。..

case 10：

animation= &ani_cubesmove［0］［0］;

FRAME_TIME= ANI_CUBESMOVE_FRAMTIME;

maxCount= ANI_CUBESMOVE_FRAMES;

break;

case 11： //YOUR NEW ANIMATION

animation= &ani_rgbit［0］［0］;

FRAME_TIME= RGBIT_FRAMETIME;

maxCount= ANI_RGBIT_FRAMES;

break;

}

步驟13：藍牙應(yīng)用程序

實際上控制多維數(shù)據(jù)集，感謝 HC-05模塊它非常簡單構(gòu)建藍牙應(yīng)用以將手機連接到多維數(shù)據(jù)集。

鏈接到應(yīng)用： Github

該應(yīng)用開源，因此您可以自行添加其他動畫/功能。

啟動應(yīng)用程序，它會要求您打開藍牙

單擊“搜索”，將顯示可用的藍牙連接列表。 從多維數(shù)據(jù)集中識別HC-05模塊并單擊它。

如果嘗試連接多維數(shù)據(jù)集時出現(xiàn)錯誤，請嘗試手動配置藍牙設(shè)置中的HC-05模塊

連接后應(yīng)用程序切換到控制屏并建立了藍牙連接

控件：

速度＆amp;亮度：更改滑塊值以加快/減慢動畫或更改亮度

動畫：單擊按鈕可更改動畫，默認情況下為動畫循環(huán)（從左上方開始按鈕對應(yīng)currAnim）

文本滾動：單擊“文本”按鈕，彈出一個對話框，輸入一些將滾動的文本通過多維數(shù)據(jù)集

命令：您可以使用Command TextField手動輸入命令（查看Cubo_Control.ino的BTEvent（）方法以獲取語法）

Snake：經(jīng)典蛇游戲（紅色：蘋果，綠色：蛇頭，藍色：潛行尾巴）（控制：4個方向按鈕，通過向前（向上）或向后轉(zhuǎn)動電話觸發(fā)向上和向下（ Down））

Audio Visualizer ：MSGEQ7用于顯示來自AUX Jack（動畫7的按鈕）的6個音頻帶

步驟14：展示

注意：因為它是v在惡劣的閃電條件下難以準確捕捉LED立方體，我將立方體的亮度調(diào)低至15（最大值：255）。請注意，實際上人眼的全亮度無論如何都不會閃爍LED。