Cubo de led 5x5x5 con Arduino MEGA 2560

Cubo de led 5x5x5 con Arduino MEGA 2560

En este proyecto, le mostraré cómo construir una versión más simple de un cubo de 5x5x5 LED. A continuación, mostraremos una forma simplificada para realizar un cubo de leds 5x5x5. Se muestra una guía paso a paso, para la construcción de tu propio cubo de led, desde la fabricación y diseño; hasta el código arduino. Para que, de esta manera puedas realizar algunas transiciones a tu gusto y probar tus habilidades.

En esta guía también se ofrece imágenes de las conexiones entre los leds y el arduino MEGA. En el código arduino, hay algunos movimientos y transiciones de ejemplos para que tú también puedas realizar las animaciones a tu manera.

Primero, algunos conceptos básicos que debemos saber antes de diseñar nuestro cubo…

¿Qué es un LED o un diodo emisor de luz?

Es un tipo de diodo que emite luz cuando tiene una corriente que fluye a través de sí mismo. Se usa comúnmente para mostrar un estado o indicando una señal de algún sensor de la electrónica, O simplemente usarlo como un iluminador o lámpara.

Un diodo emisor de luz (LED) es esencialmente un diodo de unión p-n. Cuando los portadores se inyectan a través de una unión inclinada hacia adelante, emite una luz incoherente. La mayoría de los LED comerciales se realizan utilizando una unión n y p altamente dopada.

Cada led tiene una especificación entre ellas el voltaje y corriente nominal, para evitar que el led no se alimente con un voltaje o corriente mayor que el nominal es necesario usar una resistencia; que su función es simple, reducir el paso de corriente. Además, también existirá una caída de tensión en dicha resistencia por lo cual es imprescindible usar un resistor para proteger nuestros leds.

¿Qué es un cubo LED?

Los cubos LED, se basan en un fenómeno óptico llamado persistencia de la visión o POV. Si parpadea un LED muy rápido, la imagen permanece en su retina, por un tiempo después de que el LED se apaga. Al destellar cada capa del cubo, una tras otra muy rápidamente, da la ilusión de una imagen en 3D; esto también se denomina multiplexación.

La matriz de LED que decidimos utilizar, es una matriz de LED monocromática de 5 x 5 x 5. Es decir, un total de 125 LEDs. La razón por la que elegimos este tamaño, es porque proporciona lo mejor del tamaño total del cubo. El tiempo de construcción y la programación más sencilla; pero la pregunta es: ¿Cómo controlar todos estos LEDS, cuando no tenemos suficientes pines digitales en nuestro Arduino? Porque en Arduino por Mega, por ejemplo, solo tenemos 54 pines digitales. ¡Calma! Esto es lo que veremos en la parte de programación, porque podría ser un poco complejo allí.

El cubo de leds 5x5x5, está conformado por 125 leds divididos en 5 capas de 25 leds cada una de ellas. La pantalla en sí misma está multiplexada, por lo que, en lugar de requerir 125 conexiones, requiere una para cada una de las cinco capas, y 25 para cada led en una capa que hace un total de 30.

Es decir, viéndolo de forma de columnas y filas, serian 5 filas y 25 columnas. El cubo se actualiza con una rutina de interrupción de software, con cada capa activa durante 2 ms. por lo que, todo el cubo se actualiza cada 10 ms (100 Hz). Esto da como resultado una pantalla sin parpadeo visible (Llámese “pantalla” el cubo con todos los leds encendidos).

Para evitar complicaciones, se proporciona el código fuente arduino de este proyecto, para que puedas descargarlo y modificarlo. De manera tal, que se adapte a sus necesidades. También hay una biblioteca Arduino disponible para facilitarte esta tarea.

¿Cómo se unen los LEDs? Paso a paso

Antes de comenzar a soldar nuestros componentes, podemos utilizar cualquier técnica para que el cubo tenga mejor forma. A continuación, te mostraré los pasos de la manera que se fue uniendo los leds.

En la imagen se observa cómo se van uniendo tiras de 5 leds, doblando el pin cátodo hacia una sola dirección; y soldando cada uno con el pin del otro e ir logrando la unión de los negativos. Lo más importante, es realizar el proceso con calma, y verificar que estemos soldando el pin correcto.

Se debe mantener su soldador limpio y agradable. Esto significa, limpiarlo con la esponja cada vez que lo uses. La punta de su soldador debe estar limpia y brillante. Siempre que se vea que la punta se ensucia con flujo u oxidación, (Lo que significa perder su brillo); Tienes que limpiarla, incluso si estás en medio de la soldadura. Tener una punta de soldadura limpia, hace muchísimo más fácil transferir calor al objetivo de soldadura.

Luego de tener 5 tiras, de 5 leds, procedemos a unirlas usando alguna alambrilla de cobre o cable de red, como en mi caso que son lo suficientemente resistente para este uso.

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Aquí se observa la unión de las 5 tiras que equivale a una fila o una capa de 25 leds. Solo necesitamos tener 4 más de estas y proceder a unir cada una de las 5 capas de 25 leds por los pines 25 positivos de cada capa y lograr la unión total con la ayuda también de algún cable de cobre que te simplifique el último proceso.




Conexión de los leds y el arduino

Luego de haber unido los leds queda realizar las conexiones con el arduino mega para eso presento a continuación una imagen de la conexión con la ayuda de fritzing para mostrar los pines que se usara en el arduino y las conexiones con los leds.

Si se nota se ha usado etiquetas F0(fila 0) y C0(columna 0) para intentar que la conexión con el mega no se vea tan compleja.

Como se puede apreciar en el arduino tenemos etiquetas F0-D47(fila 0, pin digital 47), para evitar confusiones como el cable en la conexión tapa el número del pin en el MEGA.

Programación del Arduino MEGA para el funcionamiento

La última parte es el código fuente para controlar toda la forma del Cubo, y no olvide que este tipo de proyecto depende de lo creativo que sea, así que se intentó pensar en formas y animaciones más creativas para mostrar y esto Es la mejor manera de impresionar. Se usó una Librería de Arduino que puedes descargar

Esta librería nos permite indicar los pines conectados a cada columna y fila, luego hacer una secuencia de bytes para decirle a nuestro Arduino los LED que queremos encender al proporcionar el número de capa(fila) y el número de LED(columna), después de eso transferimos la secuencia a través del puerto deseado.

Hay un código de ejemplo de animaciones que puede descargar desde este enlace para verificar nuestro proyecto y los resultados fueron muy excelentes como se ve en el video, así que no dudes en ver la de demostración, si tienes alguna duda de cómo usar las bibliotecas conexión o sobre el proyecto en general realiza tu comentario y con gusto te ayudaremos gracias.

Enlaces

Libreria:  aquí

codigo arduino:  aquí

Demostración:

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