Ledkuutio (9.lk oppilasprojekti, kevät 2019)
Ohjeet
Tämän projektin tavoitteena on tehdä videon mukainen 4x4x4 kokoinen led-kuutio:
Kuvassa 3x3x3 ledkuutio. Tämänkokoinen mahtuu yhdelle asennuslevylle. Mutta mahtuuko 4x4x4 kuutio yhdelle asennuslevylle?
TÄRKEÄÄ! Alla olevat ohjeet ja kuvat ovat 3x3x3 kuutioon. Jos siis teet 4x4x4 kuution, sovella ohjeet itse. Kun seuraat ohjeita ja ymmärrät mitä teet, soveltaminen ei ole vaikeaa. Muistat vain olla tarkkana!
Esimerkki:
3x3x3 kuutioon tarvitaan 27 lediä. Montako lediä tarvitaan 4x4x4 kuutioon?
Tavoitteena on siis tehdä 4x4x4 ledkuutio. 3x3x3 kuution tavoin, sen ei pitäisi tarvita lisävirtaa. Yksi led toimii 2mA-5mA (mA=milliamppeeri) virralla. Arduino Unon yhdestä pinnistä tulee virtaa 20-30mA, joten virran pitäisi riittää. Isommissa kuutioissa tarvitaankin jo lisävirtaa esimerkiksi paristoista. Eri kokoisten kuutioiden rakentamisen idea on kuitenkin jotakuinkin sama.
Tarvikkeet 3x3x3 kuutioon:
- Arduino Uno + kytkentälevy, USB-johto
- 27 lediä (mielellään kirkkaita, samanvärisiä)
- 3kpl 100Ω vastusta
- nappiparisto (SR2032) (ledien testaamista varten)
- jäykkää asennusjohtoa tai rautalankaa (ei liian paksua!)
- hyppylankaa eli kytkentäjohtoja Arduinoon
- tyhjä pienehkö pahvilaatikko (tai voit tehdä sopivan laatikon jämäpuusta tai muusta soveltuvasta materiaalista. Kierrätysmateriaali on myös hyvä vaihtoehto.)
- tasainen pienehkö pahvi (noin 15cmx15cm tai suurempi)
Työkalut:
- Kolvi + tinaa
- Sivuleikkurit
- Kuorintapihdit (paitsi jos osaat kuoria johtoa sivuleikkureilla)
- Kuumaliimapistooli tai liimaa (jos askartelet itse sopiva laatikon)
- Lyijykynä, viivoitin
Kuvassa 3x3x3 ledkuutio. Tämänkokoinen mahtuu yhdelle asennuslevylle. Mutta mahtuuko 4x4x4 kuutio yhdelle asennuslevylle?
TÄRKEÄÄ! Alla olevat ohjeet ja kuvat ovat 3x3x3 kuutioon. Jos siis teet 4x4x4 kuution, sovella ohjeet itse. Kun seuraat ohjeita ja ymmärrät mitä teet, soveltaminen ei ole vaikeaa. Muistat vain olla tarkkana!
Esimerkki:
3x3x3 kuutioon tarvitaan 27 lediä. Montako lediä tarvitaan 4x4x4 kuutioon?
Tavoitteena on siis tehdä 4x4x4 ledkuutio. 3x3x3 kuution tavoin, sen ei pitäisi tarvita lisävirtaa. Yksi led toimii 2mA-5mA (mA=milliamppeeri) virralla. Arduino Unon yhdestä pinnistä tulee virtaa 20-30mA, joten virran pitäisi riittää. Isommissa kuutioissa tarvitaankin jo lisävirtaa esimerkiksi paristoista. Eri kokoisten kuutioiden rakentamisen idea on kuitenkin jotakuinkin sama.
Tarvikkeet 3x3x3 kuutioon:
- Arduino Uno + kytkentälevy, USB-johto
- 27 lediä (mielellään kirkkaita, samanvärisiä)
- 3kpl 100Ω vastusta
- nappiparisto (SR2032) (ledien testaamista varten)
- jäykkää asennusjohtoa tai rautalankaa (ei liian paksua!)
- hyppylankaa eli kytkentäjohtoja Arduinoon
- tyhjä pienehkö pahvilaatikko (tai voit tehdä sopivan laatikon jämäpuusta tai muusta soveltuvasta materiaalista. Kierrätysmateriaali on myös hyvä vaihtoehto.)
- tasainen pienehkö pahvi (noin 15cmx15cm tai suurempi)
Työkalut:
- Kolvi + tinaa
- Sivuleikkurit
- Kuorintapihdit (paitsi jos osaat kuoria johtoa sivuleikkureilla)
- Kuumaliimapistooli tai liimaa (jos askartelet itse sopiva laatikon)
- Lyijykynä, viivoitin
Vaihe 1
Ota nappiparisto ja testaa jokainen led, jota aiot käyttää. Tämä kannattaa ehdottomasti tehdä, sillä seassa voi olla viallisia ledejä ja niiden vaihtaminen valmiista työstä on erittäin hankalaa.
Testaaminen on helppoa. Nepparipariston toinen puoli on plus ja toinen on miinus. Ledissähän lyhempi jalka on miinus. Testi tapahtuu näin:
Testaaminen on helppoa. Nepparipariston toinen puoli on plus ja toinen on miinus. Ledissähän lyhempi jalka on miinus. Testi tapahtuu näin:
Vaihe 2
Ota jäykähköä asennusjohtoa tai rautalankaa. Tavoitteena on saada kuusi kappaletta 7cm pituisia kuorittuja johdon pätkiä. Näitä lankoja käytetään yhdistämään LED-tasoja. Antavat kuutiolle tukevuuden.
Jos teet 4x4x4 kuution, katso tässä kohdassa vaiheet 6, 7 ja 8. Hahmota oma suunnitelma paperille, jotta saat oikeat mitat ja lankoja oikean määrän. Ratkaise havainnekuvien ja ohjetekstien avulla, mihin 7cm pituus perustuu? Mikä on siis oikea pituus isompaan kuutioon?
Jos haluat tehdä kuutiosta hienon; symmetrisen ja suoran, toimi näin:
a) Ota mitat tarkasti ja tee langoista tismalleen samanpituiset
b) vinksallaan olevat langat voi suoristaa, esimerkiksi näin:
Jos teet 4x4x4 kuution, katso tässä kohdassa vaiheet 6, 7 ja 8. Hahmota oma suunnitelma paperille, jotta saat oikeat mitat ja lankoja oikean määrän. Ratkaise havainnekuvien ja ohjetekstien avulla, mihin 7cm pituus perustuu? Mikä on siis oikea pituus isompaan kuutioon?
Jos haluat tehdä kuutiosta hienon; symmetrisen ja suoran, toimi näin:
a) Ota mitat tarkasti ja tee langoista tismalleen samanpituiset
b) vinksallaan olevat langat voi suoristaa, esimerkiksi näin:
Vaihe 3
Nyt tehdään apuväline LED-tasojen tekemiseen. Jos edelleen haluat symmetrisen kuution, ole mitoissa erityisen tarkka. Ruutupaperi voi olla hyvä apuväline.
Ota palanen suoraa jäykähköä pahvia. Mittaa 3x3 eli yhdeksän pistettä, joiden etäisyys toisistaan on 2cm. Tee näihin ledille sopiva reikä esimerkiksi lyijykynällä, ruuvimeisselillä tai piikillä. Koeta tehdä rei’istä juuri ledeille sopivat.
Miksi reikien etäisyys on juuri 2cm? Seuraavissa vaiheissa ledien miinusjalat tullaan juottamaan toisiinsa kiinni. Yhden jalan pituus on 2,5 cm. Näillä mitoilla juotosvaraksi jää mukavasti 0,5cm.
Ota palanen suoraa jäykähköä pahvia. Mittaa 3x3 eli yhdeksän pistettä, joiden etäisyys toisistaan on 2cm. Tee näihin ledille sopiva reikä esimerkiksi lyijykynällä, ruuvimeisselillä tai piikillä. Koeta tehdä rei’istä juuri ledeille sopivat.
Miksi reikien etäisyys on juuri 2cm? Seuraavissa vaiheissa ledien miinusjalat tullaan juottamaan toisiinsa kiinni. Yhden jalan pituus on 2,5 cm. Näillä mitoilla juotosvaraksi jää mukavasti 0,5cm.
Vaihe 4
Nyt aletaan tekemään LED-tasoa.
Aseta LED tekemäsi kehikon reikään. Taivuta positiivinen jalka (se pidempi) ”ulospäin”, katso kuva.
Nyt huomio LED:in jalassa näkyvä pykälä, kuva alla.
Taivuta positiivinen jalka tästä kohden ylöspäin, jolloin siihen tulee L-muoto. Taivuta miinusjalkaa hieman oikealle. Kuva alla.
Aseta LED tekemäsi kehikon reikään. Taivuta positiivinen jalka (se pidempi) ”ulospäin”, katso kuva.
Nyt huomio LED:in jalassa näkyvä pykälä, kuva alla.
Taivuta positiivinen jalka tästä kohden ylöspäin, jolloin siihen tulee L-muoto. Taivuta miinusjalkaa hieman oikealle. Kuva alla.
Vaihe 5
Lisää LED:jä yksi rivi täyteen ja taivuta ne samoin kuin ensimmäinen. Seuraavaksi taivuta miinusjalat siten, että ne koskettavat toisiaan. Katso kuva alta.
Nyt aseta LED jokaiseen kehikkosi koloon, toista taittelut kuten ensimmäisellä rivillä.
Nyt aseta LED jokaiseen kehikkosi koloon, toista taittelut kuten ensimmäisellä rivillä.
Vaihe 6
Nyt juotetaan ensimmäinen LED-taso toisiinsa kiinni. Tarvitset siis kolvin ja tinaa.
Jos et ole aiemmin kolvannut, kysy ensin neuvoa esimerkiksi teknisen työn opettajalta! Kolvi on nimittäin todella kuuma! Tee joillain joutavilla pätkillä testijuotoksia. Tutoriaali kannattaa myös katsoa läpi.
Huom! Jos kolvi osuu itse LED:iin, se tuhoutuu parissa sekunnissa. Ole siis varovainen. LED:in vaihtaminen on työlästä...
Juota kaikki yhden rivin miinus jalat kiinni toisiinsa, kuva alla.
Tämän jälkeen ota aiemmin tekemäsi rautalangan pätkät ja aseta ne alla olevan kuvan mukaisesti. Juota liitoskohdat, joita on kuusi. Alla kuva.
Nyt kaikki miinus jalat ovat kytketty toisiinsa kiinni. Näin kuutioon johdetaan yksi miinus eli maa (gnd). Kuvassa miinus on CN1. Plusnapoja on sen sijaan. Ne ovat merkitty kuvassa CP1-CP9.
Katko nyt sivuleikkureilla ylimääräiset tökäset pois, mutta huomioi tuo CN1 paikka: yläreuna. Siihen jää jalka.
Jos et ole aiemmin kolvannut, kysy ensin neuvoa esimerkiksi teknisen työn opettajalta! Kolvi on nimittäin todella kuuma! Tee joillain joutavilla pätkillä testijuotoksia. Tutoriaali kannattaa myös katsoa läpi.
Huom! Jos kolvi osuu itse LED:iin, se tuhoutuu parissa sekunnissa. Ole siis varovainen. LED:in vaihtaminen on työlästä...
Juota kaikki yhden rivin miinus jalat kiinni toisiinsa, kuva alla.
Tämän jälkeen ota aiemmin tekemäsi rautalangan pätkät ja aseta ne alla olevan kuvan mukaisesti. Juota liitoskohdat, joita on kuusi. Alla kuva.
Nyt kaikki miinus jalat ovat kytketty toisiinsa kiinni. Näin kuutioon johdetaan yksi miinus eli maa (gnd). Kuvassa miinus on CN1. Plusnapoja on sen sijaan. Ne ovat merkitty kuvassa CP1-CP9.
Katko nyt sivuleikkureilla ylimääräiset tökäset pois, mutta huomioi tuo CN1 paikka: yläreuna. Siihen jää jalka.Vaihe 7
Edellisessä vaiheessa teit yhden kuution tason. Nyt seuraavien kimppuun. Toista siis edellinen vaihe kaksi kertaa. Huomioi alla olevista kuvista CN2 ja CN3 paikat!
Vaihe 8
Nyt yhdistämme kolme tekemämme kolme tasoa ja teemme niistä kuution. Se minkä teit ensimmäisenä, on tässä nimeltään taso 1. Taso 2 on se, jossa CN2 on keskellä. Kiinnitä alla olevissa kuvissa siis huomiota kirjaimiin CN.
Ota taso 1 ja taso 2. Aseta nämä päällekkäin. Juota kaikki positiiviset jalat yhteen: kuvassa ympyröitynä, CP1-CP9. Nurkat kannattaa juottaa ensin, jotta rakenne pysyy kasassa ja on linjassaan. Varmista, että kaikki tarvittavat liitokset ovat juotettu hyvin, erityisesti keskeltä.
Seuraavaksi ota TASO 3. Nyt ole varovainen. Jos heilutat rakennetta liikaa ja keskeltä irtoaa juotos, et voi korjata sitä ilman purkamista. Oletko varma, että aiemmat liitokset olivat kestäviä? Muista myös, että jos kolvi osuu LED:iin, LED tuhoutuu parissa sekunnissa. LED:in vaihtaminen on nyt todella työlästä. Katso alla olevasta kuvasta taas CN3 paikka.
Ota taso 1 ja taso 2. Aseta nämä päällekkäin. Juota kaikki positiiviset jalat yhteen: kuvassa ympyröitynä, CP1-CP9. Nurkat kannattaa juottaa ensin, jotta rakenne pysyy kasassa ja on linjassaan. Varmista, että kaikki tarvittavat liitokset ovat juotettu hyvin, erityisesti keskeltä.
Seuraavaksi ota TASO 3. Nyt ole varovainen. Jos heilutat rakennetta liikaa ja keskeltä irtoaa juotos, et voi korjata sitä ilman purkamista. Oletko varma, että aiemmat liitokset olivat kestäviä? Muista myös, että jos kolvi osuu LED:iin, LED tuhoutuu parissa sekunnissa. LED:in vaihtaminen on nyt todella työlästä. Katso alla olevasta kuvasta taas CN3 paikka.
Liittäminen Arduinoon
Nyt kun kuutio on valmis, meillä on yhteensä 12 pinniä. Näistä yhdeksän on positiivisia (CP1-CP9) ja kolme on negatiivista (CN1-CN3), eli siis maata (gnd).
Positiivisista yhdeksästä pinneistä jokainen sytyttää kolme LED:iä. Kolme maata taas hallitsee yhdeksää LED:iä, eli yhtä tasoa.
Aseta LED-kuutio asennuslevylle ja ota nippu hyppyjohtoja sekä vastukset. Tutki nyt alla olevasta piirikaaviosta vastusten paikat, merkittynä R1, R2 sekä R3, ja tee johdotukset. Alhaalta näet myös videon, jossa kuution on johdotettu ja on asennuslevyn päällä.
Jos haluat laittaa päälle yhden LED:in, esimerkiksi ensimmäisen tason toisen rivin päästä, meidän täytyy ensin antaa virtaa CP2 ja maa CN1, eli täytyy ohjelmoida PIN3 päälle ja PIN A0 pois päältä. Jos et vielä päässyt jyvälle toimintaperiaatteesta, tutki. Koko kuutio toimii samalla periaatteella, ja jos haluat saada ohjelmoitua kuutioon hienoja kuvioita, tämä systeemi täytyy ymmärtää.
Sitten vain ohjelmoimaan Snap4Arduinolla!
Tämä ohje on suomennettu sivulta:
https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/making-3X3X3-led-cube-with-arduino, josta myös suurin osa kuvista on kopioitu.
Positiivisista yhdeksästä pinneistä jokainen sytyttää kolme LED:iä. Kolme maata taas hallitsee yhdeksää LED:iä, eli yhtä tasoa.
| Arduino PIN | CP/CN |
| PIN2 | CP1 |
| PIN3 | CP2 |
| PIN4 | CP3 |
| PIN5 | CP4 |
| PIN6 | CP5 |
| PIN7 | CP6 |
| PIN8 | CP7 |
| PIN9 | CP8 |
| PIN10 | CP9 |
| PIN A0 | CN1 |
| PIN A1 | CN2 |
| PIN A2 | CN3 |
Aseta LED-kuutio asennuslevylle ja ota nippu hyppyjohtoja sekä vastukset. Tutki nyt alla olevasta piirikaaviosta vastusten paikat, merkittynä R1, R2 sekä R3, ja tee johdotukset. Alhaalta näet myös videon, jossa kuution on johdotettu ja on asennuslevyn päällä.
Jos haluat laittaa päälle yhden LED:in, esimerkiksi ensimmäisen tason toisen rivin päästä, meidän täytyy ensin antaa virtaa CP2 ja maa CN1, eli täytyy ohjelmoida PIN3 päälle ja PIN A0 pois päältä. Jos et vielä päässyt jyvälle toimintaperiaatteesta, tutki. Koko kuutio toimii samalla periaatteella, ja jos haluat saada ohjelmoitua kuutioon hienoja kuvioita, tämä systeemi täytyy ymmärtää.
Sitten vain ohjelmoimaan Snap4Arduinolla!
Tämä ohje on suomennettu sivulta:
https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/making-3X3X3-led-cube-with-arduino, josta myös suurin osa kuvista on kopioitu.