Светодиодный куб настроения

В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как сделать светодиодный куб настроения используя Ардуино и светодиоды WS2812.
Инструменты и материалы:
-Светодиоды WS2812 — 96 шт.;
-Печатные платы — 6 шт.;
-Arduino Nano;
-Блок питания 5В 1А;
-Паяльные принадлежности;
-Компьютер с ПО;
-Утюг;
-3D-принтер;
Шаг первый: план
В своем проекте мастер использует адресуемые светодиоды WS2812. Светодиоды соединяются каскадно, что означает, что можно контролировать столько светодиодов, сколько нужно, только одной сигнальной линией / проводом от микроконтроллера. Это делает проводку намного проще.

Светодиоды будут управляться с помощью Arduino Nano.

Шаг второй: печатная плата
Для проектирования печатной платы мастер использовал программу EasyEDA, так как она подходит для новичков.

Светодиод имеет 4 контакта:
VDD — 5 В
DOUT — выходной сигнал
VSS — Земля
DIN — входной сигнал

Как упоминалось ранее, светодиоды подключены каскадно, что означает, что сигнал поступает от микроконтроллера к первому светодиоду на выводе DIN. От вывода DOUT сигнал поступает на вывод DIN второго светодиода.

При проектировании печатных плат мастер планировал паять их вручную, поэтому между светодиодами он оставил достаточно места для паяльника.

Плату мастер не изготавливал сам, а заказал на JLCPCB.
Скачать файл для изготовления платы можно ниже.
Schematic_Cube Lamp_Sheet_1_20191213095045.pdf

Шаг третий: монтаж плат
Сначала мастер начал вручную паяльником паять светодиоды один за другим. Результат был не очень хорошим, мало того, что пайка монтаж 96 светодиодов трудоемкий процесс, так они еще и перегревались при пайке.

Тогда мастер решил пойти другим путем.
Наиболее широко используемый метод для пайки компонентов SMD называется Reflow Soldering (пайка оплавлением). В этом методе паяльная паста (смесь припоя и флюса) наносится на контактные площадки на печатной плате и компоненты помещаются на нее. Паяльную пасту затем плавят или «оплавляют», нагревая ее в печи для оплавления. Это быстрый и аккуратный метод, если все сделано правильно.

Но использование этого метода означает, что потребуется печь для оплавления, а ее у мастера не было.
Тогда он вспомнил проект Морица Кенига, в котором тот использовал старый утюг.

У мастера был утюг, подошва которого, на максимальны настройках достигала примерно 220°C. Паяльная паста, которую он купил, плавится при температуре 183°C.

Посмотрев на график температуры пайки оплавлением из таблицы светодиодов можно увидеть, что максимальная температура (Tp) составляет 240°C в течение 10 секунд. Утюг немного не дотягивает, но мастер решил попробовать.

Он нанес пасту на контактные площадки с помощью зубочистки и разместил компоненты. Затем положил плату на утюг, как показано на фото, и включил его. Когда весь припой расплавился, выключил утюг и снял плату. На удивление все получилось, как нужно.
Шаг четвертый: 3D — печать и сборка куба
Для сборки куба мастер сначала напечатал детали на 3D-принтере. Нужно напечатать каркас и шесть панелей и детали основания.
Файлы для печати можно скачать ниже.
Skeleton.stl
Holder.stl
Base.stl
Stand.stl
Cover.stl
Теперь нужно приклеить платы к панелям, а панели установить в проемы каркаса. Произвести монтаж, как на фото.
Шаг пятый: Ардуино
Дальше мастер подключает куб к Ардуино и блоку питания.
Шаг шестой: код
Дальше нужно установить FastLED с помощью диспетчера. Открыть DemoReel100 из примеров эскизов. File > Examples > FastLED > DemoReel100.

Перед загрузкой кода внесите следующие изменения:
Определите DATA_PIN (контакт на Arduino, к которому подключен DIN куба) к тому, который выбрали. В данном случае цифровой контакт 4.
Определите LED_TYPE как WS2812.
Установите NUM_LEDS на 96.
И, нажмите Upload.
Теперь можно включить куб. В дальнейшем мастер планирует подключить к Ардуино ESP8266 и сделать соединение с интернетом. В новой прошивке планируется изменения свечения куба в зависимости от события в жизни автора.
Весь процесс по изготовлению такого куба можно посмотреть на видео.