Faire un cub led 4X4X4

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Faire un cub led 4X4X4 2016-12-20T11:37:58+00:00

 

Vacances oblige, je me suis lancé dans la construction d’un petit cube de led. Enfin, petit, 64 leds quand même. Je vais vous montrer dans ce tutoriel comment le faire à votre tour, armez-vous de patience…

 

Le materiel

  • 64 DELs, si possible de même marque, modèle & série
  • une Arduino
  • un morceau de planche de bois d’au moins 12cm X 12cm pas trop épais
  • un forêt de perceuse du diamètre de vos DELs (5mm en général)
  • du câble genre fil de téléphone
  • du matos de soudure (fer & étain)
  • en option un veroboard de 10cm X 15cm

 

Bricolage

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Mesurez la patte la plus courte de vos leds, retirez 2 millimètres, et voila l’espacement entre vos trous sur la planche de bois. Et débrouillez-vous pour que ce soit droit, pas comme moi, quoi !

Après, il faut faire des trous. Droits aussi hein. Et de préférence, faites-en un dans un coin de la planche pour voir si vos leds rentrent bien dedans et tiennent en place mais sans glisser tout en sortant facilement. Ajusté au quart de poil quoi. Une fois que vous avez fait vos 16 trous, essayez les tous avec une led pour vérifier que ça passe bien sans accroche et que tout tient droit.

Ensuite, un petit cours rapide sur les DELs. Ces engins là ont une patte plus courte que l’autre, c’est la qu’on met le moins (vous savez, le coté plat de la pile) et c’est l’anode. Logiquement, la longue, on y met le plus, c’est la cathode. Naïvement, vous vous dites « bon, ok, j’ai 64 leds, il me faut donc 128 fils pour les allumer une par une ». Oui, on peut, sauf que le cube sera pas joli joli et qu’une arduino de base, ça n’a au mieux que 22 broches, donc ça n’ira pas.

On peut aussi se dire qu’on va brancher toutes les anodes ensemble et ne brancher que les cathodes à l’arduino. C’est bien, mais on arrive encore à 65 fils pour 22 dispos.

Le multiplexage est votre ami, et en plus, c’est lui qui va donner un design sympa au cube. Le principe est simple, on va fonctionner par couches. Il y en a 4 dans notre cube, et on va relier, sur chacune de ces couches, toutes les anodes ensemble. Nous aurons donc besoin de 4 broches pour les 4 couches d’anodes communes.

Et comme vous avez tout fait dans l’ordre, vous avez un superbe bout de bois permettant de créer vos couches. Il est donc temps de planter les leds, mais avant, vous allez prendre le temps de les tester une par une. Vous ne voudriez pas un pixel mort au milieu de votre cube hein ?

Si je peux me permettre un conseil, plantez vos leds du coté opposé au coté de perçage de votre planche. Pour bien les planter, veillez à ce que les pattes soient en diagonale et que la patte longue soit toujours du même côté (que ce soit sur une même couche mais aussi de couche en couche).

Une fois que tout est planté, vous pouvez commencer à plier.

Toujours la patte la plus courte et toujours vers la led à gauche, sauf quand vous arrivez à la dernière où vous plierez vers la led du dessus. Veillez bien à plier au ras de la led et à ne pas la faire tourner en pliant. Les pattes courtes ne doivent jamais toucher les pattes longues, ni de la même led, ni de la voisine.

En théorie vous devriez avoir à peu près ça.

 

Soudure du cube

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Il faudra être habile du fer à souder et éventuellement vous faire aider de quelqu’un qui tiendra les pattes courtes le plus près possibles les unes des autres pendant que vous soudez. Rappelez-vous, les leds sont des semiconducteurs qui ont horreur de la chaleur. Il faut donc souder VITE. Pas plus de 2 secondes d’exposition directe au fer. Si vous vous loupez sur une soudure, laissez la refroidir une minute (faites la suivante par exemple) et revenez-y plus tard.

Une fois que vous avez fait vos 12 soudures, prenez le temps de tester à nouveau vos leds. Branchez le – de votre pile à la patte toute seule qui dépasse en haut à gauche et passez le + successivement sur chaque patte au dessus de chaque led. Si certaines ne s’allument pas, vous les avez cramées ou mal soudées. Just do it again.

Comme vous avez pu le remarquer, nous n’avons pas assez de pattes pour faire une matrice parfaite. Pour que votre cube tienne debout, il peut être utile de souder quelques fils rigides sur les 2e, 3e et 4e colonne de votre niveau. Pour ma part, ne voulant pas chauffer une seconde fois mes leds, j’ai opté pour 2 fils uniquement entre les 2e et 3e colonne et entre les 3e et 4e. Vérifiez ensuite que toutes vos pattes sont alignées puis tordez légèrement chaque extrémité de cathode (disons 5 millimètres de 35° vers la gauche).

Une fois que c’est fait, tirez doucement sur les cathodes dressées pour décoincer toutes vos leds de votre planche et retournez l’engin.

Répetez ces opérations 3 fois (n’oubliez pas les tests), vous devriez donc avoir 4 groupes de 16 leds. Est venu le temps de les souder ensemble, et là, c’est un peu plus coton.

Il faut maintenant les souder ensemble. Pour faire ça, vous avez le choix :

  • Vous avez une paire de mains supplémentaire qui tiendra la couche du dessus pendant que vous soudez en dessous (attention les trous de fer à souder dans les doigts)
  • Vous n’en avez pas, ou tout le monde a peur de vous et il faudra trouver de quoi maintenir la couche du dessus pendant les 3 ou 4 premières soudures (après, ça tient tout seul)

Moi, je suis dans le second cas, toutes les paires de mains de la maison sont occupées en permanence (ou trop dangereuses). J’ai donc jeté mon dévolu sur une barrette de ram et une capsule de bière pour tenir mes couches de led pendant que je soudais. C’est pas le pied mais on y arrive :

Méfiez vous, il ne faut pas tout souder en laissant vos étais, sinon, vous aurez du mal à les enlever. Une soudure à deux extrémités opposées du carré permet déjà d’avoir un truc gérable.

Méfiez vous, il ne faut pas tout souder en laissant vos étais, sinon, vous aurez du mal à les enlever. Une soudure à deux extrémités opposées du carré permet déjà d’avoir un truc gérable.

Ensuite, comme vous le voyez sur la photo précédente, il faut souder toutes les cathodes ensemble sur chaque colonne. Sans toucher les anodes que vous aviez soudées à l’épisode précédent, bien entendu. C’est pour ça qu’on avait bien pris soin de mettre les leds de biais.

Même punition qu’à l’épisode précédent, à chaque couche soudée avec les précédentes, il faut tester. Sur l’image ci-dessus j’avais deux couches soudées. Les deux câbles noirs sur la gauche de la photo sont reliés aux réseaux d’anodes de chaque couche et à la masse de l’autre côté. Le câble de droite est relié au + via une résistance de 200 ohm et se promène sur les 16 cathodes pour faire s’allumer les deux leds de la colonne. Si vous n’arrivez pas à allumer vos 32 leds, vous avez faux quelque part. Vérifiez vos soudures.

Répétez la même opération pour les deux couches restantes. Et VOILA, vous avez votre cube.

 

Soudure de la plaque

 

 

 

 

Si vous avez pris l’option veroboard, c’est le moment d’essayer de faire rentrer les 16 pattes de votre dernière couche dans le veroboard et de les souder. Si vous avez pris l’option bout de bois, retournez simplement votre outil de création de couches et plantez les cathodes dedans pour les récupérer en dessous (vous pouvez les tordre, toutes dans le même sens, pour qu’elles tiennent en place. Je vous conseille vivement de les prolonger ensuite par quelques fils de 15/20cm pour les récupérer après la planche. Idem pour le veroboard, il faut ramener tout le monde côte à côte.

Mais revenons à nos 64 leds. Nous avions un objet presque terminé. Il manque encore un peu de soudure pour aller alimenter les 4 couches d’anodes de notre cube.

Pour faire ça, le plus simple et robuste que j’ai trouvé consiste à déplier des trombones pour avoir des fils rigides, puis à replier une extermité, disons à 1cm du bout et de vous en servir pour relier chaque couche d’anode au bas de votre montage tout en étant sûr que le fil en question n’ira pas toucher d’autres parties du montage.

Sur l’image de droite, vous voyez les 16 points de soudures bien alignés pour les 16 cathodes, et 4 autres points placés bizarrement qui sont les descentes des anodes. Sur l’image de gauche, en regardant bien, vous trouverez les-dites descentes au bout de chaque fil blanc.

Si vous avez fait votre montage sur un veroboard, pas de soucis, vous trouverez un trou où enfourner votre trombone. Si c’est une planche de bois, il faudra prévoir le trou en question avant d’installer le montage dans la planche, surtout si vous recouvrez le bois avec un tissu pour cacher la misère de votre planche trouée à l’arrache (ci-dessous une photo de deux descentes d’anodes dans le gros cube que je suis toujours entrain de finir, avec traversée du tissu).

Une fois que c’est fait et prolongé avec un peu de fil, vous vous retrouvez normalement avec 4 fils qui vont aux 4 couches d’anodes et 16 fils qui vont aux 16 colonnes de cathodes soit pile poil le nombre de broches d’une arduino standard. Sur l’image ci dessous, les 4 blancs sont les anodes, puis les 4×4 autres couleurs sont les 4 groupes de 4 colonnes de cathodes.

Là, c’est simple, prenez pour commencer les 4 fils des anodes (les 4 couches horizontales formées par les pattes les plus courtes des leds, remember ?) et branchez les dans l’ordre aux broches 0 à 3 de l’arduino (les analogiques) puis, dans la foulée et dans l’ordre les 16 cathodes aux 4 et 5 analogiques puis 0 à 13 numériques.

 

La programmation

Il ne vous reste plus qu’à pousser le petit bout de code écrit avec brio par forte1994 et dispo ici dans votre arduino. Ce code vas animer votre cube selon la chaine de caractère du début, que vous pouvez changer à votre guise. Chaque caractère représente une led, B1111 représente donc une ligne allumée, il faut donc 4 groupes de B1111 pour allumer un étage et 4 étages pour définir une image sur le cube, le nombre à la fin de la ligne donne la durée de l’image ( à multiplier par 20 pour obtenir la durée en ms).

Je devrais bientôt adapter le programme de programmation du cube 5x5x5 3D pour le 4x4x4, afin de faciliter l’écriture d’un tel code.