Vooraf
Stukje voorgeschiedenis, op het moment is een maat toevallig ook collega op het werk, en hebben we nog eens toevallig samen in hetzelfde project gezeten. Hij klopt software, ik zit aan de kant van de harde waren.
Een andere collega kwam op een gegeven moment met een filmpje aanzeten op dumpert.nl, een 3D Led Cube. Onze interesse was direkt gewekt, en nog eens verder gezocht. Er zijn reeds vele Led Cubes op YouTube te bewonderen, in allerlei formaten. Zelfs tot 32x32x32 aan toe, wat een kubus van meer dan 32.000 led's (!) oplevert. Wat gewikt en gewogen, tijden het dagelijkse tussen-de-middag-wandelrondje besloten om zelf een kubus te gaan bouwen.
Overwegingen
Hoe groot? 3x3x3 of 5x5x5 is redelijk eenvoudig, maar beperkt je in je mogelijkheden. We hebben besloten voor 8x8x8=512 led's te gaan. Dit wil je aansturen met een processor, evaluatiekitjes hadden we liggen, geen probleem. Hoe stuur je 512 led's aan? Dit idee hebben we afgekeken van een andere kubus bouwer. Onze 8x8x8 kubus bestaat uit 8 lagen van elk 64 led's. Als je nu elk laag afzonderlijk achter elkaar even aanstuurt en je doet dit zo snel dat het lijkt of alles brandt, hoef je steeds maar 64 led's aan te sturen.
1 kleur of rgb? Natuurlijk is full colour (rgb) het mooist, maar het ging eigenlijk direkt al stuk op de prijs van rgb led's. Je moet er immers 512 hebben, en wel een fatsoenlijk type omdat je anders geen helderheid overhoudt, kom ik zo nog op terug. Ebay gekeken, HongKong sites, probleem is vaak dat er geen duidelijk datasheet bij zit, of het is weer een partij van minder dan 512 led's. Toch besloten om voor 1 kleur te gaan, maar het blijft knagen: als ik ooit ergens geschikt een partij goede rgb led's kan krijgen, wie weet
De praktijk
8 lagen achter elkaar aansturen moet led's met een gemeenschappelijk poot bevatten, bij ons is dat de anode. Dus op elke laag zitten alle anode's met elkaar doorverbonden. Alle 64 led's op die laag wil je afzonderlijk aansturen, dus in de kubus naar beneden toe zijn alle 64 kathodes doorverbonden.
De processor
De processor, we hebben een evaluatiekitje van TI gebruikt dat beschikbaar was, met een Stellaris LM3S8962 microcontroller op 50Mhz, zie foto. Het mooie van zo'n kitje is dat alle i/o's reeds op het bordje zitten, fanzy OLED displaytje erop, drukknopjes om een menu te kunnen bedienen.
Alle niet gebruikte interfaces heb ik van het bordje gesloopt met een heatgun, zodat USB en een slot voor een micro-sd kaart overbleven. Het displaytje wil je natuurlijk in het zicht houden, echter dit zat met een zif kabel vrijwel direkt op het bordje geplakt. Hier had ik dus de zif kabel verleger voor nodig (zie een ander topic
) maar niet gevonden, dus zelf gemaakt. De pitch is 1mm, dus dit is nog wel te doen. 0.3mm koperdraad op de padjes gesoldeerd, smeltlijm eroverheen als borg, en van isolatietape een bandkabel gemaakt. De schakelaartjes hebben we eenvoudig met losse draadjes naar het bedieningspaneeltje doorverbonden.De led's
Wat ons opviel bij andere Led Cube's, was dat de helderheid te wensen over laat bij veel cubes. Of er wordt half in het donker gefilmd, of je ziet het amper, intensiteit is belangrijk. Immers, de led's staan maar 1/8 van de tijd aan, 12.5%. Ik heb een aantal led's geslecteerd waarvan bekend was dat ze gewoon goed verkrijgbaar waren. Prijs is ook belangrijk natuurlijk, dus hierop geselecteerd, samen met openingshoek, intensity en eventueel kleur. Je kijkt van de zijkant tegen de led's aan, dus openingshoek kan zeker wat uitmaken. Dt is trouwens in datasheets gedefinieerd als de hoek waar de led nog de helft van de opgegeven intensiteit heeft. Led's besteld dus, en getest door ze met een torretje aan te sturen en ze aan een frequentiegenerator te hangen. Uiteindelijk heeft dit geresulteerd in een 3mm led, ultra bright met een kleine openingshoek van 30 graden, en betaalbaar, 16ct p/stuk waren ze meen ik me te herinneren. Deze led is zo fel dat ook van de zijkant er zat licht overblijft. Wel apart, we hadden meer verwacht van de led's (die ronde tonnetjes zeg maar met een platte bovenkant) met een grote openingshoek, deze worden veel toegepast en grote displays, voetbalstadions e.d. Helaas blijft er van helderheid niet veel over als je ze een DC geeft. De led die we geselecteerd hebben mag max 100mA hebben, komen we op het volgnede punt:
Voeding
Kan ik kort over zijn, dit is een kant en klare 5V/10A doos, voor het geld kun je zelf niet bouwen. Maximaal kan er 1 laag, dus 64 led's tegelijk branden met een maximale stroom van 100mA/stuk = 6.4A.
Anodes
Vanuit de microcontroller komt een BCD code die we omzetten naar decimaal, waarmee we voor elke laag met 8 dikke FET's de anodes aansturen. Een omzetter gebruiken heeft natuurlijk het voordeel dat je maar 3 uitgangen van je processor nodig hebt, maar ook een belangrijke: er kan nooit meer dan 1 laag tegelijk aanstaan.
Kathodes
De kathodes die naar beneden zijn doorverbonden worden naar massa getrokken met 8 led drivers, elk met 8 ingangen. Hiermee heb je je 64 kanalen om op de aktieve laag de juiste led's te laten branden. Tevens kan deze led driver 16 standen in intensiteit weergeven, een extra dimensie een de figuren die je weer wilt geven
Kubus bouwen
Waar je voor op moet passen met het kubus bouwen is da de boel wel transparant blijft. De led's te dicht op elkaar, weg ruimtelijk effect. Led's te ver uit elkaar, weg resolutie. Beetje op gevoel heb ik 3cm genomen als afstand tussen de led's. Eerst een mal gemaakt met 64 gaatjes erin waar de led's in passen. Wat verschillend draad geprobeerd, uiteindelijk is 1mm dik koperdraad gekozen. Niet te dik en toch stevig genoeg. Ben zelfs nog naar ene modelbouwwinkel geweest om 1mm dik staaldraad te kopen (pianostaal heet dit) maar het soldeert niet fijn, en je hebt wat te gaan met 512 led's.
8 afzonderlijke lagen gemaakt, en hierna met 3cm dikke blokjes de kubus opgebouwd. In 1 zin gezegd, uiteindelijk heeft het me een heel weekend gekost
Oja, uiteraard bij elke afzonderlijke laag alle led's getest, je wil niet na het bouwen erachter komen dat er een led defect is. Zal opbiechten, tot 2 keer toe had ik me verpiert bij een led en de anode en kathode omgedraaid, daar wil je niet achteraf achterkomen 
.Software
De credits hiervoor gaan volledig naar mijn maat. Hij heeft (in Visual Studio) eerst test patronen gemaakt zodat ik de aansturing kon testen, en alle rijen/kolommen afzonderlijk kon aanzetten. Ook heeft hij iets voor Windows gemaakt waarmee je de kubus kunt simuleren om te zien hoe bedachte patronen eruit komen te zien. De kubus stond hier bij mij, hij mailde me gewoon de .bin file, usb aanpluggen, uploaden en klaar.
Na wat proberen laten we nu de lagen schakelen met een frequentie van 800Hz.
Behuizing
Ik heb van 12mm dik mdf een kastje gemaakt, met een alumnium bedieningspaneeltje erop. Dit met wat restjes hammerite gespoten, dan lijk het ook nog wat. De USB poort en sd kaart slot zijn van buitenaf bereikbaar. Zoals ik het nu zie hebben we dit sd slot helemaal niet nodig, maar ok. Wie weet.
To do
Het is allemaal mooi, maar wat hebbie eraan
ten eerste was het de lol van het bouwen natuulijk, en erover bomen. Om het ding toch een functioneel iets te geven zijn we met een klok bezig, tijd in 3D weergeven. Er zit een RTC aansluiting op de processor, lijkt er wel voor gemaakt. Ook heb ik op het bedienigspaneeltje een jack plugje gemaakt voor een eventuele microfoon/line ingang. Je zou van audio, spraak/omgevingsgeluid het spectrum kunnen weergeven. Werkt nu nog niet, gaat wel komen.
En dan, de full colour kubus blijft rondspoken. Mischa, als je meeleest, weet je gelijk waar ik die dikke voeding van jou voor nodig heb
Dus als er nog iemand een zak goede vette rgb led's in de aanbieding heeft houd ik me aanbevolen, mag leaded of smd.Tot slot, hoe ziet het eruit, een filmpje. Het aantal patronen is nog wat beperkt, maar hier wordt aan gewerkt. Is gebrek bij wat anders met m'n tlf gefilmd, gaat met het licht niet helemaal goed, maar voor het idee...
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=WGElLo2gHlw[/youtube]
en ik heb ze gezien met leds met een kleine hoek die het goed doen.
