Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
Unterrichts- und Lernmaterial fürMikrocontroller

1 - Herstellung einer Arbeitsschablone

Wer sich ein nxnxn LED Cube bauen möchte, der sollte vorher an einem kleineren Modell die Tücken und Probleme erst einmal genauer studieren. Dazu dient diese Einführung. Wir starten mit dem Zusammenbau eines 3x3x3 Würfels, stellen die Arbeitsschablone aber für einen 5x5x5 Würfel her (für diejenigen, die sich später mehr zutrauen;-).

Herstellung einer Arbeitsschablone
Material
  • 1x  Pressspanplatte, 15mm, 120mmx120mm
  • 1x  Bleistift und Lineal
  • 1x  Holzbohrer, 5mm
  • 1x  Akkubohrer
  • Schmirgelpapier, fein
Aufgaben
  • Übertrage das Raster aus Abb. 1 auf ein Holzbrett. Die Bohrlöcher werden nicht mitgezeichnet.
  • An den Kreuzungsstellen der horizontalen und vertikalen Linien werden die Bohrungen gesetzt. Je exakter die Zeichnung und die anschließenden Bohrungen, um so besser sieht anschließend der LED-Würfel aus.

Die Schablone

Abbildung 1 - Bohrlochraster auf einem Holzbrett. Bohrung: 5mm, Abstand der Bohrlöcher 20mm.

2 - Testen der LEDs

Für einen Würfel mit einer Grundfläche von 3x3 LEDs benötigt man insgesamt 27 LEDs, die man vor dem Einbau noch einmal einem Funktionstest unterziehen sollte. Nichts ist mühsamer, als nachher Reparaturen am fertigen Würfel durchzuführen, weil einzelne LEDs nicht oder nur ganz schwach leuchten.

 

LEDs einzeln testen
Material
  • 27x  LED, grün, matt wegen besserer Lichtstreuung
  • 1x  Steckbrett
  • 1x  Widerstand, 470 Ohm
  • 2x  Steckdraht
  • 1x  BoE mit BASIC Stamp, Prop-BoE oder Prop-AB. Alternative: Arduino UNO mit zusätzlichem Steckbrett
Aufgaben
  • Suche 27 intakte LEDs aus; unterziehe sie vorher einem kurzen Lichttest.
  • Überprüfe auch die Lichtintensität; deutlich schwächer oder gar nicht leuchtende LEDs werden gleich aussortiert.

Der Schnelltest erfolgt mit Hilfe eines BoE mit BASIC Stamp, Prop-AB oder Prop-BoE. Diese Boarde verfügen auf der Platine bereits über ein Steckbrett. Alternativ tut es auch ein Arduino UNO mit separatem Steckbrett. Die Schaltung auf dem Steckbrett zeigt Abb. 2.

Abbildung 2 - Aufbau der Testschaltung zur Überprüfung Funktionstüchtigkeit der LEDs

Nachdem alle 27 LEDs getestet und für gut befunden wurden, geht es an den Aufbau der drei Ebenen.

3 - Aufbau eines Übungswürfels mit 3x3x3 LEDs

Die Elektroden jeder einzelnen LED müssen in einer bestimmten Weise gebogen werden. Zu viele Versuche hat man nicht, wenn mal etwas falsch läuft, weil die Gefahr, dass der Draht abbricht, groß ist.

 

 

 

Abbildung 3

In einem ersten Schritt muss die Kathode in Richtung der geraden Kante am LED-Glaskörper gebogen werden (von unten gesehen). Die Anode, sie befindet sich direkt darunter, wird nach rechts gebogen, so dass beide Drähte einen Winkel von 90° bilden.

Abbildung 4 - Die beiden Elektroden müssen rechtwinklig zueinander stehen

 

 

Abbildung 5

Die Kathode muss ein zweites Mal um 90° nach unten gebogen werden. Dazu sollte eine Flachzange genommen werden, damit eine saubere Kante entsteht.

  • Die LEDs werden in die Bohrlöcher der Arbeitsschablone gesetzt (Abb. 6).
Abbildung 6 - Die LEDs werden in die Bohrlöcher der Arbeitsschablone gesteckt und so ausgerichtet, dass sich die Anodenanschlüsse benachbarter LEDs einer Reihe gerade überlappen.
  • Die Anodenanschlüsse der LEDs einer Reihe werden miteinander verlötet.
  • Die drei Anodenreihen werden mit zwei dazu quer verlegten Drähten verbunden, so dass eine Ebene entsteht, bei der alle Anodenanschlüsse der neun LEDs auf eine Leitung herausgeführt werden (Abb. 7).
Abbildung 7 - Die drei fertig verlöteten Ebenen des 3x3x3 LED-Cube. Deutlich zu sehen, wie die Kathoden seitlich abgewinkelt herausgeführt sind.

Wenn alle Ebenen fertig erstellt sind, sollten alle LEDs in den Ebenen noch einmal auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft werden. Beim Zusammenlöten könnte eine LED verheizt worden sein. Es ist die letzte Möglichkeit, mit geringem Aufwand defekte LEDs noch auszuwechseln.

Abbildung 8 - Jede einzelne LED in den drei Ebenen wird noch einmal auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft.

Bevor es an den endgültigen Zusammenbau des Würfels geht, erkennt man aber schon jetzt das Prinzip der Ansteuerung der einzelnen LEDs. Die drei Ebenen lassen sich separat ansprechen und jede der neun LEDs in einer Ebene ist durch genau eine Kathodensäule erreichbar. Insgesamt werden später also 9 (Kathoden-) + 3 (Anoden-) Leitungen für die Ansteuerung aller LEDs im Würfel notwendig sein.

Für den Zusammenbau der drei Ebenen habe ich Silberdraht als Verbindungsdraht nehmen müssen, da die Elektroden der LEDs aus der Werkzeugkiste zu kurz waren. Das wiederum vereinfacht den Zusammenbau.

 

Es werden insgesamt 9 Silberdrähte benötigt - für jede Kathodensäule einen.

  • Löte bei der mittleren Ebene an jede Kathode einen Silberdraht. Er hat die Länge von mind. 7,5 cm. Mit Kroko-Klemmen lässt sich der Silberdraht fixieren und leitet gleichzeitig Wärme beim Löten ab.

 

  • Anschließend werden alle Kathodenanschlüsse aus Ebene 1 und 3 mit der mittleren Ebene 2 verbunden und so die neun Kathodensäulen fertiggestellt.
Abbildung 9 - Fertig zusammengesetzter 3x3x3 LED Cube . Rot markiert sind die Kathodensäulen.

Damit ist der Zusammenbau des Würfels abgeschlossen. Wer noch keine Erfahrung mit dem Lötkolben hat, sollte von diesem Projekt die Finger lassen oder sich Hilfe holen.

Im nächsten Kapitel geht es um die elektrische Beschaltung des Würfels.

- wird fortgesetzt -

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© Reinhard Rahner - Gettorf