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Im Internet kursieren viele Bauanleitungen für LED-Würfel aus bedrahteten LEDs, die viel mechanische Arbeit erfordern und die LEDs via Multiplexing ansteuern. Diese Würfel sind echt cool, besonders in größeren Bauformen, aber dann ist die Konstruktion extrem zeitintensiv und bei unsanftem Umgang ist die komplette Arbeit sehr schnell zerstört.
Entsprechend habe ich einen Würfel entworfen der aus SMD-LEDs und Platinen konstruiert ist, wodurch viel des empfindlichen Aufbaus gespart wird. Dieser Würfel ist nur ein Prototyp, ich möchte dieses Projekt bei Gelegenheit in einer größeren Version (12x12x12 oder ggf. etwas größer) realisieren.
Anforderungen
- 4x4x4 LEDs
- LEDs an Konstantstrom, kein Multiplexing (mehr hell = mehr toll)
- LEDs sollten mit mindestens 8 Bit steuerbar sein
- Verbindung der einzelnen Module über ein BUS-System, sodass die Höhe beliebig ist
Umsetzung
Um den Prototypen möglichst günstig zu halten, sollte alles auf eine Platine mit 10x10cm passen, um die Platinen bei einem der chinesischen Hersteller fertigen lassen zu können.
Die LEDs werden auf Stegen aufgelötet, die möglichst filigran sind um möglichst wenig abzuschatten. Auf jedem Modul wird an der Hinterkante (die die einzelnen Stege verbindet) die Steuerelektronik mit Anschluss für den BUS untergebracht. Über Abstandshalter werden die Module in der korrekten Höhe voneinander gehalten.
Als LEDs werden SMD-LEDs der Bauform 0603 verwendet, deren Typ nicht nächer spezifiziert ist. (günstig vom Chinashop des Vertrauens) 0805 wäre auch möglich gewesen, jedoch wäre das dann mit den Stegen am Limit der Fähigkeiten des Platinenherstellers gewesen.
Funktionsweise
Der Steuerchip bekommt vom Controller (hier ESP8266) die Helligkeitswerte für die LEDs und einen Grayscale-Takt, also einen Grundtakt für die PWM-Ansteuerung der LEDs.
Da jeder Pixel durch eine LED realisiert wird, reicht es den Würfel mit 5V zu betreiben. Die Steuer-Chips sind so eingestellt, dass sie bis zu 20mA pro LED ausgeben können (einstellbar), was bedeutet dass der Würfel bis zu 1.28A aufnehmen kann (zzgl. Stromaufnahme der Steuerung) und somit nicht direkt an einem USB-Anschluss eines PCs mit maximaler Helligkeit betrieben werden sollte.
Zukunftsaussichten
Mit dem funktionierenden Prototypen kann nun guten Gewissens eine größere Version realisiert werden. Die verwendete Technik werde ich bald in einem Konzept für Beleuchtung einsetzen und hoffentlich bald darüber berichten können.