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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED cube zusammenbauen [mechanisches Problem]


Autor: Stefanie B. (sbs)
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Hallo!

Durch diverse Seiten angeregt habe ich mich dazu entschlossen
ein LED cube zu bauen.

Zuerst habe ich die Cubes fertig gestellt. (2x 4x4x4 und 1x 8x8x8)
Alle Leds einer Ebene haengen an einem gemeinsamen Pluspol.
Die Leds, die senkrecht übereinander stehen,
haben ein gemeinsames Minus.

Schaltungstechnisch habe ich folgendes vor:
Die Ebenen werden über Multiplexbetrieb angesteuert.
Die einzelnen senkrechten Stränge werden über Schieberegister (74x164)
angesteuert.

Dadurch werden die über geeignete Vorwiderstände(~75 Ohm?) LEDs nach 
Datenblatt betrieben.
(dc beim Multiplex max 1/10)


Die beiden Cubes 4^3 einzubauen erforderte Geduld (~10min)

Das Problem ist der grosse Cube:
Auch nach 2 stündiger Geduldsprobe konnte ich den Cube nicht in die 
richtigen (mit Edding schwarz markierten Löcher) stecken.

Vielleicht kennt einer eine geeignete Lösung?

Gruss
Stefan

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Zunächst würde ich die Löcher mit einem 2,5mm Spiralbohrer aufreiben, 
damit die Drähte leicher ihr Ziel finden. Pinzetten können hier auch von 
Vorteil sein.

Autor: Jurij G. (jtr)
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Hallo,

evtl zuerst mit einem Streifen Lochraster die Drähte möglichst genau 
ausrichten.
Wenn sie lang genug sind jede Reihe etwas kürzer schneiden als die 
davor, dadurch kann man sie Reihe für Reihe reinstecken.

Autor: Dennis (Gast)
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eine im raster 2.54 befindliche steckerleiste anlöten, dann hast du nur 
noch 8 leisten mit je acht pinne, wenn du die nichtbenutzten 
herausziehst...

gruß,
d.

Autor: Uwe Berger (boerge) Benutzerseite
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MoinMoin,

ich will dir ja nicht zu nahe treten, aber die LEDs sind zu dicht 
zusammen. Wenn man es auf dem Bild richtig erkennt -> 2cm... Damit 
ergeben sich, auch z.B. die Probleme, die du jetzt hast.

Ich baue gerade selbst ein solches komisches Ding 
(http://www.bralug.de/wiki/3D-LED-Display). Ich verwende einen Abstand 
von 3,5cm. Desweiteren wird die (erforderliche) Stabilität des Cubes 
(8x8x8) erst erreicht, wenn man nicht die Anschlußdrähte der LEDs 
verwendet, sondern 1mm-Silberdraht nimmt.

Auch würde ich den Cube nicht direkt auf die Treiberplatine setzen, 
sondern vielmehr flexible Drähte zwischen Cube und Platine...

Grüße Uwe

Autor: tex (Gast)
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Es hat nichts mit der Frage zu tun, aber auch auf die Gefahr hin, dass 
ich gleich wieder unisono zum Ketzer erklärt werde:
Gibt es einen praktischen Nutzen für diese LED-Cubes?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Keinen praktischen aber einen optischen!

Autor: Hagen (Gast)
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sicher gibts einen prkatischen Nutzen, derjenige der sowas schonmal 
aufgebaut hat weiß wie man spezifische Probleme löst und redet nicht nur 
aus der Theorie heraus. Man lernt wie man LEDs verbastelt, was eine 
gemultiplexte Matrixschaltung bedeutet usw. usw. Und am 
wichtigstens->hat Spaß haben für dich einen praktischen Nutzen ? für 
mich sehr wohl ;)

Gruß Hagen

Autor: aliendrummer (Gast)
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>> Gibt es einen praktischen Nutzen für diese LED-Cubes?

- Ja, z.B. die Wiederholung der Grundlagen von Transitorschaltungen

- Verbesserungen der motorischen Fähigkeiten durch konzentriertes Löten

- Investieren von Zeit in ein sinnvolles Hobby

- Erfolgserlebnis, wenn man etwas betrachten kann, was man selbst gebaut 
hat

- Sammeln von Erfahrung für spätere PRojekte (evtl. auch berufliche)

Ich finde es hat einen praktischen Nutzen!

Gruß Aliendrummer

Autor: aliendrummer (Gast)
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hagen war schneller :)

Autor: Uwe Berger (boerge) Benutzerseite
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Die Frage über die Sinnfälligkeit eines Cubes hatte ich mir auch mal 
gestellt, aber die Vorredner haben sie schon gut beantwortet...

Wenn man noch etwas weiter denkt, kommt man auch auf einige praktische 
Dinge, die man visualisieren kann, immerhin hat man eine 3.Dimension zur 
Verfügung...

Uwe

Autor: Stefanie B. (sbs)
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Danke für die Ideen!

-Also ich werde versuchen, die Löcher ein wenig aufzubohren.
-Kürzer schneiden habe ich ausprobiert, geht IMHO nicht so gut
 (man hat dann zu kurze Drähte)
-Steckerleiste klingt interessant, aber verstehe ich nicht ganz :(
-@ Uwe Berger:
  warum sind die LEDs zu nah zusammen?
  Die passen genau in das Raster rein (theoretisch)
  Oder meinst du das wegen der Sichtbarkeit der inneren LEDs?


Ich möchte den Cube am liebsten genau da auf die Platine machen,
weil man dann auch die Technik, die dahinter steckt sehen kann.

Gruss
Stefan

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>die Löcher ein wenig aufzubohren

Nicht aufbohren, sondern ansenken, also einen Trichter ´reindrehen. 
Sonst sind die Lötaugen weg.

Autor: dennis (Gast)
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so:

dennis

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Mal was anderes:
Wofür ist der Goldcap da?
Nicht zum Puffern der schnellen Lastwechsel durch Multiplexing oder?
Falls doch, so würde ich lieber normale Elkos nehmen, denn Goldcaps sind 
bedingt durch ihren inneren Aufbau und hohen Innenwiderstand (ca. 30-50 
Ohm je nach Typ) sehr träge.

Gruß Marcus (der in den Semesterferien einen 5x5x5 RGB cube baut ;) )

Autor: Stefanie B. (sbs)
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@Dennis
danke für das Schema
So könnte ich das auch machen, überlege ich mir

@all
zum puffern habe ich überall auf der Platine 100nF Kerkos verbaut :)
Der Goldcap ist aber auch zum Puffern der Ladung da.

Denn ich weiß noch nicht genau wie ich die Stromversorgung 
bewerkstelligen soll.

Wenn wirklich alle 640 Leds an sind brauch ich 4,8A @5V.

Aber der Trafo bricht dann soweit ein, dass ich ein LDO benötige.
Aber LDOs mit 5A sind ziemlich teuer.

Gruss
Stefan

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Stefan B. wrote:
> @all
> zum puffern habe ich überall auf der Platine 100nF Kerkos verbaut :)
> Der Goldcap ist aber auch zum Puffern der Ladung da.
100nF Kerkos sind zum IC-Puffern gut, aber zum LED treiben sind die 
meines Erachtens zu klein. Hängt aber natürlich von der 
Mux-frequenz(/PWM?) ab die du verwenden willst.
Der Extremfall ist das eine LED-Ebene ganz aus ist und die nächste ganz 
an, dann hast du einen Lastwechsel von 0 auf 100% innerhalb von 
Sekundenbruchteilen. Anderer Fall: alle LEDs aus -> alle LEDs an also 
von Ieff. ~0A auf 5A.
>
> Denn ich weiß noch nicht genau wie ich die Stromversorgung
> bewerkstelligen soll.
>
> Wenn wirklich alle 640 Leds an sind brauch ich 4,8A @5V.
>
> Aber der Trafo bricht dann soweit ein, dass ich ein LDO benötige.
> Aber LDOs mit 5A sind ziemlich teuer.
>
Wieso nimmst du nicht einen größeren Trafo (und dicke Elkos vor den 
Treibern :)?

Gruß

Autor: Stefanie B. (sbs)
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tja den trafo hab ich schon :(
der liegt unter dem 40-poligen sockel.
Der hat 36VA, ich habe vorher gedacht, dass der ausreicht :(

Und jetzt ist die Frage, was billiger ist, ein LDO oder ein Trafo?

Gruss
Stefan

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Ich bin mal gespannt ob solche Dinger irgendwann in Serie gehen... Zur 
Zeit bastelt irgendwie (fast) jeder an so 'nem Teil.
Wenn ich den ersten 32^3 sehe bin ich offiziell beeindruckt :-)

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Alex Bürgel wrote:
> Ich bin mal gespannt ob solche Dinger irgendwann in Serie gehen... Zur
> Zeit bastelt irgendwie (fast) jeder an so 'nem Teil.
Aus den USA kannst ihn dir schon bestellen, ist aber auch nur ein 
Bastler der das Ding in Kleinserien fertigt.
> Wenn ich den ersten 32^3 sehe bin ich offiziell beeindruckt :-)
Zwar nicht 32^3, aber kennste den schon?
Youtube-Video "Zürich Hbf 3D display 01"
Die Animationen sind aber langweilig :)

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>Zwar nicht 32^3, aber kennste den schon?
Ne, das kannte ich auch noch nicht. Aber ich glaube diese Teile sind 
eine echte Marktlücke. Nicht nur für Geeks sondern auch für diverse 
andere Personengruppen...

Wenn jetzt Einer ein einfaches, industrielles Fertigungskonzept 
entwickelt kann er viel Geld damit verdienen... In etwa so wie vor 10-15 
Jahren diese "Plasma-Kugeln" und davor die "Lava-Lampen" und diese 
Glasfaser-Lampen :-)

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Kann gut sein.
Aber einen dimmbaren RGB-cube durch einen EMV-Test zu bringen stell ich 
mir schwierig vor :)

Autor: Uwe Berger (boerge) Benutzerseite
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> -@ Uwe Berger:
>   warum sind die LEDs zu nah zusammen?
>   Die passen genau in das Raster rein (theoretisch)
>   Oder meinst du das wegen der Sichtbarkeit der inneren LEDs?
>
ja, wg. dem letzteren, du wirst die inneren LEDs nicht sehen ... und 
wahrscheinlich wird es auch Probleme mit Anstrahlen anderer LEDs geben

> Ich möchte den Cube am liebsten genau da auf die Platine machen,
> weil man dann auch die Technik, die dahinter steckt sehen kann.
>
nun ja, Geschmackssache, aber mit einem "Kabelbaum" dazwischen würde die 
Geschichte einfacher realisierbar sein.

Grüße Uwe

Autor: Uwe Berger (boerge) Benutzerseite
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> Wenn wirklich alle 640 Leds an sind brauch ich 4,8A @5V.
>
hmm, liegst du da nicht falsch? Zum einen sind bei mir 8x8x8=512 und zum 
anderen sind nicht ALLE 512 LEDs gleichzeitig an, oder? Du multiplext 
und dann sind maximal 8 LEDs gleichzeitig an. Wenn man in Betracht 
zieht, dass, um eine ausreichende Helligkeit der gemultiplexten LEDs zu 
erreichen, ca. 100-150mA durch eine LED fließen sollten, liegst du 
irgendwo bei 1A...

Grüße Uwe

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Uwe Berger wrote:
>> Wenn wirklich alle 640 Leds an sind brauch ich 4,8A @5V.
>>
> hmm, liegst du da nicht falsch? Zum einen sind bei mir 8x8x8=512 und zum
> anderen sind nicht ALLE 512 LEDs gleichzeitig an, oder? Du multiplext
> und dann sind maximal 8 LEDs gleichzeitig an. Wenn man in Betracht
> zieht, dass, um eine ausreichende Helligkeit der gemultiplexten LEDs zu
> erreichen, ca. 100-150mA durch eine LED fließen sollten, liegst du
> irgendwo bei 1A...
>
> Grüße Uwe

Er hat noch zwei kleinere Würfel auf der Platine, ich denke die hat er 
dazu gezählt.

Minimalbeispiel zum Stromverbrauch:
(Vorsicht Halbwissen, bin noch in der Planung)
Du hast 2 Leds, kein multiplexing, jede bekommt 20mA -> Summe: 2x20 = 
40mA
Hat man aber 2 Leds multiplexed (dutycycle: 50%) so musst du jede pro 
Zyklus mit 40mA speisen, hast also auch einen Gesamtverbrauch von 40mA
Bei 3 Leds wäre der Cycle 33%, daher brauchst du den dreifachen Strom um 
die gleiche Helligkeit zu erzielen.

> Du multiplext
> und dann sind maximal 8 LEDs gleichzeitig an.
Falsch er benutzt Ebenenmultiplexing, also sind 8x8 gleichzeitig an.
Und selbst wenn nur 8 an wären -> Dutycycle ca. 1,5% -> Wesentlich 
höherer Pulsstrom nötig

Gruß

Autor: Uwe Berger (boerge) Benutzerseite
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>> Du multiplext
>> und dann sind maximal 8 LEDs gleichzeitig an.
> Falsch er benutzt Ebenenmultiplexing, also sind 8x8 gleichzeitig an.
>
ok, wenn man sich das Bild anschaut und die Anzahl der verbauten 
Transistoren in Betracht zieht, könntest du Recht haben...

> Und selbst wenn nur 8 an wären -> Dutycycle ca. 1,5% -> Wesentlich
> höherer Pulsstrom nötig
>
da komme ich noch nicht ganz mit...

Grüße Uwe

Autor: Uwe ... (uwegw)
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Eine Idee zum Einfädelproblem:
An die Drähte dünne, reichlich lange Kupferlitzen anlöten. Dabei drauf 
achten, dass die Lötstellen noch durch die Bohrungen passen (viel 
Toleranz ist also nicht mehr). Dann die Litzen einzeln einfädeln, und 
dann nach und nach die Drähte daran in die Bohrungen ziehen.
Falls zwischen Cube und Platine noch etwas Platz übrig ist, die Litze 
nicht direkt an Ende der Drähte anlöten, sondern weiter oben, dann kann 
man evtl auch nur so weit ziehen, dass die Lötstelle über der Platine 
bleiben kann.
Ich hab keine Ahnung, ob das so funktionieren wird, war nur nen 
spontaner Gedanke...

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Uwe Berger wrote:
>>> Du multiplext
>>> und dann sind maximal 8 LEDs gleichzeitig an.
>> Falsch er benutzt Ebenenmultiplexing, also sind 8x8 gleichzeitig an.
>>
> ok, wenn man sich das Bild anschaut und die Anzahl der verbauten
> Transistoren in Betracht zieht, könntest du Recht haben...

 Er hat es ja auch geschrieben :)

> Schaltungstechnisch habe ich folgendes vor:
> Die Ebenen werden über Multiplexbetrieb angesteuert.
> Die einzelnen senkrechten Stränge werden über Schieberegister (74x164)
> angesteuert.

>> Und selbst wenn nur 8 an wären -> Dutycycle ca. 1,5% -> Wesentlich
>> höherer Pulsstrom nötig
>>
> da komme ich noch nicht ganz mit...

Es gab da so ne Daumenregel ala "N-facher Strom bei 1:N Multiplex" oder 
so ähnlich
Beitrag "Zur Daumenregel "N-facher Strom bei 1:N-Multiplex""

Will heißen, bei halber Betriebsdauer, verdoppelt sich der Pulsstrom.


Wenn du 8 Ebenen multiplext hast du eine Pulsdauer(Einschaltdauer) von 
1/8 -> 12,5%
Nach der Daumenregel müssten die LEDs daher mit dem 8-fachen 
Normalbetriebsstrom(angenommen 20mA) betrieben werden. -> ungefähr 160mA 
pro LED für 1/8 Sekunde
(Gut auch die 20mA im Normalbetrieb müssen nicht sein, weniger reicht 
auch, aber soll nur das Beispiel verdeutlichen)

Wenn du zusätzlich die Zeilen noch multiplext eine Pulsdauer von 
1/8/(8*8) -> 1,56% Einschaltzeit pro Durchlauf
Das wäre dann 8*8*normalstrom -> 1,28A pro LED für 1/(8*8) Sekunden
Ob die LED das verkraftet und ob sie den Mehrstrom in Leuchtstärke 
umsetzen kann sei jetzt mal dahingestellt.


Er betreibt die LEDs übrigends effektiv mit 7,5mA (4,8 / 640) das sollte 
auch genügen.


EDIT: Der Gesamtstrom des Würfels ist aber unabhängig von der 
Multiplexmethode im Mittel immer gleich.

Autor: Frank B. (frankman)
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Stefan B. wrote:

> Das Problem ist der grosse Cube:
> Auch nach 2 stündiger Geduldsprobe konnte ich den Cube nicht in die
> richtigen (mit Edding schwarz markierten Löcher) stecken.
>
> Vielleicht kennt einer eine geeignete Lösung?
>
Tja, Trick 17 mit Selbstüberlistung...löte an jeden Anschluss einen ganz 
feinen Draht, dann fädle jeden Draht durch "seine" Bohrung. Dann müßte 
es klappen, die LED-Anschlüsse so hinzuzupfen, das sie in die Bohrungen 
rutschen.

Autor: Stefanie B. (sbs)
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Frank B. wrote:

> Tja, Trick 17 mit Selbstüberlistung...löte an jeden Anschluss einen ganz
> feinen Draht, dann fädle jeden Draht durch "seine" Bohrung. Dann müßte
> es klappen, die LED-Anschlüsse so hinzuzupfen, das sie in die Bohrungen
> rutschen.

Ja das werde ich probieren! danke für den tipp!

@all

-Ja ich multiplexe die Ebenen.
 ->beim großen Cube sind max. 64LEDs gleichzeitig an

Zum Strom:
 Es sind 75R Widerstände eingebaut.
 I=U/R
  = (Betriebsspannung - Uled ) / 75
  =  (5-2)/75
  = 0,04

Es fließen also 40mA pro LED im Multiplexbetrieb.
Oder andersherum: Die 8LEDS übereinander kriegen 40mA Dauerstrom.
=> 40mA/8 = 5mA

Jede LED mit 5mA
640LEDS *0,005= 3,2 A

Die Leds ziehen also nur 3,2 A.

Jedoch müssen die Steuerströme der Transistoren
für eine Ebene mitberücksichtigt werden:

AnzahlTransistoren* Steuerstrom
(64+16+16)        *  (5V / 1k2)

=0,4 A

Insgesamt also 3,6A.


Hinzu kommen noch
 -Steuerströme für die Mosfets(zur Ebenensteuerung)
 -Verluste der Ladungspumpe
 -Logik (1 Mega16 + 12 SIPOs)
 -Reserve (darf ein wenig mehr sein? ;) )

Also habe ich den Gesamtstrom mit 4,8 Ampere kalkuliert.

Gruss
Stefan

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