4. cubo de leds 4x4x4

29
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR COMPU SUR ITSCS TEMA: Construcción de un cubo leds de medidas 4x4x4 AUTORES: Luis Cabezas Darío Rojas PERIODO: Septiembre del 2014 a Marzo del 2015 NIVEL: Segundo Semestre QUITO, 18 DE FEBRERO DEL 2015

Upload: luiswolfgolden

Post on 24-Sep-2015

184 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

elaboracion de un cubo led por medio del arduino mega y la programacion del mismo para que tenga efectos de luces ademas de esto la monografia

TRANSCRIPT

COMISIN DEL ASEGURAMIENTO DE LACALIDAD DE LA EDUCACIN SUPERIOR DELITSCS[Ao]

INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR COMPU SURITSCS

TEMA: Construccin de un cubo leds de medidas 4x4x4

AUTORES: Luis Cabezas Daro Rojas

PERIODO: Septiembre del 2014 a Marzo del 2015

NIVEL: Segundo Semestre

QUITO, 18 DE FEBRERO DEL 2015

PROYECTO PRCTICO DE CALIDAD E INNOVACIN (PPCI)

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Construccin de un cubo leds 4x4x4 2. DESCRIPCIN Y DELIMITACIN DEL TEMA:La electrnica es a la vez un arte y una ciencia. El significado de esta importante idea no puede explicarse en unas cuantas palabras, pero si se piensa en el mundo actual, nos daremos cuenta que estamos rodeados pos sistemas electrnicos; los cuales han ayudado a la mejora de la calidad de vida.El desarrollo de la electrnica ha sido espectacular ya que los mismos descubrimientos se emplean dentro de la misma electrnica para mejorar y abaratar los productos electrnicos,El objetivo de la construccin de un cubo leds en tener los conocimientos necesarios para poder desarrollar y poder estructurar un sistema de luces por medio del sonido que ser de fcil uso, tomando en cuenta la parte compleja que ser las conexiones y a la vez la programacin que ser lo ms primordial para poder dar el funcionamiento al objeto.Esta investigacin y a la vez implementando conocimientos adquiridos mediante el mdulo de electrnica presentamos el cubo leds haciendo una similitud a las luces que ocupan en discotecas o eventos, en la cual mediante el sonido estos responden con movimientos o animaciones que son llamativas y frecuentan a ser utilizadas en la mayora de eventos o festivales.

JUSTIFICACIN DEL TEMAEste tema nos permitir conocer el funcionamiento adems de poder observar cmo se ira formando su estructura y a la vez configurando mediante programas adecuados para que tenga un funcionamiento mediante el sonido

3. OBJETIVOS:3.1. GENERAL:3.1.1 Dar a conocer sus componentes y materiales as como su funcionamiento y configuracin por programas que nos permitan establecer el movimiento del circuito y con ello elaborar diseos a travs del sonido

3.2. ESPECIFICOS:3.2.1 mostrar los componentes necesarios para la creacin del mismo.3.2.2 desenvolvimiento mediante las conexiones.3.2.3 Saber separar la definicin de un lenguaje de programacin en sus diferentes partes caractersticas.4. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

5. RECURSOS Y PRESUPUESTO

7.- OBSERVACIONES DEL LDER

FIRMAFIRMA

Rojas Solano Dario Javier

Cabezas Guanoluiza Luis Gustavo

FIRMA DEL AUTORES

8. METODOLOGIA:8.1. MTODOS Mtodo de Observacin.-Proceso de conocimiento por el cual se perciben deliberadamente ciertos rasgos existentes en el objeto de conocimiento. Mtodo Inductivo.- Proceso de conocimiento que se inicia por la observacin de fenmenos particulares que pueden ser aplicados a situaciones similares a la observacin.8.2. TCNICAS Observacin: Es una operacin de seleccin y de estructuracin de datos de modo que quede patente una red de significaciones.8.3. INSTRUMENTOS Gua de observacin: Es un instrumento de registro que evala desempeos, se establecen categoras con rangos mas amplios, permite una evaluacin ms detallada. Matriz de Anlisis: Pueden utilizarse para la calificacin y evaluacin de los trabajos y tareas establecidas.

CAPITULO I DIAGNOSTICOLaelectrnicaes la rama de lafsicay especializacin de laingeniera, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conduccin y el control del flujo de loselectronesu otras partculas cargadas elctricamente.Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde lossemiconductoreshasta lasvlvulas termoinicas. El diseo y la gran construccin decircuitos electrnicospara resolver problemas prcticos forma parte de la electrnica y de los campos de laingeniera electrnica, electromecnica y la informtica en el diseo desoftwarepara su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnologa se suele considerar una rama de la fsica, ms concretamente en la rama deingeniera de materiales.CAPITULO IIMARCO TERICO

Electrnica7Historia8Aplicaciones de la electrnica10DEFINICION10ESTRUCTURA DEL LED11Arduino13Resistencia o Resistor14Cmo hacer un cubo de leds 4x4x4 con Arduino15qu vamos a necesitar?15El diseo16La construccin16Conexionado y Programa en Arduino19

1.1. Electrnica

Detalle de uncircuito integrado SMD.

Circuito electrnico sobre una placa para prototipos oprotoboard.Laelectrnicaes la rama de lafsicay especializacin de laingeniera, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conduccin y el control del flujo de loselectronesu otras partculas cargadas elctricamente.Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde lossemiconductoreshasta lasvlvulas termoinicas. El diseo y la gran construccin decircuitos electrnicospara resolver problemas prcticos forma parte de la electrnica y de los campos de laingeniera electrnica, electromecnica y la informtica en el diseo desoftwarepara su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnologa se suele considerar una rama de la fsica, ms concretamente en la rama deingeniera de materiales.1.1.1. Historia

Circuito.El funcionamiento del siguiente dispositivo est basado en elefecto Edison.Edisonfue el primero que observ en1883la emisintermoinica, al colocar una lmina dentro de unabombillapara evitar el ennegrecimiento que produca en la ampolla de vidrio el filamento decarbn. Cuando se polarizaba positivamente la lmina metlica respecto al filamento, se produca una pequea corriente entre el filamento y la lmina. Este hecho se produca porque loselectronesde lostomosdel filamento, al recibir una gran cantidad deenergaen forma decalor, escapaban de la atraccin del ncleo (emisin termoinica) y, atravesando el espacio vaco dentro de la bombilla, eran atrados por la polaridad positiva de la lmina.El otro gran paso lo dioLee De Forestcuando invent eltriodoen1906. Este dispositivo es bsicamente como el diodo de vaco, pero se le aadi una rejilla de control situada entre elctodoy la placa, con el objeto de modificar la nube electrnica del ctodo, variando as la corriente de placa. Este fue un paso muy importante para la fabricacin de los primerosamplificadoresde sonido, receptores deradio,televisores, etc.Lee De Forest es considerado el Padre de la electrnica, ya que antes del Triodo, solo nos limitbamos a convertir la corriente alterna en corriente directa o continua, o sea, solo se construan las fuentes de Alimentacin, pero con la creacin del Triodo de Vaco, vino la Amplificacin de todo tipo de seales, sobre todo la de Audio, la Radio, la TV y todo lo dems, esto hizo que la industria de estos equipos tuvieran un repunte tan grande que ya para las dcadas superiores a 1930 se acuara la palabra por primera vez de "Electrnica" para referirse a la tecnologa de estos equipos emergentes.Conforme pasaba el tiempo, lasvlvulas de vacose fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos, como lostetrodos(vlvulas de cuatro electrodos), lospentodos(cinco electrodos), otras vlvulas para aplicaciones de alta potencia, etc. Dentro de los perfeccionamientos de las vlvulas se encontraba su miniaturizacin.Pero fue definitivamente con eltransistor, aparecido de la mano deBardeenyBrattain, de laBell Telephone Company, en1948, cuando se permiti an una mayor miniaturizacin de aparatos tales como las radios. Eltransistor de uninapareci algo ms tarde, en1949. Este es el dispositivo utilizado actualmente para la mayora de las aplicaciones de la electrnica. Sus ventajas respecto a lasvlvulasson entre otras: menor tamao y fragilidad, mayor rendimiento energtico, menores tensiones de alimentacin, etc. El transistor no funciona en vaco como las vlvulas, sino en un estado slidosemiconductor(silicio), razn por la que no necesita centenares de voltios de tensin para funcionar.A pesar de la expansin de los semiconductores, todava se siguen utilizando las vlvulas en pequeos crculosaudifilos, porque constituyen uno de sus mitos1ms extendidos.El transistor tiene tres terminales (el emisor, la base y el colector) y se asemeja a untriodo: la base sera la rejilla de control, el emisor el ctodo, y el colector la placa. Polarizando adecuadamente estos tres terminales se consigue controlar una gran corriente de colector a partir de una pequea corriente de base.En1958se desarroll el primercircuito integrado, que alojaba seis transistores en un nico chip. En1970se desarroll el primermicroprocesador,Intel 4004. En la actualidad, los campos de desarrollo de la electrnica son tan vastos que se ha dividido en varias disciplinas especializadas. La mayor divisin es la que distingue laelectrnica analgicade laelectrnica digital.Laelectrnicaes, por tanto, una de las ramas de la ingeniera con mayor proyeccin en el futuro, junto con lainformtica.1.2. Aplicaciones de la electrnicaLa electrnica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrnicos son el control, el procesado, la distribucin deinformacin, la conversin y la distribucin de laenerga elctrica. Estos usos implican la creacin o la deteccin decampos electromagnticosycorrientes elctricas. Entonces se puede decir que la electrnica abarca en general las siguientes reas de aplicacin: Electrnica de control Telecomunicaciones Electrnica de potencia

1.3. DEFINICIONElLED(Light-EmittingDiode: Diodo Emisor deLuz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unin PN en la cual circula por l unacorriente elctrica. Este fenmeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz . Este dispositivo semiconductor est comnmente encapsulado en una cubierta deplsticode mayorresistenciaque las devidrioque usualmente se emplean en las lmparas incandescentes. Aunque el plstico puede estar coloreado, es slo por razones estticas, ya que ello no influye en elcolorde la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razn por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda daar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operacin va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que est relacionado con el material de fabricacin y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por l vara segn su aplicacin.Los Valorestpicos de corriente directa de polarizacin de un LED estn comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en losdiodosde color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otrosLED. Losdiodos LEDtienen enormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como su bajoconsumode energa, sumantenimientocasi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. Para la proteccin del LED en caso haya picos inesperados que puedan daarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio comnEn general, los LED suelen tener mejoreficienciacuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).Smbolo del LED

1.3.1. ESTRUCTURA DEL LED

1.3.2. COMPOSICION DE LOS LEDExistendiodos LEDde varioscoloresque dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo, entre otros.LED rojo:Formado por GaP consiste en una unin p-n obtenida por elmtodode crecimiento epitaxial del cristal en su fase lquida, en un substrato.La fuente luminosa est formada por una capa de cristal p junto con un complejo de ZnO, cuya mxima concentracin est limitada, por lo que su luminosidad se satura a altas densidades de corriente. Este tipo de LED funciona con baja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad, utilizndose como dispositivo de visualizacin en equipos porttiles. El constituido por GaAsP consiste en una capa p obtenida por difusin de Zn durante el crecimiento de un cristal n de GaAsP, formado en un substrato de GaAs, por el mtodo de crecimiento epitaxial en fase gaseosa.Actualmente se emplea los LED de GaAlAs debido a su mayor luminosidad.El mximo deradiacinse halla en la longitud de onda 660 nm.LED anaranjado y amarillo:Estn compuestos por GaAsP al igual que sus hermanos los rojos pero en este caso para conseguir luz anaranjada y amarilla as como luz de longitud de onda ms pequea, lo que hacemos es ampliar el ancho de la "banda prohibida" mediante el aumento de fsforo en el semiconductor. Su fabricacin es la misma que se utiliza para los diodos rojos, por crecimiento epitaxial del cristal en fase gaseosa, la formacin de la unin p-n se realiza por difusin de Zn.1.4. Arduino

Placa ArduinoRS2321Arduinoes una plataforma dehardware libre, basada en unaplacacon unmicrocontroladory unentorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de la electrnica en proyectos multidisciplinares.23Elhardwareconsiste en una placa con un microcontroladorAtmel AVRy puertos deentrada/salida.4Los microcontroladores ms usados son elAtmega168,Atmega328,Atmega1280,ATmega8por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de mltiples diseos. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa ellenguaje de programacinProcessing/Wiring y elcargador de arranqueque es ejecutado en la placa.4Desde octubre de 2012, Arduino se usa tambin con microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 bits,5que coexistirn con las ms limitadas, pero tambin econmicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario, pero se pueden programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso s, las microcontroladoras CortexM3 usan 3,3V, a diferencia de la mayora de las placas con AVR que generalmente usan 5V. Sin embargo ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3,3V como la Arduino Fio y existen compatibles de Arduino Nano y Pro como Meduino en que se puede conmutar el voltaje.Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autnomos o puede ser conectado a software tal comoAdobe Flash,Processing,Max/MSP,Pure Data. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. Elentorno de desarrollo integradolibre se puede descargar gratuitamente.Arduino puede tomar informacin del entorno a travs de sus entradas analgicas y digitales, puede controlar luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programacin Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un computador.El proyecto Arduino recibi una mencin honorfica en la categora de Comunidades Digital en elPrix Ars Electrnicade 2006.6781.5. Transistor

Eltransistores undispositivo electrnicosemiconductorutilizado para entregar una seal de salida en respuesta a una seal de entrada.1Cumple funciones deamplificador,oscilador,conmutadororectificador. El trmino transistor es la contraccin eninglsdetransfer resistor(resistorde transferencia). Actualmente se encuentran prcticamente en todos losaparatos electrnicosde uso diario:radios,televisores,reproductores de audio y video,relojes de cuarzo,computadoras,lmparas fluorescentes,tomgrafos,telfonos celulares, entre otros.1.6. Resistencia o Resistor

1.6.1. Smbolo electrnico

Se denominaresistoralcomponente electrnicodiseado para introducir unaresistencia elctricadeterminada entre dos puntos de uncircuito elctrico. En el propio argot elctrico y electrnico, son conocidos simplemente comoresistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producircaloraprovechando elefecto Joule.Es un material formado por carbn y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. Lacorrientemxima ydiferencia de potencialmxima en un resistor viene condicionada por la mximapotenciaque pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del dimetro sin que sea necesaria otra indicacin. Los valores ms comunes son 0,25W, 0,5Wy 1W.Existen resistores de valor manualmente ajustable, llamadospotencimetros,reostatoso simplemente resistencias variables. Tambin se producen dispositivos cuya resistencia vara en funcin de parmetros externos, como lostermistores, que son resistores que varan con la temperatura; losvaristoresque dependen de la tensin a la cual son sometidos, o lasfotorresistenciasque lo hacen de acuerdo a la luz recibida.2. Cmo hacer un cubo de leds 4x4x4 con ArduinoFinal del formulario

Este cubo LED utiliza un microcontrolador Arduino Uno para crear un espectculo de luces en movimiento muy espectacular. Para realizar este proyecto con xito la paciencia es una de las claves, si sigue el tutorial paso a paso no tendr ningn problema en desarrollarlo.Por ltimo, lo ms importante en este proyecto es que te diviertas .2.1. qu vamos a necesitar? Arduino Uno (yo he usado Arduino Duemilanove) Cable rgido para unir los diodos en el cubo 64 diodos led (yo us diodos leds azules) 16 resistencias de 220 Ohmios Pinzas de cocodrilo Un trozo de espuma Flex Cables de conexin y Baquelitas paramontar el circuito. Alicates de corte y punta plana de precisin.El diseoAntes de comenzar la construccin, es importante tener una visin completa de cmo va a funcionar, para que pueda improvisar e identificar los errores a medida que avanzas. Necesitamos controlar los 64 leds del cubo con tan solo 20 pin de la placa de arduno, vamos a estar utilizando una tcnica denominada multiplexacin. Rompemos el cubo en cuatro capas separadas por lo queslo necesitamos pines de control para 16 LEDs - de modo para encender un LED especfico, debemos activar tanto la capa , y el pin de control , que nos da una necesidad total de 16 +4 pines. Cada capa tiene un ctodo comn - la parte negativa del circuito - as que todas las patas negativas se unen entre s , y se conecta a un solo pin para esa capa .En el lado (positivo ) de nodo , cada LED se puede conectar a la correspondiente LED en la capa por encima y por debajo de ella . En esencia , tenemos 16 columnas de las patas positivas y 4 capas de la negativa. El siguiente diagrama en 3D muestra perfectamente la idea:

2.2. La construccinLo primero es tomar el trozo de porexpan y pegar en l la plantilla para poder armar el cubo. A continuacin ya podemos ir doblando los ctodos (piernas cortas) de los LED 90 grados y luego soldar a todos juntos para formar un ctodo comn. Cada una de las cuatro capas contar con un ctodo comn y 16 nodos individuales (piernas largas).

Debes doblar todas los ctodos de los Leds de manera uniforme, yo me ha ayudado de unos alicates de precisin pequeos, como los de la imagen. Con un poco de paciencia voy soldando de cuatro en cuatro los catodos de los diodos.El siguiente paso es utilizar un cable para conectar las cuatro filas juntos en una capa, se podra utilizar cuatro tiras de alambre por capa, pero en realidad slo se necesitan dos iguales - una tras la primera tira de LEDs y un segundo antes de la ltima tira de LEDs. Yo he usado tres tiras por capa para dar una mayor sensacin de cubo unido, en la imagen de abajo podrs observar como quedara cada capa con un ctodo comn y 16 nodos individuales.Asegrese de recortar cualquier exceso de cable colgando sobre el borde de su cubo , tambin puedes recortar los cuatro ctodos que sobresalen del borde de la capa.Recuerda que en las soldaduras debes usar el menor contacto y tan poco de soldadura como sea posible. Recuerde, ms estao en cada soldadura no es sinnimo de mayor fuerza en la unin, al contrario podra dar problemas ms adelante.

2.3. Soldando las cuatro capas.Ahora que tenemos las cuatro capas individuales, vamos a soldarlas entre si para formar el cubo. Vamos a hacer esto al unir los 16 nodos de cada capa juntos para que nos quedamos con 16 nodos comunes y 4 ctodos comunes.Lo primero que debe hacer es doblar el ltimo mm de cada nodo hacia el centro del LED, esto le ayudar a unir las capas entre s. Slo tiene que hacer esto con tres de sus capas superiores.

A partir de aqu tendremos que darnos maa para completar la tarea, podeis usar:1. Separdores de cartn entre capas para facilitar la tarea de soldar los 16 nodos.2. Usar pinzas de cocodrilo para sujetar las capas mientras las sueldo.Mi consejo es que soldar los nodos de las esquinas juntos primero. Repita esto para las dos capas restantes y su cubo estar completo.

2.4. Conexionado y Programa en ArduinoBueno vamos ahora al conexionado del cubo a la placa arduino y posterior programacin, Usamoa las placas board para pinchar el cubo, y conectamos a cada uno de los 16 nodos cmunes una resistencia de 220 Oh, que a su vez se conectarn a los puertos de Arduino, como se muestran en el grfico siguiente. A su vez cada capa que forman los ctodos comunes se conectarn a los puertos A2. A3, A4yA5.

Una vez realizadas las conexiones me puedo descargar cualquiera de los dos programas adjuntos, cada uno de ellos muestran animaciones diferentes.

Si usted desea hacer sus propias animaciones , sigue leyendo y voy a explicar cmo funciona.As , cuando se abri el cdigo en el software de Arduino, te habrs dado cuenta de la gran bloque de cdigo en el medio que pareca un poco a esto.

Este gran bloque de cdigo en el medio es donde se desarrollanlos patrones de encendio de los leds delcubo.La manera ms fcil de pensar en ella es como una animacin . Cada cambio en el cubo representa un fotograma de la animacin, y cada lnea de cdigo representa un fotograma.En cada lnea hay 64 bitsde 1 y 0 , se dividi en 16 bloques de 4 bits cada uno, los cuatro primeros nibbles (cuartetos de bits) corresponden a la capa 1, los siguientes a la capa 2 y asi hasta la cuatro.Si hay un 1, entonces eso significa que un LED se encendi, si hay un 0, entonces no va a lucir.Por ejemplo si tenemos esta lnea:B1000,B1000,B1000,B1000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000,B0000, 10,He separado por colores cada capa, de forma que el color negro corresponde a la capa 1(la inferior), la rojo a la dos, verde tres y azul la cuarta capa. Bien en las capas 2, 3 y 4 todo est a cero significa que todos los leds de esas capas estn apagados, sin embargo si observamos la capa 1 (la inferior) vemos que est encendido el primer led de cada nibble (cuarteto), lo que quiere decir que lucirn los leds de la fila inferior del fondo. El ltimo valor de la fila indica el tiempo que permanece la secuencia.

Tratade probarcon sus propias animaciones, mi consejo es utilizar los comentarios para darse un recordatorio de lo que hace cada animacin. Usted puede escribir un comentario en el programa escribiendo "/ /" y luego el comentario.

OBSERVACIONES DEL LDER:....Nombre Lder: Ing. Jaime ProaoFIRMA:..Fecha:..

BIBLIOGRAFIAS:http://www.monografias.com/trabajos60/diodo-led/diodo-led.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Arduinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistorhttp://www.tecnosalva.com/c%C3%B3mo-hacer-cubo-leds-4x4x4-arduinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica24