利用工程師業(yè)余的空余時(shí)間，我制作了一個(gè)3D LED Cube 8紅綠藍(lán)3色光立方，在此主要與大家分享下我的成果與DIY設(shè)計(jì)思路。

之前，我講過過1000個(gè)紅綠藍(lán)LED燈測試和鍍錫銅線的矯直。在本文里，我將介紹如何為這個(gè)光立方構(gòu)造8*8點(diǎn)陣。

光立方的制作條件

現(xiàn)在我們快速為光立方確定主要制作標(biāo)準(zhǔn)，以便后面你們可以更清楚的知道我是怎么做的：

· 這些LED燈必須是5mm的共陽極LED

· 每個(gè)LED燈必須保持1英寸的間距插在在X、Y、Z面

· 用規(guī)格為20swg的鍍錫銅線連接LED

· 無論是導(dǎo)線還是LED引腳都可以形成一個(gè)循環(huán)，來提供更堅(jiān)固的焊點(diǎn)

· 這個(gè)結(jié)構(gòu)必須是立方體，而且越直越好

· 這個(gè)光立方有8個(gè)8*8的點(diǎn)陣垂直疊成

· 這8個(gè)點(diǎn)陣必須焊接在一塊PCB基板上（下圖是2塊面板臨時(shí)安裝在一塊標(biāo)準(zhǔn)PCB板上）

· 這些LED的陽極水平的連接在8塊面板上，從底層到頂層編號為0-7

· 陰極的連接時(shí)垂直方向的（每塊板上24個(gè)：8個(gè)紅燈，8個(gè)綠燈，8個(gè)藍(lán)燈）

· 光立方的前段是一個(gè)朝水平方面陽極鐵軌路的8*8平面板

· 光立方要在基板中心

· 基板需要固定光立方，并且可以連接其他PCB

· 除了光立方末端的穿出部分，這塊PCB上端表明不能有其他焊點(diǎn)

· 其他連接到PCB的板子需要通過PCB板地段表面連接

· 所有控制電路在PCB板上是分開的

選這些的原因

我選擇5mmLED的原因是12mmLED在1英寸間距插入的時(shí)候看起來不協(xié)調(diào)。更小的LED可能會看起來更好，但是我喜歡5mm的這個(gè)型號。我認(rèn)為5mmLED用1英寸的間距時(shí)可以保持整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。當(dāng)然，最后的結(jié)構(gòu)必須很堅(jiān)固，間距太大會讓光立方太脆弱，而間距太小則會使它變得雜亂

我選擇20swg規(guī)格的導(dǎo)線（不是其他人用的22swg規(guī)格）因?yàn)橛蓄~外的線徑剛性更好。由于導(dǎo)線會扭曲，為增加其平直度，無論如何都要減少線徑。平直的導(dǎo)線讓制作更簡便，而且提高了整體的美觀，

這些LED的引線必須形成環(huán)路，，在焊接之前銅線也需穿插在這些環(huán)路中。每個(gè)焊接點(diǎn)要相似，當(dāng)出現(xiàn)要更換失效的LED狀況時(shí)，將會變得很難，所以我們應(yīng)該增強(qiáng)連接的可靠性。為降低LED失效的風(fēng)險(xiǎn)，我會在整個(gè)制作過程中定期的給它們做測試。在光立方制作完前，我還將給8*8面板上LED做老化測試。我認(rèn)為每塊面板用24小時(shí)足以讓這些燈變得更亮。

我看到其他人的做法，就是在光立方的末端及控制電路間焊接幾百個(gè)互相連接的引線，我對這個(gè)可完全沒有興趣。我知道這只是一個(gè)模型，但是我確只想做一次。我極有信心它會運(yùn)作的很好，所以我會把它當(dāng)做是做好的項(xiàng)目。考慮到這一點(diǎn)，光立方需要直接安裝在單面PCB上。并且我想讓觀眾看到板子的正面，可以清楚的看到所有焊點(diǎn)而不是光立方末端在板子上穿插。其他的孔必須是導(dǎo)通的，所有其他的連接及配件都會在PCB的背面

我考慮過將控制電路的元件安裝在主板的地段。然而，我最后決定把控制電路放在獨(dú)立的PCB板上，這樣可以允許我在想到新點(diǎn)子的時(shí)候修改電路設(shè)計(jì)。由此，我就不用重新制作了，而且整個(gè)系統(tǒng)會更模塊化。

基板上必須有白色的防旱才層和黑色的絲印，為達(dá)到最好的效果，這些都必須經(jīng)過專業(yè)制作，這個(gè)效果我從來沒有實(shí)現(xiàn)。但是這需要重大的資金（板子的設(shè)計(jì)將會在在將來的專欄里做進(jìn)一步的討論）

光立方制作步驟

這些步驟包含整個(gè)光立方的結(jié)構(gòu)（除了控制電路部分），如下：

· 用8英寸預(yù)拉直的鍍錫銅線將8個(gè)預(yù)成型的LED的陽極連接起來，形成一條線（總共需要512個(gè)LED，和64條線）

· 用8.75寸預(yù)拉直的鍍錫銅線將8條LED線（水平疊起）通過將紅綠藍(lán)陰極垂直連接起來形成8*8點(diǎn)陣（總共8個(gè)點(diǎn)陣）

· 將這8個(gè)點(diǎn)陣焊接在基板上，這些點(diǎn)陣與低層的LED在同一中心線上每隔1英寸垂直立在PCB的表面

· 用16根預(yù)拉直的導(dǎo)線連接所有的8個(gè)水平陽極面，形成1英寸間距的網(wǎng)，如下圖

· 將8個(gè)水平的陽極層分別連接到PCB，如下圖

我想現(xiàn)在就展示一副完成的光立方圖，但是現(xiàn)在還沒制作完。

輔助工具設(shè)計(jì)尤其重要

要制作好的光立方需要輔助工具，對我而言，設(shè)計(jì)輔助工具比重復(fù)使用它們更有趣。說到這里，輔助工具的使用簡化了光立方的制作。點(diǎn)擊這里查看有關(guān)本文提到的輔助工具PDF文檔，文檔包含所有輔助工具的圖片。

LED管腳輔助工具

首先我想介紹LED管腳輔助工具，下圖是一個(gè)共陽極紅綠藍(lán)管腳處理之前（左圖）和輔助工具處理之后（右圖）

設(shè)計(jì)加工引線的輔助工具就是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的過程。有幾次嘗試都被放棄了，因?yàn)椴粶?zhǔn)確的處理，掛鉤不夠牢固（用于環(huán)繞引線），還有掛鉤間距的問題

我用過之前版本的輔助工具來制作一個(gè)樣品，但是我不喜歡它的樣子。這些陰極引線距離太近，看起來很雜亂。第一個(gè)看到這個(gè)樣品的人有同樣的感覺，因此我修改了這個(gè)輔助工具，并增加這些掛鉤間距，結(jié)果看起來令人滿意。下圖是兩個(gè)版本的比較，左邊是原來的樣品，右邊則是更好的解決方案。

這個(gè)輔助工具是由0.9英寸的方塊制作，這些方塊都是我“走廊照明項(xiàng)目”遺留的MDF裁切而成的。在這個(gè)方塊中央鉆一個(gè)直徑為5mm的孔（大約0.2英寸），然后我切了一塊厚度為0.1英寸的0.9英寸方形瀝青板，并且在這中心鉆了5.5mm的孔。這些孔可以讓LED圓帽輕易的插入固定，我還需要用鉆子輕輕地將這個(gè)孔鉆大，并且估計(jì)最后的孔徑在5.75mm左右（大約0.22英寸）。瀝青板緊貼在MDF方塊的表面，需要確保這兩個(gè)孔保持同心。

這個(gè)輔助工具需要有4個(gè)位置適當(dāng)?shù)尼斪樱疫@釘子要足夠堅(jiān)固，以使最少512個(gè)LED管腳能繞著它成形。我開始嘗試著用幾根短的鍍錫銅線插進(jìn)預(yù)先鉆好的0.7mm孔中，但是銅線很容易彎折。我也嘗試了用切掉頭部的直徑0.7mm的不銹鋼插針，同樣，他們沒有足夠堅(jiān)固

最后，我腦海中浮現(xiàn)的解決方法是用硬化鋼材料制成的0.8mm鉆頭。鉆頭很輕易的從方塊內(nèi)穿過，并延伸到另一面。以防萬一，我要再次利用這些鉆頭，我不想再折斷任何材料。鉆頭大概突出表面0.2英寸，這個(gè)長度足夠彎折LED管腳。這些鉆針非常耐用，輔助工具也不錯

說一個(gè)跑題的話，當(dāng)你不用這個(gè)輔助工具的時(shí)候，最好把它放在安全的地方。有一天我把它習(xí)慣性的丟在桌上，結(jié)果我把手肘碰上去了。這些鉆頭也許不鋒利，但是我被他們劃了四條擦傷，疼了好幾天。

陽極“鐵軌”輔助工具

這個(gè)輔助工具有兩部分，第一部分是用來將8個(gè)LED燈以1英寸的間距分開，以便這些陽極能夠焊接在8英寸預(yù)拉直的鍍錫銅線上。我能為這些8個(gè)LED條狀想到最好的名字是陽極軌道。第二部分是用來把這個(gè)陽極軌道頂出第一個(gè)輔助工具，這樣可以降低軌道彎曲的風(fēng)險(xiǎn)。我制作了幾對這樣的輔助工具，這些材料都是之前殘留的MDK板。

第一部分輔助工具（上圖下面的部分）有8個(gè)間距為1英寸的5mm孔，孔中心離輔助工具底部邊緣0.2英寸。這些穿透輔助工具的孔是用來放置LED的。這些孔上面是綠色陰極管腳的固定釘，距離5mm孔0.3英寸。這些釘子是由直徑0.7mm不銹鋼插針切去頂部而成。

我預(yù)先為這些釘子鉆了0.6mm的孔，這些釘子都突出輔助工具表面0.2英寸的長度。這樣設(shè)計(jì)輔助工具是為了確保陽極鐵軌能夠在輔助工具底部邊緣之上，這就是為什么輔助工具平直的邊緣可以用來檢查陽極鐵軌是平直還是彎曲了。稍稍懸空也使焊接更方便。

第二部分輔助工具的釘子是由直徑為4mm的鋁條制作而成。他們的高度為0.5英寸，而且位置與第一部分輔助工具的孔一致。我選擇鋁條（因?yàn)槲耶?dāng)時(shí)只能找到這個(gè)），但是一個(gè)塑料或者是木頭類似的材料都足夠完美。

你也許已經(jīng)注意到了在銅線的末端超出了LED部分0.5英寸，這樣做有兩個(gè)目的：第一是為了與許一個(gè)輔助工具對齊，第二是在光立方組裝的時(shí)候來連接陽極面。

如果LED管腳都準(zhǔn)確成形的話，這根8英寸銅線應(yīng)該很容易在這8個(gè)LED環(huán)間滑動。我發(fā)現(xiàn)像之前穿過那樣來扭曲銅線讓穿線更容易。一旦焊接完，你的陽極軌道就出現(xiàn)了。在取出它之前，我會測試每個(gè)LED，并且還會檢查陰極引腳環(huán)是否在統(tǒng)一高度，像銅線一樣依需要做調(diào)整。

這里用5V的電源和一個(gè)270Ω的電阻串聯(lián)焊接在塑料盒子里用作測試，測試時(shí)先將正極連接到陽極鐵軌，然后將負(fù)極先后連接到8個(gè)紅綠藍(lán)陰極，確保他們都能正常工作。

8*8點(diǎn)陣輔助工具

這個(gè)輔助工具是用來將8條陽極鐵軌組裝成1個(gè)8*8的面，這需要反復(fù)的嘗試，碰巧，它像預(yù)期的一樣工作了。我絕對不敢說這是最好的解決方案，但是我能用它來制作符合我標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣。

這個(gè)輔助工具的基板是由一塊10英寸的MDF方塊制作的，我在基板上中心標(biāo)記了間距為1英寸的8*8網(wǎng)格。幸運(yùn)的是，我發(fā)現(xiàn)在我車庫里的幾根不同長度的松木條就是0.9英寸寬0.45英寸厚。我想這些都是幾年前我住在臨時(shí)住所時(shí)的便宜衣柜底部材料，這是值得保存的東西。你永遠(yuǎn)不會知道什么時(shí)候能派上用場，我敢肯定，你知道我的意思。

在布局1英寸網(wǎng)格時(shí)，0.9英寸的板條之間提供了便利的0.1英寸插槽。陽極鐵軌在這些插槽里，而LED在兩側(cè)。我把這些板條切成8英寸長度（與陽極鐵軌一致），兩條10英寸長的板條放在這些8英寸板條兩端（保護(hù)陽極鐵軌），并釘在基板上。

在輔助工具頂部和底部的是兩塊薄的MDF板，板子鉆了24個(gè)1mm的孔，這些孔與陰極回路匹配。我稱這些前后陰極鐵軌導(dǎo)向板，上面一排孔距板條頂部0.4英寸，下面一排比上面一排低0.2英寸。

用這些輔助工具很簡單，首先將8條陽極鐵軌插入到相應(yīng)的插槽中，LED帽朝同一方向（LED朝輔助工具背面方向）

從輔助工具前端插入兩根10.5英寸長的直線穿過底板外側(cè)綠色陰極孔。把線穿過每個(gè)綠色陰極回路然后插入背面面板孔。和之前一樣，用這方法扭線更容易。然后開始焊接16個(gè)綠色陰極接頭，這樣可以固定整個(gè)面，而且剩余的22跟線插入更容易。

現(xiàn)在該從輔助工具兩端來檢查，確保LED與各陽極鐵軌連接后和輔助工具保持平行。如果沒有，應(yīng)該重新焊接并且調(diào)整鐵軌。在進(jìn)行下一個(gè)步驟前要檢查兩側(cè)。

將剩余的22跟8.75英寸的線從前端板子的孔插入，然后通過相應(yīng)的陰極回路，再像之前一樣扭曲。如果有環(huán)路不直或者是太緊，再來做相應(yīng)的調(diào)整。導(dǎo)線的一端應(yīng)該在最上面的LED陰極回路那里稍微延長一點(diǎn)，這樣可以使焊點(diǎn)更整潔。先焊接最上面的連接點(diǎn)來固定這些導(dǎo)線，然后焊接其他的154個(gè)點(diǎn)。

在把完成的8*8點(diǎn)陣移出輔助工具之前，再次測試LED，這樣做很有必要。寫到這里，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了制作好的5個(gè)點(diǎn)陣?yán)锩嬗袃蓚€(gè)失誤。一個(gè)是因?yàn)楹唵蔚墓に囋斐闪嗽愀獾暮附樱硪粋€(gè)是有一個(gè)LED藍(lán)色光不亮，這意味著我將換一個(gè)LED。幸運(yùn)的是，這個(gè)LED是在頂部，所以替換還是相對容易的。

現(xiàn)在這個(gè)點(diǎn)陣可以從輔助工具中剪斷，剪掉24根線的末端。在我的視頻里（之前展示的），我展示了在將最上面的兩根LED導(dǎo)線剪斷。我的好朋友Fred Mint前幾天來我這問我在最后組裝時(shí)怎樣對準(zhǔn)這些點(diǎn)陣的頂部。我說還沒有好主意，他說“你為什么不留下那兩根導(dǎo)線留下，用幾塊0.1英寸槽條板來對其這些點(diǎn)陣的頂部？”這是個(gè)好方法，所以我現(xiàn)在沒有剪斷它們。想那24跟導(dǎo)線一樣，簡單的將它們從輔助工具底部剪斷。（我在視頻中添加了一些字幕來達(dá)到這個(gè)效果）

最后一項(xiàng)是將點(diǎn)陣從輔助工具中取出來，確認(rèn)它是直的，沒有明顯的對齊的問題，然后小心地拿開并放置，直到測試和最后的組裝。