LEDキューブを作る

　　　　　　　　　（４×４×４のLEDキューブを作る）

　今回は、４×４×４のLEDキューブを作っていきたいと思います。

材料は、

・５㎜発光ダイオード　　　　　　　　×６４個

・130x250mmユニバーサル基板　　　×１枚

・arduino uno　　　　　　　　　　　×１個

・ジャンパ線　　　　　　　　　　　　×２０本

・針金　　　　　　　　　　　　　　　×１個

・工具：半田ごて、はんだ、ニッパー、グルーガン、ドリル、ラジオペンチ etc

手順は、書くのに時間がかかるので今回は、プログラミングのところを

重点的にやっていきたいと思います。

もともとはこのようになっているはずなのですが、下から配線すると

やりにくかったので上からジャンパ線で配線することにしました。

配線は、このようにします。

各層との接続は、下から１層、２層、３層、４層とすると

arduinoとの接続は、このようになります。

それでは、ソースコードを書いていきましょう。

int layer[4] = {A3, A2, A1, A0}; //initializing and declaring led layers int column[16] = {13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, A5, A4};  void setup() {   for (int i = 0; i < 16; i++)   {     pinMode(column[i], OUTPUT);  //setting rows to ouput   }   for (int i = 0; i < 4; i++)   {     pinMode(layer[i], OUTPUT);  //setting layers to output   }   randomSeed(analogRead(0));  //seeding random for random pattern } void loop() {   allOff();   flickerOn();   randomflicker();   delay(2000); } //turn all off void allOff() {   for (int i = 0; i < 16; i++)   {     digitalWrite(column[i], LOW);   }   for (int i = 0; i < 4; i++)   {     digitalWrite(layer[i], LOW);   } } //turn all on void allOn() {   for (int i = 0; i < 16; i++)   {     digitalWrite(column[i], LOW);   }   //turning on layers   for (int i = 0; i < 4; i++)   {     digitalWrite(layer[i], HIGH);   } } //flicker on void flickerOn() {   int i = 150;   while (i != 0)   {     allOn();     delay(i);     allOff();     delay(i);     i -= 5;   } } //random flicker void randomflicker() {   allOff();   int x = 10;   for (int i = 0; i != 750; i += 2)   {     int randomLayer = random(0, 4);     int randomColumn = random(0, 16);     digitalWrite(layer[randomLayer], HIGH);     digitalWrite(column[randomColumn], LOW);     delay(x);     digitalWrite(layer[randomLayer], LOW);     digitalWrite(column[randomColumn], HIGH);   } }

このコードを説明すると

まず
int layer[4] = {A3, A2, A1, A0};
int column[16] = {13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, A5, A4};
は各層と縦棒がArduino nanoのどのピンと接続をしているかを示しています。

次にsetup()内では最初に定義したピンが全てOUTPUTであるということを示し、
randomSeed(analogRead(0)); は
random関数を使う際に必要なものです。
random関数は乱数を生成する関数ですが、Arduinoを起動した後、一旦乱数を生成してしまうと、その数値がArduinoを再起動したあとも同じで固定になってしまいます。randomSeed関数により、毎回違う乱数を生成することができるのです。

次にloop()内では

allOff();
flickerOn();
randomflicker();

と3つのメソッドの呼び出しを行っています。
まず、allOff()から見ていきます。

for (int i = 0; i < 16; i++) {
digitalWrite(column[i], LOW);
}
for (int i = 0; i < 4; i++) {
digitalWrite(layer[i], LOW);
}
となっており、全ての層と縦棒がLOWになっておりどこにも電気が流れてない状態になっています。
名前の通り、全てのLEDがOFFの状態になっています。

次にflickerOn()を見ますと、
int i = 150;
while (i != 0) {
allOn();
delay(i);
allOff();
delay(i);
i -= 5;
}
となっています。
allOn()は先ほどのallOff()と反対に全てのLEDがONの状態になっていることを示します。
ここではwhile文を使って最初に設定したi = 150が0になるまで繰り返し、LEDのON/OFFを繰り返しています。
最後の文のi -= 5により徐々にON/OFFの間隔が短くなっています。
これが0になるまで繰り返されるので計30回ON/OFFを繰り返しています。

最後にrandomflicker()を見ていきます。
allOff();
int x = 10;
for (int i = 0; i != 750; i += 2) {
int randomLayer = random(0, 4);
int randomColumn = random(0, 16);
digitalWrite(layer[randomLayer], HIGH);
digitalWrite(column[randomColumn], LOW);
delay(x);
digitalWrite(layer[randomLayer], LOW);
digitalWrite(column[randomColumn], HIGH);
}
まず、random関数によって各層と縦棒のうち1つをランダムで選択し、10ミリ秒点灯させ、その後OFFにするということをfor文によって繰り返しています。

つまり、このプログラムは
全てのLEDの点滅→任意のLEDの点滅を繰り返しているプログラムになります。

完成したものがこちら

配線を上にしたので配線が見えて気になるのですが綺麗です。

LEDキューブ本体は、半年前くらいに作ったことがあるのですが、その時は、

arduino nano でやってソースコードのインクルードができなくて使えなくて

あきらめていたのですがarduino uno が余っていたのでarduino unoで作りました。

参考サイト

・4×4×4のLEDキューブを作る(前編) | 物を作る者 (novicengineering.com)

・4×4×4のLEDキューブを作る(後編) | 物を作る者 (novicengineering.com)

・How to Make a LED Cube at Home - YouTube