LED-Cube für 3D-Animationen

Eine große Menge LEDs würfelförmig zusammenzulöten ist eine beliebte Geduldsprobe, fasziniert aber durch räumliche Lichteffekte. Mein LED-Würfel kann nicht nur beliebige Farben zeigen, mit ihm sind auch 3D-Animationen darstellbar.

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Ein Würfel aus vielen LEDs unter einer Glaskuppel
Von
  • Siegbert Weidl
Inhaltsverzeichnis

Neopixel-LEDs sind weithin bekannt – es gibt sie fertig als Streifen, Ringe und Matten angeordnet zu kaufen, aber sie sind auch einzeln erhältlich und setzen bei vielen Maker-Projekten farbige und leuchtende Akzente. Bei meinem Neopixel-Würfel habe ich Exemplare der SMD-Variante WS2812B so übereinander angeordnet, dass sie jeweils nach oben leuchten. Je fünf LEDs sind dabei im Abstand von etwa 1,5cm mit zwei dünnen Drähten verlötet, über die auch die Stromversorgung läuft. Das Ganze sieht dann aus wie eine kleine Säule.

25 solcher LED-Säulen habe ich dann quadratisch auf einer Grundplatte angeordnet, wodurch ein würfelförmiges Gebilde aus 125 Neopixeln entsteht. Die Verdrahtung unterhalb der Grundplatte verbindet alle Säulen in Bezug auf Strom und Daten. Innerhalb der Säulen sind die LEDs mit feinem Kupferlackdraht verschaltet.

Schaut man von schräg oben im richtigen Winkel auf den LED-Würfel, sind fast alle Neopixel zu sehen. Da man die LEDs über ein Mikrocontrollerboard alle einzeln ansteuern kann, sind dadurch kleine 3D-Animationen möglich. Bei insgesamt 125 Pixeln im Raum ist die Auflösung natürlich zu klein, um von einem 3D-Farb-Display zu sprechen, aber der Effekt ist faszinierend und der Würfel ein echter Hingucker.

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Für die Arduino-Plattform gibt es die nötigen Bibliotheken, welche die Ansteuerung der LEDs übernehmen und auch viele Funktionen für die Programmierung bieten. Meine kleinen 3D-Animationen zu meinem Neopixel-Würfel nutzen die Library FastLED.

Der Nachbau des Würfels setzt das Verständnis von Schaltplänen, gewisse Lötfertigkeiten sowie Geschick bei der Bearbeitung kleiner Metall- und Kunststoffteile voraus. Seine Bestandteile sind die Grundplatte, die darauf eingesteckten 25 selbstgebauten Neopixel-Säulen, ein 5V-Netzteil sowie ein mit der Arduino-IDE programmierbares Mikrocontrollerboard mit ausreichend Speicher.

Damit die LEDs in den Säulen die richtigen Abstände haben und alle gleich sind, habe ich für das Zusammenlöten eine spezielle Lehre gebaut. Wie der Aufbau der Säulen und die gesamte Konstruktion des Neopixelwürfels Schritt für Schritt gelingt, steht auf den folgenden Seiten – Schritt für Schritt mit vielen Bildern und allen nötigen Schaltplänen erklärt. Den Code für die Beispielanimationen gibt es zum Download bei Github. Wer den Umgang mit dieser Plattform nicht gewohnt ist, findet hier eine Kurzanleitung zu Github.

Mehr Infos

Kurzinfo

  • Lichtwürfel aus 125 einzeln ansteuerbaren RGB-LEDs
  • Aufbau von 25 identischen LED-Säulen aus je 5 Pixeln
  • Programmierung einfacher, aber bunter 3D-Animationen

Checkliste

  • Zeitaufwand: etwa zwei Wochenenden
  • Kosten: 60–70 Euro (ohne Mikrocontroller)
  • Metallbearbeitung: Sägen, Feilen, Heißkleben, Löten
  • Elektronik: Grundkenntnisse, Schaltplan lesen
  • Programmieren: Arduino-Grundkenntnisse, um die Programme zu starten

Material

  • Mikrocontrollerboard, mit der Arduino-IDE kompatibel, im Text gelegentlich auch als Mikrocomputer bezeichnet
  • Netzteil 5V, mindestens 2A
  • 125 RGB-LEDs WS2812B, auch Neopixel genannt
  • 50 Federleisten, 3×1 Kontakte
  • 50 Stiftleisten, 3×1 Kontakte
  • 1 Stiftleiste, 5×1 Kontakte abgebogen
  • 20 Folien- oder Keramikkondensatoren, 330nf, RM5, 220nf–470nf gehen auch
  • 5 Elkos 1000μf, 6,3V
  • Epoxyd-Lochstreifenraster-Platine
  • Schaltdraht 0,8mm, verzinnt
  • Schaltdraht 0,4mm, verzinnt
  • Kupferlackdraht 0,1mm
  • Alu- oder Messingröhren 6mm
  • Alu- oder Messingröhren 5mm