Sejak awal berkenalan dengan Arduino, ada 1 project yang selalu menjadi obsesi untuk saya kerjakan. Yaitu LED Cube RGB 8x8x8. Salah satu channel yang memberikan inspirasi, motivasi, bahkan informasi dan semua pengetahuan yang dibutuhkan untuk membuat RGB Cube tersebut adalah channel milik Kevin Darrah.
Bila kalian belum pernah mengunjungi channel tersebut, saya sangat menyarankan untuk mengunjungi dan melihat-lihat video di channel tersebut. Ada banyak pembahasan mendalam mengenai elektronik yang sangat bermanfaat di channel tersebut.
Tantangan
Kebanyakan orang yang membuat rangkaian RGB Cube, tidak bisa menghindari penggunaan kabel untuk meghubungkan rangkaian LED mereka dengan bagian microcontroller.
Banyak pula yang menyembunyikan rangkaian elektronik tambahan di dalam box tertutup.
Saya sejak pertama saya mempraktekan membuat LED Cube 4x4x4 dan LED Cube RGB 4x4x4 saya selalu menghindari penggunakan kabel tambahan pada desain board saya, selain tentu saja kabel power yang tidak bisa dihindari.
Untuk itu saya menghabiskan waktu cukup panjang untuk memikirkan dan memutuskan bagaimana saya bisa membuat semua rangkaian tersebut bisa terhubung dengan baik dalam bentuk PCB yang tidak memerlukan tambahan kabel kabel. Karena saya juga tidak suka menyembunyikan rangkaian tersebut dalam box tertutup.
Sehingga rangkaian tersebut secara keseluruhan harus cukup rapih dan indah untuk dipajang tanpa perlu ada yang ditutupi box.
Akhirnya saya memutuskan untuk membagi keseluruhan bagian menjadi 3 PCB yang nantinya akan dihubungkan dengan pin header, dan dibaut dengan spacer untuk memperkokoh bagian-bagian tersebut. Mirip dengan RGB Cube 4x4x4 yang pernah saya buat.
3 Lapisan PCB
PCB untuk bagian paling atas adalah PCB yang akan menjadi tempat dimana rangkaian LED disolder. Karena saya tidak mau mendesign LED Cube yang terlalu besar, maka jarak area kosong pada board ini tidak mungkin lagi untuk ditambahkan komponen lain, selain rangkaian LED itu sendiri. Selain itu, dengan hanya rangkaian LED pada board paling atas ini, juga memberikan tampilan yang cukup bersih dan rapi.
Ketiga PCB tersebut terdiri dari :
– Lapisan 1 (LED Board)
– Lapisan 2 (Column Controller)
– Lapisan 3 (Main Controller)
Mari saja kita langsung mempersiapkan semua yang dibutuhkan untuk membuat LED Cube RGB 8x8x8 ini. Dan mulai merakit semuanya pada PCB yang telah disiapkan tersebut.
LED RGB
Yang terutama tentu saja kita membutuhkan LED RGB. Terdapat cukup banyak jenis LED dan secara garis besar ada 2 jenis LED RGB. Yaitu LED RGB Common Anode dan Common Cathode. Pada LED RGB 4x4x4 alias CharlieCube, kita mempergunakan jenis Common Cathode dimana kaki Common dari LED tersebut adalah Cathode.
Pada LED Cube ini yang akan kita pergunakan adalah jenis LED RGB Common Anode. Seperti bisa dilihat ada foto di atas.
Dan kita memerlukan sebanyak 8x8x8 = 512 buah. Dan semuanya harus kita tekuk kaki-kakinya seperti gambar berikut.
Tentu saja kita harus menggunakan bantuan Jig agar semua LED yang kita tekuk memiliki bentuk dan ukuran kaki yang seragam.
Berbeda dengan CharlieCube dimana keempat kaki dibentuk membulat dengan posisi yang sama, pada LED Cube ini kaki Common ditekuk berbeda sendiri, menekuk ke atas. Seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Mempersiapkan 512 buah LED tentu cukup memakan waktu. Jadi santai saja, dilakukan perlahan di waktu senggang. Sedikit demi sedikit, lama lama selesai juga.
Kawat Tembaga
Setelah LED telah terbentuk, selanjutnya mari mempersiapkan kawat tembaga yang akan menjadi tulang dari rangkaian Cube ini. Saya menggunakan kawat tembaga yang biasa dipergunakan untuk kerajinan, dengan ukuran diameter 0.8mm. Dan yang dilapisi warna silver.
Setelah diluruskan, kawat tersebut dipotong berukuran kurang lebih antara 18 – 19 cm. Jumlah yang diperlukan kurang lebih 280buah.
Kawat tembaga bisa diluruskan dengan cara dipelintir menggunakan mesin bor tangan. Sambil dipelintir, ketegangan kawat harus tetap dijaga. Tetapi agak berhati hati saat menegangkan, bila terlalu tegang, kawat bisa terputus.
Rangkaian LED
Dengan kawat dan LED yang telah tersedia, maka kita bisa menggabungkan LED LED tersebut menjadi matrix berukuran 8×8.
Untuk keperluan itu saya juga membuat jig menggunakan acrylic, dengan tujuan agar jarak antar LED tetap terjaga sehingga kita bisa menghasilkan matrix-matrix LED yang rapi.
Setelah kita membuat 8 buah matrix 8×8 seperti di atas, maka kita siap untuk menyolder matrix-matrix tersebut ke PCB yang telah disiapkan.
Jangan lupa untuk memeriksa dan memastikan semua LED telah tersolder dengan baik, dan semua dalam kondisi baik. Cek dengan menggunakan power supply yang diset 3v atau menggunakan battery untuk memastikan semua kaki tembaga terhubung dengan baik.
Lapisan 1 ( LED Board )
Ini adalah bentuk dari PCB Lapis pertama. Tapi tentu saja saya tidak boleh melupakan pin header untuk menghubungkan board ini dengan board di bawahnya. Untuk itu saya memposisikan pin header tersebut sedemikian rupa agar posisinya rapi dan juga tidak menyulitkan dalam penarikan jalur.
Pada LED Cube RGB, kaki Common pada LED setiap grup layer akan dihubung satu dengan lainnya. Dan jalur Common dari masing-masing grup layer tersebut tentu harus bisa terhubung ke PCB juga.
Berikut ini saya perjelas bagian yang akan dipergunakan untuk dihubungkan dengan jalur Common (kuning).
Sebelum menyolder matrix-matrix LED ke PCB ini, kita harus menyolder pin headernya terlebih dahulu. Karena setelah LED terpasang, maka tidak mungkin atau akan sangat sulit sekali untuk kita bisa mencapai bagian tengah dari board ini. Tentu saja pin header yang kita pasang harus menghadap ke bawah. Karena pin header ini akan menjadi penghubung dengan PCB lapisan ke 2 nantinya.
Setelah menyolder semua matrix LED ke PCB, kita akan mendapatkan sebuah bentuk Cube LED. Lakukan dengan hati hati dan perlahan untuk hasil yang rapi.
Setelah tersolder dengan baik, periksa sekali lagi untuk memastikan tidak ada yang terlewat, dan semua LED dengan masing-masing warnanya bisa menyala dengan baik.
Lapisan 2 ( Column Controller )
Pada lapisan kedua ini berisi rangkaian komponen tambahan untuk mengontrol masing masing dari warna dari setiap LED di PCB pada lapisan pertama. Komponen pada PCB ini terdiri dari Shift Register 74HC595 sebagai shift register untuk menerima data dari Microcontroller dan mengontrol Transistor array yang berfungsi sebagai saklar bagi setiap warna dari setiap LED tersebut. Kevin Darrah menggunakan NPN Transistor sejumlah 200buah untuk keperluan itu. Tapi saya mencoba menyederhanakan rangkaiannya menggunakan transistor array, ULN2803. Dimana 1 ULN2803 terdiri dari 8 transistor sehingga untuk keseluruhan rangkaian LED Cube ini kita hanya memerlukan 25 buah ULN2803 untuk memenuhi keperluan 200 buah transistor tersebut.
Selain itu tentu kita juga perlu menggunakan resistor untuk membatasi arus agar LED kita aman. Untuk resistor ini saya tidak menemukan komponen Resistor Array through hole yang saya butuhkan untuk menggantikan resistor biasa. Sehingga untuk board ini saya memerlukan 192 resistor pembatas arus.
Selain resistor pembatas arus, ada juga resistor pullup untuk memastikan semua warna pada setiap LED tidak dalam kondisi floating pada saat tidak di swith oleh transistor. Untuk resistor pullup, saya menggantikan resistor biasa dengan resistor network 9 pin. Dimana 1 pin pertamanya adalah pin common yang akan terhubung dengan VCC, sehingga semua pin lain akan di pull up ke VCC.
Berikut ini adalah foto dari PCB lapisan kedua yang telah lengkap dengan komponennya.
Tentu saja kita tidak boleh melupakan capacitor untuk memastikan setiap komponen mendapatkan tegangan yang tepat.
Berikut adalah tampak dari sisi lain, untuk memperlihatkan posisi resistor.
Lapisan 3 ( Main Controller )
Ini adalah controller utama, berisikan komponen untuk mengatur nyala mati dari jalur Anode dan juga Microcontroller utama yang dalam hal ini adalah Arduino UNO Compatible.
Komponen yang berfungsi sebagai saklar dari jalur Anode dari ke 8 lapisan LED kita disini adalah P Channel Mosfet.
Disini saya menggunakan IRF9540N dengan gate nya dipull up dan dikontrol menggunakan ULN2803 yang pada akhirnya dikendalikan oleh 74HC595 dan Microcontroller kita.
Tampak di gambar atas minimum system ATMega328P, Arduino UNO compatible, sebuah 74HC595 yang diserialkan dengan 24 buah 74HC595 lainnya yang terdapat pada lapisan 2 PCB kita, yang saling terhubung melalui pin header yang ada.
Setelah ketiga PCB tersebut telah siap semua, saatnya kita menggabungkan ke 3 nya.
Dimulai dari lapisan 1 dan 2 seperti pada foto di atas.
Dan lapisan terakhir yang paling bawah. Semuanya terkunci dengan menggunakan spacer nylon untuk memperkokoh rangkaian kita.
Dan siap untuk kita nikmati.
Berikut adalah video perakitan dari awal hingga akhir yang bisa ditonton di youtube.
Saya juga sudah menyiapkan kit untuk keseluruhan project ini. Hanya saja, karena kesibukan pekerjaan, saya belum sempat untuk merilis kit tersebut.
Mohon maaf yah.
Boleh ikuti facebook page indopalta untuk mendapatkan informasi terbaru dari produk produk yang dirilis, termasuk kit ini tentunya.