Der bannende Zauberwürfel

Geschichte

Es war einmal ein Kind welches mit ihren Eltern in den Urlaub fuhr. Alles war schön und das Kind fröhlich. Doch eines Abends tauchte wie aus dem Nichts vor dem Sofa ein seltsames Licht auf, es leuchtete in verschiedenen Farben und veränderte diese stetig. Das Kind war so gefesselt von dem Farbenspiel, dass es das Lachen und das Antworten vergaß sobald es das Licht sah.

Jeder Vater der sein Kind in einer solchen Situation sieht will ihm das Licht sofort mit nach hause nehmen, nur um den faszinierten Ausdruck nochmal zu sehen.

Das Projekt

Da besagtes Kind aber auch gern und viel mit einem Zauberwürfel spielt hatte meine Frau die Idee das Licht in Form und Funktionalität an den Rubix Cube anzulehnen.

Dabei gab es ein paar Hindernisse zu überwinden:

  1. Die Mechanik (Das Vorbild ist zu groß für meinen 3D-Drucker.)
  2. Die Bedienung
  3. Die Elektrische Umsetzung (6 Seiten x 9 Felder x 3 Farben = 162 LED’s ansteuern hört sich zunächst viel an.)
  4. Die Software (Regenbogenfarben kann jeder aber die Funktion eines Zauberwürfels??? Ich kann das Ding nicht mal lösen.)
  5. Das Ergebnis

1. Die Mechanik

Das Größenproblem war schnell gelöst 3 Felder a 60 mm = 180 x 180 mm Passt.

Nun musste eine Seite entworfen werden in die die LEDs verbaut werden. Dabei war zu beachten, dass der Abstrahlwinkel der LEDs das Feld an der Vorderseite vollständig ausleuchtet und es sich am ende mit den anderen Seiten zu einem Würfel zusammenbauen lässt. Des weiteren müssen die Felder untereinander begrenzt sein, damit am Ende klare Trennungen entstehen.

Hier das Ergebnis:

Hier schon mit LEDs:

Download “RGBLedCube Panel” RGBLEDCube-Panel-5xDrucken.stl – 25-mal heruntergeladen – 191 KB

Für den sicheren Stand habe ich dann einen Boden entworfen welcher die Seiten aufnimmt und auch die Spannungsversorgung und Elektronik beherbergen sollte.

Download “RGBLedCube Boden” RGBLEDCube-Fuß.stl – 27-mal heruntergeladen – 84 KB

Damit die Seiten zwar durchsichtig sind, die LED aber nicht weiter auffallen habe ich aus durchsichtiger PLA 0,6mm „Scheiben“ für davor gedruckt.

Da die aber nach ersten Versuchen immer noch zu durchsichtig waren habe ich wie hier zu sehen einfach ein Blatt Papier als Diffusor dahinter gelegt:

Download “RGBLedCube Scheibe” RGBLEDCube-Scheibe-5xTranspDrucken.stl – 25-mal heruntergeladen – 5 KB

ACHTUNG!!! Erst zusammenbauen wenn alles eingebaut ist!

So kann das ganze dann mit einem 3D Stift zusammen gebaut werden (Wer keinen hat kann auch Heißkleber nehmen).

2. Das Bedienteil

Da man den Würfel ja auch zum Spielen benutzen sollte musste nun noch ein Bedienteil her. Aus Restbeständen hatte ich noch Wechselschalter mit Nullstellung über welche sich zu diesem Zweck wunderbar eignen, da man mit einem Schalter 2 Richtungen abbilden kann:

Oben Links habe ich den Umschalter für die Programme Platziert, da auch dieser Schalter 2 Stellungen hat habe ich die zweite Seite als Dauerlicht deklariert was am Ende auch noch mit einem Kerzen flackern versehen wurde.

Darunter ist der Würfel abgebildet der für jeden der Sechs Freiheitsgrade seiner Eigentlichen Mechanik einen Schalter bekommen hat.

Da man hierzu sehr viele Adern zum Mikrocontroller benötigt musste die Elektronik hier auch mit einziehen. Der Platz hierfür und die Bolzen für die Schrauben befinden sich im Geschlossenen unteren Teil.

Damit man das Teil an die Wand hängen kann hab ich ihm noch einen Haken spendiert. (Ja hier hat das Ästhetische empfinden meiner Frau mal wieder zugeschlagen)

Da die Kanten wie im Bild oben zu Erkennen mal wieder nicht den Ansprüchen meiner Frau entsprachen habe ich dem Würfel noch ein paar Zierleisten verpasst:

Download “RGBLED Cube Kanten” kante-oben.stl – 24-mal heruntergeladen – 4 KB

Diese komischen Nasen an den Ecken sind dazu gedacht um dort Jahreszeit gemäße Deko dranhängen zu können.

3. Die Elektrische Umsetzung

6 Seiten x 9 Felder x 3 Farben = 162 LED’s ansteuern hört sich zunächst viel an. Doch kann mann im Onlineversandhandel diese kleinen RGB LEDs kaufen welche seriell angesteuert werden und damit gerade mal einen Ausgang am Mikrocontroller belegen, was die ganze Sache doch schon stark vereinfacht:

Kuman 100pcs SK6812 RGBW rgb LED Pixel

Diese sind WS2812B kompatibel und lassen sich mit der Arduino IDE über einen 330Ohm Vorwiderstand Problemlos ansteuern.

Dann benötigt man nur noch die Schalter welche ich leider nicht näher benennen kann, da sie wie gesagt noch rum flogen. Da der ATMEGA328P-PU interne Pullup Widerstände besitzt kann man diese sogar direkt an einen Eingang gegen Null schalten.

Die Grundschaltung habe ich wie hier vorgesehen übernommen und die Schalter gegen 0V habe ich nicht eingezeichnet, da das wohl kein größeres Problem darstellen sollte:

Die Panel habe ich so ausgelegt, dass die LED von vorne reingelegt werden können und dann von Hinten verlötet werden. Das führt dazu, dass die Leitungen gleichzeitig als Befestigung dienen.

Aufgrund der Anzahl an LEDs gibt das im Würfel ein ganz schönes Chaos:

4. Die Software

Bei der Umsetzung der Software habe ich mich der Bibliothek „NeoPixelBus von Makuna“ bedient und mich an die Beispiel Sketch es gehalten.

Hier gibt es den einigermaßen kommentierten Sketch zum Download:

Download “Zauberwürfel Quellcode” rgbledcubesketch.txt – 29-mal heruntergeladen – 20 KB

5. Das Ergebnis

Hier das Endergebnis. Ich denke das kann sich sehen Lassen:

Regenbogen bunt (Erzielt den gewünschten Effekt):

Rubix Cube:

Regenbogen gleichzeitig:

Licht:

1 thought on “Der bannende Zauberwürfel

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.