GlassCube - 4x4x4 LED kocka üveglapokon: 11 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ezen a honlapon az első tanítható anyagom egy 4x4x4 LED -es kocka volt, amely üveglapokat használt. Általában nem szeretek kétszer ugyanazt a projektet csinálni, de nemrégiben találkoztam a Heliox francia gyártó videójával, amely arra inspirált, hogy készítsek egy nagyobb verziót az eredeti kockámból. Videójában a Heliox egy sokkal egyszerűbb eljárást állít elő az üveg-PCB-k gyártására, amely nem tartalmaz maratást, hanem egy plotter segítségével vágja le a nyomait egy öntapadó rézfóliáról, amelyet ezután üvegszubsztrátumra visz át. Mivel a plotterek nem olyan drágák, és más projekteknél is jól jöhetnek, most kaptam egyet, hogy kipróbáljam magam.

Azon kívül, hogy az eredeti kocka nagyobb változata, ez a változat egy SAMD21 mikrovezérlőn alapuló egyedi PCB -t és egy lézervágott akrilból készült házat is használ. A kocka programozható az Arduino IDE -vel, és kompatibilis a CircuitPython -szal is.

A GlassCube készlet most a Tindie -n is elérhető.

Abban az esetben, ha a készletet megvásárolta, csak a LED -eket kell forrasztania (5. lépés), össze kell szerelnie a házat (8. lépés), és össze kell kötnie a rétegeket (9. lépés)

Kellékek

• 64 db - WS2812B 5050 SMD LED -ek (pl. Aliexpress)
• 4 db - 100 x 100 x 2 mm -es üveglap (ezt az igazán olcsó német szállítót találtam, amely csak 0,20 EUR/db díjat számít fel)
• 2 db - A4 -es méretű öntapadó rézfólia (pl. Amazon)
• 1 tekercs - plotter transzferpapír (pl. Amazon)
• 1 készlet - Lasercut akril (lásd alább)
• 1 egyedi NYÁK (lásd alább)
• 4 db M2x8 csavar + anya

Az összes anyag teljes költsége, beleértve a lézervágást és a NYÁK -gyártást, körülbelül 100 EUR.

Eszközök

• Silhouette Portrait 2 plotter (pl. Amazon)
• lézervágó vagy online Lasercut szolgáltatás (a snijlab.nl -t használom)
• forrasztópáka
• hőlemez vagy reflow sütő SMD forrasztáshoz (vagy fejlett kézi forrasztási ismeretekhez

1. lépés: CAD tervezés

A GlassCube házát és NYÁK -méreteit a Fusion360 -ban tervezték, az alábbiakban csatoltam a kialakítást.

Az éloszlopok és a fedőlap 3 mm vastag átlátszó akrilból készülnek. A LED -ekkel ellátott rétegek 2 mm vastag úsztatott üvegből készülnek. Az alsó lemez egyedi gyártású NYÁK.

2. lépés: LED -es NYÁK -tervezés

Az Eagle -t használtam az üveglapok elrendezésének megtervezéséhez. Mivel a nyomok plotterrel történő levágása nem olyan pontos, mint a festékátviteli módszerrel történő maratás, a minimális nyomszélesség korlátozott. Kipróbáltam a különböző nyomszélességeket, és azt tapasztaltam, hogy 32 milliméter volt a minimális méret, amelyet használhattam, mivel a vékonyabb nyomok gyakran leválnak a rajzolás során.

Annak érdekében, hogy le lehessen vágni a nyomokat a rézfóliáról, a tábla elrendezését át kellett alakítani dxf -re. Beletelt egy kis időbe, mire rájöttem, hogyan kell ezt helyesen megtenni, ezért hadd menjek át részletesen a lépéseken

1. nyitott tábla elrendezés az Eagle -ben
2. elrejti az összes réteget, kivéve a felső réteget
3. kattintson a Fájl-> Nyomtatás gombra, majd válassza a Nyomtatás fájlba (pdf) lehetőséget
4. nyissa meg a pdf -t az Inkscape -ben
5. használja az útvonalválasztó eszközt egyetlen nyomvonal megjelöléséhez, majd kattintson az E dit-> Ugyanaz kiválasztása-> Stroke Style elemre, amely minden nyomot megjelöl (kivéve a párnákat)
6. kattintson a P Ath-> Stroke to Path lehetőségre, így az útvonalak új útvonalakká alakulnak
7. jelölje ki az összes útvonalat (beleértve a párnákat is) az útvonalválasztó eszköz kiválasztásával, majd a ctrl+a billentyűkombináció megnyomásával
8. kattintson a P ath-> Union elemre, amely egyesíti az összes útvonalat, és eltávolítja a vágott vonalakat a "kitöltött" területeken belül
9. kattintson a Fájl-> Mentés másként elemre, és válassza a *.dxf fájlt formátumként

A dxf fájl itt található a GitHub -on.

3. lépés: A rézfólia vágása

A dxf fájlt A4-es öntapadó rézfóliából vágták ki, Silhouette Portrait 2 plotterrel. A rézlemezeket először a mellékelt öntapadós vágószőnyegre rögzítették. A vágáshoz használt szoftverbeállítások a mellékelt képen láthatók.

Vágás után a felesleges fóliát óvatosan el kell távolítani. Annak érdekében, hogy ne sérüljön meg a vágott fólia, az egész A4 -es lapot a vágószőnyegen hagytam a következő lépésekhez.

4. lépés: A rézfólia átvitele

A vágott fóliát transzferpapírral helyezték át az üveglapra, amely csak egy öntapadó fólia. A transzferpapírt a rézfóliára rögzítik, majd lassan lehúzzák, hogy a rézfólia folyamatosan ragadjon a transzferlaphoz. Ezután rögzül az üveg aljzathoz, és az átviteli papírt lassan lehúzzák, így ezúttal a rézfólia az üveglapra tapad.

A tábla elrendezése két jelölővel rendelkezik a bal felső és a jobb sarokban, amelyek segítenek a fólia helyes igazításában az üveglapon. A rögzítés után a jelölők ismét eltávolíthatók az üveglapról.

5. lépés: A LED -ek forrasztása

Az SMD LED -eket kézzel forrasztották az üveglapra. Én is megpróbáltam rögzíteni őket egy hőlemez (valójában a kályhám) használatával, de mint a képen látható, ez nem volt jó ötlet. Ha megfelelő visszafolyó sütővel rendelkezik, érdemes megpróbálni, de a használt üveg típusától függően komoly a kockázata annak, hogy melegítés közben eltörik.

Ami a LED -ek tájolását illeti, két különböző elrendezés létezik. A kocka első és harmadik rétegében az orientáció más lesz, mint a második és a negyedik réteg esetében. Ily módon később könnyebb összekapcsolni a rétegeket.

6. lépés: Mikrokontroller NYÁK

Ahelyett, hogy az Arduino Nano -hoz hasonló kereskedelmi fejlesztési táblákra támaszkodnék, egy egyedi PCB -t terveztem az Eagle -ben a LED -ek vezérlésére. Az előny az, hogy úgy alakíthattam a táblát, hogy szépen illeszkedjen a kockába. Az alaplap egy ATSAMD21E18 mikrokontrollerre épül, amely ugyanaz, mint az Adafruit Trinklet M0 -jában. Azért választottam ezt az MCU -t, mert natív USB -vel rendelkezik, és nem igényel FTDI chipet a programozáshoz. Az Adafruit emellett olyan rendszerbetöltőket is kínál, amelyek kompatibilisek az Arduino IDE -vel és a CircuitPython -szal.

Az egyik megjegyzés a táblával kapcsolatban az, hogy 3,3 V -os logikával működik, míg a WS2812B -t 5 V -al kell használni, azonban sokan bemutatták, hogy a 3,3 V -os működés is lehetséges.

A PCBWay.com -ról szereztem PCB -ket, a Gerber Files és a BoM megtalálható a GitHub -fiókomban.

Bizonyos ismeretekkel az SMD alkatrészek ezen a NYÁK -on kézzel forraszthatók, bár a hőlemez vagy a visszafolyó sütő természetesen jobban fog működni.

7. lépés: A rendszerbetöltő villogása

Az Adafruit által biztosított UF2 rendszerbetöltőt használtam a Trinket M0 táblákhoz. Az MCU-t J-Link eszköz segítségével villantották fel. A rendszerindító frissítésére vonatkozó részletes utasítások az Adafruit weboldalán találhatók. Az Adafruits UF2-SAMD rendszerbetöltő nagyszerű tulajdonsága az, hogy az első telepítés után az MCU flash meghajtóként jelenik meg, és csak húzhat egy UF2 fájlt a cserélhető meghajtóra, hogy újra villanjon. Ez nagyon megkönnyíti pl. váltás az Arduino IDE és a CircuitPython között.

8. lépés: Lasercut ház

A kocka házát 3 mm vastag átlátszó akrilból vágták le. Online lézervágó szolgáltatást (snijlab.nl) használtam. A megfelelő dxf fájlok a GitHub -fiókomban is megtalálhatók. A ház 4 oszlopból és egy felső lemezből áll. Az oszlopokat az alján lévő fő NYÁK -ra rögzítik 4 db M2x8 csavar és anya segítségével.

9. lépés: A rétegek csatlakoztatása

A ház összeszerelése után a rétegeket forrasztóhuzalokkal összekötöttem az üveglapokon lévő párnákkal. Ez meglehetősen kényes eljárásnak bizonyult, és fennáll annak a veszélye, hogy megégeti az akrilt vagy elszakad a rézpárna. Ne feledje, hogy a GND és VCC csapok minden rétegen helyzetet váltanak, így a vezetékeket keresztbe kell tenni. Annak érdekében, hogy a vezetékek ne szakadjanak le a rézpárnákról, forrasztás után kis csepp forró ragasztóval rögzítettem őket. Az első réteget Dupont csatlakozóval az alsó NYÁK -hoz kötötték, de a vezetékek közvetlenül a NYÁK -hoz is forraszthatók.

10. lépés: A kód feltöltése

A kocka programozásához a CircuitPython -ot (4.x verzió) használtam. Miután telepítette a CircuitPython rendszerbetöltőt, egyszerűen futtathatja a kódot úgy, hogy közvetlenül az MCU flash meghajtóra menti. Nincs szükség fordításra, pl. nyissa meg újra és módosítsa a kódot.

Eddig csak néhány alapvető animációt hoztam létre, de bárkinek viszonylag könnyűnek kell lennie a kód kiterjesztésére. A kód megtalálható a GitHub -on, futtatásához szüksége van az Adafruit Neopixel és az itt található fancyLED könyvtárakra.

11. lépés: Kész kocka

Nagyon elégedett vagyok a kocka kinézetével, az üveg PCB -k és az akril ház szépen együttműködnek. Az is szórakoztató volt, hogy először létrehoztam saját MCU lapomat, és szinte meglepődtem, hogy első próbálkozáskor sikerült. Mivel van néhány tartalék PCB -m és akril alkatrészem, szeretném ezt a kockát DIY készletként elérhetővé tenni a Tindie -n. Szóval ha felkeltettem érdeklődésed, keress tovább, vagy írj privát üzenetet.

Szintén ha tetszik ez az oktatható, szavazz rám a Make It Glow versenyen.

Második hely a Make it Glow versenyen