„GlassCube“- 4x4x4 LED kubas ant stiklo PCB: 11 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Mano pirmasis pamokymas šioje svetainėje buvo 4x4x4 LED kubas, naudojant stiklo PCB. Paprastai nemėgstu to paties projekto daryti du kartus, tačiau neseniai aptikau šį prancūzų gamintojo „Heliox“vaizdo įrašą, kuris mane įkvėpė sukurti didesnę savo originalaus kubo versiją. Savo vaizdo įraše „Heliox“siūlo daug paprastesnį stiklo PCB gamybos procesą, kuris neapima ėsdinimo, bet vietoj to ji naudoja braižytuvą, kad pašalintų pėdsakus iš lipnios varinės folijos, kuri vėliau perkeliama ant stiklo pagrindo. Kadangi braižytuvai nėra tokie brangūs ir gali būti naudingi ir kitiems projektams, aš ką tik gavau vieną, kad pats išbandyčiau procesą.

Be didesnės mano pradinio kubo versijos, šioje versijoje taip pat naudojama pasirinktinė PCB, pagrįsta SAMD21 mikrovaldikliu, ir korpusas, pagamintas iš lazerinio kirpimo akrilo. Kubą galima užprogramuoti naudojant „Arduino IDE“, jis taip pat suderinamas su „CircuitPython“.

„GlassCube“rinkinį dabar galima įsigyti ir „Tindie“.

Jei įsigijote rinkinį, turite tik lituoti šviesos diodus (5 žingsnis), surinkti korpusą (8 žingsnis) ir sujungti sluoksnius (9 žingsnis)

Prekės

• 64 vnt - WS2812B 5050 SMD šviesos diodai (pvz., Aliexpress)
• 4 vnt - 100 x 100 x 2 mm stiklo plokštė (radau šį tikrai pigų vokiečių tiekėją, kuris moka tik 0,20 EUR/vnt)
• 2 vnt - A4 lapai lipnios varinės folijos (pvz., „Amazon“)
• 1 ritininis braižytuvo perkėlimo popierius (pvz., „Amazon“)
• 1 rinkinys - akrilo lazeris (žr. Žemiau)
• 1 pasirinktinė PCB (žr. Žemiau)
• 4 vnt. M2x8 varžtai + veržlės

Visos medžiagos, įskaitant lazerinio pjovimo paslaugą ir PCB gamybą, kainuoja apie 100 EUR.

Įrankiai

• „Silhouette Portrait 2“braižytuvas (pvz., „Amazon“)
• lazerinis pjoviklis arba internetinė lazerinio pjovimo paslauga (naudoju snijlab.nl)
• lituoklis
• kaitinimo plokštė arba įkaitinimo krosnis SMD litavimui (arba pažangūs rankinio litavimo įgūdžiai

1 žingsnis: CAD dizainas

„GlassCube“korpusas ir PCB matmenys buvo sukurti naudojant „Fusion360“, aš pridėjau dizainą žemiau.

Kraštinės kolonos ir viršutinė plokštė yra pagamintos iš 3 mm storio skaidraus akrilo. Sluoksniai su šviesos diodais yra pagaminti iš 2 mm storio plūdinio stiklo. Apatinė plokštė yra pagal užsakymą pagaminta PCB.

2 žingsnis: LED PCB dizainas

Aš naudoju „Eagle“, norėdamas suprojektuoti stiklo PCB išdėstymą. Kadangi pjūvių pjaustymas braižytuvu nėra toks tikslus, kaip jų ėsdinimas naudojant dažų perkėlimo metodą, minimalus pėdsakų plotis yra ribotas. Išbandžiau skirtingus pėdsakų pločius ir sužinojau, kad 32 milimetrai buvo mažiausias dydis, kurį galėjau naudoti, nes braižant dažnai nulupami plonesni pėdsakai.

Kad būtų galima iš vario folijos iškirpti pėdsakus, plokštės išdėstymas turėjo būti pakeistas į dxf. Užtrukau, kol supratau, kaip tai padaryti teisingai, todėl leiskite man išsamiai atlikti veiksmus

1. atviras lentos išdėstymas „Eagle“
2. paslėpti visus sluoksnius, išskyrus viršutinį
3. spustelėkite Failas-> Spausdinti, tada pasirinkite Spausdinti į failą (pdf)
4. „Inkscape“atidaryti pdf
5. naudokite kelio nuleidimo įrankį, kad pažymėtumėte vieną pėdsaką, tada spustelėkite E dit-> Select Same-> Stroke Style, tai turėtų pažymėti visus pėdsakus (bet ne trinkeles)
6. spustelėkite P ath-> Stroke to Path, tai konvertuoja kelio kontūrus į naujus kelius
7. pažymėkite visus kelius (įskaitant bloknotus) pasirinkdami kelio pasirinkimo įrankį ir paspausdami „Ctrl“+a
8. spustelėkite P Ath-> Union, tai turėtų apjungti visus kelius ir pašalinti visas pjūvius „užpildytose“vietose
9. spustelėkite Failas-> Išsaugoti kaip ir pasirinkite *.dxf kaip failo formatą

Dxf failą galite rasti čia, mano „GitHub“.

3 žingsnis: Vario folijos pjaustymas

Dxf failas buvo iškirptas iš A4 formato lipnios varinės folijos lapų su „Silhouette Portrait 2“braižytuvu. Variniai lakštai pirmiausia buvo pritvirtinti prie pridedamo savaiminio pjovimo kilimėlio. Programinės įrangos nustatymai, kuriuos naudojau pjaustymui, matomi pridedamame paveikslėlyje.

Nupjovus folijos perteklių reikia atsargiai nuimti. Kad nepažeistumėte nupjautos folijos, palikau visą A4 lapą ant pjovimo kilimėlio, kad atliktumėte šiuos veiksmus.

4 žingsnis: vario folijos perkėlimas

Supjaustyta folija buvo perkelta ant stiklo plokštės, naudojant pernešimo popierių, kuris yra tik dar viena lipni folija. Perkėlimo popierius pritvirtinamas prie vario folijos, o po to lėtai nulupamas, kad vario folija vis priliptų prie perdavimo lapo. Tada jis pritvirtinamas prie stiklo pagrindo ir perkeliamas popierius lėtai nulupamas, todėl šį kartą vario folija prilimpa prie stiklo plokštės.

Lentos išdėstymas turi du žymeklius viršutiniame kairiajame ir dešiniajame kampuose, kurie padeda teisingai išlyginti foliją ant stiklo plokštės. Pritvirtinus žymeklius vėl galima nuimti nuo stiklo plokštės.

5 žingsnis: šviesos diodų litavimas

SMD šviesos diodai rankomis buvo lituojami ant stiklo plokštės. Aš taip pat bandžiau juos pritvirtinti naudodami kaitinimo plokštę (iš tikrųjų mano viryklę), tačiau, kaip parodyta paveikslėlyje, tai nebuvo gera idėja. Jei turite tinkamą įkaitinimo krosnelę, galbūt verta pabandyti, tačiau, priklausomai nuo naudojamo stiklo tipo, kyla rimta rizika, kad kaitinant ji gali sulūžti.

Kalbant apie šviesos diodų orientaciją, yra du skirtingi išdėstymai. Pirmojo ir trečiojo kubo sluoksnių orientacija bus kitokia nei antrojo ir ketvirtojo sluoksnių. Tokiu būdu vėliau lengviau sujungti sluoksnius.

6 žingsnis: mikrovaldiklio PCB

Užuot pasikliaudamas komercinės plėtros lenta, tokia kaip „Arduino Nano“, „Eagle“sukūriau individualų PCB, skirtą šviesos diodams valdyti. Privalumas yra tai, kad galėčiau suformuoti lentą taip, kad ji gražiai tilptų į kubą. Lentos pagrindas yra ATSAMD21E18 mikrovaldiklis, kuris yra tas pats, kuris naudojamas „Adafruit“„Trinklet M0“. Aš pasirinkau šį MCU, nes jis turi vietinį USB ir jam programuoti nereikia FTDI lusto. Taip pat „Adafruit“siūlo įkrovos įkroviklius, suderinamus su „Arduino IDE“ir „CircuitPython“.

Viena pastaba apie plokštę yra ta, kad ji veikia su 3,3 V logika, o WS2812B turėtų būti naudojama su 5 V, tačiau daugelis žmonių parodė, kad galima dirbti ir su 3.3 V.

Aš gavau savo PCB iš PCBWay.com, „Gerber Files“ir „BoM“galite rasti mano „GitHub“paskyroje.

Turint tam tikrų įgūdžių, šios plokštės SMD komponentai gali būti lituojami rankiniu būdu, nors, žinoma, geriau veiks kaitinimo plokštė arba kaitinimo krosnis.

7 veiksmas: „Bootloader“mirksėjimas

Savo „Trinket M0“plokštėms naudojau „Adafruit“pateiktą įkrovos įkroviklį UF2. MCU buvo paleistas naudojant „J-Link“įrankį. Išsamias instrukcijas, kaip paleisti įkrovos tvarkyklę, rasite „Adafruit“svetainėje. Puikus „Adafruits UF2-SAMD“įkrovos tvarkyklės dalykas yra tas, kad po pirmojo įdiegimo MCU pasirodo kaip „flash drive“ir galite tiesiog vilkti UF2 failą į keičiamąjį diską, kad jį vėl paleistumėte. Tai labai palengvina pvz. perjungti „Arduino IDE“ir „CircuitPython“.

8 žingsnis: „Lasercut“korpusas

Kubo korpusas buvo supjaustytas iš 3 mm storio skaidraus akrilo. Aš naudoju internetinę pjovimo lazeriu paslaugą (snijlab.nl). Atitinkamus dxf failus taip pat galite rasti mano „GitHub“paskyroje. Korpusas susideda iš 4 stulpų ir viršutinės plokštės. Stulpai pritvirtinami prie pagrindinės plokštės apačioje, naudojant 4 vnt. M2x8 varžtų ir veržlių.

9 žingsnis: Sluoksnių sujungimas

Po korpuso surinkimo aš prijungiau sluoksnius litavimo laidais ant stiklo PCB trinkelių. Tai pasirodė gana subtili procedūra ir yra pavojus sudeginti akrilą arba suplėšyti varines pagalvėles. Atminkite, kad GND ir VCC kaiščiai keičia kiekvieno sluoksnio pozicijas, todėl laidai turi būti kirsti. Kad laidai nenuplėštų varinių pagalvėlių, po litavimo juos pritvirtinau nedideliu karštų klijų lašeliu. Pirmasis sluoksnis buvo prijungtas prie apatinės PCB su „Dupont“jungtimi, tačiau laidai taip pat gali būti lituojami tiesiai prie PCB.

10 veiksmas: įkelkite kodą

Kubui programuoti naudojau „CircuitPython“(4.x versija). Įdiegę „CircuitPython“įkrovos tvarkyklę, galite tiesiog paleisti kodą, išsaugodami jį tiesiai į „MCU“atmintinę. Nereikia kompiliuoti, taip pat galite, pvz. iš naujo atidarykite kodą ir redaguokite.

Iki šiol aš ką tik sukūriau keletą pagrindinių animacijų, tačiau visiems turėtų būti gana lengva išplėsti kodą. Kodą galima rasti mano „GitHub“, norint jį paleisti, reikia čia esančių „Adafruit Neopixel“ir „fancyLED“bibliotekų.

11 veiksmas: baigtas kubas

Esu labai patenkinta kubo išvaizda, stiklo PCB ir akrilo korpusas puikiai veikia kartu. Taip pat buvo smagu pirmą kartą sukurti savo MCU plokštę ir esu beveik nustebęs, kad tai pavyko iš pirmo karto. Kadangi turiu atsarginių PCB ir akrilo dalių, norėčiau, kad šis kubas būtų prieinamas kaip „pasidaryk pats“rinkinys „Tindie“. Taigi, jei susidomėjote, nuolatos ieškokite arba tiesiog parašykite man asmeninę žinutę.

Taip pat, jei jums patinka ši pamoka, balsuokite už mane konkurse „Padaryk švytėjimą“.

Antroji vieta konkurse „Padaryk švytėjimą“