GlassCube - 4x4x4 LED kocka na staklenim PCB -ovima: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Moja prva instrukcija na ovoj web stranici bila je LED kocka 4x4x4 sa staklenim PCB -ovima. Obično ne volim raditi isti projekt dva puta, no nedavno sam naišao na ovaj video francuskog proizvođača Helioxa koji me inspirirao da napravim veću verziju svoje originalne kocke. U svom videu Heliox donosi mnogo jednostavniji postupak proizvodnje staklenih PCB-a koji ne uključuje bakropis, već umjesto toga koristi ploter za izrezivanje tragova iz samoljepljive bakrene folije koja se zatim prenosi na staklenu podlogu. Budući da ploteri nisu toliko skupi i mogli bi mi dobro doći i za druge projekte, upravo sam nabavio jedan da sam isprobam postupak.

Osim što je veća verzija moje originalne kocke, ova verzija koristi i prilagođenu PCB baziranu na SAMD21 mikrokontroleru i kućište izrađeno od laserski izrezanog akrila. Kocka se može programirati s Arduino IDE -om, a također je kompatibilna s CircuitPythonom.

Garnitura GlassCube sada je dostupna i na Tindieju.

U slučaju da ste kupili komplet, morate samo zalemiti LED diode (korak 5), sastaviti kućište (korak 8) i međusobno povezati slojeve (korak 9)

Pribor

• 64 kom - WS2812B 5050 SMD LED dioda (npr. Aliexpress)
• 4 kom - staklena ploča 100 x 100 x 2 mm (otkrio sam ovog stvarno jeftinog njemačkog dobavljača koji naplaćuje samo 0,20 EUR/kom)
• 2 kom - A4 listovi samoljepljive bakrene folije (npr. Amazon)
• 1 papir za prijenos rolo -plotera (npr. Amazon)
• 1 set - laserski izrezan akril (vidi dolje)
• 1 prilagođena PCB (vidi dolje)
• 4 kom M2x8 vijci + matice

Ukupni troškovi svih materijala, uključujući uslugu laserskog rezanja i proizvodnju PCB -a, iznose oko 100 EUR.

Alati

• Crtež Silhouette Portrait 2 (npr. Amazon)
• laserski rezač ili mrežna usluga laserskog rezanja (koristim snijlab.nl)
• lemilica
• grijaća ploča ili pećnica za reflow za SMD lemljenje (ili napredne vještine ručnog lemljenja)

Korak 1: CAD dizajn

Dimenzije kućišta i PCB -a za GlassCube dizajnirane su u Fusion360, dolje sam priložio dizajn.

Rubni stupovi i gornja ploča izrađeni su od prozirnog akrila debljine 3 mm. Slojevi sa LED diodama izrađeni su od float stakla debljine 2 mm. Donja ploča je PCB po mjeri.

Korak 2: Dizajn LED PCB -a

Koristio sam Eagle za dizajn izgleda staklenih PCB -a. Budući da rezanje tragova ploterom nije toliko precizno kao što ih je graviranje metodom prijenosa tonera, minimalna širina traga je ograničena. Pokušao sam različite širine tragova i otkrio da je 32 mil. Minimalna veličina koju bih mogao koristiti jer se tanji tragovi često ljušte tijekom crtanja.

Kako bi se mogli izrezati tragovi s bakrene folije, raspored ploče morao je biti pretvoren u dxf. Trebalo mi je neko vrijeme da shvatim kako to ispravno učiniti pa mi dopustite da prođem kroz korake u detalje

1. otvoreni izgled ploče u Eagleu
2. sakriti sve slojeve osim gornjeg
3. kliknite Datoteka-> Ispis, a zatim odaberite Ispis u datoteku (pdf)
4. otvorite pdf u Inkscapeu
5. upotrijebite alat za odabir puta za označavanje jednog traga, a zatim kliknite E dit-> Odaberi isto-> Stil poteza to bi trebalo označiti sve tragove (ali ne i jastučiće)
6. kliknite P ath-> Stroke to Path ovo pretvara obrise puta u nove staze
7. označite sve staze (uključujući jastučiće) odabirom alata za odabir puta, a zatim pritisnite ctrl+a
8. kliknite P at-> Ujedini ovo bi trebalo kombinirati sve staze i ukloniti sve rezove unutar "ispunjenih" područja
9. kliknite Datoteka-> Spremi kao i odaberite *.dxf kao format datoteke

Datoteka dxf može se pronaći ovdje na mom GitHubu.

Korak 3: Rezanje bakrene folije

Datoteka dxf izrezana je iz A4 listova samoljepljive bakrene folije ploterom Silhouette Portrait 2. Bakarni limovi prvo su pričvršćeni na uključenu samoljepljivu prostirku za rezanje. Postavke softvera koje sam koristio za rezanje mogu se vidjeti na priloženoj slici.

Nakon rezanja višak folije mora se pažljivo ukloniti. Kako ne bih oštetio izrezanu foliju, ostavio sam cijeli A4 list na podlozi za rezanje za sljedeće korake.

Korak 4: Prijenos bakrene folije

Izrezana folija prenesena je na staklenu ploču pomoću prijenosnog papira koji je samo još jedna samoljepljiva folija. Prijenosni papir pričvršćen je na bakrenu foliju, a zatim se polako odlijepi tako da se bakrena folija i dalje lijepi za prijenosni list. Zatim se pričvršćuje na staklenu podlogu i transfer papir polako odlijepi tako da se ovaj put bakrena folija lijepi na staklenu ploču.

Izgled ploče ima dva markera u gornjem lijevom i desnom kutu koji pomažu ispravnom poravnavanju folije na staklenoj ploči. Nakon pričvršćivanja markeri se mogu ponovno ukloniti sa staklene ploče.

Korak 5: Lemljenje LED dioda

SMD LED diode ručno su lemljene na staklenu ploču. Pokušao sam ih pričvrstiti i pomoću grijaće ploče (zapravo moje peći), ali kako se vidi na slici, pokazalo se da to nije dobra ideja. Ako imate odgovarajuću pećnicu s reflowom, možda bi bilo vrijedno pokušati, ali ovisno o vrsti stakla koje se koristi postoji ozbiljan rizik da će se razbiti tijekom zagrijavanja.

Što se tiče orijentacije LED dioda, postoje dva različita izgleda. Za prvi i treći sloj kocke orijentacija će biti drugačija nego za drugi i četvrti sloj. Na taj je način kasnije lakše međusobno povezati slojeve.

Korak 6: PCB mikrokontrolera

Umjesto da se oslanjam na komercijalnu razvojnu ploču poput Arduino Nano, dizajnirao sam prilagođenu PCB u Eagleu za upravljanje LED diodama. Prednost je u tome što sam mogao oblikovati ploču tako da se lijepo uklopi u kocku. Ploča se temelji na mikrokontroleru ATSAMD21E18 koji je isti koji se koristi u Adafruit -ovom Trinklet M0. Odabrao sam ovaj MCU jer ima izvorni USB i ne zahtijeva FTDI čip za programiranje. Također Adafruit nudi pokretačke programe koji su kompatibilni s Arduino IDE -om, kao i CircuitPythonom.

Jedna napomena o ploči je da radi s 3.3V logikom, dok bi WS2812B trebao biti korišten s 5V, međutim, mnogi ljudi su pokazali da je rad sa 3.3V također moguć.

Dobio sam svoje PCB -ove s PCBWay.com, Gerber Files i BoM mogu se pronaći na mom GitHub računu.

Uz određene vještine, SMD komponente na ovom PCB -u mogu se lemiti ručno, iako će grijaća ploča ili pećnica s reflowom naravno bolje funkcionirati.

Korak 7: Bljeskalica Bootloader

Koristio sam UF2 bootloader koji je isporučio Adafruit za njihove Trinket M0 ploče. MCU je bljeskao uz pomoć J-Link alata. Detaljne upute o tome kako pokrenuti bootloader možete pronaći na web stranici Adafruit. Odlična stvar u vezi s pokretačkim programom Adafruits UF2-SAMD je to što se nakon prve instalacije MCU pojavljuje kao flash pogon i možete jednostavno povući UF2 datoteku na prijenosni pogon kako biste je ponovno bljeskali. To uvelike olakšava npr. prebacivanje između Arduino IDE -a i CircuitPythona.

Korak 8: Kućište laserskim rezanjem

Kućište kocke izrezano je od prozirnog akrila debljine 3 mm. Koristio sam internetsku uslugu laserskog rezanja (snijlab.nl). Odgovarajuće dxf datoteke također se mogu pronaći na mom GitHub računu. Kućište se sastoji od 4 stupa i gornje ploče. Stupovi su pričvršćeni na glavnu tiskanu ploču na dnu pomoću 4 komada vijaka i matica M2x8.

Korak 9: Povezivanje slojeva

Nakon sastavljanja kućišta spojio sam slojeve lemljenjem žica na podloge na staklenim PCB -ovima. Pokazalo se da je to prilično delikatan postupak i postoji opasnost od opeklina akrila ili razderanja bakrenih jastučića. Imajte na umu da pinovi GND i VCC mijenjaju položaje na svakom sloju pa se žice moraju ukrstiti. Kako bih izbjegao da žice otkinu bakrene jastučiće, popravio sam ih malom kapljicom vrućeg ljepila nakon lemljenja. Prvi sloj je spojen na donju PCB pomoću Dupont konektora, ali žice se također mogu lemiti izravno na PCB.

Korak 10: Prijenos koda

Koristio sam CircuitPython (verzija 4.x) za programiranje kocke. Nakon što instalirate CircuitPython bootloader, možete pokrenuti kôd spremajući ga izravno na fleš disk MCU. Nije potrebno sastavljanje također možete npr. ponovno otvorite kôd i uredite ga.

Do sada sam upravo stvorio neke osnovne animacije, ali bi bilo kome trebalo biti relativno lako proširiti kôd. Kôd se može pronaći na mojem GitHubu, za njegovo pokretanje potrebne su Adafruit Neopixel i fancyLED knjižnice koje se nalaze ovdje.

Korak 11: Gotova kocka

Zadovoljan sam izgledom kocke, staklene ploče i akrilno kućište lijepo rade zajedno. Također je bilo zabavno stvoriti vlastitu MCU ploču po prvi put i gotovo sam iznenađen što je to uspjelo u prvom pokušaju. Budući da imam rezervnih PCB -a i akrilnih dijelova, htio bih ovu kocku učiniti dostupnom kao DIY kit na Tindie. Pa ako ste zainteresirani, nastavite to tražiti ili mi samo pišite privatnu poruku.

Također, ako vam se sviđa ova instrukcija, glasajte za mene na natječaju Make It Glow.

Drugoplasirani na natjecanju Make it Glow