GlassCube - 4x4x4 LED kubs uz stikla PCB: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Mans pirmais norādījums šajā vietnē bija 4x4x4 LED kubs, izmantojot stikla PCB. Parasti man nepatīk divreiz darīt vienu un to pašu projektu, bet nesen es satiku šo franču ražotāja Heliox video, kas iedvesmoja mani izveidot lielāku oriģinālā kuba versiju. Savā videoklipā Heliox nāk klajā ar daudz vienkāršāku stikla PCB ražošanas procesu, kas nav saistīts ar kodināšanu, bet viņa izmanto ploteri, lai nogrieztu pēdas no pašlīmējošās vara folijas, kas pēc tam tiek pārnesta uz stikla pamatni. Tā kā ploteri nav tik dārgi un varētu noderēt arī citiem projektiem, es tikko dabūju vienu, lai pats izmēģinātu šo procesu.

Papildus tam, ka tā ir lielāka mana sākotnējā kuba versija, šajā versijā tiek izmantota arī pielāgota PCB, kuras pamatā ir SAMD21 mikrokontrolleris, un korpuss, kas izgatavots no lazergriezuma akrila. Kubu var ieprogrammēt ar Arduino IDE, un tas ir saderīgs arī ar CircuitPython.

GlassCube komplekts tagad ir pieejams arī vietnē Tindie.

Gadījumā, ja iegādājāties komplektu, jums tikai jāpielodē gaismas diodes (5. solis), jāsamontē korpuss (8. solis) un jāsavieno slāņi (9. darbība)

Piegādes

• 64 gab. - WS2812B 5050 SMD gaismas diodes (piemēram, aliexpress)
• 4 gab. - 100 x 100 x 2 mm stikla plāksne (es atradu šo patiešām lēto vācu piegādātāju, kas maksā tikai 0,20 EUR/gab.)
• 2 gab - A4 loksnes ar pašlīmējošu vara foliju (piemēram, amazon)
• 1 rullītis - plotera pārneses papīrs (piemēram, amazon)
• 1 komplekts - Lasercut akrils (skatīt zemāk)
• 1 pielāgota PCB (skatīt zemāk)
• 4 gab. M2x8 skrūves + uzgriežņi

Visu materiālu kopējās izmaksas, ieskaitot lāzergriešanas pakalpojumu un PCB ražošanu, ir aptuveni 100 EUR.

Rīki

• Silhouette Portrait 2 ploteris (piemēram, amazon)
• lāzera griezējs vai tiešsaistes lasercut pakalpojums (es izmantoju snijlab.nl)
• lodāmurs
• siltuma plāksne vai atkārtota krāsns SMD lodēšanai (vai uzlabotas rokas lodēšanas prasmes

1. solis: CAD dizains

GlassCube korpuss un PCB izmēri tika izstrādāti Fusion360, es pievienoju dizainu zemāk.

Malu kolonnas un augšējā plāksne ir izgatavotas no 3 mm bieza caurspīdīga akrila. Slāņi ar gaismas diodēm ir izgatavoti no 2 mm bieza pludiņa stikla. Apakšējā plāksne ir pēc pasūtījuma izgatavota PCB.

2. solis: LED PCB dizains

Es izmantoju Eagle, lai izstrādātu stikla PCB izkārtojumu. Tā kā pēdu griešana ar ploteri nav tik precīza kā to kodināšana ar tonera pārneses metodi, minimālais pēdas platums ir ierobežots. Es izmēģināju dažādus izsekošanas platumus un atklāju, ka 32 mili bija minimālais izmērs, ko es varētu izmantot, jo plānākas pēdas zīmēšanas laikā bieži nolobās.

Lai varētu izgriezt pēdas no vara folijas, tāfeles izkārtojums bija jāpārveido par dxf. Man bija vajadzīgs laiks, lai saprastu, kā to izdarīt pareizi, tāpēc ļaujiet man detalizēti iziet visas darbības

1. atvērtā dēļa izkārtojums Eagle
2. paslēpiet visus slāņus, izņemot augšējo
3. noklikšķiniet uz Fails-> Drukāt, pēc tam atlasiet Drukāt failā (pdf)
4. atveriet pdf Inkscape
5. izmantojiet ceļa novirzīšanas rīku, lai atzīmētu vienu trasi, un pēc tam noklikšķiniet uz E dit-> Select Same-> Stroke Style tam vajadzētu atzīmēt visas pēdas (bet ne spilventiņus)
6. noklikšķiniet uz P ath-> Stroke to Path-tas pārvērš ceļu kontūras jaunos ceļos
7. atzīmējiet visus ceļus (ieskaitot spilventiņus), atlasot ceļa izvēles rīku un pēc tam nospiežot taustiņu kombināciju ctrl+a
8. noklikšķiniet uz P at-> Savienot, tam vajadzētu apvienot visus ceļus un noņemt visas griezuma līnijas “aizpildītajās” zonās
9. noklikšķiniet uz Fails-> Saglabāt kā un kā faila formātu izvēlieties *.dxf

Dxf failu var atrast šeit, manā GitHub.

3. solis: Vara folijas griešana

Dxf fails tika izgriezts no A4 pašlīmējošas vara folijas loksnēm ar Silhouette Portrait 2 ploteri. Vara loksnes vispirms tika piestiprinātas komplektā esošajam pašlīmējošajam griešanas paklājiņam. Programmatūras iestatījumus, kurus izmantoju griešanai, var redzēt pievienotajā attēlā.

Pēc griešanas liekā folija ir rūpīgi jānoņem. Lai nesabojātu griezto foliju, es atstāju visu A4 formāta lapu uz griešanas paklāja šādiem soļiem.

4. solis: Vara folijas pārnešana

Izgrieztā folija tika pārnesta uz stikla plāksnes, izmantojot pārneses papīru, kas ir tikai vēl viena pašlīmējoša folija. Pārneses papīrs ir piestiprināts pie vara folijas un pēc tam lēnām noņemts tā, lai vara folija turpinātu pielipt pie pārneses lapas. Tad tas tiek piestiprināts pie stikla pamatnes un pārneses papīrs lēnām tiek noņemts tā, ka šoreiz vara folija pielīp pie stikla plāksnes.

Plāksnes izkārtojumam augšējā kreisajā un labajā stūrī ir divi marķieri, kas palīdz pareizi izlīdzināt foliju uz stikla plāksnes. Pēc marķējuma pievienošanas tos atkal var noņemt no stikla plāksnes.

5. solis: gaismas diožu lodēšana

SMD gaismas diodes tika lodētas uz stikla plāksnes ar rokām. Es arī mēģināju tos piestiprināt, izmantojot sildvirsmu (patiesībā manu plīti), bet, kā parādīts attēlā, izrādījās, ka tā nav laba ideja. Ja jums ir pareiza uzpildes krāsns, to varētu būt vērts izmēģināt, taču atkarībā no izmantotā stikla veida pastāv nopietns risks, ka sildīšanas laikā tā plīsīs.

Attiecībā uz gaismas diožu orientāciju ir divi dažādi izkārtojumi. Pirmajam un trešajam kuba slānim orientācija būs atšķirīga nekā otrajam un ceturtajam slānim. Tādā veidā slāņus ir vieglāk savienot vēlāk.

6. darbība: mikrokontrollera PCB

Tā vietā, lai paļautos uz komerciālu attīstības padomi, piemēram, Arduino Nano, es Eagle izstrādāju pielāgotu PCB, lai kontrolētu gaismas diodes. Priekšrocība ir tāda, ka es varētu veidot tāfeli tā, lai tā labi iekļautos kubā. Tāfeles pamatā ir ATSAMD21E18 mikrokontrolleris, kas ir tas pats, kas tiek izmantots Adafruit's Trinklet M0. Es izvēlējos šo MCU, jo tam ir vietējais USB, un programmēšanai nav nepieciešama FTDI mikroshēma. Arī Adafruit nodrošina sāknēšanas ielādētājus, kas ir saderīgi ar Arduino IDE, kā arī ar CircuitPython.

Viena piezīme par dēli ir tāda, ka tā darbojas ar 3.3V loģiku, savukārt WS2812B jāizmanto ar 5V, tomēr daudzi cilvēki ir pierādījuši, ka ir iespējama arī darbība ar 3.3V.

PCB es saņēmu no PCBWay.com, Gerber failus un BoM var atrast manā GitHub kontā.

Ar dažām prasmēm šīs PCB SMD komponentus var pielodēt ar rokām, lai gan sildplāksne vai atkārtota krāsns, protams, darbosies labāk.

7. darbība: sāknēšanas ielādētāja mirgošana

Saviem Trinket M0 dēļiem es izmantoju UF2 sāknēšanas ielādētāju, ko nodrošināja Adafruit. MCU tika mirgots, izmantojot J-Link rīku. Sīki izstrādātus norādījumus par sāknēšanas ielādētāja aktivizēšanu var atrast Adafruit vietnē. Lieliska lieta par Adafruits UF2-SAMD sāknēšanas ielādētāju ir tā, ka pēc pirmās instalēšanas MCU tiek parādīts kā zibatmiņas disks, un jūs varat vienkārši vilkt UF2 failu uz noņemamā diska, lai to atkal zibspuldzētu. Tas ļauj ļoti viegli piem. pārslēgties starp Arduino IDE un CircuitPython.

8. solis: Lasercut korpuss

Kuba korpuss tika izgriezts no 3 mm bieza caurspīdīga akrila. Es izmantoju tiešsaistes lāzera griešanas pakalpojumu (snijlab.nl). Atbilstošos dxf failus var atrast arī manā GitHub kontā. Korpuss sastāv no 4 statņiem un augšējās plāksnes. Stabi ir piestiprināti pie galvenās PCB apakšā, izmantojot 4 gab. M2x8 skrūves un uzgriežņus.

9. darbība: slāņu savienošana

Pēc korpusa salikšanas es savienoju slāņus, pielodējot vadus, uz stikla PCB paliktņiem. Tā izrādījās diezgan delikāta procedūra, un pastāv risks sadedzināt akrilu vai saplēst vara spilventiņus. Ņemiet vērā, ka GND un VCC tapas maina pozīcijas katrā slānī, tāpēc vadi ir jāšķērso. Lai izvairītos no tā, ka vadi norauj vara spilventiņus, es pēc lodēšanas tos nostiprināju ar nelielu karstās līmes pilienu. Pirmais slānis tika savienots ar apakšējo PCB ar Dupont savienotāju, bet vadus var arī pielodēt tieši PCB.

10. darbība: koda augšupielāde

Es izmantoju CircuitPython (versija 4.x), lai programmētu kubu. Kad esat instalējis sāknēšanas ielādētāju CircuitPython, varat vienkārši palaist kodu, saglabājot to tieši MCU zibatmiņā. Nav nepieciešams apkopot, jūs varat arī, piem. atkārtoti atveriet kodu un rediģējiet to.

Līdz šim es tikko esmu izveidojis dažas pamata animācijas, taču ikvienam vajadzētu būt salīdzinoši viegli pagarināt kodu. Kods ir atrodams manā GitHub, lai to palaistu, ir nepieciešamas šeit atrastās Adafruit Neopixel un fancyLED bibliotēkas.

11. solis: gatavs kubs

Esmu diezgan apmierināts ar kuba izskatu, stikla PCB un akrila korpuss lieliski darbojas kopā. Bija arī jautri pirmo reizi izveidot savu MCU paneli, un esmu gandrīz pārsteigts, ka tas izdevās pirmajā mēģinājumā. Tā kā man ir dažas rezerves PCB un akrila detaļas, es vēlos padarīt šo kubu pieejamu kā DIY komplektu vietnē Tindie. Tāpēc, ja jūs interesē, turpiniet to meklēt vai vienkārši rakstiet man privātu ziņu.

Arī tad, ja jums patīk šī pamācība, lūdzu, balsojiet par mani konkursā Make It Glow.

Otrās vietas ieguvējs konkursā Make it Glow