Elektryczny motyl: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

To jest bardzo fajny wielokolorowy motyl, który zrobiłem - wymaga minimalnej ilości części i programowania!

Poza samym motylem - pokazuje kilka bardzo fajnych technik, w których można wykonać własne płytki drukowane na wycinarce do sylwetki z regularnie dostępnej w handlu taśmy miedzianej - którą można umieścić na dowolnym rodzaju powierzchni!

Oczywiście – coś takiego można łatwo stworzyć za pomocą komercyjnie produkowanej płytki drukowanej – ale jeśli chcesz zaoszczędzić na kosztach jej wykonania, chcesz tworzyć wzory LED na niestandardowym materiale (takim jak lustro lub okno, a raczej niż PCB z włókna szklanego) – a nawet czegoś o zakrzywionej powierzchni – ta metoda może być stosowana do taniego przyklejania śladów miedzianych PCB do niemal każdego rodzaju powierzchni.

Można to łatwo zrobić w przypadku diod LED, które mają duże skoki ołowiu - ale staje się trudniejsze, gdy używasz drobniejszych, mniejszych części. Tak więc technika ta może być stosowana selektywnie - tj. użyj zwykłej płytki (Arduino) jako komputera, a domowej roboty wytrawianej miedzi w miejscach, w których chcesz ekstremalnie dostosować rozmieszczenie diod LED.

Do stworzenia tego projektu wykorzystałem:

• Osobista gilotyna do winylu/papieru Silhouette Cameo - do tworzenia płytek drukowanych
• Arduino UNO - używany jako programator w obwodzie
• Wycinarka laserowa do części (drewno - akryl - cokolwiek) (możesz użyć czegoś innego, jeśli nie masz lasera)

Rzeczywiste części to:

• Procesor ATTiny75 o wartości 1 USD
• 22 NeoPixels - (sterowane seryjnie, trójkolorowe diody LED)
• Nagłówek 2x3
• Folia miedziana

Całe oprogramowanie zostało wykonane w Arduino IDE - z wykorzystaniem bibliotek Adafruit NeoPixel oraz bibliotek ATTiny z Board Managera.

Istnieją dwa podstawowe sposoby podejścia do tego:

Łatwy sposób: mam własną płytkę (np. Arduino), której zamierzam używać do sterowania diodami LED. Zamierzam tylko stworzyć płytkę PCB dla diod LED - i podłączyć ją do mojego arduino.

Trudniejszy (i tańszy) sposób: Zamierzam zrobić wszystko w 100% sam. Nie potrzebuję Arduino i zamiast tego zamierzam użyć ATTiny85 o wartości 1 USD. Jest to trudniejsze, ponieważ wykonywanie wszystkich drobnych rysunków na ploterze do winylu Silouette lub CriCut jest trudniejsze.

Krok 1: Projekt

Diody LED to każdy NeoPixels. Są to niesamowite, indywidualnie sterowane, wielopoziomowe (rozjaśnia), bardzo jasne urządzenia LED RGB, które mają tylko 4 styki: VccGndData InData Out. Pomysł polega na tym, że można je połączyć łańcuchowo, kontrolując poszczególne czerwono-zielono-niebieskie poziomy kolorów każdego z nich - wszystko z jednego pinu w procesorze. Co więcej, biblioteka Adafruit NeoPixel dla Arduino zapewnia gotowy sposób na uruchomienie ich w ciągu kilku sekund.

Jeśli rezygnujesz z projektowania płyty procesora w tym projekcie (przy użyciu gotowego Arduino), wszystko, czego potrzebujesz, to podstawowa podstawa Neopixel (zaleca się, aby do każdego z nich dołączyć również nasadkę obejściową). Załączony plik footprint.svg jest w zasadzie tym, czego potrzebujesz, aby zacząć. To da ci zarysy folii miedzianej dla NeoPixles i kondensatorów. Możesz otworzyć to bezpośrednio w Inkscape, połączyć ze sobą wszystkie piny +5V i wszystkie piny uziemienia - a następnie połączyć ze sobą wszystkie piny wejścia i wyjścia danych.

Pamiętaj, aby zmienić to w odpowiednie ścieżki cięcia, których możesz użyć na swoim kuterze, tak jak pokazałem powyżej – i gotowe. Nie potrzebujesz nawet „prawdziwego” programu do projektowania PCB, aby to zrobić.

Nie jest to naprawdę konieczne w przypadku NeoPixel, gdzie piny są dość duże i łatwe do lutowania - ale łatwą warstwę Soldermask można wyciąć z kawałka taśmy Kapton. Będzie to wyglądać jak duży kawałek taśmy z kilkoma małymi prostokątami wyciętymi na pola lutownicze, które należy umieścić na całym obszarze miedzi.

Krok 2: Projekt procesora

Jeśli jesteś bardziej ambitny, możesz stworzyć wytrawienia dla samego procesora bezpośrednio w swojej folii miedzianej.

Jest to trudniejsze ze względu na mniejsze piny urządzenia ATTiny85 i konieczność uzyskania bardzo małych wytrawień folii miedzianej, ale jest to łatwe do wykonania.

Najlepiej jest to zrobić w „prawdziwym” programie do projektowania PCB (ja użyłem Eagle).

W moim projekcie zawarłem również złącze zasilania/debugowania (i kilka kondensatorów obejściowych).

Porozmawiamy więcej o trudności w cięciu miedzi w tak małych geometriach.

Krok 3: Tworzenie warstw

Krok 4: Montaż obwodu

Ślady miedzi można umieścić na swoim projekcie.

W moim przypadku – użyłem wyciętego laserowo kawałka drewna (obrys załączonego pliku SVG).

Użyłem taśmy transferowej do znaków, aby usunąć folię miedzianą z podłoża i umieścić ją na drewnie. Jeśli zdecydujesz się zrobić warstwę soldermaski z Kaptonu - zostanie ona teraz przeniesiona na drewno powyżej miedzi.

Lutowanie na folii miedzianej jest nieco trudne, ponieważ w przeciwieństwie do normalnej płytki drukowanej, miedź przykleja się do podłoża (drewna) tylko za pomocą kleju, który nie skleja się tak mocno, jak miedź zwykłej płytki drukowanej. Tak więc, jeśli nie będziesz ostrożny (zwłaszcza pod wpływem ciepła lutownicy) - bednarz może się ślizgać lub przesuwać. Użycie maski lutowniczej Kapton pomoże nieco utrzymać miedź na swoim miejscu i ułatwi to.

Kolejną ważną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że NeoPixels nie toleruje nadmiaru ciepła. Dlatego podczas lutowania używaj dużej ilości topnika lutowniczego (ja używam pisaka nie wymagającego czyszczenia), przykładaj większość ciepła i lutu do miedzianego śladu i szybko usuwaj ciepło, gdy lut spłynie na pin NeoPixel. (Soldermask pomoże również zmniejszyć ilość wymaganego lutowia, ponieważ nie spłynie po zakrytym obszarze śladu).

Uważam, że najłatwiej jest użyć małej kropki „Tacky Glue”, aby przykleić NeoPixels na miejsce przed lutowaniem. Utrzymywało to części na miejscu, dzięki czemu lutowanie było szybsze i tym samym wymagało mniej ciepła. Klej Tacky Glue również szybko skleja, dzięki czemu części nie ślizgają się natychmiast po nałożeniu. Ginie (w małych ilościach) do rodzaju gumowatej konsystencji, co pozwala na usunięcie części w przypadku konieczności wymiany lub przeróbki.

Krok 5: Dodawanie procesora

Jeśli chcesz wykonać własne wytrawienia dla procesora (i złącza debugowania), jest to nieco trudniejsze niż robienie diod LED. Powodem jest to, że wymagane geometrie są mniejsze i drobniejsze, co wymaga bardziej precyzyjnych cięć z plotera do winylu.

Odkryłem, że podczas cięcia taśmy z folii miedzianej papier woskowany, do którego taśma jest przyklejona, zapewnia stosunkowo małą przyczepność. Oznacza to, że gdy próbuje się uzyskać mniejsze geometrie, mają one tendencję do przesuwania się po podłożu.

Chociaż bawiłem się wieloma ustawieniami cięcia, najlepszym rozwiązaniem, jakie znalazłem, było użycie podłoża o silniejszej przyczepności. Winyl działa dobrze, ale nie działa dobrze z taśmą do przenoszenia znaków, aby umożliwić usunięcie miedzi z winylu (i umieszczenie na drewnie). Możesz zostawić obwód na winylu, ale ma tendencję do topienia się po lutowaniu - więc nie jest to niemożliwe, ale trudniejsze w montażu. (Użyłem winylu jako podłoża w kilku różnych projektach).

(Działa również przezroczysta folia lub ochraniacze na arkusze – i są nieco lepsze, ponieważ są grubsze. Mogą być używane do projektów, w których potrzebujesz wolnostojących obwodów i nie chcesz podłoża z klejem) – ale znowu topią się, chyba że są lutowane bardzo ostrożnie.

Najlepszym rozwiązaniem, jakie znalazłem, było użycie taśmy Kapton jako podłoża. Taśma kaptonowa bardzo dobrze trzyma się ciepła lutowania, działa jak maska lutownicza i jest samoprzylepna. Jedynym minusem jest to, że zazwyczaj jest bardzo cienki. Tak bardzo, że ciężko było mi z nim pracować, chyba że podwoiłem go, aby był dwa razy grubszy i mocniejszy.

Dzięki większej sile klejenia miedzi na kaptonie można ciąć drobniejsze detale, takie jak przewody procesora. Po zakończeniu przykleiłem kapton do tylnej strony drewnianego podkładu motylkowego.

Krok 6: Oprogramowanie

Oprogramowanie zostało wykonane jako szkic Arduino, przy użyciu biblioteki Adafruit NeoPixel.

Choć może się to wydawać trywialne, wiele uwagi poświęcono wzorom motyla. Kod został napisany tak, aby co kilka sekund przełączać się między dwoma trybami:

TRYB ONE - Color wipe - zmywanie różnych kolorów, szybko zmieniające się kolory. Przy wyborze „koloru” – użyłem algorytmu do przecierania „wartości” kolorów – każda wartość jest przesyłana przez funkcję konwersji HSB-do-RGB (gdzie nasycenie i jasność były zawsze maksymalne) – aby osiągnąć maksymalną jasność kolorów.

TRYB DRUGI - Obsługiwany przez:

• Utworzono 6 lub 8 różnych wstępnie określonych „wzorów” grup segmentów. Kod wybrałby losowo jeden z nich

• Każdy wzór wymagał wypełnienia wcześniej ustalonych segmentów w jednym z 2, 3 lub 4 różnych kolorów. Każdy kolor został losowo wybrany jedną z tych dwóch metod:

  • Wybierany z jednego z 6 kolorów na maksymalnym poziomie (czerwony, zielony, niebieski, żółty itd.).
  • Wybrany z losowego odcienia - (przy użyciu tego samego generatora odcieni w trybie pierwszym)
• Powstały wzór koloru został przepuszczony przez funkcję zanikania, która zapewniała płynne przejście od jednego wzoru do drugiego - i utrzymywała go tam przez kilka sekund, zanim przejdzie do następnego.

Dwa tryby zmieniały się co 10 lub 15 sekund.

Krok 7: Programowanie

Więc teraz na naszej płytce drukowanej mamy zupełnie nowy ATTiny85 i musimy go zaprogramować. Ponieważ użyłem do tego Arduino SDK, musimy umieścić na urządzeniu zarówno program ("szkic"), jak i bootloader Arduino.

Użyłem samego Arduino Uno jako In-System-Programmer.

Załączony schemat pokazuje, jak podłączyłem Uno do mojego obwodu ATTiny85. Właściwie stworzyłem przepisy, aby zrobić to na dwa różne sposoby:

1. poprzez nagłówek debugowania, który dodałem do tablicy
2. poprzez kilka punktów testowych debugowania, które dodałem do tablicy. Można ich używać, przytrzymując kilka kołków sprężynowych do deski za pomocą wycinanego laserowo uchwytu akrylowego, który utrzymuje je w dokładnej pozycji.

Aby to zrobić:

• Podłącz Arduino Uno do komputera i otwórz Arduino SDK.
• Otwórz wbudowany szkic „Ardunio jako ISP”. Skompiluj i zaktualizuj ten szkic - teraz Uno jest usługodawcą internetowym.
• W Arduino "Boards Manager" - zainstaluj pakiet płytek dla serii ATTiny.
• Zamknij szkic Uno ISP i otwórz szkic dla kodu Butterfly.
• Wybierz "Typ płytki" ATTiny85 - wybierz wewnętrzny oscylator 8 Mhz.
• Dla "Programisty" wybierz "Uno jako ISP"
• Wybierz "Uploads Bootloader" (zrób to tylko PIERWSZY RAZ dla tego układu - nie powinno być potrzeby powtarzania)
• Po wykonaniu tej czynności możesz teraz wykonać "Upload Program with ISP", aby wysłać swój szkic do ATTiny85.

Krok 8: Montaż końcowy

Laserowo wycięto jeszcze dwie sekcje drewna - zarys skrzydeł motyla. Zostały pomalowane matową czarną farbą.

Kawałek akrylu otrzymał „szroniony” wygląd poprzez przeszlifowanie go gruboziarnistym papierem ściernym. Z tego akrylu wycięto poszczególne sekcje powierzchni drewnianej.

Wycięte sekcje akrylowe zostały umieszczone w najwyższym drewnianym kawałku. Mogły być sklejone, ale tolerancje nacięć akrylu i farby na drewnie pozwoliły zachować je bez kleju.

Sekcje te zostały następnie sklejone ze sobą małymi plamkami Tacky Glue - co pozwoliłoby na ich demontaż w razie konieczności naprawy.