Fluture electric: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Acesta este un fluture multicolor foarte cool pe care l-am făcut - necesită piese și programare minime!

În afară de fluture în sine - arată câteva tehnici foarte interesante în care vă puteți crea propriile PCB-uri pe un tăietor de acasă siluetă din bandă de cupru disponibilă în mod regulat în comerț - care poate fi plasată pe orice tip de suprafață!

Evident - ceva de genul acesta ar putea fi creat cu ușurință prin intermediul unei plăci cu circuite imprimate din comerț - dar dacă doriți să economisiți cheltuielile cu realizarea unuia, doriți să creați modele LED pe un material nestandard (cum ar fi o oglindă sau o fereastră, mai degrabă decât un PCB din fibră de sticlă) - sau chiar ceva cu o suprafață curbată - această metodă poate fi utilizată pentru a adera ieftin urmele PCB de cupru pe aproape orice tip de suprafață.

Acest lucru se face cu ușurință pentru lucruri precum LED-urile care au pasuri mari de plumb - dar devine mai greu pe măsură ce utilizați părți mai fine și mai mici. Deci, această tehnică poate fi utilizată selectiv - adică utilizați o placă de tip raft (Arduino) ca computer și gravurile de cupru tăiate acasă pentru locurile în care doriți o personalizare extremă în plasarea LED-urilor.

Am folosit următoarele pentru a crea acest proiect:

• Un tăietor personal de vinil / hârtie Silhouette Cameo - pentru crearea PCB
• Arduino UNO - folosit ca programator în circuit
• Cutter laser pentru piese (lemn - acrilic - orice) (puteți folosi altceva dacă nu aveți laser)

Părțile reale sunt:

• Un procesor ATTiny75 de 1 USD
• 22 NeoPixeli - (LED-uri tri-color controlate serial)
• Antet 2x3
• Folie de cupru

Toate software-urile au fost realizate în Arduino IDE - folosind bibliotecile Adafruit NeoPixel și librarile ATTiny de la Board Manager.

Există două modalități fundamentale de a aborda acest lucru:

Easy Way: Am propria mea placă (ca un Arduino) pe care o voi folosi pentru a controla LED-urile. Voi crea doar un PCB pentru LED-uri - și îl voi conecta la arduino.

Mod mai greu (și mai ieftin): voi face totul 100% eu însumi. Nu am nevoie de un Arduino și, în schimb, voi folosi un ATTiny85 de 1 USD. Acest lucru este mai greu, deoarece este mai greu să faci toată arta cu un ton fin pe un tăietor de vinil de tip Silouette sau CriCut.

Pasul 1: Proiectare

LED-urile sunt fiecare NeoPixels. Acestea sunt dispozitive LED RGB minunate, controlabile individual, cu mai multe niveluri (luminează), foarte luminoase, care au doar 4 pini: VccGndData InData Out. Deci, ideea este că le puteți încerca în lanț în timp ce controlați roșu-verde-albastru individual. nivelurile de culoare ale fiecăruia - toate de la un singur pin de pe CPU. Și mai bine, biblioteca Adafruit NeoPixel pentru Arduino vă oferă o modalitate ușoară de a rula cu acestea în câteva secunde.

Dacă renunțați la proiectarea plăcii CPU pe acest design (folosind un Arduino disponibil la raft), tot ce aveți nevoie este o amprentă de bază a Neopixelului (este recomandat să includeți și un capac de bypass cu fiecare). Fișierul footprint.svg inclus este practic ceea ce aveți nevoie pentru a începe. Acest lucru vă va oferi schițele pentru folia de cupru pentru NeoPixles și condensatoare. Puteți deschide acest lucru direct în Inkscape, puteți conecta toți pinii de + 5v și toți pinii la sol - apoi înlănțuiți toți pinii de intrare și ieșire de date împreună.

Asigurați-vă că transformați acest lucru în căi de tăiere adecvate pe care le puteți utiliza pe tăietorul dvs. vynal, așa cum am arătat mai sus - și ați terminat. Nici nu aveți nevoie de un program de proiectare PCB „real” pentru ao face.

Nu este cu adevărat necesar pentru un NeoPixel, unde pinii sunt destul de mari și ușor de lipit - dar un strat ușor Soldermask poate fi decupat dintr-o bucată de bandă Kapton. Aceasta va arăta ca o bucată mare de bandă cu niște dreptunghiuri mici decupate pentru tampoane de lipit, care trebuie așezate pe întreaga zonă de cupru.

Pasul 2: Proiectare CPU

Dacă sunteți mai ambițios, puteți crea gravurile pentru procesorul propriu-zis chiar în folia de cupru.

Acest lucru este mai dificil din cauza pinilor mai mici de pe dispozitivul ATTiny85 și a nevoii de a obține gravuri foarte mici din folie de cupru, dar este ușor de realizat.

Acest lucru este cel mai bine făcut într-un program de proiectare PCB „real” (am folosit Eagle).

De asemenea, am inclus un conector de alimentare / depanare în proiectarea mea (și câteva condensatoare de bypass).

Vom vorbi mai multe despre dificultatea de a tăia cuprul în geometrii atât de mici.

Pasul 3: Realizarea straturilor

Pasul 4: Asamblarea circuitului

Urmele de cupru pot fi plasate pe proiectul dvs.

În cazul meu - am folosit o bucată de lemn tăiată cu laser (conturul fișierului SVG atașat).

Am folosit bandă de transfer de semne pentru a îndepărta folia de cupru de pe suportul său și pentru a o așeza pe lemn. Dacă ați alege să faceți un strat Kapton soldermask - acum ar fi transferat pe lemn deasupra cuprului.

Lipirea pe folie de cupru este puțin dificilă, deoarece, spre deosebire de o placă de circuit normală, cuprul se lipeste doar de substrat (lemn) prin adeziv, care nu se lipeste la fel de tare ca și cuprul unei plăci de circuite normale. Astfel, dacă nu sunteți atenți (mai ales sub căldura unui fier de lipit), coasa poate aluneca sau deplasa. Folosirea unei mastermas Kapton va ajuta la menținerea cuprului un pic în loc și va ușura acest lucru.

Un alt lucru important care trebuie luat în considerare este faptul că NeoPixels au fost raportate a fi oarecum intolerante la căldura în exces. Deci, atunci când lipiți, utilizați un flux de lipit din abundență (eu folosesc un stilou de curățare fără curățare), aplicați cea mai mare parte a căldurii și lipirii pe urma de cupru și îndepărtați rapid căldura odată ce lipirea curge pe știftul NeoPixel. (Soldermask va ajuta, de asemenea, la reducerea cantității de lipit necesare, deoarece nu va curge pe zona acoperită a urmelor).

Mi s-a părut cel mai ușor să folosesc un punct mic de „Tacky Glue” pentru a lipi NeoPixels în loc înainte de lipire. Acest lucru a menținut piesele în poziție, făcând lipirea mai rapidă și necesitând astfel mai puțină căldură. Tacky Glue, de asemenea, se prinde rapid, permițând pieselor să nu alunece, imediat după ce au fost așezate. Se moare (în cantități mici) pentru a obține o consistență gumă, care permite îndepărtarea pieselor dacă este nevoie de orice fel de înlocuire sau prelucrare.

Pasul 5: Adăugarea procesorului

Dacă doriți să vă creați propriile gravuri pentru CPU (și conectorul de depanare), acest lucru este puțin mai dificil decât să faceți LED-urile. Motivul este că geometriile implicate sunt mai mici și mai fine, necesitând tăieturi mai precise de la tăietorul de vinil.

Am constatat că atunci când tăiați banda de folie de cupru, hârtia cerată de care banda este lipită oferă o aderență relativ mică. Aceasta înseamnă că, atunci când se încearcă geometrii mai mici, acestea tind să alunece pe fundal.

Deși am jucat cu o multitudine de setări de tăiere, cea mai bună soluție pe care am găsit-o a fost să folosesc un substrat cu o aderență mai puternică. Vinilul funcționează bine, dar nu funcționează ușor cu banda de transfer a semnelor pentru a permite îndepărtarea cuprului din vinil (și plasarea pe lemn). Puteți lăsa circuitul pe vinil, dar tinde să se topească atunci când este lipit - deci nu este imposibil, dar mai dificil de asamblat. (Am folosit vinilul ca substrat în câteva modele diferite).

(Protectoarele transparente pentru folii transparente sau folii funcționează, de asemenea, și sunt puțin mai bune prin faptul că sunt mai groase. Acestea pot fi utilizate pentru proiecte atunci când doriți circuite independente și nu doriți un suport cu adeziv) - dar, din nou, se topesc dacă nu sunt lipite foarte atent.

Cea mai bună soluție pe care am găsit-o a fost să folosesc banda Kapton ca substrat. Banda Kapton ține extrem de bine căldura de lipit, acționează ca o mască de lipit și este adezivă. Singurul dezavantaj este că este de obicei foarte subțire. Atât de mult, încât mi-a fost greu să lucrez cu el, cu excepția cazului în care l-am dublat, pentru a-l face de două ori mai gros și mai puternic.

Cu rezistența adezivă mai mare a cuprului peste Kapton, pot fi tăiate detalii mai fine, cum ar fi cablurile CPU. Odată terminat, am lipit Kapton de partea din spate a suportului fluture din lemn.

Pasul 6: Software

Software-ul a fost realizat ca o schiță Arduino, utilizând biblioteca Adafruit NeoPixel.

Deși poate părea banal, o mulțime de gânduri au intrat în modelele de pe fluture. Codul a fost scris pentru a alterna două moduri la fiecare câteva secunde:

MODUL UNU - Ștergerea culorii - spălare de la diferite culori la culori, schimbând rapid culorile. În selectarea unei „culori” - am folosit un algoritm pentru a șterge între „valori” de culoare - fiecare valoare fiind trimisă printr-o funcție de conversie HSB-la-RGB (unde saturația și luminozitatea au fost întotdeauna maxime) - pentru a atinge strălucirea maximă a culorilor.

MODUL DOUA - Operat de:

• Au fost create 6 sau 8 diferite „tipare” de grup de segmente predeterminate. Codul ar alege una dintre acestea la întâmplare

• Fiecare model a necesitat umplerea segmentelor predeterminate într-una din 2, 3 sau 4 culori diferite. Fiecare culoare a fost aleasă la întâmplare prin una dintre aceste două metode:

  • Alegut dintr-una dintre cele 6 culori de nivel maxim (roșu, verde, albastru, galben etc.).
  • Alegerea dintr-o nuanță aleatorie - (folosind același generator de nuanțe în modul unu)
• Modelul de culoare rezultat a fost rulat printr-o funcție de estompare, care a oferit o estompare lină de la un model la următorul - și l-a ținut acolo timp de câteva secunde înainte de a continua la următorul.

Cele două moduri ar alterna la fiecare 10 sau 15 secunde.

Pasul 7: Programare

Deci, acum avem un nou ATTiny85 pe PCB-ul nostru și trebuie să-l programăm. Deoarece am folosit SDK Arduino pentru aceasta, trebuie să plasăm atât dispozitivul („schița”), cât și bootloader-ul Arduino pe dispozitiv.

Am folosit un Arduino Uno însuși ca programator în sistem.

Diagrama atașată arată cum am atașat Uno la circuitul meu ATTiny85. De fapt, am făcut dispoziții pentru a face acest lucru din două moduri diferite:

1. printr-un antet de depanare pe care l-am adăugat la bord
2. printr-o grămadă de puncte de testare pentru depanare pe care le-am adăugat la tablă. Acestea pot fi folosite ținând o grămadă de știfturi de arc pe tablă printr-un suport acrilic tăiat cu laser, care le ține în poziția exactă.

Pentru a face acest lucru:

• Atașați Arduino Uno la computer și deschideți Arduino SDK.
• Deschideți schița încorporată „Ardunio ca ISP”. Compilați și actualizați această schiță - acum Uno este un ISP.
• În Arduino „Boards Manager” - instalați pachetul de bord pentru seria ATTiny.
• Închideți schița Uno ISP și deschideți schița pentru codul Butterfly.
• Selectați „Tip placă” este ATTiny85 - selectați 8Mhz Oscilator intern.
• Pentru „Programator” selectați „Uno ca ISP”
• Selectați „Încarcă încărcătorul de încărcare” (faceți acest lucru numai PRIMA DATĂ pentru acest cip - ar trebui să nu fie necesar să repetați)
• După ce ați terminat acest lucru - puteți face acum „Încărcați programul cu ISP” pentru a trimite schița dvs. la ATTiny85.

Pasul 8: Adunarea finală

Alte două secțiuni de lemn au fost tăiate cu laser - un contur al aripilor de fluture. Au fost vopsite cu o vopsea neagră mată.

O bucată de acril a primit un aspect „mat” prin șlefuirea cu hârtie de șlefuit cu grosiere. Secțiunile individuale ale zonei de lemn au fost decupate din acest acril.

Secțiunile acrilice tăiate au fost plasate în cea mai de sus piesă de lemn. Ar fi putut fi lipite, dar toleranțele tăieturilor acrilice și vopseaua de pe lemn le-au permis să fie reținute fără lipici.

Aceste secțiuni au fost apoi lipite împreună cu mici pete de Tacky Glue - ceea ce le-ar fi permis să fie demontate dacă ar fi necesare reparații.