Rama-rama Elektrik: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Ini adalah rama-rama pelbagai warna yang sangat hebat yang saya buat - memerlukan bahagian dan pengaturcaraan yang minimum!

Selain dari rama-rama itu sendiri - ia menunjukkan beberapa teknik yang sangat bagus di mana anda boleh membuat PCB anda sendiri pada pemotong rumah siluet dari pita tembaga yang tersedia secara komersial - yang boleh diletakkan di atas semua jenis permukaan!

Jelas - sesuatu seperti ini dapat dibuat dengan mudah melalui papan litar bercetak yang dibuat secara komersial - tetapi jika anda ingin membelanjakan perbelanjaan untuk membuatnya, anda ingin membuat corak LED di atas bahan yang tidak standard (seperti cermin atau tingkap, lebih tepatnya daripada gentian kaca PCB) - atau bahkan sesuatu dengan permukaan melengkung - kaedah ini boleh digunakan untuk melekatkan jejak PCB tembaga dengan murah pada hampir semua jenis permukaan.

Ini mudah dilakukan untuk perkara seperti LED yang mempunyai nada timah yang besar - tetapi semakin sukar apabila anda menggunakan bahagian bernada yang lebih halus dan lebih kecil. Oleh itu, teknik ini boleh digunakan secara selektif - iaitu menggunakan papan luar rak (Arduino) sebagai komputer, dan ukiran tembaga buatan rumah untuk tempat di mana anda mahukan penyesuaian yang melampau dalam meletakkan LED.

Saya menggunakan yang berikut untuk membuat projek ini:

• Pemotong vinil / kertas peribadi Silhouette Cameo - untuk membuat PCB
• Arduino UNO - digunakan sebagai pengaturcara dalam litar
• Pemotong laser untuk bahagian (kayu - akrilik - apa sahaja) (anda boleh menggunakan yang lain jika anda tidak mempunyai laser)

Bahagian sebenar adalah:

• Pemproses ATTiny75 $ 1
• 22 NeoPixels - (LED triwarna terkawal bersiri)
• Pengepala 2x3
• Kerajang Tembaga

Semua perisian dilakukan di Arduino IDE - menggunakan perpustakaan Adafruit NeoPixel, dan perpustakaan ATTiny dari Board Manager.

Terdapat dua cara asas untuk mendekati ini:

Cara Mudah: Saya mempunyai papan saya sendiri (seperti Arduino) yang akan saya gunakan untuk mengawal LED. Saya hanya akan membuat PCB untuk LED - dan menghubungkannya dengan arduino saya.

Cara Lebih Keras (dan lebih murah): Saya akan melakukan 100% sendiri. Saya tidak memerlukan Arduino, dan sebaliknya saya akan menggunakan ATTiny85 $ 1. Ini lebih sukar kerana melakukan semua seni bernada halus pada pemotong vinil jenis Silouette atau CriCut lebih sukar.

Langkah 1: Reka bentuk

LED masing-masing NeoPixels. Ini adalah peranti RGB LED yang hebat, boleh dikawal secara individu, multi-level (terang), sangat terang, yang hanya mempunyai 4 pin: VccGndData InData Out. Oleh itu, idea anda adalah bahawa anda boleh membuat rantai daisy sambil mengawal individu Merah-Hijau-Biru tahap warna masing-masing - semuanya dari satu pin pada CPU anda. Lebih baik lagi, perpustakaan Adafruit NeoPixel untuk Arduino memberikan anda jalan keluar untuk menjalankannya dalam beberapa saat lagi.

Sekiranya anda ingin merancang papan CPU anda pada reka bentuk ini (menggunakan Arduino di luar rak) semua yang anda perlukan adalah jejak asas Neopixel (disarankan agar anda juga menyertakan topi pintas dengan masing-masing). Fail footprint.svg yang dilampirkan pada dasarnya adalah perkara yang anda perlukan untuk memulakan. Ini akan memberi anda garis besar untuk kerajang tembaga untuk NeoPixles dan kapasitor. Anda boleh membukanya dengan betul di Inkscape, menghubungkan semua pin +5v dan semua pin Ground bersama-sama - kemudian rantai semua pin data-in dan data-out bersama-sama.

Pastikan untuk mengubahnya menjadi jalan potong yang betul yang boleh anda gunakan pada pemotong vynal anda seperti yang saya tunjukkan di atas - dan anda sudah selesai. Anda bahkan tidak memerlukan program reka bentuk PCB "nyata" untuk melakukannya.

Tidak semestinya diperlukan untuk NeoPixel, di mana pin cukup besar dan mudah disolder - tetapi lapisan Soldermask yang mudah dapat dipotong dari sehelai pita Kapton. Ini akan kelihatan seperti sekeping pita besar dengan potongan persegi panjang kecil untuk pad solder, yang akan diletakkan di seluruh kawasan tembaga anda.

Langkah 2: Reka Bentuk CPU

Sekiranya anda lebih bercita-cita tinggi, anda boleh membuat etsa untuk CPU itu sendiri tepat di kerajang tembaga anda.

Ini lebih sukar kerana pin yang lebih kecil pada peranti ATTiny85, dan keperluan untuk mendapatkan etil kerajang tembaga yang sangat kecil, tetapi mudah dilakukan.

Ini mungkin paling baik dilakukan dalam program reka bentuk PCB "nyata" (saya menggunakan Eagle).

Saya juga memasukkan penyambung kuasa / debug dalam reka bentuk saya (dan beberapa kapasitor pintasan).

Kami akan membincangkan lebih lanjut mengenai kesukaran memotong tembaga dalam geometri sekecil ini.

Langkah 3: Membuat Lapisan

Langkah 4: Litar Pemasangan

Jejak tembaga boleh diletakkan pada reka bentuk anda.

Dalam kes saya - Saya menggunakan sekeping kayu yang dipotong laser (garis besar fail SVG yang dilampirkan).

Saya menggunakan pita pemindahan tanda untuk mengeluarkan kerajang tembaga dari punggungnya dan meletakkannya di atas kayu. Sekiranya anda memilih untuk melakukan lapisan soldermask Kapton - ia sekarang akan dipindahkan ke kayu di atas tembaga.

Memateri pada kerajang tembaga agak sukar, kerana tidak seperti papan litar biasa, tembaga hanya melekat pada substrat (kayu) oleh pelekatnya, yang tidak melekat sekuat tembaga dari papan litar biasa. Oleh itu, jika anda tidak berhati-hati (terutamanya di bawah panas besi pematerian) - koper boleh meluncur atau beralih. Menggunakan soldermask Kapton akan membantu menahan tembaga sedikit, dan menjadikannya lebih mudah.

Satu lagi perkara besar yang perlu diperhatikan ialah NeoPixels dilaporkan agak tidak toleran terhadap panas yang berlebihan. Oleh itu, semasa pematerian, gunakan banyak solder flux (saya menggunakan pen fluks yang tidak bersih), sapukan sebahagian besar haba dan solder pada jejak tembaga, dan keluarkan haba dengan cepat sebaik sahaja solder mengalir ke pin NeoPixel. (Soldermask juga akan membantu mengurangkan jumlah solder yang diperlukan, kerana ia tidak akan mengalir ke kawasan tertutup jejak).

Saya merasa paling senang menggunakan titik kecil "Tacky Glue" untuk merekatkan NeoPixels ke tempatnya sebelum disolder. Ini menahan bahagiannya, menjadikan pematerian lebih cepat dan dengan itu memerlukan lebih sedikit panas. Tacky Glue juga mengetuk dengan cepat, sehingga bahagian-bahagian tidak meluncur, segera setelah diletakkan. Ia mati (dalam jumlah kecil) kerana konsistensi bergetah, yang membolehkan bahagian-bahagiannya dikeluarkan jika diperlukan jenis penggantian atau pengerjaan semula.

Langkah 5: Menambah CPU

Sekiranya anda ingin membuat etsa sendiri untuk CPU (dan penyambung debug) ini sedikit lebih sukar daripada melakukan LED. Sebabnya ialah bahawa geometri yang terlibat lebih kecil dan halus, memerlukan potongan yang lebih tepat dari pemotong vinil anda.

Saya mendapati bahawa semasa memotong pita kerajang tembaga, kertas lilin yang dilekatkan pada pita memberikan lekatan yang agak sedikit. Ini bermaksud bahawa apabila geometri yang lebih kecil dicuba, mereka cenderung meluncur di bahagian belakangnya.

Walaupun saya bermain-main dengan banyak tetapan potongan, penyelesaian terbaik yang saya dapati adalah menggunakan media dengan lekatan yang lebih kuat. Vinyl berfungsi dengan baik, tetapi tidak mudah berfungsi dengan baik dengan pita pemindahan tanda untuk membolehkan tembaga dikeluarkan dari vinil (dan diletakkan di atas kayu). Anda boleh meninggalkan litar pada vinil, tetapi cenderung mencair ketika disolder - jadi tidak mustahil, tetapi lebih sukar dipasang. (Saya telah menggunakan vinil sebagai substrat dalam beberapa reka bentuk yang berbeza).

(Pelindung lembaran yang jelas atau pelindung lembaran juga berfungsi - dan sedikit lebih baik kerana lebih tebal. Ini boleh digunakan untuk reka bentuk apabila anda mahukan litar berdiri bebas dan tidak menginginkan substrat yang disokong pelekat) - tetapi sekali lagi, ia meleleh kecuali disolder sangat berhati-hati.

Penyelesaian terbaik yang saya dapati adalah menggunakan pita Kapton sebagai substrat. Pita Kapton tahan panas pada pematerian, bertindak sebagai soldermask, dan disokong pelekat. Satu-satunya kelemahan adalah bahawa ia biasanya sangat tipis. Begitu banyak, sehingga saya sukar bekerja dengannya kecuali saya menggandakannya, menjadikannya dua kali lebih tebal dan kuat.

Dengan kekuatan perekat tembaga yang lebih besar di atas Kapton, perincian yang lebih halus seperti petunjuk CPU dapat dipotong. Setelah selesai, saya melekatkan Kapton ke bahagian belakang punggung rama-rama kayu.

Langkah 6: Perisian

Perisian dibuat sebagai lakaran Arduino, menggunakan perpustakaan Adafruit NeoPixel.

Walaupun kelihatan sepele, banyak pemikiran memasuki corak rama-rama. Kod ditulis untuk bergantian antara dua mod setiap beberapa saat:

MODE ONE - Lap warna - mencuci dari pelbagai warna yang berbeza, warna yang cepat berubah. Dalam memilih "warna" - Saya menggunakan algoritma untuk menghapus antara nilai "warna" - setiap nilai dihantar melalui fungsi penukaran HSB-ke-RGB (di mana ketepuan dan kecerahan selalu maksimum) - untuk mencapai kecerahan warna yang maksimum.

MODE DUA - Dikendalikan oleh:

• 6 atau 8 kumpulan "corak" kumpulan segmen yang telah ditentukan telah dibuat. Kod akan memilih salah satu daripadanya secara rawak

• Setiap corak diperlukan mengisi segmen yang telah ditentukan dalam salah satu daripada 2, 3 atau 4 warna yang berbeza. Setiap warna dipilih secara rawak dengan salah satu daripada dua kaedah berikut:

  • Dipilih dari salah satu daripada 6 warna tahap maksimum (merah, hijau, biru, kuning, dll).
  • Dipilih dari HUE rawak - (menggunakan penjana rona yang sama dalam Mode Satu)
• Corak warna yang dihasilkan dijalankan melalui fungsi pudar, yang memberikan pudar halus dari satu corak ke corak yang lain - dan menahannya selama beberapa saat sebelum meneruskan ke yang berikutnya.

Kedua-dua mod akan bergantian setiap 10 atau 15 saat.

Langkah 7: Pengaturcaraan

Jadi sekarang kami mempunyai ATTiny85 baru di PCB kami, dan kami perlu memprogramnya. Oleh kerana saya menggunakan Arduino SDK untuk ini, kami perlu meletakkan program ("sketsa") dan bootloader Arduino ke peranti.

Saya menggunakan Arduino Uno sendiri sebagai Pengaturcara Dalam Sistem.

Gambar rajah yang dilampirkan menunjukkan bagaimana saya memasang Uno ke litar ATTiny85 saya. Saya sebenarnya membuat peruntukan untuk melakukan ini dengan dua cara yang berbeza:

1. melalui tajuk debug yang saya tambahkan ke papan
2. melalui sekumpulan poin ujian debug yang saya tambahkan ke papan. Ini dapat digunakan dengan memegang sekelompok pin spring ke papan melalui pemegang akrilik potong laser, yang menahannya pada kedudukan yang tepat.

Untuk membuat ini:

• Pasang Arduino Uno ke komputer anda, dan buka Arduino SDK.
• Buka lakaran "Ardunio as ISP" bawaan. Susun dan kemas kini lakaran ini - sekarang Uno adalah ISP.
• Dalam "Pengurus Papan" Arduino - pasang pakej papan untuk siri ATTiny.
• Tutup lakaran Uno ISP, dan buka lakaran anda untuk kod Butterfly.
• Pilih "Jenis Papan" adalah ATTiny85 - pilih 8Mhz Internal Oscillator.
• Untuk "Programmer" pilih "Uno as ISP"
• Pilih "Muat Naik Bootloader" (lakukan ini hanya MASA PERTAMA untuk cip ini - semestinya tidak perlu diulang)
• Setelah ini selesai - anda kini boleh melakukan "Upload Program with ISP" untuk menghantar lakaran anda ke ATTiny85.

Langkah 8: Perhimpunan Akhir

Dua lagi bahagian kayu dipotong laser - garis besar sayap rama-rama. Mereka dicat dengan cat hitam matte.

Sekeping akrilik diberi penampilan "buram" dengan mengamplasnya dengan kertas pasir kasar. Bahagian-bahagian individu dari kawasan kayu dipotong dari akrilik ini.

Bahagian akrilik yang dipotong diletakkan di bahagian kayu paling atas. Mereka mungkin dilekatkan, tetapi toleransi pada pemotongan akrilik dan cat pada kayu memungkinkannya ditahan tanpa gam.

Bahagian-bahagian ini kemudian dilekatkan bersama-sama dengan bintik-bintik kecil Tacky Glue - yang akan memungkinkan mereka dibongkar jika pembaikan diperlukan.