Электрическая бабочка: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Это очень крутая разноцветная бабочка, которую я сделал - требует минимум деталей и программирования!

Помимо самой бабочки - здесь показаны некоторые очень крутые методы, с помощью которых вы можете сделать свои собственные печатные платы на силуэтном домашнем резаке из регулярно доступной медной ленты, которую можно наклеить на любой тип поверхности!

Очевидно - что-то подобное можно было бы легко создать с помощью коммерческой печатной платы, но если вы хотите сэкономить на ее изготовлении, вы хотите создать светодиодные узоры на нестандартном материале (например, на зеркале или окне, вернее. чем печатная плата из стекловолокна) - или даже что-то с изогнутой поверхностью - этот метод можно использовать для дешевого приклеивания медных дорожек печатной платы практически к любой поверхности.

Это легко сделать для таких вещей, как светодиоды с большим шагом вывода, но становится сложнее, когда вы используете более мелкие детали с меньшим шагом. Таким образом, этот метод можно использовать выборочно - то есть использовать стандартную плату (Arduino) в качестве компьютера и самодельные медные травления для мест, где вы хотите максимально настроить размещение светодиодов.

Для создания этого проекта я использовал следующее:

• Персональный резак для винила и бумаги Silhouette Cameo - для создания печатных плат
• Arduino UNO - используется как внутрисхемный программатор
• Лазерный резак для деталей (дерево - акрил - что угодно) (можно использовать что-то другое, если у вас нет лазера)

Фактические части:

• Процессор ATTiny75 за 1 доллар
• 22 NeoPixels - (последовательно управляемые, трехцветные светодиоды)
• Заголовок 2x3
• Медная фольга

Все программное обеспечение было выполнено в Arduino IDE - с использованием библиотек Adafruit NeoPixel и библиотек ATTiny от Board Manager.

Есть два основных подхода к этому:

Простой способ: у меня есть собственная плата (например, Arduino), которую я собираюсь использовать для управления светодиодами. Я собираюсь только создать печатную плату для светодиодов - и подключить ее к своему Arduino.

Более сложный (и дешевый) способ: я собираюсь сделать все на 100% сам. Мне не нужна Arduino, и я собираюсь использовать ATTiny85 за 1 доллар. Это сложнее, потому что сложнее выполнять все тонкие работы на резаке для винила Silouette или CriCut.

Шаг 1. Дизайн

Каждый из светодиодов - это NeoPixels. Это потрясающие, индивидуально управляемые, многоуровневые (увеличивает яркость), очень яркие светодиодные устройства с RGB-подсветкой, которые имеют всего 4 контакта: VccGndData InData Out. Идея состоит в том, что вы можете последовательно соединять их, управляя индивидуальным красно-зеленым-синим уровни цвета каждого - все с одного контакта на вашем процессоре. Более того, библиотека Adafruit NeoPixel для Arduino дает вам готовый способ начать работу с ними за секунды.

Если вы отказываетесь от проектирования платы ЦП на этом дизайне (с использованием готовой Arduino), все, что вам нужно, - это базовая площадь Neopixel (рекомендуется также включать байпасный колпачок с каждым из них). Прилагаемый файл footprint.svg - это в основном то, что вам нужно для начала работы. Это даст вам очертания медной фольги для NeoPixles и конденсаторов. Вы можете открыть это прямо в Inkscape, соединить все контакты + 5V и все контакты заземления вместе, а затем связать все контакты ввода и вывода данных вместе.

Обязательно превратите это в правильные траектории, которые вы можете использовать на своем резаке для винила, как я показал выше, - и все готово. Для этого вам даже не понадобится «настоящая» программа для проектирования печатных плат.

На самом деле это не обязательно для NeoPixel, где контакты довольно большие и их легко припаять, но простой слой паяльной маски можно вырезать из куска каптоновой ленты. Это будет выглядеть как большой кусок ленты с небольшими прямоугольниками, вырезанными для контактных площадок, которые нужно поместить на всю медную поверхность.

Шаг 2: проектирование процессора

Если вы более амбициозны, вы можете нанести травления для самого процессора прямо на медную фольгу.

Это сложнее из-за меньшего размера контактов на устройстве ATTiny85 и необходимости получить очень маленькие протравы на медной фольге, но это легко сделать.

Это, вероятно, лучше всего сделать в «настоящей» программе проектирования печатных плат (я использовал Eagle).

Я также включил в свой дизайн разъем питания / отладки (и пару байпасных конденсаторов).

Мы поговорим подробнее о том, как трудно резать медь с такой маленькой геометрией.

Шаг 3: Создание слоев

Шаг 4: Сборка схемы

На ваш дизайн можно нанести медные следы.

В моем случае - я использовал вырезанный лазером кусок дерева (контур прилагаемого файла SVG).

Я использовал ленту для переноса знаков, чтобы удалить медную фольгу с подложки и поместить ее на дерево. Если вы решили нанести слой паяльной маски из каптона - теперь он будет перенесен на дерево над медью.

Паять на медную фольгу немного сложно, потому что, в отличие от обычной печатной платы, медь прилипает к подложке (дереву) только своим клеем, который не прилипает так сильно, как медь обычной печатной платы. Таким образом, если вы не будете осторожны (особенно под действием тепла паяльника) - медь может скользить или сдвигаться. Использование каптоновой паяльной маски поможет немного удержать медь на месте и упростит задачу.

Еще одна важная вещь, на которую следует обратить внимание, - это то, что NeoPixels, как сообщается, несколько не переносит излишнего тепла. Поэтому при пайке используйте много флюса (я использую флюсовую ручку без очистки), прикладывайте большую часть тепла и припоя к медному следу и быстро удаляйте тепло, когда припой стекает на вывод NeoPixel. (Паяльная маска также поможет уменьшить количество необходимого припоя, так как он не будет стекать по покрытой области следа).

Я обнаружил, что проще всего использовать небольшую точку «липкого клея», чтобы приклеить NeoPixels на место перед пайкой. Это удерживало детали на месте, делая пайку быстрее и, следовательно, требуя меньше тепла. Tacky Glue также быстро склеивает, позволяя деталям не скользить сразу после установки. Он умирает (в небольших количествах) и приобретает липкую консистенцию, что позволяет снимать детали, если требуется какая-либо замена или доработка.

Шаг 5: Добавление ЦП

Если вы хотите сделать свои собственные травления для процессора (и разъема отладки), это немного сложнее, чем делать светодиоды. Причина в том, что геометрия меньше и тоньше, что требует более точных разрезов от вашего винилового резака.

Я обнаружил, что при резке ленты из медной фольги восковая бумага, к которой приклеивается лента, обеспечивает относительно низкую адгезию. Это означает, что при попытке уменьшить геометрию они имеют тенденцию скользить по подложке.

Хотя я экспериментировал с множеством настроек резки, лучшим решением, которое я нашел, было использование подложки с более сильной адгезией. Винил работает хорошо, но его нелегко использовать с лентой для переноса знаков, позволяющей удалить медь с винила (и положить ее на дерево). Вы можете оставить схему на виниле, но она имеет тенденцию плавиться при пайке - так что это не невозможно, но собрать сложнее. (Я использовал винил в качестве подложки в нескольких разных дизайнах).

(Прозрачная прозрачная пленка или листовые протекторы также работают - и они немного лучше, потому что они толще. Их можно использовать для конструкций, когда вам нужны отдельно стоящие схемы и не нужна клейкая подложка) - но опять же, они плавятся, если не припаяны очень осторожно.

Лучшее решение, которое я нашел, - использовать каптоновую ленту в качестве подложки. Каптоновая лента очень хорошо выдерживает высокую температуру пайки, действует как паяльная маска и имеет клейкую основу. Единственным недостатком является то, что он обычно очень тонкий. Настолько, что мне было трудно работать с ним, если я не сложил его вдвое, чтобы сделать его вдвое толще и прочнее.

Благодаря большей прочности сцепления меди с каптоном, можно разрезать более мелкие детали, такие как выводы процессора. После этого я приклеил каптон к задней стороне деревянной основы в виде бабочки.

Шаг 6: программное обеспечение

Программное обеспечение было выполнено в виде скетча Arduino с использованием библиотеки Adafruit NeoPixel.

Хотя это может показаться тривиальным, много мыслей было вложено в узоры на бабочке. Код был написан для переключения между двумя режимами каждые несколько секунд:

РЕЖИМ ПЕРВЫЙ - Цветное протирание - стирание разных цветов, быстро меняющиеся цвета. При выборе «цвета» - я использовал алгоритм для удаления между «значениями» цвета - каждое значение отправлялось через функцию преобразования HSB-to-RGB (где насыщенность и яркость всегда были максимальными) - для достижения максимальной яркости цветов.

РЕЖИМ ВТОРОЙ - Управляется:

• Были созданы 6 или 8 различных заранее определенных «шаблонов» групп сегментов. Код выберет один из них наугад

• Каждый узор требовал заполнения заранее определенных сегментов одним из 2, 3 или 4 разных цветов. Каждый цвет был выбран случайным образом одним из этих двух методов:

  • Выбирается из 6 цветов максимального уровня (красный, зеленый, синий, желтый и т. Д.).
  • Выбирается из случайного оттенка (с использованием того же генератора оттенков в первом режиме)
• Полученный цветовой узор был обработан функцией затухания, которая обеспечивала плавное переход от одного рисунка к другому - и удерживалась там пару секунд, прежде чем переходить к следующему.

Два режима будут меняться каждые 10 или 15 секунд.

Шаг 7: Программирование

Итак, теперь у нас есть новый ATTiny85 на нашей печатной плате, и нам нужно его запрограммировать. Поскольку я использовал для этого Arduino SDK, нам нужно разместить на устройстве как программу («эскиз»), так и загрузчик Arduino.

Я использовал сам Arduino Uno в качестве внутрисистемного программиста.

На прилагаемой диаграмме показано, как я подключил Uno к моей схеме ATTiny85. На самом деле я сделал это одним из двух способов:

1. через заголовок отладки, который я добавил на доску
2. через кучу отладочных тестовых точек, которые я добавил на плату. Их можно использовать, удерживая к доске связку пружинных штифтов с помощью вырезанного лазером акрилового держателя, который удерживает их в точном положении.

Сделать это:

• Подключите Arduino Uno к своему компьютеру и откройте Arduino SDK.
• Откройте встроенный скетч "Ardunio as an ISP". Скомпилируйте и обновите этот скетч - теперь Uno является ISP.
• В Arduino "Boards Manager" установите пакет плат для серии ATTiny.
• Закройте скетч Uno ISP и откройте скетч для кода бабочки.
• Выберите «Тип платы» - ATTiny85 - выберите 8Mhz Internal Oscillator.
• Для "Программиста" выберите "Uno as an ISP".
• Выберите «Загрузить загрузчик» (сделайте это только ПЕРВЫЙ РАЗ для этого чипа - повторять не нужно)
• После этого вы можете выполнить «Загрузить программу через ISP», чтобы отправить свой скетч на ATTiny85.

Шаг 8: Окончательная сборка

Лазером были вырезаны еще два куска дерева - контур крыльев бабочки. Они были окрашены матовой черной краской.

Куску акрила придали "матовый" вид путем шлифовки его крупнозернистой наждачной бумагой. Из этого акрила были вырезаны отдельные участки деревянной поверхности.

Нарезанные акриловые секции помещали в самую верхнюю деревянную деталь. Их можно было приклеить, но допуски акриловых вырезов и краски на дереве позволили сохранить их без клея.

Затем эти секции были склеены вместе с небольшими пятнами липкого клея, что позволило бы их разобрать, если потребуется ремонт.