Светодиодный ошейник с шипами: 11 шагов (с изображениями)

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

Вы когда-нибудь думали, что «ошейники с шипами такие простые и скучные»? Да, я тоже. Вот почему я решил немного приукрасить обстановку, создав светящийся анимированный воротник с шипами, идеально подходящий для использования в Burning Man, на свадьбах или по вторникам.

Его можно дополнительно подключить к датчику движения, чтобы движения пользователя влияли на свет. Почему бы и нет?

Список деталей

Печатные платы на OSHPARK (файлы Gerber на более позднем этапе)

• 1 x светодиодная печатная плата с драйвером колье
• Печатная плата 23 x LED choker section

Digi-Key

• 1 микроконтроллер ATtiny85 (ATTINY85-20SU-ND)
• 1 x 2-контактный штекерный разъем JST (455-1704-ND)
• 2 x 1x5 0,100 дюйма с внутренней резьбой (S6103-ND)
• 24 x 1206 конденсатор 0,1 мкФ (1276-1165-1-ND)
• 4 x 1206 резистор 1 кОм (RHM1.00KCJCT-ND)
• 1 x 1206 резистор 470 Ом (P470FCT-ND)
• 1 x 1206 синий светодиод (732-4989-1-ND)

Адафрут

• 69 x WS2812B 5050 RGB-светодиод
• 1 литий-ионная аккумуляторная батарея 3,7 В (5-часовая зарядка или 12-часовая зарядка)
• Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов - 1 шт.
• Удлинительный кабель аккумулятора JST-PH - 1 шт.

Амазонка

• 1 х кожаный ремешок для гитары
• 1 рулон липкой медной ленты шириной 7/32 дюйма
• 1 тюбик Loctite Threadlocker Blue 242
• 1 упаковка кожаных кнопок
• 1 плата Arduino UNO

ebay

• 95 x шипы для воротника (диаметр 7 мм с винтами M3 8 мм, от этого продавца)
• (опционально) 1 плата акселерометра "CJMCU" ADXL345 (от этого продавца)

Другой

• Клейкая виниловая пленка (минимальный размер 12,67 x 2 дюйма)

Список инструментов

• Плоская отвертка
• Кожаный дырокол
• Инструмент для установки кожаных защелок (входит в набор кожаных защелок в списке деталей)
• Ножницы или ножницы для резки тонкой кожи (или лазерный резак)
• Паяльник с острым наконечником
• Припой
• Arduino Uno и соединительный провод (для программирования платы драйвера чокера)
• Остроконечный пинцет
• Универсальный нож X-acto
• Изоляционная лента
• Вощеная бумага
• Зубочистка

Шаг 1: Сборка печатной платы контроллера

Я создал два типа печатных плат в уже вышедшей на пенсию программе Autodesk Circuits. Первый - это плата водителя колье. Вам понадобится одна из них, чтобы управлять всеми остальными платами. На нем установлен микроконтроллер ATtiny85 (совместимый с Arduino), который управляет светодиодами на колье и считывает движение с (дополнительной) платы акселерометра.

Чтобы все было маленьким, я решил использовать в этом проекте детали для поверхностного монтажа. Их может быть сложно паять, поэтому, если у вас нет опыта, я бы порекомендовал поискать руководство по пайке SMT или посмотреть видео по этой теме на YouTube.

Сначала припаяйте к плате резисторы (R1, R2, R3, R4, R5) и конденсатор (C1). Ориентация не имеет значения, и это дает практику пайки компонентов для поверхностного монтажа. Обязательно используйте резисторы 1 кОм для R1, R2, R3 и R4. Используйте резистор 470 Ом для R5. Для C1 используйте конденсатор емкостью 0,1 мкФ.

Паяльные жала

Я не буду вдаваться в подробности того, как это сделать, но вот несколько советов. Моя техника заключается в том, чтобы добавить небольшое количество припоя к одной из площадок, удалить паяльник и дать припою остыть. Пинцетом аккуратно поместите деталь в нужное место так, чтобы одна сторона опиралась на припой, который вы только что добавили. Слегка надавите на верхнюю часть детали острием пинцета и повторно нагрейте припой утюгом. Компонент упадет в жидкий припой. Снимите утюг и подождите пару секунд, пока припой остынет. Теперь компонент должен прочно удерживаться на своем месте. Если это не так, снова нагрейте припой, аккуратно поместите компонент в нужное место и удалите утюг, чтобы припой затвердел. На этом этапе припаивать другую сторону компонента относительно легко, поскольку она уже удерживается на месте.

Далее переходим к светодиоду (D1) и 8-контактному ATtiny85 (U1). Ориентация имеет значение для обоих, так что будьте осторожны. (Примечание: единственное назначение светодиода - это индикатор, сообщающий нам, что программа на ATtiny85 работает правильно. Если вы предпочитаете не иметь этот индикатор, вы можете пропустить установку D1 и R5.) Катод (зеленая сторона на светодиоде, который я использовал) должен быть ближайшим к R5. Обязательно поместите контакт 1 ATTiny85 (U1) в сторону разъема питания (U2). Этот штифт отмечен на доске точкой.

Наконец, припаяйте компоненты со сквозными отверстиями, включая два 2-контактных разъема аккумулятора JST и два разъема 1x5 для акселерометра (которые также используются в качестве разъемов для программирования).

Монтажные отверстия

Три больших, покрытых медью монтажных отверстия используются для подключения заземления (верхнее отверстие), вывода последовательных данных светодиода (среднее отверстие) и питания 3,7 В (нижнее отверстие).

Шаг 2: Программирование печатной платы контроллера

Я использовал плату Arduino UNO в качестве устройства программирования для контроллера, следуя этой инструкции. В нем показано следующее сопоставление контактов Arduino с контактами ATtiny для программирования:

• Arduino + 5V → ATtiny Pin 8
• Земля Arduino → ATtiny Pin 4
• Вывод 10 Arduino → Вывод 1 ATtiny
• Вывод 11 Arduino → Вывод 5 ATtiny
• Вывод 12 Arduino → вывод 6 ATtiny
• Вывод 13 Arduino → Вывод 7 ATtiny

Точки подключения указаны на картинке выше. Обратите внимание, что одной из точек соединения является большое круглое монтажное отверстие между двумя наборами 0,100-дюймовых разъемов. Я просто держал оголенный конец провода программирования (вывод 12 Arduino) в контакте с этим отверстием во время программирования. По общему признанию, это неэлегантный метод, но он работает.

(Когда я изначально проектировал эту плату, я не мог понять, как передать этот сигнал на 0,100-дюймовые заголовки, не мешая работе платы акселерометра. Это сигнал данных для светодиодов WS2812B. После переосмысления этой проблемы, Я понял, что этот сигнал может быть подключен к заголовку, соответствующему перевернутому выводу выбора микросхемы акселерометра, не вызывая проблем, поскольку данные светодиода никогда не записываются одновременно с считыванием акселерометра. Я разработал вторую версию контроллера доска, которая исправляет это и пару других вещей, которые я хотел бы сделать по-другому в первый раз. Я намерен опубликовать различия в дизайне, чтобы учесть эти изменения, когда я доберусь до второй версии.)

Аккумулятор не следует подключать при программировании платы. На самом деле, для этого шага он вам вообще не нужен.

Исходный код программы для чокера можно найти здесь. Он использует модифицированную версию библиотеки Adafruit_NeoPixel, которая позволяет динамически масштабировать яркость светодиодов, чтобы ограничить общий потребляемый ими ток. Я внес эту модификацию по двум причинам:

1. Массив из 69 светодиодов WS2812B потребует до 3 ампер тока при работе на полной яркости. Это превышает возможности аккумулятора и слишком яркое изображение для практического использования в качестве носимого колье, если вы хотите, чтобы кто-нибудь мог стоять и смотреть на вас более секунды или двух.
2. Я хотел убедиться, что ошейник проработает от одного заряда батареи как минимум 12 часов.

После успешного программирования платы синий светодиод должен начать мигать.

Шаг 3: светодиодные платы

Вторая печатная плата - это секция светодиодного дросселя.

Я использовал 23 штуки для создания этого колье. На каждой из этих плат есть три светодиода WS2812B (Neopixel).

Опять же, это детали для поверхностного монтажа, поэтому при пайке нужно соблюдать осторожность. Для каждой платы сначала припаяйте конденсатор 0,1 мкФ таким же образом, как на плате контроллера. Убедитесь, что конденсатор установлен так, чтобы ни он, ни соединяющий его припой не мешали размещению верхнего шипа. Другими словами, по возможности избегайте верхнего круглого монтажного отверстия.

Припаяйте три светодиода WS2812B, начиная с ближайшего к конденсатору (вверху) и двигаясь вниз. После того, как каждый светодиод был припаян, я проверил его, подключив к плате контроллера с питанием. Это оказалось полезным при обнаружении плохих паяных соединений и деталей. Это осуществляется путем подачи заземления к верхнему монтажному отверстию (конденсатором), сигнала данных от платы контроллера с питанием к среднему-верхнему монтажному отверстию и питания (3,3 В - 5 В) к нижнему отверстию. Светодиоды программируются последовательно, начиная с верхнего. Паяя светодиоды по одному, легко найти плохие контакты. Если спаять все сразу, а затем протестировать плату, может быть сложно определить причину того, что светодиоды не горят.

Это работает? Большой! Теперь сделайте это еще 22 раза.

Шаг 4: формирование кожи

Для этого проекта мне понадобилась кожа шириной 2 дюйма (51 мм). В качестве исходной кожи я использовал недорогой гитарный ремешок. Он достаточно широкий и достаточно длинный для работы. Используйте блестящую сторону кожи для внешней стороны воротника. клейкий винил будет крепиться лучше и выглядит действительно хорошо.

Есть как минимум два варианта придания коже формы:

1. Сделай это вручную
2. Используйте лазерный резак

Рукой:

Отметьте кожу линейкой и ручкой. Она должна быть шириной 2 дюйма. Длина будет зависеть от размера шеи. Для той, которую я построил здесь, я использовал 15 2/3 дюйма. Эта длина была удобна на шее с достаточным перекрытием, чтобы поддерживать защелки. Вырежьте кожу прочными ножницами или ножницами. Закругляем углы.

Тщательно измерьте положение печатных плат светодиодов поперек манжеты. Если вы хотите согласовать горизонтальный интервал светодиодов с вертикальным интервалом на печатных платах, вам понадобится расстояние 0,53 дюйма от центра до центра. Вы можете использовать одну из печатных плат светодиодов в качестве шаблона, чтобы отметить положения отверстий и вырезать дыроколом для кожи. Обязательно используйте дырокол подходящего размера для шиповых винтов M3. Всего будет 24 столбца отверстий. В крайнем правом столбце должно быть только три отверстия, так как это то место, куда идет плата контроллера, которая имеет только три отверстия. Вы можете пропустить среднее нижнее отверстие для этого. Расстояние от левого и правого краев воротника до ближайшего столбца отверстий составляет 1,7 дюйма

Лазером:

Если у вас есть доступ к лазерному резчику, например к эпилогу, это гораздо более простой способ. Используйте прилагаемый файл choker.dxf, чтобы сделать надрезы на лазерном резаке. Файл. DXF имеет путь обрезки кожи вверху, путь обрезки винила (используемый позже) в середине и иллюстрацию того, где монтажные платы прикрепляются снизу. Предполагая, что вы хотите сделать один точно такого же размера (15 2/3 дюйма в длину), что и я, вы можете использовать путь для резки кожи вверху, чтобы вырезать контур и монтажные отверстия на печатной плате. Если вам нужен другой длины воротника, вам нужно будет соответствующим образом изменить файл.

Шаг 5: формирование винила

Цель винила - служить своего рода гибкой материнской платой для соединения всех отдельных печатных плат вместе. Медная лента прикреплена к задней (липкой) стороне винила для передачи сигналов питания, заземления и передачи данных.

Так же, как и для придания формы коже, есть как минимум два варианта придания формы винилу:

1. Сделай это вручную
2. Используйте резак для винила

Рукой:

Винил имеет ширину 2 дюйма и длину 12 2/3 дюйма. Тщательно измерьте и отметьте этот прямоугольник и вырежьте ножницами. Пока не снимайте винил с подложки. Совместите одну из печатных плат светодиодов с правым и левым краями и отметьте ими закругленные углы. Скруглите четыре угла винила ножницами. Поместите винил (все еще прикрепленный к бумажной подложке) поверх кожи и отцентрируйте его над отверстиями. Закрепите клейкой лентой или другой легко снимаемой лентой. переверните кожу и с помощью ручки отметьте каждое из отверстий на бумажной стороне винила. Снимите ленту с винила и используйте пробойник для кожи на каждой отметке отверстия, чтобы вырезать отверстия для шурупов.

По резцу:

Если у вас есть доступ к ножу для резки винила, это гораздо более простой способ. Используйте файл choker.dxf. Путь резки винила - это средняя часть. Если вы выбрали другое количество светодиодных плат или другое расстояние, вам нужно будет соответствующим образом изменить траекторию резки.

Шаг 6: добавляем медную ленту

Как было сказано ранее, медная лента действует как следы электрической платы для этой гибкой печатной платы. Он обеспечивает передачу сигналов питания, заземления и передачи данных между отдельными печатными платами.

Найдите хорошую рабочую поверхность и осторожно снимите винил с бумажной основы. Если вы использовали машину для резки винила, чтобы вырезать винил, воспользуйтесь острым пинцетом или другим инструментом, чтобы аккуратно удалить ненужный винил из отверстий. Когда я сделал это, большая часть виниловой пленки с отверстиями осталась прикрепленной к бумажной основе, но мне пришлось удалить около дюжины отверстий с помощью пинцета.

Приклейте винил липкой стороной вверх к рабочей поверхности липкой лентой. Используйте минимум нахлеста малярной ленты на виниле. Это упростит удаление позже. Сторона с колонной с тремя отверстиями теперь должна быть слева.

Отмерьте и отрежьте кусок медной ленты, чтобы она прошла через верхний ряд отверстий. Это будет электрическое заземление для печатных плат. Если лента имеет бумажную основу, удалите ее. Поместите медную ленту липкой стороной вниз на винил так, чтобы верхний край ленты совпадал с верхним краем отверстий. Это нормально, если отверстия не полностью закрыты, но постарайтесь сделать это как можно ближе, не закрывая полностью верх отверстий.

Отрежьте еще один кусок медной ленты такой же длины и прикрепите его к нижнему ряду отверстий так, чтобы нижний край ленты совпадал с нижним краем отверстий. Опять же, постарайтесь не закрывать отверстия полностью. Это разъем питания для печатных плат.

Отрежьте один короткий кусок медной ленты, чтобы соединить оставшееся отверстие в левой колонке прямо напротив соседнего отверстия справа от нее. Лента должна быть достаточно длинной, чтобы закрыть оба отверстия, но не полностью. Поместите это на место. Это сигнал данных от платы контроллера к первой плате светодиодов.

Каждый из оставшихся кусочков медной ленты размещается по диагонали от третьего отверстия сверху на одной колонке до второго отверстия сверху на колонне справа. Они связывают выход данных с одной платы светодиодов на вход данных следующей платы. Для каждого из них отрежьте короткий кусок медной ленты, достаточно длинный, чтобы почти (но не полностью) закрыть оба отверстия, и аккуратно установите его на место. Повторите это 22 раза.

Когда закончите, останется одно отверстие без медной ленты. Это третье отверстие сверху на дальней правой стороне. Это сделано намеренно.

Шаг 7: Обработка медной ленты

Вам понадобится рабочая поверхность, которая выдержит небольшую резку универсальным ножом X-acto для этой детали. Приклейте к этой поверхности кусок вощеной бумаги размером больше винила (восковой стороной вверх). Осторожно снимите с винила малярную ленту, использованную на предыдущем шаге. Переверните винил и положите на вощеную бумагу липкой стороной вниз. Клей на виниле должен прилипать к вощеной бумаге достаточно хорошо, чтобы он не двигался во время этой части, но его все же можно было удалить позже.

Вы должны увидеть медную ленту через все отверстия (кроме одного). Начиная с нижнего ряда отверстий, с помощью канцелярского ножа сделайте два надреза для медной проволоки в каждом отверстии. Первый разрез находится рядом с левой стороной сверху вниз. Второй - с правой стороны сверху вниз (см. Рисунки). Обязательно вырежьте только медь в отверстиях для винила. Не обрезайте сам винил. Согните разрезанную медь кончиком универсального ножа и сложите ее над винилом над верхним краем отверстия, чтобы получился выступ.

Когда печатные платы позже будут установлены на место, этот язычок будет электрически контактировать с медью, окружающей монтажное отверстие печатной платы.

Повторите этот процесс со всеми отверстиями, вырезая и загибая в направлениях, указанных на схеме.

Шаг 8: прикрепите кожу, винил и винты

Снимите винил с вощеной бумаги и приложите его к блестящей стороне разрезанной кожи. Будьте осторожны, чтобы выровнять отверстия. Проденьте 8-миллиметровые шурупы M3 через все 95 отверстий на задней стороне кожи. Возможно, вам придется поддержать винил пальцами или каким-либо инструментом, вставляя винты, чтобы убедиться, что винт проходит через отверстие и не отделяет винил от верхней поверхности кожи. Вы должны увидеть небольшой медный язычок рядом с каждым винтом наверху (сторона винила).

Шаг 9: Добавьте снимки

Четыре отверстия для защелок будут примерно на 0,4 дюйма от верхнего и боковых краев на каждом углу кожи. Возможно, это потребуется отрегулировать, чтобы соответствовать индивиду. Отметьте расположение двух отверстий на одном конце. Выберите правильный размер дырокола для защелкните и пробейте эти два отверстия кожаным дыроколом. Перекрывайте воротник так, как он будет при ношении, и используйте отверстия, которые вы только что пробили, чтобы отметить места отверстий для другого конца. Проделайте эти отверстия.

Прикрепите защелки в соответствии с инструкциями. Будьте очень осторожны, чтобы защелки были обращены в правильном направлении. Вот удобное видео, описывающее общий процесс настройки привязки. Когда закончите, можете примерить воротник.

Шаг 10: Подключение печатных плат

Виниловой стороной вверх расположите колье так, чтобы колонка с тремя винтами находилась справа. Прикрепите плату контроллера к колонке с тремя отверстиями для винтов. Установите печатную плату на винты так, чтобы компоненты были обращены вверх. Затяните вручную три шипа на винтах. Наденьте одну из светодиодных плат на следующий столбец шурупов. Сторона платы светодиода с конденсатором должна быть вверху. Добавьте к этим винтам четыре шипа и затяните вручную.

Проверьте ошейник, прикрепив аккумулятор. Если все пойдет хорошо, вы увидите, что светодиоды на плате светодиодов загорятся и начнут менять цвета. Если ничего не происходит, проверьте соединения и попробуйте затянуть штифты винтов. Будьте осторожны, чтобы не прикасаться к металлу (например, отверткой) через шипы, так как это может вызвать короткое замыкание и повредить аккумулятор или платы.

(Для второй версии печатных плат я меняю все так, чтобы шипы не были частью схемы, чтобы избежать возможности короткого замыкания.)

Контакт с кожей не приводит к короткому замыканию шипов и винтов. Если владелец очень влажный (например, от танцев), пот мало повлияет на работу воротника. В лучшем случае это может немного снизить заряд аккумулятора.

На этом этапе вы можете установить каждую из светодиодных плат на место, чтобы опробовать всю манжету, или перейти к следующему этапу, когда платы будут полупостоянно соединены, добавив Loctite на винты.

Когда вы будете готовы закончить, снимите все печатные платы с манжеты и извлеките аккумулятор из платы контроллера. Налейте немного Loctite в небольшую тарелку или крышку от бутылки и возьмите под рукой зубочистку. Поочередно добавляйте печатные платы, начиная с платы контроллера. Поместите каждую доску на место на винтах. По одному винту, окуните зубочистку в Loctite и нанесите на резьбу на конце каждого винта для этой платы. Не кладите слишком много и будьте осторожны, чтобы не повредить локтит на печатной плате или медную ленту у основания винта. Затем установите гайку шипа на место и затяните вручную. Удерживая штырь одной рукой, с помощью отвертки навинтите винт, чтобы полностью затянуть штырь на месте.

После полного подключения каждой платы проверьте соединение, вставив аккумулятор и наблюдая за светодиодами. При необходимости затяните и отрегулируйте, чтобы убедиться в надежности соединений. Отключите аккумулятор. Повторите эти действия для каждой печатной платы, следя за ориентацией каждой по пути (конденсатор находится вверху).

Когда все будет на месте, дайте воротнику постоять достаточно времени, чтобы Loctite затвердел (см. Упаковку).

Это хорошее время, чтобы убедиться, что аккумулятор полностью заряжен, подключив его к зарядному устройству.

Теперь вы готовы надеть ошейник и отправиться в путь. Используйте удлинительный кабель аккумулятора JST-PH между ошейником и аккумулятором, чтобы аккумулятор можно было поместить в карман или где-нибудь еще на вашем лице.

А теперь перейдем к заключительному этапу.

Шаг 11: продуктовый магазин

Наденьте воротник в продуктовый магазин за покупками. Да, это обязательный шаг. Если вы его построите, я ожидаю фото из продуктового магазина в комментариях.