Изготовленные на заказ кольца NeoPixel с нуля!: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Кольца NeoPixel и NeoPixel в целом являются одними из самых популярных электронных компонентов для производителей всех типов. Не зря: с помощью одного вывода от любого популярного микроконтроллера Adafruit делает добавление великолепных светодиодов и анимации в любой проект чрезвычайно простым.

К сожалению, они довольно дорогие, а Adafruit продает только четыре размера. Многие производители не понимают, что NeoPixel - это просто брендинг Adafruit нескольких идентичных светодиодных чипов с названиями WS2812, WS2811 и SK6812 соответственно. Все, что делает Adafruit, берет чип и помещает на печатную плату, взимая при этом изрядную плату. Нет ничего плохого в том, что Adafruit делает это, поскольку он делает NeoPixels доступным для всех, но если бы можно было просто сделать сами доски, можно было бы изготовить нестандартные формы любого размера или дизайна примерно за 15% от стоимости моделей Adafruit (для 24 Светодиодное кольцо) (3 $). Что еще более важно, они не могут быть любого нужного вам размера! Несмотря на это, не похоже, что кто-то создал руководство именно для этого.

Итак, когда мне понадобилось изготовить индивидуальное составное кольцо для моего рабочего проекта Samus Arm Cannon (который скоро появится), я подумал, почему бы не задокументировать этот процесс.

В этом уроке я покажу вам, как именно я сделал это индивидуальное кольцо и как вы можете сделать свое собственное.

Шаг 1. Что вам понадобится:

Всегда необходимо независимо от метода:

• ws2128b светодиоды (NeoPixels)
• 1 мкФ заглушки (1 на каждые два светодиода) (технически необязательно)
• Паяльная паста
• Флюс (рекомендуется, но необязательно)

Пистолет горячего воздуха

Если вы решите профессионально изготовить доску, это все, что вам нужно. Однако, если вы вместо этого решите производить плату с использованием метода переноса тонера, вам также понадобятся следующие компоненты. Я лично не использовал метод переноса тонера, однако мой метод выходит за рамки этого руководства. Я планирую опубликовать руководство о том, как именно я делаю печатные платы, так что следите за этим!

Самодельная доска (метод переноса тонера):

• Медная плакированная доска
• Хлорид железа
• Бумага для печатных плат
• Лазерный принтер
• Пленка для паяльной маски (дополнительно для паяльной маски)
• Источник УФ-излучения (дополнительно для паяльной маски)
• Прозрачность (дополнительно для трафарета для припоя)
• Рабочая станция Dremel

. Здесь находятся все мои файлы, библиотеки и модели diptrace.

Для тех, кто задается вопросом, как сравнивается цена, сравните его с кольцом Adafruit 24 LED, которое стоит 17 долларов США + доставка. Стоимость одного светодиода: Adafruit: 17/24 = 0,70 доллара США. HyperIon: 7/100 =% 0,07

Дополнительные расходы: Adafruit: (4 доллара США) доставка, Hyperion: 1 доллар США (медная плита) + 0,50 доллара США (хлорид железа) (бесплатная доставка).

Итого: Adafruit: 21 доллар, HyperIon: 3,18 доллара

Как видите, это намного дешевле, 15% стоимости. Даже если вы проигнорируете доставку, версия HyperIon будет стоить всего 3,18 доллара - это огромная экономия средств по сравнению с 17 долларами.

Шаг 2: Дизайн печатной платы, часть первая! Размещение светодиодов

Первым шагом в создании любой формы NeoPixel является размещение светодиодов. Я создал полезный небольшой документ Excel, который вы можете использовать для любого дизайна, в котором вы хотите следовать радиусу.

Просто введите количество светодиодов, процент кольца, которое вы хотите покрыть, и радиус, и он автоматически сгенерирует координаты положения и угла, в которые вы должны поместить светодиоды. Затем вы можете перейти к наиболее популярным DipTrace, ExpressPCB или EaglePCB и вставить координаты в свойства ваших компонентов. Я лично использовал DipTrace, и вы можете найти все мои компоненты и библиотеки в разделе компонентов.

Для этого проекта я выбрал два кольца радиусом 34 и 24 миллиметра. Внешний радиус составлял 20 пикселей, а внутренний радиус - 6 пикселей.

* Бонус * Если программа CAD, которую вы используете (например, DipTrace), не позволяет размещать круг по его центральной точке, нарисуйте две линии по диаметру вашего внешнего радиуса и вашего внутреннего радиуса. Выровняйте пересечения друг с другом и переопределите это как исходную точку. Теперь у вас есть идеально концентрическая доска!

Шаг 3: Дизайн печатной платы, часть вторая! Маршрутизация и конденсаторы

Следующим шагом в создании печатной платы является подключение светодиодов. Каждый NeoPixels имеет по одной панели ввода данных и одной панели вывода данных. Сначала создайте длинную цепочку, начиная с пикселя, ближайшего к тому, где вы планируете разместить контакты интерфейса, переходя от вывода данных одного пикселя к выводу ввода данных следующего пикселя.

После этого вам нужно развести питание и землю. Самый простой способ, который я придумал для этого, - использовать комбинацию кругов и полукругов, всего четыре, чередуя мощность и землю, когда вы двигаетесь наружу от начала координат. Это упрощает создание небольшого соединения с перемычкой вместо того, чтобы вручную соединять каждый светодиод вместе дважды. Затем две пары кругов / полукругов можно связать вместе наиболее удобным способом. Наконец, добавляется медная заливка. По сути, это просто приводит к тому, что все дополнительное пространство заполняется «землей», что дает множество преимуществ, включая простоту изготовления в домашних условиях.

Вы также захотите установить по одному конденсатору примерно 0,1 мкФ между питанием и землей между каждым набором из двух светодиодов. Производитель рекомендует по одному на светодиод, однако, скорее всего, подойдет один из двух, а их пайка требует времени. Это не обязательно для функциональности устройства, они просто увеличивают срок службы светодиодов, поэтому при необходимости их можно игнорировать.

Шаг 4: травление печатной платы

Для выполнения этого шага у вас есть два варианта:

Профессиональное производство:

Если вы никогда не делали печатную плату и не заинтересованы в приобретении навыков для этого, я бы порекомендовал именно это. Если ваша доска изготовлена профессионально, сложность этого проекта возрастет от среднего до новичка. Ваша плата будет гарантированно высокого качества, будет поставляться с паяльной маской и, возможно, даже с трафаретом для пайки.

Самодельная печатная плата:

Это вариант для тех, кто действительно хочет улучшить свои навыки и расширить свои личные возможности. Это также вариант для тех, кто занимается быстрым прототипированием и действительно снижает расходы. Возможность изготавливать собственные печатные платы была одним из моих самых больших преимуществ на протяжении многих лет, и я настоятельно рекомендую это всем, кому это интересно. Я разработал свой собственный метод изготовления печатных плат (см. Мой канал, чтобы узнать, как это сделать), который немного выходит за рамки этого руководства и требует оборудования, которое большинство новичков не может себе позволить. Поэтому вместо этого я рекомендую метод переноса тонера с использованием продукта под названием PressN'Peel. Это довольно просто, и единственное необходимое оборудование, которое не обязательно будет у всех, - это дешевый лазерный принтер. Ознакомьтесь с руководством clacktronics-uk для получения более подробной информации!

Основной процесс выглядит следующим образом:

1. Очистите медную доску для кадра.
2. Распечатайте свой дизайн на Peel n 'Stick с помощью лазерного принтера.
3. Приутюжьте дизайн Peel n 'Stick на медную доску.
4. Поместите плату в хлорное железо до протравливания.
5. Счистите тонер

Паяльная маска (необязательно):

Паяльная маска - это покрытие, которое защищает вашу плату во всех местах, кроме тех, где должен идти припой. Это немного упрощает пайку, но, что более важно, значительно улучшает аскетичность платы. Если вы не производили свою плату, вы можете добавить ее, но это не обязательно. Лично я считаю этот процесс невероятно простым и очень рекомендую его. Опять же, я собираюсь пройти только по основному процессу, чтобы вы знали, во что вы ввязываетесь. Ознакомьтесь с учебником cpeniche для получения более подробной информации!

Процесс выглядит следующим образом:

1. Распечатайте дизайн площадки для досок на листе прозрачной пленки.
2. Снимите пленку с паяльной маской и приклейте ее к травленой плате.
3. Прогладьте / ламинируйте пленку, пока она хорошо не приклеится.
4. Совместите прозрачную пленку с доской и скотчем.
5. Подвергните пленку воздействию УФ-излучения (работают сушилки для лака).
6. Очистите неэкспонированные подушечки
7. Выставляйте до полного высыхания.

Шаг 5: трафарет для паяльной пасты! (ПО ЖЕЛАНИЮ)

Если у вас есть доступ к лазерному резаку, подумайте о том, чтобы изготовить трафарет для паяльной пасты самостоятельно. Они позволяют избежать утомительных усилий, связанных с медленным нанесением капель паяльной пасты на каждый отдельный вывод. Просто загрузите дизайн подушечки в программное обеспечение для лазерной резки и вырежьте его из куска прозрачной пленки принтера. Я также обнаружил, что лист ламинатора тоже работает. Это работает невероятно хорошо и дает слой почти такой же толщины, как у профессиональных версий. На мой взгляд, они на самом деле намного лучше, поскольку они гибкие и прозрачные, что делает их намного проще в использовании, чем версии из нержавеющей стали.

Я не был тем, кто придумал этот метод, но я еще не видел, чтобы кто-нибудь документировал его в Интернете, что меня удивляет.

Шаг 6: Формирование доски

Чтобы придать доске окончательную форму, вы должны начать с отрезания максимально возможной длины отрезным кругом dremel. Я использовал рабочую станцию dremel, расположенную горизонтально с лезвием над картонной коробкой, в качестве импровизированной пилы для ножей.

Затем вы можете начать сверлить центральное отверстие. Используйте самое большое сверло, которое у вас есть, для дремеля и медленно обходите его по кругу, пока не вырежете достаточно большой участок, чтобы поместиться в шлифовальное сверло. Затем вы можете использовать эту шлифовальную коронку, чтобы привести доску в окончательную форму.

Как травит плата, так это тонкое кольцо из стекловолокна по краю платы. Прямо перед тем, как вы отшлифовать до этой точки, последний оставшийся кусочек меди высвободится. Когда последние капли меди больше не измельчают. Опираясь на этот знак, он позволяет вам сделать очень последовательную и круглую деталь (при условии, что вы не испортили гравировку, как я, и поместили узор слишком близко к стене). Таким же образом обработайте внешний диаметр.

Вы также должны просверлить отверстия для подключения данных, 5 В и заземления. Для этого отлично подойдет небольшая насадка-дремель (0,7 мм).

Шаг 7: Пайка

На мой взгляд, это отличный проект для человека, который хочет научиться пайке на поверхности. Все важные компоненты большие, термостойкие, а контактные площадки расположены далеко друг от друга. На самом деле это очень сложно испортить, и это отличный способ укрепить уверенность в пайке для поверхностного монтажа без необходимости возиться с крошечными компонентами.

Чтобы припаять NeoPixels к плате, вам сначала нужно нанести крошечное количество паяльной пасты на каждую контактную площадку с помощью шприца или трафарета. Если у вас есть трафарет, просто нанесите каплю паяльной пасты на трафарет, как тонкий слой масла на тосте, пока все контактные площадки не будут покрыты. Вам не нужно столько, сколько вы думаете, просто продолжайте распространяться.

Затем вы захотите разместить свои компоненты на своей плате. Пока каждая контактная площадка касается соответствующей капли припоя, вы достаточно близко. Паяльная паста обладает этим волшебным свойством: когда она становится расплавленной, она практически каждый раз подтягивает компонент на место.

Если вы слишком не уверены в своих навыках пайки, вы можете либо заменить конденсаторы 0603 на конденсаторы большего формата, либо вообще отказаться от них. Они увеличивают срок службы NeoPixel, но если вы не используете его в качестве источника света, маловероятно, что вы когда-нибудь увидите, как он перегорит. При этом я настоятельно рекомендую вам установить их просто потому, что это ценный навык.

С точки зрения пайки, нет ничего проще. Просто потратьте около двух минут на предварительный нагрев доски с помощью пистолета с горячим воздухом, затем сосредоточьтесь на области за областью, пока все не оплавится. Вы можете сказать, когда происходит оплавление, потому что припой становится блестящим и обычно компонент немного «покачивается» на месте.