GlassCube - 4x4x4 Kub LED në PCB qelqi: 11 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Udhëzimi im i parë ndonjëherë në këtë faqe interneti ishte një Kub LED 4x4x4 duke përdorur PCB qelqi. Normalisht, nuk më pëlqen të bëj të njëjtin projekt dy herë, por kohët e fundit hasa në këtë video të prodhuesit francez Heliox e cila më frymëzoi të bëja një version më të madh të kubit tim origjinal. Në videon e saj Heliox vjen me një proces shumë më të thjeshtë për të prodhuar PCB qelqi që nuk përfshin gdhendje, por në vend të kësaj ajo përdor një komplotues për të prerë gjurmët nga një fletë bakri vetë ngjitëse e cila më pas transferohet në një substrat qelqi. Meqenëse komplotistët nuk janë aq të shtrenjtë dhe gjithashtu mund të jenë të dobishëm për projekte të tjera, unë thjesht mora një për të provuar procesin për veten time.

Përveç që është një version më i madh i kubit tim origjinal, ky version gjithashtu përdor një PCB të personalizuar të bazuar në një mikrokontrollues SAMD21 dhe një strehë të bërë nga akrilik i prerë me lazer. Kubi mund të programohet me Arduino IDE dhe është gjithashtu i pajtueshëm me CircuitPython.

Kompleti GlassCube tani është gjithashtu i disponueshëm në Tindie.

Në rast se e keni blerë kompletin ju duhet vetëm të lidhni LED -të (hapi 5), të montoni strehimin (hapi 8) dhe të ndërlidhni shtresat (hapi 9)

Furnizimet

• 64 copë - LED LED WS2812B 5050 SMD (p.sh. aliexpress)
• 4 copë - pjatë qelqi 100 x 100 x 2 mm (gjeta këtë furnizues të vërtetë të lirë gjerman i cili tarifon vetëm 0.20 EUR/copë)
• 2 copë - fletë A4 fletë metalike bakri vetë ngjitëse (p.sh. amazon)
• 1 rrotull - letër për transferimin e komplotit (p.sh. amazon)
• 1 grup - akrilik i prerë me lazer (shiko më poshtë)
• 1 PCB e personalizuar (shiko më poshtë)
• 4 copë vida M2x8 + arra

Kostot totale të të gjitha materialeve, përfshirë shërbimin e prerjes me lazer dhe prodhimin e PCB -së është rreth 100 EUR.

Mjetet

• Komplotues i Portretit Siluetë 2 (p.sh. amazon)
• prestar lazer ose shërbim i prerjes me lazer në internet (Unë jam duke përdorur snijlab.nl)
• Makine per ngjitjen e metalit
• pllaka ngrohëse ose furrë e rimbushur për saldim SMD (ose aftësi të përparuara të saldimit me dorë

Hapi 1: Dizajni i CAD

Dimensionet e strehimit dhe PCB të GlassCube janë projektuar në Fusion360, unë e kam bashkangjitur modelin më poshtë.

Kolonat e skajit dhe pllaka e sipërme janë bërë nga akriliku transparent 3 mm i trashë. Shtresat me LED janë bërë prej qelqi notues me trashësi 2 mm. Pllaka e poshtme është një PCB e bërë me porosi.

Hapi 2: Dizajni i PCB LED

Kam përdorur Eagle për të hartuar paraqitjen e PCB -ve të qelqit. Meqenëse prerja e gjurmëve me një komplotues nuk është aq e saktë sa gdhendja e tyre me metodën e transferimit të tonerit, gjerësia minimale e gjurmës është e kufizuar. Provova gjerësi të ndryshme gjurmësh dhe zbulova se 32 miljona ishte madhësia minimale që mund të përdorja si gjurmë më të holla që shpesh zhvishen gjatë komplotit.

Për të qenë në gjendje të presësh gjurmët nga fleta e bakrit, paraqitja e tabelës duhej të konvertohej në dxf. M’u desh pak kohë për të kuptuar se si ta bëja këtë në mënyrë të drejtë, kështu që më lër të kaloj hapat në detaje

1. paraqitja e bordit të hapur në Eagle
2. fshihni të gjitha shtresat përveç shtresës së sipërme
3. kliko Skedar-> Shtyp pastaj zgjidhni Shtyp në skedar (pdf)
4. hapni pdf në Inkscape
5. përdorni mjetin e përzgjedhjes së rrugës për të shënuar një gjurmë të vetme, pastaj klikoni E dit-> Select Same-> Style Stroke kjo duhet të shënojë të gjitha gjurmët (por jo pads)
6. kliko P ath-> Goditje në rrugë kjo i konverton skicat e rrugës në shtigje të reja
7. shënoni të gjitha shtigjet (përfshirë pads) duke zgjedhur mjetin e përzgjedhjes së shtegut dhe pastaj duke shtypur ctrl+a
8. kliko P ath-> Union kjo duhet të kombinojë të gjitha shtigjet dhe të heqë çdo vijë të prerë brenda zonave të "mbushura"
9. klikoni File-> Save As dhe zgjidhni *.dxf si format skedari

Skedari dxf mund të gjendet këtu në GitHub tim.

Hapi 3: Prerja e fletës së bakrit

Skedari dxf ishte prerë nga fletët A4 të fletës bakri vetë ngjitëse me një komplotues Siluetë Portret 2. Fletët e bakrit fillimisht ishin bashkangjitur në rripin e prerë të ngjitësit të përfshirë. Cilësimet e softuerit që kam përdorur për prerje mund të shihen në foton e bashkangjitur.

Pas prerjes së fletës së tepërt duhet të hiqet me kujdes. Për të mos dëmtuar fletën e prerë lashë të gjithë fletën A4 në dyshemenë e prerjes për hapat e mëposhtëm.

Hapi 4: Transferimi i fletës së bakrit

Petë e prerë u transferua në pllakën e qelqit duke përdorur letër transferimi e cila është vetëm një petë tjetër vetë-ngjitëse. Letra e transferimit është ngjitur në fletën e bakrit dhe më pas zhvishet ngadalë në mënyrë që fleta e bakrit të ngjitet në fletën e transferimit. Pastaj lidhet me substratin e qelqit dhe letra e transferimit zhvishet ngadalë në mënyrë që këtë herë fleta e bakrit të ngjitet mbi pllakën e qelqit.

Paraqitja e tabelës ka dy shënues në qoshet e sipërme të majtë dhe të djathtë të cilat ndihmojnë në përafrimin e saktë të fletës në pllakën e qelqit. Pas ngjitjes, shënuesit përsëri mund të hiqen nga pllaka e qelqit.

Hapi 5: Saldimi i LED -ve

LED -të SMD u ngjitën në pllakën e qelqit me dorë. Unë gjithashtu u përpoqa t'i bashkoj ato duke përdorur një pjatë ngrohëse (në fakt sobën time), por siç tregon fotografia kjo doli të mos ishte një ide e mirë. Nëse keni një furrë të rimbushjes së duhur, mund të jetë me vlerë të provoni, por në varësi të llojit të xhamit që përdoret ekziston një rrezik serioz që ai të prishet gjatë ngrohjes.

Lidhur me orientimin e LED -ve ekzistojnë dy paraqitje të ndryshme. Për shtresën e parë dhe të tretë të kubit orientimi do të jetë i ndryshëm sesa për shtresën e dytë dhe të katërt. Në këtë mënyrë është më e lehtë të ndërlidhni shtresat më vonë.

Hapi 6: PCB mikrokontrollues

Në vend që të mbështetesha në një bord zhvillimi komercial si Arduino Nano, unë krijova një PCB të personalizuar në Eagle për kontrollin e LED -ve. Përparësia është se unë mund të formoj tabelën në mënyrë që të përshtatet bukur në kub. Bordi bazohet në një mikrokontrollues ATSAMD21E18 i cili është i njëjti që përdoret në Adafruit's Trinklet M0. Unë zgjodha këtë MCU sepse ka USB amtare dhe nuk kërkon një çip FTDI për programim. Gjithashtu Adafruit siguron ngarkues të ngarkuar që janë në përputhje me Arduino IDE si dhe CircuitPython.

Një shënim në lidhje me tabelën është se ai punon me logjikë 3.3V ndërsa WS2812B duhet të përdoret me 5V, megjithatë, shumë njerëz kanë treguar se funksionimi me 3.3V është gjithashtu i mundur.

I mora PCB -të e mia nga PCBWay.com Gerber Files dhe BoM mund të gjenden në llogarinë time GitHub.

Me disa aftësi, komponentët SMD në këtë PCB mund të ngjiten me dorë, megjithëse një pjatë ngrohëse ose një furrë reflow sigurisht që do të funksionojë më mirë.

Hapi 7: Ndezja e Bootloader

Kam përdorur bootloader UF2 të siguruar nga Adafruit për bordet e tyre Trinket M0. MCU u ndez me ndihmën e një mjeti J-Link. Udhëzimet e hollësishme se si të ndizni ngarkuesin mund të gjenden në faqen e internetit të Adafruit. Gjëja e shkëlqyeshme për ngarkuesin Adafruits UF2-SAMD është se pas instalimit të parë, MCU shfaqet si një flash drive dhe thjesht mund të tërhiqni një skedar UF2 në njësinë e lëvizshme për ta ndezur përsëri. Kjo e bën shumë të lehtë p.sh. kaloni midis Arduino IDE dhe CircuitPython.

Hapi 8: Strehimi me Lasercut

Kutia e kubit u pre nga akriliku transparent 3 mm i trashë. Kam përdorur një shërbim online të prerjes me lazer (snijlab.nl). Skedarët përkatës dxf gjithashtu mund të gjenden në llogarinë time GitHub. Strehimi përbëhet nga 4 shtylla dhe një pjatë e sipërme. Postimet janë bashkangjitur në PCB kryesore në pjesën e poshtme duke përdorur 4 copë vida dhe arra M2x8.

Hapi 9: Lidhja e Shtresave

Pasi të jetë montuar strehimi, unë i lidha shtresat duke bashkuar telat mbi jastëkët në PCB -të e qelqit. Kjo doli të ishte një procedurë mjaft delikate dhe ekziston rreziku i djegies së akrilikut ose grisjes së copave të bakrit. Vini re se kunjat GND dhe VCC ndërrojnë pozicionet në çdo shtresë, kështu që telat duhet të kryqëzohen. Për të shmangur që telat të shqyejnë jastëkët e bakrit, i fiksova me një pikë të vogël ngjitëse pas bashkimit. Shtresa e parë ishte e lidhur me PCB -në e poshtme me një lidhës Dupont, por telat gjithashtu mund të ngjiten direkt në PCB.

Hapi 10: Ngarkimi i Kodit

Kam përdorur CircuitPython (versioni 4.x) për të programuar kubin. Pasi të keni instaluar ngarkuesin CircuitPython, thjesht mund të ekzekutoni kodin duke e ruajtur direkt në flash drive MCU. Nuk ka asnjë përpilim të nevojshëm gjithashtu mund të p.sh. rihap kodin dhe modifikoje atë.

Deri më tani sapo kam krijuar disa animacione bazë, por duhet të jetë relativisht e lehtë për këdo që të zgjerojë kodin. Kodi mund të gjendet në GitHub tim, për ta ekzekutuar ka nevojë për bibliotekat Adafruit Neopixel dhe fancyLED që gjenden këtu.

Hapi 11: Kubi i përfunduar

Unë jam mjaft i kënaqur me pamjen e kubit, PCB -të prej qelqi dhe strehimi akrilik punojnë bukur së bashku. Ishte gjithashtu argëtuese të krijoja bordin tim MCU për herë të parë dhe unë jam pothuajse i befasuar që ai funksionoi në përpjekjen e parë. Meqenëse kam disa PCB rezervë dhe pjesë akrilike, do të doja ta bëja këtë kub të disponueshëm si një çantë DIY në Tindie. Pra, nëse jeni të interesuar vazhdoni ta shikoni ose thjesht më shkruani një mesazh privat.

Gjithashtu nëse ju pëlqen kjo e udhëzueshme ju lutemi votoni për mua në Konkursin Make It Glow.

Vendi i dytë në konkursin Make it Glow