Ηλεκτρική πεταλούδα: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτή είναι μια πολύ δροσερή πολύχρωμη πεταλούδα που έφτιαξα - απαιτεί ελάχιστα μέρη και προγραμματισμό!

Εκτός από την ίδια την πεταλούδα - δείχνει μερικές πολύ δροσερές τεχνικές όπου μπορείτε να φτιάξετε τα δικά σας PCB σε ένα σιλουέτα οικιακού κόπτη από τακτικά διαθέσιμες στο εμπόριο ταινίες χαλκού - οι οποίες μπορούν να τοποθετηθούν σε κάθε τύπο επιφάνειας!

Προφανώς - κάτι τέτοιο θα μπορούσε εύκολα να δημιουργηθεί μέσω μιας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος που κυκλοφορεί στο εμπόριο - αλλά αν θέλετε να εξοικονομήσετε τα έξοδα μιας τέτοιας κατασκευής, θέλετε να δημιουργήσετε μοτίβα LED πάνω από ένα μη τυποποιημένο υλικό (όπως καθρέφτη ή παράθυρο, μάλλον από ένα PCB από υαλοβάμβακα) - ή ακόμα και με καμπύλη επιφάνεια - αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κολλήσει φθηνά τα ίχνη του PCB χαλκού σε σχεδόν κάθε είδους επιφάνεια.

Αυτό γίνεται εύκολα για πράγματα όπως LED που έχουν μεγάλα γήπεδα μολύβδου - αλλά γίνεται πιο δύσκολο καθώς χρησιμοποιείτε πιο λεπτά, μικρότερα μέρη με κλίση. Έτσι, αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιλεκτικά-δηλ. Χρησιμοποιήστε έναν πίνακα εκτός του ράφι (Arduino) ως υπολογιστή και τις σπιτικές χαλκογραφίες για χώρους όπου θέλετε εξαιρετική προσαρμογή στην τοποθέτηση LED.

Χρησιμοποίησα τα ακόλουθα για να δημιουργήσω αυτό το έργο:

• Ένας προσωπικός κόφτης βινυλίου/χαρτιού Silhouette Cameo - για τη δημιουργία PCB
• Arduino UNO - χρησιμοποιείται ως προγραμματιστής σε κύκλωμα
• Κόφτης λέιζερ για εξαρτήματα (ξύλο - ακρυλικό - οτιδήποτε) (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κάτι άλλο εάν δεν έχετε λέιζερ)

Τα πραγματικά μέρη είναι:

• Επεξεργαστής 1 $ ATTiny75
• 22 NeoPixels - (σειριακά ελεγχόμενα, LED τριών χρωμάτων)
• Κεφαλίδα 2x3
• Φύλλο χαλκού

Όλο το λογισμικό έγινε στο Arduino IDE - χρησιμοποιώντας βιβλιοθήκες Adafruit NeoPixel και βιβλιοθήκες ATTiny από το Board Manager.

Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι προσέγγισης αυτού:

Εύκολος τρόπος: Έχω τη δική μου πλακέτα (σαν Arduino) που θα χρησιμοποιήσω για τον έλεγχο των LED. Θα δημιουργήσω μόνο ένα PCB για τα LED - και θα το συνδέσω με το arduino μου.

Σκληρότερος (και φθηνότερος) τρόπος: Θα κάνω τα πάντα 100% μόνος μου. Δεν χρειάζομαι Arduino και θα χρησιμοποιήσω ATTiny85 1 $. Αυτό είναι πιο δύσκολο γιατί το να κάνεις όλη τη λεπτή τέχνη σε έναν κόφτη βινυλίου τύπου Silouette ή CriCut είναι πιο δύσκολο.

Βήμα 1: Σχεδιασμός

Τα LED είναι το καθένα NeoPixels. Αυτές είναι φοβερές, ατομικά ελεγχόμενες, πολυεπίπεδες (φωτίζουν), πολύ φωτεινές, RGB συσκευές LED που έχουν μόνο 4 ακίδες: VccGndData InData Out. Έτσι, η ιδέα είναι ότι μπορείτε να τις αλυσοδέσετε ενώ ελέγχετε τα μεμονωμένα Κόκκινο-Πράσινο-Μπλε επίπεδα χρώματος του καθενός - όλα από μία καρφίτσα στην CPU σας. Ακόμα καλύτερα, η βιβλιοθήκη Adafruit NeoPixel για το Arduino σάς δίνει έναν τρόπο να ξεκινήσετε να τρέχετε με αυτά σε δευτερόλεπτα.

Εάν σταματάτε να σχεδιάζετε την πλακέτα CPU σε αυτό το σχέδιο (χρησιμοποιώντας ένα Arduino εκτός ράφι) το μόνο που χρειάζεστε είναι ένα βασικό αποτύπωμα του Neopixel (συνιστάται να συμπεριλάβετε ένα καπάκι παράκαμψης, επίσης με κάθε ένα). Το κλειστό αρχείο footprint.svg είναι βασικά αυτό που χρειάζεστε για να ξεκινήσετε. Αυτό θα σας δώσει τα περιγράμματα για το φύλλο χαλκού για τα NeoPixles και τους πυκνωτές. Μπορείτε να το ανοίξετε απευθείας στο Inkscape, να συνδέσετε όλες τις καρφίτσες +5v και όλες τις καρφίτσες Ground μαζί-στη συνέχεια να συνδέσετε όλες τις ακίδες εισόδου και εξόδου δεδομένων μαζί.

Φροντίστε να το μετατρέψετε σε σωστές διαδρομές κοπής που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε στο vynal κόπτη σας όπως έχω δείξει παραπάνω - και τελειώσατε. Δεν χρειάζεται καν ένα "πραγματικό" πρόγραμμα σχεδιασμού PCB για να το κάνετε.

Δεν είναι πραγματικά απαραίτητο για ένα NeoPixel, όπου οι καρφίτσες είναι αρκετά μεγάλες και εύκολο να κολληθούν - αλλά ένα εύκολο στρώμα Soldermask μπορεί να κοπεί από ένα κομμάτι ταινίας Kapton. Αυτό θα μοιάζει με ένα μεγάλο κομμάτι ταινίας με μερικά μικρά ορθογώνια κομμένα για μαξιλάρια συγκόλλησης, που θα τοποθετηθούν σε ολόκληρη την περιοχή του χαλκού σας.

Βήμα 2: Σχεδιασμός CPU

Εάν είστε πιο φιλόδοξοι, μπορείτε να δημιουργήσετε τις εγκοπές για την ίδια τη CPU στο φύλλο χαλκού σας.

Αυτό είναι πιο δύσκολο να οφείλεται στις μικρότερες καρφίτσες στη συσκευή ATTiny85 και στην ανάγκη απόκτησης πολύ μικρών χαρακτικών από αλουμινόχαρτο, αλλά είναι άμεσα εφικτό.

Αυτό μάλλον γίνεται καλύτερα σε ένα "πραγματικό" πρόγραμμα σχεδιασμού PCB (χρησιμοποίησα τον Eagle).

Συμπεριλάβα επίσης μια σύνδεση σύνδεσης τροφοδοσίας/εντοπισμού σφαλμάτων στο σχεδιασμό μου (και δύο πυκνωτές παράκαμψης).

Θα μιλήσουμε περισσότερο για τη δυσκολία κοπής του χαλκού σε τόσο μικρές γεωμετρίες.

Βήμα 3: Δημιουργία στρωμάτων

Βήμα 4: Συναρμολόγηση κυκλώματος

Cesχνη χαλκού μπορούν να τοποθετηθούν στο σχέδιό σας.

Στην περίπτωσή μου - χρησιμοποίησα ένα κομμάτι ξύλου κομμένο με λέιζερ (περίγραμμα του συνημμένου αρχείου SVG).

Χρησιμοποίησα ταινία μεταφοράς πινακίδων για να αφαιρέσω το φύλλο χαλκού από το υπόστρωμα και να το τοποθετήσω στο ξύλο. Εάν επιλέξετε να κάνετε μια στρώση κολλητικής μάσκας Kapton - τώρα θα μεταφερθεί στο ξύλο πάνω από τον χαλκό.

Η συγκόλληση σε φύλλο χαλκού είναι λίγο δύσκολη, επειδή σε αντίθεση με μια κανονική πλακέτα κυκλώματος, ο χαλκός κολλάει μόνο στο υπόστρωμα (ξύλο) με την κόλλα του, η οποία δεν κολλάει τόσο σκληρά όσο ο χαλκός μιας κανονικής πλακέτας κυκλώματος. Επομένως, εάν δεν είστε προσεκτικοί (ειδικά κάτω από τη θερμότητα ενός συγκολλητικού σιδήρου) - η κουκούλα μπορεί να γλιστρήσει ή να μετατοπιστεί. Η χρήση μιας κολλητικής μάσκας Kapton θα σας βοηθήσει να κρατήσετε λίγο τον χαλκό στη θέση του και θα το κάνετε λίγο πιο εύκολο.

Ένα άλλο μεγάλο πράγμα που πρέπει να προσέξετε είναι ότι τα NeoPixels έχουν αναφερθεί ότι είναι κάπως δυσανεκτικά στην υπερβολική θερμότητα. Έτσι, κατά τη συγκόλληση, χρησιμοποιήστε αρκετή ροή συγκόλλησης (χρησιμοποιώ ένα στυλό ροής χωρίς καθάρισμα), εφαρμόστε το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας και της συγκόλλησης στο ίχνος χαλκού και αφαιρέστε τη θερμότητα γρήγορα μόλις ρέει η συγκόλληση στον πείρο NeoPixel. (Το Soldermask θα βοηθήσει επίσης στη μείωση της απαιτούμενης ποσότητας συγκόλλησης, καθώς δεν θα ρέει κάτω από την καλυμμένη περιοχή του ίχνους).

Το βρήκα πιο εύκολο να χρησιμοποιήσω μια μικρή κουκκίδα "Tacky Glue" για να κολλήσω τα NeoPixels στη θέση τους πριν από τη συγκόλληση. Αυτό κράτησε τα μέρη στη θέση τους, καθιστώντας τη συγκόλληση πιο γρήγορη και απαιτώντας έτσι λιγότερη θερμότητα. Το Tacky Glue κολλάει επίσης γρήγορα, επιτρέποντας στα μέρη να μην γλιστρούν, αμέσως μετά την τοποθέτησή τους. Πεθαίνει (σε μικρές ποσότητες) σαν μια κολλώδης σύσταση, η οποία επιτρέπει την αφαίρεση εξαρτημάτων εάν απαιτείται οποιοδήποτε είδος αντικατάστασης ή επεξεργασίας.

Βήμα 5: Προσθήκη της CPU

Εάν θέλετε να φτιάξετε τα δικά σας χαρακτικά για την CPU (και το βύσμα εντοπισμού σφαλμάτων) αυτό είναι λίγο πιο δύσκολο από το να κάνετε τα LED. Ο λόγος είναι ότι οι γεωμετρίες που περιλαμβάνονται είναι μικρότερες και λεπτότερες, απαιτώντας πιο ακριβείς περικοπές από τον κόφτη βινυλίου σας.

Διαπίστωσα ότι κατά την κοπή ταινίας από φύλλο αλουμινόχαρτου, το κέρινο χαρτί στο οποίο έχει κολλήσει η ταινία παρέχει σχετικά μικρή πρόσφυση. Αυτό σημαίνει ότι όταν επιχειρούνται μικρότερες γεωμετρίες, τείνουν να γλιστρούν γύρω από το υπόστρωμα.

Αν και έπαιξα με πολλές ρυθμίσεις κοπής, η καλύτερη λύση που βρήκα ήταν να χρησιμοποιήσω ένα υπόστρωμα με ισχυρότερη πρόσφυση. Το βινύλιο λειτουργεί καλά, αλλά δεν λειτουργεί εύκολα με ταινία μεταφοράς πινακίδων για να αφαιρεθεί ο χαλκός από το βινύλιο (και να τοποθετηθεί στο ξύλο). Μπορείτε να αφήσετε το κύκλωμα σε βινύλιο, αλλά τείνει να λιώσει όταν συγκολληθεί - οπότε δεν είναι αδύνατο, αλλά πιο δύσκολο να συναρμολογηθεί. (Έχω χρησιμοποιήσει βινύλιο ως υπόστρωμα σε μερικά διαφορετικά σχέδια).

(Διαφανή μεμβράνη ή προστατευτικά φύλλων λειτουργούν επίσης - και είναι λίγο καλύτερα επειδή είναι παχύτερα. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σχέδια όταν θέλετε κυκλώματα ανεξάρτητα και δεν θέλετε κολλητικό υπόστρωμα) - αλλά και πάλι, λιώνουν εκτός εάν συγκολληθούν πολύ προσεκτικός.

Η καλύτερη λύση που βρήκα ήταν να χρησιμοποιήσω την ταινία Kapton ως υπόστρωμα. Η ταινία Kapton αντέχει εξαιρετικά στη ζέστη της συγκόλλησης, λειτουργεί ως μάσκα και είναι κολλητική. Το μόνο αρνητικό είναι ότι είναι συνήθως πολύ λεπτό. Τόσο πολύ, που δυσκολεύτηκα να δουλέψω μαζί του, εκτός αν το διπλασιάσω, για να το κάνω διπλάσιο και παχύ.

Με τη μεγαλύτερη αντοχή συγκόλλησης του χαλκού πάνω από το Kapton, μπορούν να κοπούν λεπτότερες λεπτομέρειες, όπως τα καλώδια της CPU. Μόλις τελειώσω, προσκόλλησα το Kapton στην πίσω πλευρά της ξύλινης πλάτης πεταλούδας.

Βήμα 6: Λογισμικό

Το λογισμικό έγινε ως σκίτσο Arduino, χρησιμοποιώντας τη βιβλιοθήκη Adafruit NeoPixel.

Αν και μπορεί να φαίνεται ασήμαντο, πολλή σκέψη πήγε στα σχέδια της πεταλούδας. Ο κώδικας γράφτηκε για εναλλαγή μεταξύ δύο λειτουργιών κάθε αρκετά δευτερόλεπτα:

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΗ - Σκούπισμα χρωμάτων - πλύσιμο έως και διαφορετικών χρωμάτων, ταχεία μεταβαλλόμενα χρώματα. Επιλέγοντας ένα "χρώμα" - χρησιμοποίησα έναν αλγόριθμο για να σκουπίσω μεταξύ των "τιμών" χρώματος - κάθε τιμή που αποστέλλεται μέσω μιας λειτουργίας μετατροπής HSB -to -RGB (όπου ο κορεσμός και η φωτεινότητα ήταν πάντα μέγιστες) - για να επιτύχω τη μέγιστη φωτεινότητα των χρωμάτων.

ΤΡΟΠΟΣ ΔΥΟ - Λειτουργεί από:

• Δημιουργήθηκαν 6 ή 8 διαφορετικά «μοτίβα» προκαθορισμένων ομάδων τμημάτων. Ο κώδικας θα επιλέξει ένα από αυτά τυχαία

• Κάθε μοτίβο απαιτούσε πλήρωση προκαθορισμένων τμημάτων σε ένα από 2, 3 ή 4 διαφορετικά χρώματα. Κάθε χρώμα επιλέχθηκε τυχαία με μία από αυτές τις δύο μεθόδους:

  • Επιλέχθηκε από ένα από τα 6 χρώματα μέγιστου επιπέδου (κόκκινο, πράσινο, μπλε, κίτρινο κ.λπ.).
  • Επιλεγμένο από τυχαίο HUE - (χρησιμοποιώντας την ίδια γεννήτρια αποχρώσεων στο Mode One)
• Το προκύπτον μοτίβο χρώματος εκτελέστηκε μέσω μιας λειτουργίας ξεθώριασης, η οποία παρείχε ομαλή εξασθένιση από το ένα μοτίβο στο επόμενο - και το κράτησε εκεί για μερικά δευτερόλεπτα πριν συνεχίσει στο επόμενο.

Οι δύο λειτουργίες εναλλάσσονταν κάθε 10 ή 15 δευτερόλεπτα.

Βήμα 7: Προγραμματισμός

Έτσι τώρα έχουμε ένα ολοκαίνουργιο ATTiny85 στο PCB μας και πρέπει να το προγραμματίσουμε. Δεδομένου ότι χρησιμοποίησα το Arduino SDK για αυτό, πρέπει να τοποθετήσουμε τόσο το πρόγραμμα ("σκίτσο") όσο και το πρόγραμμα εκκίνησης Arduino στη συσκευή.

Χρησιμοποίησα το ίδιο το Arduino Uno ως προγραμματιστή στο σύστημα.

Το συνημμένο διάγραμμα δείχνει πώς συνδέσα το Uno στο κύκλωμά μου ATTiny85. Πραγματικά έκανα διατάξεις για να το κάνω με έναν από τους δύο διαφορετικούς τρόπους:

1. μέσω κεφαλίδας εντοπισμού σφαλμάτων πρόσθεσα στον πίνακα
2. μέσω μιας δέσμης δοκιμαστικών σημείων εντοπισμού σφαλμάτων που πρόσθεσα στον πίνακα. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν κρατώντας μια δέσμη ελατηριωτών πείρων στον πίνακα μέσω ακρυλικής θήκης με κομμένη με λέιζερ, η οποία τα συγκρατεί στην ακριβή θέση.

Για να το κάνω αυτό:

• Συνδέστε το Arduino Uno στον υπολογιστή σας και ανοίξτε το Arduino SDK.
• Ανοίξτε το ενσωματωμένο σκίτσο "Ardunio ως ISP". Μεταγλωττίστε και ενημερώστε αυτό το σκίτσο - τώρα το Uno είναι ISP.
• Στο Arduino "Boards Manager" - εγκαταστήστε το πακέτο πλακέτας για τη σειρά ATTiny.
• Κλείστε το σκίτσο Uno ISP και ανοίξτε το σκίτσο σας για τον κώδικα Πεταλούδα.
• Επιλέξτε "Τύπος πλακέτας" είναι ATTiny85 - επιλέξτε 8Mhz Εσωτερικό ταλαντωτή.
• Για "Προγραμματιστής" επιλέξτε "Uno as ISP"
• Επιλέξτε "Uploads Bootloader" (κάντε αυτό μόνο την ΠΡΩΤΗ ΦΟΡΑ για αυτό το τσιπ - δεν θα χρειαστεί να επαναληφθεί)
• Αφού γίνει αυτό - μπορείτε τώρα να κάνετε "Μεταφόρτωση προγράμματος με ISP" για να στείλετε το σκίτσο σας στο ATTiny85.

Βήμα 8: Τελική συνέλευση

Δύο ακόμη τμήματα ξύλου κόπηκαν με λέιζερ - ένα περίγραμμα των φτερών της πεταλούδας. Wereταν βαμμένα με μαύρο ματ χρώμα.

Ένα κομμάτι ακρυλικό έλαβε μια "παγωμένη" εμφάνιση τρίβοντας το με γυαλόχαρτο χονδρόκοκκο. Τα μεμονωμένα τμήματα της ξύλινης περιοχής κόπηκαν από αυτό το ακρυλικό.

Τα κομμένα ακρυλικά τμήματα τοποθετήθηκαν στο κορυφαίο ξύλινο κομμάτι. Θα μπορούσαν να έχουν κολληθεί, αλλά οι ανοχές των ακρυλικών κοπών και του χρώματος στο ξύλο τους επέτρεψαν να διατηρηθούν χωρίς κόλλα.

Αυτά τα τμήματα στη συνέχεια κολλήθηκαν μαζί με μικρές κηλίδες Tacky Glue - που θα τους επέτρεπαν να αποσυναρμολογηθούν εάν χρειάζονταν επισκευές.