4x4x4 Κύβος LED DotStar σε γυάλινα PCB: 10 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-13 06:57

Η έμπνευση για αυτό το έργο προήλθε από άλλους μικροσκοπικούς κύβους LED όπως αυτός του HariFun και αυτός του nqtronix. Και τα δύο αυτά έργα χρησιμοποιούν SMD LED για την κατασκευή ενός κύβου με πραγματικά μικρές διαστάσεις, ωστόσο, τα επιμέρους LED συνδέονται με καλώδια. Η ιδέα μου ήταν να τοποθετήσω τις λυχνίες LED σε ένα PCB, όπως προορίζεται για εξαρτήματα επιφανειακής τοποθέτησης. Αυτό θα έλυνε επίσης το πρόβλημα της τακτοποίησης των λυχνιών LED τακτοποιημένα σε μια μήτρα με τις ίδιες αποστάσεις που μπορεί συχνά να είναι δύσκολο όταν τα συνδέετε με καλώδια. Το προφανές πρόβλημα με τα PCB είναι ότι είναι αδιαφανή και επομένως τα μεμονωμένα στρώματα θα κρύβονται το ένα πίσω από το άλλο. Ξεφυλλίζοντας τον ιστό με αυτό κατά νου, έπεσα πάνω στις οδηγίες της CNLohr για τον τρόπο κατασκευής διαφανών γυάλινων PCB. Έτσι μου ήρθε η ιδέα να φτιάξω ένα μικρό κύβο από LED SMD τοποθετημένα σε γυάλινα PCB. Αν και δεν είναι ο πιο μικροσκοπικός κύβος LED στον κόσμο (αυτός ο τίτλος πιθανότατα εξακολουθεί να ανήκει στο nqtronix), νομίζω ότι τα γυάλινα PCB προσθέτουν μια ωραία νέα πινελιά στη μεγάλη ποικιλία ήδη υπάρχοντων κύβων LED.

Βήμα 1: Λογαριασμός Υλικών

Ο κύβος LED αποτελείται από λίγα υλικά όπως αναφέρονται παρακάτω

• πλάκες μικροσκοπίου (25,4 χ 76,2 χ 1 mm), π.χ. amazon.de
• ταινία χαλκού (0,035 x 30 mm), π.χ. ebay.de
• DotStar Micro LED (APA102-2020), π.χ. adafruit ή aliexpress
• πρωτότυπο πλακέτα PCB (50 x 70 mm), π.χ. amazon.de
• arduino nano, π.χ. amazon.de
• Αποστάτες PCB, π.χ. amazon.de ή aliexpress

Οι πλάκες μικροσκοπίου θα χρησιμεύσουν ως υπόστρωμα για τα PCB. Αποφάσισα να τα κόψω σε τετράγωνα κομμάτια μεγέθους 25,4 x 25,4 mm. Το φύλλο χαλκού πρέπει να είναι αρκετά λεπτό για χάραξη, ενώ το 1 mil (0,025 mm) είναι συνήθως το πρότυπο για τα PCB, ένα πάχος 0,035 mm λειτουργεί καλά. Φυσικά το πλάτος της ταινίας χαλκού πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 25,4 mm για να καλύψει το γυάλινο υπόστρωμα. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω τα LED DotStar στο μικρότερο διαθέσιμο πακέτο 2020. Αυτά τα LED έχουν ενσωματωμένο ελεγκτή που σας επιτρέπει να απευθύνεστε σε όλα τα LED με μία μόνο γραμμή δεδομένων, δηλαδή δεν υπάρχει ανάγκη για καταχωρητές βάρδιας ή charlieplexing. Προφανώς υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη διατάξεων μαξιλαριών για τα LED DotStar (δείτε παραπάνω). Η διάταξη PCB που σχεδίασα είναι για αυτή που εμφανίζεται στα αριστερά. Θα χρειαστείτε 64 LED για τον κύβο, παρήγγειλα 100 κομμάτια για να έχω μερικά ανταλλακτικά τα οποία μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μελλοντικά έργα. Όλα θα τοποθετηθούν σε μια πρωτότυπη πλακέτα PCB η οποία θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη ώστε το arduino nano να ταιριάζει σε αυτήν. Έκοψα ένα μικρότερο κομμάτι από έναν πίνακα διπλής όψης 50 x 70 mm (θα λειτουργήσει και η μονή όψη). Τα διαχωριστικά PCB θα χρησιμεύσουν ως βάθρα για τη βάση. Θα χρειαστείτε επίσης μερικά λεπτά σύρματα για να κάνετε τις συνδέσεις στο πρωτότυπο PCB και ίσως μερικά "καλώδια Dupont" για δοκιμή.

Για να φτιάξετε τον κύβο θα χρειαστείτε επίσης τις παρακάτω χημικές ουσίες

• διάλυμα χλωριούχου σιδήρου
• ακετόνη
• εποξική κόλλα, π.χ. Norland NO81 ή NO61
• κόλλα συγκόλλησης
• ροή
• κόλλα γενικής χρήσης, π.χ. UHU Hart

Για να χαράξω τον χαλκό από τα γυάλινα υποστρώματα πήρα ένα διάλυμα χλωριούχου σιδήρου 40% από ένα τοπικό κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών. Χρησιμοποίησα χλωριούχο σίδηρο αφού είναι φθηνό και εύκολα διαθέσιμο, ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα και θα πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη και άλλους εγχάρακτες όπως υπερθειικό νάτριο. Μπορείτε να βρείτε εδώ μια επισκόπηση των διαφόρων χαράξεων και των πλεονεκτημάτων τους. Έφτιαξα τα PCB χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μεταφοράς γραφίτη και χρησιμοποίησα ακετόνη για να αφαιρέσω το τόνερ μετά την χάραξη. Για να κολλήσετε το φύλλο χαλκού στο γυάλινο υπόστρωμα, θα πρέπει να πάρετε μια διαφανή εποξική κόλλα που είναι ανθεκτική στη θερμοκρασία (λόγω της συγκόλλησης) και ιδανικά επίσης ανθεκτική στην ακετόνη. Διαπίστωσα ότι ειδικά το τελευταίο είναι δύσκολο να βρεθεί, ωστόσο, τα περισσότερα εποξικά είναι ήπια ανθεκτικά στην ακετόνη, η οποία είναι αρκετή για το σκοπό μας, καθώς δεν έχουμε παρά να σκουπίσουμε την επιφάνεια με αυτήν. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω την εποξειδική σκλήρυνση UV Norland NO81, κυρίως επειδή εργάζομαι σε μια εταιρεία που πωλεί τα πράγματα. Στο τέλος δεν ήμουν πολύ χαρούμενος καθώς το εποξικό δεν κολλούσε πολύ καλά στο γυάλινο υπόστρωμα αν και είναι ειδικά σχεδιασμένο για συγκόλληση μετάλλου με γυαλί. Στο σεμινάριό του, ο CNLohr χρησιμοποιεί αυτό το εποξικό, το οποίο μπορεί να θέλετε να εξετάσετε εναλλακτικά. Για τη συγκόλληση των λυχνιών LED στο PCB θα χρειαστείτε πάστα συγκόλλησης, συνιστώ ένα με χαμηλό σημείο τήξης για να μειώσετε την πίεση για τα LED και την εποξική. Θα πρέπει επίσης να λάβετε κάποια ροή για τη στερέωση γεφυρών συγκόλλησης. Επιτέλους θα χρειαστούμε κάποια κόλλα για να κολλήσουμε τα γυάλινα PCB στη βάση. Χρησιμοποίησα το συγκολλητικό γενικής χρήσης UHU Hart αλλά μπορεί να υπάρχουν καλύτερες επιλογές.

Επιπλέον, θα χρειαστείτε τα ακόλουθα εργαλεία για αυτήν την κατασκευή.

• εκτυπωτής με λέιζερ
• πλαστικοποιητής
• κόφτης γυαλιού
• σταθμός συγκόλλησης θερμού αέρα
• κολλητήρι με μικρό άκρο

Ο εκτυπωτής λέιζερ χρειάζεται για τη μέθοδο μεταφοράς γραφίτη, ένας εκτυπωτής inkjet δεν θα λειτουργήσει εδώ. Χρησιμοποίησα πλαστικοποιητή για τη μεταφορά του γραφίτη στον χαλκό. Ενώ είναι επίσης δυνατό να γίνει αυτό με ένα σίδερο, διαπίστωσα ότι ο πλαστικοποιητής δίνει καλύτερα αποτελέσματα. Ο σταθμός συγκόλλησης θερμού αέρα προορίζεται για τη συγκόλληση των LED SMD, είναι επίσης πιθανό (και ίσως πιο βολικό) να το κάνετε αυτό με θερμαινόμενη πλάκα ή φούρνο αναρροής, αλλά ενδέχεται να χρειαστείτε σταθμό συγκόλλησης θερμού αέρα για επανεπεξεργασία. Επιπλέον, συνιστάται ένα συγκολλητικό σίδερο με ένα μικρό άκρο για τη στερέωση γεφυρών συγκόλλησης και για τη σύνδεση των βασικών PCB. Θα χρειαστείτε επίσης έναν κόφτη γυαλιού για να κόψετε τις πλάκες του μικροσκοπίου σε τετράγωνα κομμάτια.

Βήμα 2: Εκτύπωση της διάταξης PCB

Τα LED DotStar θα τοποθετηθούν σε 4 πανομοιότυπα PCB, καθένα από τα οποία περιλαμβάνει μια σειρά LED 4x4. Έκανα τη διάταξη για τα PCB με τον Eagle και την εξήγαγα σε ένα αρχείο pdf. Κατοπτρίζω στη συνέχεια τη διάταξη, τακτοποιώ πολλά σε μια σελίδα και προσθέτω επίσης κάποια σημάδια για να τα κόψω στη συνέχεια. Αυτό το αρχείο pdf μπορείτε να το κατεβάσετε παρακάτω. Έχω επισυνάψει επίσης τα αρχεία Eagle σε περίπτωση που θέλετε να κάνετε οποιεσδήποτε αλλαγές στη διάταξη του πίνακα. Επιπλέον, έκανα μια διάταξη για ένα στένσιλ συγκόλλησης που μπορεί να χαραχθεί από το ίδιο φύλλο χαλκού. Το στένσιλ είναι προαιρετικό, αλλά διευκολύνει την εξάπλωση της πάστας συγκόλλησης στο PCB. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η διάταξη πρέπει να εκτυπωθεί με εκτυπωτή λέιζερ. Δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κανονικό χαρτί, αλλά πρέπει να χρησιμοποιήσετε κάποιο γυαλιστερό χαρτί. Υπάρχει ένα ειδικό είδος χαρτιού μεταφοράς γραφίτη (δείτε π.χ. εδώ), αλλά πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν το χαρτί από περιοδικά (π.χ. κατάλογος ΙΚΕΑ). Το πλεονέκτημα του χαρτιού μεταφοράς γραφίτη είναι ότι είναι πιο εύκολο να αφαιρέσετε το χαρτί από τον χαλκό μετά τη μεταφορά. Δοκίμασα αυτό το χαρτί μεταφοράς γραφίτη και μερικές σελίδες περιοδικών και διαπίστωσα ότι οι σελίδες των περιοδικών δούλευαν ακόμα καλύτερα. Το πρόβλημα με το χαρτί μεταφοράς γραφίτη μου ήταν ότι μερικές φορές το γραφίτη τρίβονταν πριν, π.χ. όταν κόβετε τις μεμονωμένες διατάξεις, συνιστώ να χρησιμοποιήσετε κάποια άλλη μάρκα. Στο ήδη αναφερόμενο σεμινάριο του CNLohr χρησιμοποιεί αυτή τη μάρκα που μπορεί να λειτουργήσει καλύτερα. Μετά την εκτύπωση των διατάξεων για τα PCB και τη συγκόλληση στένσιλ, κόψτε τα με ένα μαχαίρι ακριβείας. Κατ 'αρχήν χρειάζεστε μόνο τέσσερις διατάξεις PCB και ένα στένσιλ, αλλά είναι σίγουρα χρήσιμο να έχετε τουλάχιστον δύο φορές περισσότερους από όσο είναι απίθανο να λειτουργήσουν όλες οι μεταφορές.

Βήμα 3: Κατασκευή χαλκού ντυμένου με γυαλί

Αρχικά πρέπει να κόψετε τις πλάκες του μικροσκοπίου σε τετράγωνα κομμάτια χρησιμοποιώντας έναν κόφτη γυαλιού. Βολικά μπορείτε να βρείτε ένα σεμινάριο για σχεδόν οτιδήποτε στο youtube. Searchάχνοντας για "κοπή διαφανειών μικροσκοπίου" βρήκα αυτό το σεμινάριο που σας δείχνει πώς γίνεται. Είναι λίγο δύσκολο να λειτουργήσει αυτό όμορφα και σπατάλησα πολλές διαφάνειες μικροσκοπίου, αλλά αν παραγγείλατε 100 κομμάτια όπως έκανα εγώ, θα έπρεπε να έχετε αρκετά περισσότερα. Και πάλι, συνιστώ να κάνετε τουλάχιστον δύο φορές περισσότερα υποστρώματα από ό, τι χρειάζεται (περίπου 8-10) από ό, τι πιθανότατα θα κάνετε κάποια λάθη στην πορεία. Στη συνέχεια, κόψτε την ταινία χαλκού σε κομμάτια που είναι λίγο μεγαλύτερα από τα τετράγωνα γυάλινα υποστρώματα. Καθαρίστε τόσο το υπόστρωμα όσο και το αλουμινόχαρτο με αλκοόλ ή ακετόνη και στη συνέχεια κολλήστε τα μεταξύ τους. Βεβαιωθείτε ότι δεν έχουν παγιδευτεί φυσαλίδες αέρα μέσα στην κόλλα. Όπως ήδη αναφέρθηκε, χρησιμοποίησα το Norland NO81, το οποίο είναι ένα γρήγορο συγκολλητικό UV που συνιστάται για τη συγκόλληση μετάλλου με γυαλί. Ακολούθησα επίσης τις οδηγίες από το CNLohr και τραχύσα τη μία πλευρά του φύλλου χαλκού για να κολλήσει καλύτερα στο γυαλί. Εκ των υστέρων, πιθανότατα θα το έκανα χωρίς να τραχύνομαι, καθώς αυτό έκανε τη μετάδοση του φωτός μέσω των PCB ελαφρώς διάχυτη και θα προτιμούσα να φαίνονται πιο καθαρά. Επιπλέον, δεν ήμουν πολύ ευχαριστημένος με το πόσο καλά κόλλησε η κόλλα στο γυαλί και διαπίστωσα ότι οι άκρες μερικές φορές ξεφλουδίζουν. Δεν είμαι σίγουρος αν αυτό οφείλεται σε ακατάλληλη σκλήρυνση ή λόγω της ίδιας της κόλλας. Στο μέλλον θα δοκιμάσω σίγουρα κάποιες άλλες μάρκες. Για τη σκλήρυνση χρησιμοποίησα μια λάμπα υπεριώδους ακτινοβολίας για τον έλεγχο τραπεζογραμματίων που τυχαία είχαν την κορυφή εκπομπής στο σωστό μήκος κύματος (365 nm). Μετά τη σκλήρυνση έκοψα τον επικαλυπτόμενο χαλκό με ένα μαχαίρι ακριβείας. Για το στένσιλ συγκόλλησης έκοψα επίσης μερικά επιπλέον κομμάτια αλουμινόχαρτου χωρίς να τα κολλήσω σε ένα υπόστρωμα.

Βήμα 4: Μεταφορά της διάταξης PCB

Τώρα το γραφίτη από την εκτύπωση λέιζερ πρέπει να μεταφερθεί στον χαλκό που γίνεται με θερμότητα και πίεση. Στην αρχή το δοκίμασα με σίδερο, αλλά μετά χρησιμοποίησα πλαστικοποιητή. Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια σύγκριση και των δύο τεχνικών με μια παλαιότερη έκδοση της διάταξης PCB. Όπως φαίνεται, ο πλαστικοποιητής έδωσε πολύ καλύτερα αποτελέσματα. Οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν τροποποιημένο πλαστικοποιητή που μπορεί να θερμανθεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Στο σεμινάριό του ο CNLohr χρησιμοποιεί πρώτα ένα πλαστικοποιητή και στη συνέχεια το θερμαίνει επίσης με ένα σίδερο. Απλώς χρησιμοποίησα ένα τυποποιημένο πλαστικοποιητή και χωρίς σίδερο που λειτούργησε μια χαρά. Για τη μεταφορά τοποθέτησα το αποτύπωμα λέιζερ προς τα κάτω στον χαλκό και το στερέωσα με ένα μικρό κομμάτι κολλητικής ταινίας. Στη συνέχεια, το δίπλωσα σε ένα μικρό κομμάτι χαρτί και το έτρεξα περίπου 8-10 φορές μέσω του πλαστικοποιητή, ενώ το γύριζα ανάποδα μετά από κάθε τρέξιμο. Μετά από αυτό, έβαλα το υπόστρωμα με το αποτύπωμα λέιζερ σε ένα μπολ με νερό και το άφησα να μουλιάσει για λίγα λεπτά, στη συνέχεια ξεφλούδισα προσεκτικά το χαρτί. Εάν χρησιμοποιείτε χαρτί μεταφοράς γραφίτη, το χαρτί συνήθως ξεκολλά εύκολα χωρίς να αφήνει υπολείμματα. Για το χαρτί του περιοδικού έπρεπε να τρίψω απαλά λίγο από το υπόλοιπο χαρτί με τον αντίχειρά μου. Εάν η μεταφορά δεν λειτούργησε, μπορείτε απλά να αφαιρέσετε το γραφίτη από τον χαλκό με ακετόνη και να προσπαθήσετε ξανά. Η διάταξη του στένσιλ συγκόλλησης μεταφέρθηκε στο γυμνό φύλλο χαλκού με τον ίδιο τρόπο.

Βήμα 5: Χαλκογραφία του χαλκού

Τώρα ήρθε η ώρα για χάραξη του χαλκού. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ο χαλκός θα αφαιρεθεί από το υπόστρωμα εκτός από τις περιοχές όπου προστατεύεται από το γραφίτη. Προκειμένου να προστατέψετε το πίσω μέρος του φύλλου χαλκού με τη διάταξη στένσιλ συγκόλλησης, μπορείτε απλά να το βάψετε με μόνιμο δείκτη. Πρέπει να αναφέρω ότι θα πρέπει φυσικά να λάβετε κάποια προστατευτικά μέτρα όταν εργάζεστε με έναν χαράκτη όπως το χλωριούχο σίδηρο. Παρόλο που το χλωριούχο σίδηρο δεν καίγεται στο δέρμα σας, θα παράγει τουλάχιστον δυσάρεστους κίτρινους-καφέ λεκέδες, οπότε σίγουρα συνιστώνται γάντια. Επίσης, πιθανότατα δεν θα εκπλαγείτε από το γεγονός ότι το οξύ είναι επιβλαβές για τα μάτια σας, οπότε πρέπει να φοράτε προστατευτικά γυαλιά. Από όσο καταλαβαίνω, δεν παράγεται αέριο κατά τη διάρκεια της χάραξης, αλλά μπορεί να θέλετε να το κάνετε σε καλά αεριζόμενο χώρο, καθώς ο καθαρός αέρας είναι πάντα καλός για εσάς;-) Γεμίστε το διάλυμα χλωριούχου σιδήρου σε ένα μικρό δοχείο (μπορείτε να προστατεύσετε το χώρο εργασίας σας από τυχαία διαρροή τοποθετώντας το στη συνέχεια σε μεγαλύτερο δοχείο). Κατά την τοποθέτηση των PCB, ακολούθησα ξανά τις οδηγίες της CNLohr και έβαλα τα υποστρώματα με το πρόσωπο στο υγρό έτσι ώστε να παραμείνουν να επιπλέουν στην κορυφή. Αυτό είναι πολύ βολικό καθώς θα γνωρίζετε ακριβώς όταν τελειώσει η χάραξη την οποία διαφορετικά δεν μπορείτε να δείτε στο καφέ διάλυμα που θα γίνει ακόμη πιο σκούρο κατά τη διάρκεια της χάραξης. Επιπλέον, διατηρεί επίσης κάποια μεταφορά κάτω από τα υποστρώματα. Για μένα η διαδικασία χάραξης κράτησε περίπου 20 λεπτά. Αφού χαράξει όλο τον ανεπιθύμητο χαλκό, ξεπλύνετε τα PCB με νερό και στεγνώστε τα. Θα πρέπει να σας μείνουν μερικά ωραία διαφανή PCB από γυαλί. Το τελευταίο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να αφαιρέσετε το γραφίτη από τα ίχνη χαλκού με ακετόνη. Απλώς σκουπίστε απαλά την επιφάνεια με αυτό καθώς η ακετόνη θα προσβάλει επίσης την κόλλα. ΜΗΝ ξεπλύνετε το χρησιμοποιημένο χλωριούχο σίδηρο κάτω από την αποχέτευση καθώς είναι επιβλαβές για το περιβάλλον (και πιθανότατα θα διαβρώσει και τους σωλήνες σας). Συλλέξτε τα πάντα σε ένα δοχείο και απορρίψτε τα σωστά.

Βήμα 6: Συγκόλληση των LED

Ανάλογα με τον εξοπλισμό και τις δεξιότητες συγκόλλησης SMD, το επόμενο μέρος μπορεί να είναι αρκετά χρονοβόρο. Πρώτα πρέπει να πάρετε την πάστα συγκόλλησης στα τακάκια στο PCB όπου θα συνδεθούν τα LED. Εάν έχετε χαράξει ένα στένσιλ συγκόλλησης, μπορείτε να το συνδέσετε στο PCB με κολλητική ταινία και στη συνέχεια απλώστε απλόχερα την πάστα. Εναλλακτικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια οδοντογλυφίδα για να βάλετε μικρές ποσότητες πάστας συγκόλλησης σε κάθε μαξιλάρι. Μετά από αυτό, το συνηθισμένο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να τοποθετήσετε τα LED και στη συνέχεια να τα βάλετε όλα σε φούρνο ανανέωσης (= φούρνο τοστιέρα για πολλούς ηλεκτρονικούς χομπίστες) ή σε μια εστία. Ωστόσο, διαπίστωσα ότι αυτό γενικά θα παράγει μερικές γέφυρες συγκόλλησης που είναι πολύ δύσκολο να αφαιρεθούν στη συνέχεια, καθώς δεν μπορείτε να έχετε πρόσβαση στα μαξιλάρια κάτω από τα LED. Για το λόγο αυτό, έλιωσα πρώτα τη συγκόλληση με τον σταθμό θερμού αέρα και στη συνέχεια στερέωσα όλες τις γέφυρες συγκόλλησης με ένα συγκολλητικό σίδερο χρησιμοποιώντας ροή και μια πλεξούδα αποκόλλησης για να αφαιρέσω την περίσσεια συγκόλλησης. Μετά κόλλησα τα LED ένα ένα με ζεστό αέρα. Φυσικά, η ταχύτερη μέθοδος θα ήταν να χρησιμοποιήσετε μια εστία ή φούρνο, αλλά το πλεονέκτημα της μεθόδου μου είναι ότι μπορείτε να δοκιμάσετε το PCB μετά από κάθε βήμα. Επίσης για μένα η συγκόλληση έχει σχεδόν μια διαλογιστική ατμόσφαιρα;-). Προσέξτε να συγκολλήσετε τα LED με τον σωστό προσανατολισμό, όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Για δοκιμές χρησιμοποίησα το παράδειγμα "strandtest" από τη βιβλιοθήκη adafruit DotStar και συνέδεσα τα καλώδια SDI, CKI και GND όπως φαίνεται παραπάνω. Αποδεικνύεται ότι η σύνδεση VCC δεν χρειάζεται για να ανάψουν τα LED, αλλά παρατήρησα ότι το κόκκινο και το μπλε χρώμα του πρώτου LED ανάβουν πάντα ταυτόχρονα. Αυτό δεν συνέβαινε όταν το VCC είναι επίσης συνδεδεμένο, ωστόσο, είναι δύσκολο να συνδέσετε και τα τέσσερα καλώδια εάν έχετε μόνο την κανονική ποσότητα χεριών;-).

Βήμα 7: Προετοιμάστε το PCB βάσης

Μόλις ολοκληρώσετε όλα τα γυάλινα PCB με τα LED που είναι προσαρτημένα, είναι καιρός να προετοιμάσετε το κάτω PCB όπου θα τοποθετηθούν. Έκοψα ένα κομμάτι με 18x19 μέσα από τρύπες από ένα πρωτότυπο PCB το οποίο παρέχει αρκετό χώρο για την τοποθέτηση όλων των εξαρτημάτων και την πραγματοποίηση όλων των απαραίτητων συνδέσεων και επίσης τέσσερις οπές που ανοίγονται στις άκρες όπου μπορούν να τοποθετηθούν οι αποστάτες PCB. Κάποιος θα μπορούσε να κάνει το PCB ακόμα μικρότερο χρησιμοποιώντας ένα arduino micro αντί για ένα arduino nano και επιλέγοντας αποστάτες με μικρότερη διάμετρο. Το σχήμα του PCB φαίνεται παραπάνω. Αρχικά θα πρέπει να κολλήσετε τις καρφίτσες για το arduino στο PCB χωρίς να τις συνδέσετε στο arduino γιατί μερικά από τα καλώδια πρέπει να μπουν κάτω από το arduino (φυσικά το έκανα λάθος την πρώτη φορά). Βεβαιωθείτε επίσης ότι η μεγαλύτερη πλευρά των ακίδων είναι στραμμένη προς τα έξω για το PCB (δηλαδή το arduino θα προσαρτηθεί στη μεγαλύτερη πλευρά). Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε λίγο λεπτό σύρμα για να κάνετε τις συνδέσεις όπως φαίνεται στο σχήμα. Όλα τα καλώδια λειτουργούν στο κάτω μέρος του PCB αλλά είναι κολλημένα στο επάνω μέρος. Σημειώστε ότι πρέπει επίσης να δημιουργήσετε τέσσερις γέφυρες συγκόλλησης για να πραγματοποιήσετε τις συνδέσεις για VCC, GND, SDI και CKI με τις ακίδες arduino. Το VCC θα συνδεθεί με το pin arduino 5 V, το GND με το GND, το SDI με το D10 και το CKI με το D9. Η καλωδίωση έγινε λίγο πιο ακατάστατη από ό, τι νόμιζα, αν και προσπάθησα να τακτοποιήσω τα πάντα έτσι ώστε να πρέπει να κάνετε τις λιγότερες δυνατές συνδέσεις.

Βήμα 8: Συνδέστε τα γυάλινα PCB

Τέλος, μπορείτε να κάνετε το τελευταίο βήμα της συναρμολόγησης, δηλαδή να συνδέσετε τα γυάλινα υποστρώματα στη βάση. Ξεκίνησα με το μπροστινό στρώμα που βρίσκεται στο πλάι της βάσης που είναι πιο κοντά στο arduino. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να δοκιμάσετε κάθε στρώμα αφού έχει τοποθετηθεί καθώς το σήμα τρέχει από μπροστά προς τα πίσω. Ωστόσο, καθώς τα μαξιλάρια συγκόλλησης βλέπουν προς τα εμπρός, καθιστά τη συγκόλληση των άλλων στρωμάτων λίγο περίπλοκη, καθώς πρέπει να φτάσετε μεταξύ τους με το κολλητήρι σας. Για να στερεώσω το PCB, έβαλα μια μικρή ποσότητα κόλλας (UHU Hart) στο κάτω άκρο των γυάλινων PCB (όπου βρίσκονται τα τακάκια) και στη συνέχεια το πίεσα σταθερά στη βάση και περίμενα μέχρι να κολλήσει αρκετά καλά. Στη συνέχεια, πρόσθεσα λίγη κόλλα στο κάτω μέρος στην πίσω πλευρά του PCB (απέναντι από τα μαξιλάρια συγκόλλησης). Για να είμαι ειλικρινής δεν είμαι 100% ευχαριστημένος με το αποτέλεσμα καθώς δεν μπόρεσα να τοποθετήσω τα PCB ακριβώς κάθετα. Mightσως είναι καλύτερα να φτιάξετε κάποιο είδος σπιτιού για να διασφαλίσετε ότι τα στρώματα παραμένουν κάθετα μέχρι να στεγνώσει τελείως η κόλλα. Μετά την τοποθέτηση κάθε στρώματος έκανα τις συνδέσεις συγκόλλησης εφαρμόζοντας μια γενναιόδωρη ποσότητα κόλλας συγκόλλησης στα έξι τακάκια στο κάτω μέρος, έτσι ώστε να συνδεθούν με τα αντίστοιχα σημεία συγκόλλησης στο κάτω PCB. Για συγκόλληση δεν χρησιμοποίησα ζεστό αέρα αλλά το κανονικό μου κολλητήρι. Σημειώστε ότι για το τελευταίο επίπεδο πρέπει να συνδέσετε μόνο τέσσερα μαξιλάρια. Μετά την τοποθέτηση κάθε στρώματος δοκίμασα τον κύβο με τον παράδειγμα κώδικα "strandtest". Αποδείχθηκε ότι, αν και δοκίμασα κάθε στρώμα εκ των προτέρων, υπήρχαν κακές συνδέσεις και έπρεπε να μεταπωλήσω δύο από τα LED. Αυτό ήταν ιδιαίτερα ενοχλητικό αφού ένα από αυτά βρισκόταν στο δεύτερο στρώμα και έπρεπε να φτάσω στο ενδιάμεσο με το θερμοπίστολό μου. Μόλις ολοκληρώσετε τα πάντα, η κατασκευή έχει τελειώσει. Συγχαρητήρια!

Βήμα 9: Μεταφόρτωση του κώδικα

Έφτιαξα ένα απλό παράδειγμα σκίτσου με μερικές κινούμενες εικόνες που φαίνεται στο παραπάνω βίντεο. Ο κώδικας χρησιμοποιεί τη βιβλιοθήκη FastLED και βασίζεται στο παράδειγμα DemoReel100. Μου αρέσει πολύ αυτή η βιβλιοθήκη καθώς παρέχει ήδη λειτουργίες για το ξεθώριασμα του χρώματος και της φωτεινότητας που καθιστά εύκολη τη δημιουργία υπέροχων κινούμενων εικόνων. Η ιδέα είναι να προχωρήσετε κάνοντας κι άλλες κινούμενες εικόνες και ίσως μοιραστείτε τον κωδικό σας στην ενότητα σχολίων. Στο παράδειγμα σκίτσο έθεσα τη συνολική φωτεινότητα σε κάποια χαμηλότερη τιμή για δύο λόγους. Πρώτον, σε πλήρη φωτεινότητα, τα LED είναι ενοχλητικά φωτεινά. Δεύτερον, και οι 64 λυχνίες LED σε πλήρη φωτεινότητα μπορούν δυνητικά να αντλήσουν πολύ περισσότερο ρεύμα από ό, τι ο arduino 5 V pin μπορεί να ασφαλίσει (200 mA).

Βήμα 10: Outlook

Υπάρχουν μερικά πράγματα που θα μπορούσαν να βελτιωθούν σε αυτό το bulid, τα περισσότερα από τα οποία έχω ήδη αναφέρει. Το κύριο πράγμα που θα ήθελα να αλλάξω είναι να φτιάξω ένα επαγγελματικό PCB για τη βάση. Αυτό θα επιτρέψει να γίνει η βάση μικρότερη και να φαίνεται πιο όμορφη και επίσης να αποφευχθεί η ενοχλητική διαδικασία της καλωδίωσης των πάντων με το χέρι. Πιστεύω επίσης ότι ο γυάλινος σχεδιασμός PCB θα επέτρεπε περαιτέρω μικρογραφία ολόκληρου του κύβου. Ο οδηγός του (πιθανώς) του πιο μικροσκοπικού κύβου LED στον κόσμο, ο nqtronix γράφει ότι αρχικά σχεδίαζε να χρησιμοποιήσει τα μικρότερα LED RGB στον κόσμο με μέγεθος 0404, αλλά ότι δεν κατάφερε να κολλήσει καλώδια σε αυτά. Με τη χρήση γυάλινων PCB θα μπορούσε κανείς να επιλέξει τον πιο μικροσκοπικό κύβο LED στον κόσμο. Σε αυτή την περίπτωση μάλλον θα έριχνα τα πάντα σε εποξειδική ρητίνη παρόμοια με τον κύβο από το nqtronix.