Papallona elèctrica: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Es tracta d’una papallona multicolor molt divertida que he fet: requereix parts i programació mínimes.

A part de la papallona en si, mostra algunes tècniques molt divertides on podeu fabricar els vostres propis PCB en un tallador de silueta amb cinta de coure que es comercialitza regularment i que es pot col·locar a qualsevol tipus de superfície.

Viouslybviament, una cosa així es podria crear fàcilment mitjançant una placa de circuit imprès de fabricació comercial, però si voleu estalviar la despesa de fer-ne una, voleu crear patrons de LED sobre un material no estàndard (com un mirall o una finestra, més aviat que un PCB de fibra de vidre) - o fins i tot alguna cosa amb una superfície corbada - aquest mètode es pot utilitzar per adherir de manera barata les traces de PCB de coure a gairebé qualsevol tipus de superfície.

Això es fa fàcilment per a coses com ara els LED que tenen un to de plom gran, però es fa més difícil a mesura que utilitzeu parts més fines i més petites. Per tant, aquesta tècnica es pot utilitzar de manera selectiva, és a dir, utilitzeu una placa (Arduino) com a ordinador i els gravats de coure tallats a casa per als llocs on vulgueu una personalització extrema en la col·locació de LEDs.

He utilitzat el següent per crear aquest projecte:

• Un tallador personal de vinil / paper Silhouette Cameo: per crear PCB
• Arduino UNO: s'utilitza com a programador en circuit
• Tallador làser per a peces (fusta - acrílic - qualsevol cosa) (podeu utilitzar una altra cosa si no teniu làser)

Les parts reals són:

• Un processador ATTiny75 de 1 dòlar
• 22 NeoPixels - (LEDs tricolors controlats en sèrie)
• Capçalera 2x3
• Làmina de coure

Tot el programari es va fer en Arduino IDE, mitjançant biblioteques Adafruit NeoPixel i biblioteques ATTiny del Board Manager.

Hi ha dues maneres fonamentals d’abordar-ho:

Easy Way: tinc la meva pròpia placa (com un Arduino) que faré servir per controlar els LED. Només crearé un PCB per als LED i ho connectaré al meu arduino.

Manera més dura (i més barata): vaig a fer tot el 100% jo mateix. No necessito un Arduino i, en canvi, faré servir un ATTiny85 de $ 1. Això és més difícil, ja que és més difícil fer tot l’art precís en un tallador de vinil tipus Silouette o CriCut.

Pas 1: disseny

Els LED són NeoPixels. Aquests són dispositius LED RGB increïbles, controlables individualment, de diversos nivells (il·luminen), molt brillants, que només tenen 4 pins: VccGndData InData Out. nivells de color de cadascun: tot des d’un sol pin de la vostra CPU. Encara millor, la biblioteca Adafruit NeoPixel per a Arduino us ofereix una manera senzilla de funcionar amb aquests en qüestió de segons.

Si esteu deixant de dissenyar la vostra placa de CPU en aquest disseny (amb un Arduino disponible a la venda), només cal que tingueu una petjada bàsica del Neopixel (es recomana incloure una tapa de derivació també amb cadascuna). El fitxer footprint.svg adjunt és bàsicament el que necessiteu per començar. Això us proporcionarà els contorns de la làmina de coure per als NeoPixles i els condensadors. Podeu obrir-ho directament a Inkscape, connectar tots els pins de + 5v i tots els pins de terra junts i, a continuació, encadenar tots els pins d’entrada i sortida de dades.

Assegureu-vos de convertir-ho en camins de tall adequats que podeu utilitzar al vostre tallador vynal com he mostrat més amunt, i ja està. Ni tan sols necessiteu un programa de disseny de PCB "real" per fer-ho.

No és realment necessari per a un NeoPixel, on els pins són bastant grans i fàcils de soldar, però es pot retallar una capa Soldermask fàcil d’un tros de cinta Kapton. Això semblarà un gran tros de cinta amb alguns petits rectangles retallats per a soldar coixinets, per col·locar sobre tota la vostra superfície de coure.

Pas 2: disseny de la CPU

Si sou més ambiciós, podeu crear els gravats per a la mateixa CPU directament a la vostra làmina de coure.

Això és més difícil a causa dels passadors més petits del dispositiu ATTiny85 i de la necessitat d’obtenir gravats molt petits de làmina de coure, però és fàcil de fer.

Probablement es faci millor en un programa de disseny de PCB "real" (he utilitzat Eagle).

També he inclòs un connector d'alimentació / depuració al meu disseny (i un parell de condensadors de derivació).

Parlarem més de la dificultat per tallar el coure en geometries tan petit.

Pas 3: Creació de capes

Pas 4: Muntatge del circuit

Es poden col·locar rastres de coure al vostre disseny.

En el meu cas, he utilitzat una peça de fusta tallada amb làser (esbós del fitxer SVG adjunt).

Vaig utilitzar cinta de transferència de signes per treure el paper de coure del suport i col·locar-lo a la fusta. Si decidiu fer una capa de màscara soldada de Kapton, ara es transferiria a la fusta que hi ha sobre el coure.

Soldar amb làmina de coure és una mica difícil, ja que, a diferència d’una placa de circuit normal, el coure només s’adhereix al substrat (fusta) gràcies al seu adhesiu, que no s’enganxa tant com el coure d’una placa de circuit normal. Per tant, si no aneu amb compte (sobretot sota la calor d’un soldador), la botella pot lliscar-se o canviar-se. L’ús d’una màscara soldadora de Kapton ajudarà a mantenir el coure una mica al seu lloc i ho farà una mica més fàcil.

Una altra cosa important a tenir en compte és que s’ha informat que els NeoPixels són una mica intolerants a l’excés de calor. Així, quan soldeu, utilitzeu molt flux de soldadura (faig servir un bolígraf de flux sense netejar), apliqueu la major part de la calor i la soldadura al traç de coure i elimineu la calor ràpidament un cop la soldadura flueixi al pin NeoPixel. (Soldermask també ajudarà a reduir la quantitat de soldadura necessària, ja que no fluirà per la zona coberta de la traça).

Em va semblar més fàcil utilitzar un petit punt de "Tacky Glue" per enganxar els NeoPixels al seu lloc abans de soldar. Això va mantenir les peces al seu lloc, fent que la soldadura fos més ràpida i, per tant, requereixi menys calor. Tacky Glue també s’adhereix ràpidament, cosa que permet que les parts no rellisquin, immediatament després de col·locar-les. Mor (en petites quantitats) per obtenir una mena de consistència gomosa, que permet eliminar les peces si es necessita algun tipus de substitució o reelaboració.

Pas 5: afegir la CPU

Si voleu fer els vostres propis gravats per a la CPU (i el connector de depuració), això és una mica més difícil que fer els LED. La raó és que les geometries involucrades són més petites i fines, i requereixen talls més precisos del vostre tallador de vinil.

He comprovat que quan es talla cinta de paper d'alumini, el paper cerós al qual s'enganxa la cinta proporciona relativament poca adhesió. Això vol dir que quan s’intenten geometries més petites, tendeixen a lliscar al voltant del suport.

Tot i que vaig jugar amb una gran quantitat de configuracions de tall, la millor solució que vaig trobar va ser utilitzar un substrat amb una adherència més forta. El vinil funciona bé, però no funciona fàcilment amb la cinta de transferència de signes per permetre treure el coure del vinil (i col·locar-lo a la fusta). Podeu deixar el circuit en vinil, però tendeix a fondre’s quan es solda, de manera que no és impossible, però és més difícil de muntar. (He utilitzat el vinil com a substrat en alguns dissenys diferents).

(Els protectors de làmines transparents o fulls de transparència també funcionen, i són una mica millors perquè són més gruixuts. Es poden utilitzar per a dissenys quan es desitgen circuits independents i no es necessita un substrat amb adhesiu), però, de nou, es fonen tret que estiguin soldats molt acurat.

La millor solució que vaig trobar va ser utilitzar la cinta Kapton com a substrat. La cinta Kapton aguanta molt bé la calor de la soldadura, actua com a màscara soldadora i té un suport adhesiu. L’únic inconvenient és que sol ser molt prim. Tant és així, que em va costar molt treballar-hi a no ser que el doblegués, per fer-lo el doble de gruixut i fort.

Amb una major resistència adhesiva del coure sobre el Kapton, es poden tallar detalls més fins com els cables de la CPU. Un cop fet, vaig adherir el Kapton a la part posterior del suport de papallona de fusta.

Pas 6: programari

El programari es va fer com un esbós Arduino, mitjançant la biblioteca Adafruit NeoPixel.

Tot i que pot semblar trivial, es va pensar molt en els patrons de la papallona. El codi es va escriure per alternar dos modes cada diversos segons:

MODE ONE: neteja del color: rentat de diferents colors, canviant ràpidament els colors. En seleccionar un "color", he utilitzat un algorisme per esborrar entre els "valors" de color - cada valor s'envia mitjançant una funció de conversió HSB a RGB (on la saturació i la brillantor sempre eren màximes) - per aconseguir la màxima brillantor de colors.

MODE 2: operat per:

• Es van crear 6 o 8 "patrons" de grups de segments predeterminats diferents. El codi seleccionaria un d’aquests a l’atzar

• Cada patró requeria omplir segments predeterminats en un de 2, 3 o 4 colors diferents. Cada color es va triar a l'atzar mitjançant un d'aquests dos mètodes:

  • Triat d'un dels 6 colors de màxim nivell (vermell, verd, blau, groc, etc.).
  • Triat d'un HUE aleatori - (utilitzant el mateix generador de tonalitats en mode One)
• El patró de color resultant es va executar mitjançant una funció d’esvaiment, que proporcionava una decoloració suau d’un patró a l’altre, i el va mantenir allà durant un parell de segons abans de continuar al següent.

Els dos modes s’alternarien cada 10 o 15 segons.

Pas 7: Programació

Per tant, ara tenim un nou ATTiny85 al PCB i hem de programar-lo. Com que he utilitzat l'SDK d'Arduino per a això, hem de col·locar tant el programa ("sketch") com el gestor d'arrencada d'Arduino al dispositiu.

Vaig utilitzar un mateix Arduino Uno com a programador del sistema.

El diagrama adjunt mostra com he connectat l’Uno al circuit ATTiny85. De fet, vaig fer provisions per fer-ho de dues maneres diferents:

1. mitjançant una capçalera de depuració que he afegit al tauler
2. mitjançant un munt de punts de prova de depuració que he afegit al tauler. Es poden utilitzar mantenint un munt de passadors de molla al tauler mitjançant un suport acrílic tallat amb làser, que els manté en la posició exacta.

Fer això:

• Connecteu l'Arduino Uno a l'ordinador i obriu l'Arduino SDK.
• Obriu l'esbós integrat "Ardunio com a ISP". Compileu i actualitzeu aquest esbós, ara l'Uno és un ISP.
• Al Arduino "Boards Manager": instal·leu el paquet de la placa per a la sèrie ATTiny.
• Tanqueu l'esbós de l'ISP d'Uno i obriu l'esbós per al codi Butterfly.
• Seleccioneu "Tipus de tauler" és ATTiny85: seleccioneu un oscil·lador intern de 8 MHz.
• Per a "Programador", seleccioneu "Uno com a ISP"
• Seleccioneu "Carregador d'arrencada de càrregues" (feu-ho només la PRIMERA VEGADA per a aquest xip; no hauria de ser necessari repetir-lo)
• Un cop fet això, ara podeu fer "Programa de càrrega amb ISP" per enviar el vostre esbós a l'ATTiny85.

Pas 8: Assemblea final

Es van tallar amb làser dues seccions més de fusta: un contorn de les ales de les papallones. Es van pintar amb una pintura negra mat.

A una peça d’acrílic se li va donar un aspecte “esmerilat” en polir-la amb paper de vidre granulat. Les seccions individuals de la zona de fusta es van retallar d’aquest acrílic.

Les seccions acríliques tallades es van col·locar a la peça de fusta més superior. Es podrien haver enganxat, però les toleràncies dels talls acrílics i la pintura de la fusta van permetre retenir-les sense cola.

Aquestes seccions es van enganxar junt amb petites taques de Cola Tacky, cosa que hauria permès desmuntar-les si calguessin reparacions.