GlassCube - 4x4x4 LED კუბი მინის PCB– ზე: 11 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ჩემი პირველი ინსტრუქცია ამ ვებგვერდზე იყო 4x4x4 LED კუბი მინის PCB- ების გამოყენებით. ჩვეულებრივ, მე არ მიყვარს ერთი და იგივე პროექტის გაკეთება ორჯერ, მაგრამ ახლახანს წავაწყდი ფრანგ მწარმოებელ Heliox– ის ამ ვიდეოს, რომელმაც შთააგონა ჩემი ორიგინალური კუბის უფრო დიდი ვერსიის გაკეთება. თავის ვიდეოში Heliox გამოდის ბევრად უფრო მარტივ პროცესში შუშის PCB– ების წარმოებისათვის, რომელიც არ შეიცავს გრავირებას, სამაგიეროდ ის იყენებს პლოტერს, რათა ამოიღოს კვალი თვითწებვადი სპილენძის კილიტადან, რომელიც შემდეგ გადადის მინის სუბსტრატზე. ვინაიდან პლოტერები არც თუ ისე ძვირია და შეიძლება სხვა პროექტებშიც გამოდგეს, მე უბრალოდ მივიღე ის, რომ ეს პროცესი მე თვითონ მეცადა.

გარდა იმისა, რომ ჩემი ორიგინალური კუბის უფრო დიდი ვერსიაა, ეს ვერსია ასევე იყენებს პერსონალურ PCB- ს, რომელიც დაფუძნებულია SAMD21 მიკროკონტროლერზე და ლაზერული აკრილისგან დამზადებულ კორპუსზე. კუბის დაპროგრამება შესაძლებელია Arduino IDE– ით და ასევე თავსებადია CircuitPython– თან.

GlassCube ნაკრები ახლა ასევე ხელმისაწვდომია Tindie– ზე.

იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ იყიდეთ ნაკრები თქვენ მხოლოდ უნდა შეაერთოთ LED- ები (ნაბიჯი 5), ააწყოთ კორპუსი (ნაბიჯი 8) და დააკავშიროთ ფენები (ნაბიჯი 9)

მარაგები

• 64 ცალი - WS2812B 5050 SMD LED- ები (მაგ. Aliexpress)
• 4 ცალი - 100 x 100 x 2 მმ მინის ფირფიტა (აღმოვაჩინე ეს მართლაც იაფი გერმანელი მომწოდებელი, რომელიც მხოლოდ 0.20 ევროს/ცალი იხდის)
• 2 ცალი - A4 ფურცელი თვითწებვადი სპილენძის კილიტა (მაგ. ამაზონი)
• 1 რულეტი - პლოტერის გადაცემის ქაღალდი (მაგ. ამაზონი)
• 1 კომპლექტი - ლაზერული აკრილის (იხ. ქვემოთ)
• 1 პერსონალური PCB (იხ. ქვემოთ)
• 4 ცალი M2x8 ხრახნები + თხილი

ყველა მასალის ჯამური ღირებულება, მათ შორის ლაზერული სერვისის და PCB წარმოების შესახებ, არის დაახლოებით 100 ევრო.

ინსტრუმენტები

• სილუეტის პორტრეტი 2 პლოტერი (მაგ. ამაზონი)
• ლაზერული საჭრელი ან ონლაინ ლაზერული სერვისი (მე ვიყენებ snijlab.nl)
• soldering რკინის
• სითბოს ფირფიტა ან ღუმელი reflow SMD soldering (ან მოწინავე ხელით soldering უნარი

ნაბიჯი 1: CAD დიზაინი

GlassCube- ის საბინაო და PCB ზომები შემუშავებულია Fusion360– ში, მე დავურთე დიზაინი ქვემოთ.

კიდეების სვეტები და ზედა ფირფიტა დამზადებულია 3 მმ სისქის გამჭვირვალე აკრილისგან. LED- ების ფენები დამზადებულია 2 მმ სისქის მცურავი მინისგან. ქვედა ფირფიტა არის პერსონალურად დამზადებული PCB.

ნაბიჯი 2: LED PCB დიზაინი

მე გამოვიყენე Eagle შუშის PCB– ების განლაგების შესაქმნელად. ვინაიდან პლოტერით კვეთის კვალი არ არის ისეთი ზუსტი, როგორც მათი ტონერული გადაცემის მეთოდით დახატვა, მინიმალური კვალის სიგანე შეზღუდულია. მე შევეცადე კვალის სხვადასხვა სიგანე და აღმოვაჩინე, რომ 32 მლნ იყო მინიმალური ზომა, რაც მე შემეძლო გამოვიყენო, როგორც თხელი კვალი, რომელსაც ხშირად ვიშორებ შეთქმულების დროს.

სპილენძის კილიტადან კვალის ამოღების მიზნით დაფის განლაგება უნდა გადაკეთებულიყო dxf. ცოტა დრო დამჭირდა იმის გასარკვევად, თუ როგორ უნდა გავაკეთო ეს სწორად, ნება მომეცით ნაბიჯები დეტალურად გავიარო

1. ღია დაფის განლაგება არწივში
2. დამალვა ყველა ფენა გარდა ზედა ფენისა
3. დააწკაპუნეთ ფაილი-> დაბეჭდვა შემდეგ აირჩიეთ ბეჭდვა ფაილში (pdf)
4. გახსენით pdf Inkscape– ში
5. გამოიყენეთ ბილიკის შერჩევის ინსტრუმენტი ერთი კვალის აღსანიშნავად, შემდეგ დააწკაპუნეთ E dit-> Select Same-> Stroke Style ამან უნდა მონიშნოს ყველა კვალი (მაგრამ არა ბალიშები)
6. დააწკაპუნეთ P ath-> Stroke to Path ეს გარდაქმნის გეზის მონახაზებს ახალ ბილიკებზე
7. მონიშნეთ ყველა ბილიკი (ბალიშების ჩათვლით) ბილიკის შერჩევის ინსტრუმენტის არჩევით და შემდეგ ctrl+a დაჭერით
8. დააწკაპუნეთ P ath-> Union– ზე, ეს უნდა აერთიანებდეს ყველა გზას და ამოიღოს ნებისმიერი შეწყვეტილი ხაზი „შევსებულ“უბნებში
9. დააწკაპუნეთ ფაილი-> შენახვა როგორც და აირჩიეთ *.dxf როგორც ფაილის ფორმატი

Dxf ფაილი შეგიძლიათ იხილოთ აქ ჩემს GitHub– ზე.

ნაბიჯი 3: სპილენძის კილიტის გაჭრა

Dxf ფაილი ამოჭრილია A4 ფურცლებიდან თვითწებვადი სპილენძის კილიტა სილუეტის პორტრეტი 2 პლოტერით. სპილენძის ფურცლები პირველად მიმაგრებული იქნა მოთავსებულ თვითწებვადი ჭრის ხალიჩაზე. პროგრამული უზრუნველყოფის პარამეტრები, რომელიც მე გამოვიყენე ჭრისთვის, შეგიძლიათ იხილოთ თანდართულ სურათზე.

ჭრის შემდეგ ჭარბი კილიტა ფრთხილად უნდა მოიხსნას. იმისათვის, რომ არ დაზიანდეს მოჭრილი კილიტა, მე დავტოვე მთელი A4 ფურცელი საჭრელ ხალიჩაზე შემდეგი ნაბიჯებისთვის.

ნაბიჯი 4: სპილენძის კილიტის გადატანა

მოჭრილი კილიტა გადაიტანეს შუშის ფირფიტაზე გადაცემის ქაღალდის გამოყენებით, რომელიც არის კიდევ ერთი თვითწებვადი კილიტა. გადასატანი ქაღალდი მიმაგრებულია სპილენძის კილიტაზე და შემდეგ ნელ -ნელა იხსნება ისე, რომ სპილენძის კილიტა გამყარებული რჩება გადასატან ფურცელზე. შემდეგ ის მიმაგრებულია შუშის სუბსტრატზე და გადასატანი ქაღალდი ნელ -ნელა იხსნება ისე, რომ ამჯერად სპილენძის კილიტა მიმაგრებულია მინის ფირფიტაზე.

დაფის განლაგებას აქვს ორი მარკერი ზედა მარცხენა და მარჯვენა კუთხეებში, რაც ხელს უწყობს შუშის ფირფიტაზე კილიტის სწორად გასწორებას. მარკერების დამაგრების შემდეგ კვლავ შეგიძლიათ ამოიღოთ მინის ფირფიტადან.

ნაბიჯი 5: LED- ების შედუღება

SMD LED- ები შუშის ფირფიტაზე იყო ჩასმული ხელით. მე ასევე შევეცადე მათი მიმაგრება გათბობის ფირფიტის გამოყენებით (სინამდვილეში ჩემი ღუმელი), მაგრამ როგორც სურათზე ჩანს, ეს არ იყო კარგი იდეა. თუ თქვენ გაქვთ სათანადო გამათბობელი ღუმელი, შეიძლება სცადოთ, მაგრამ გამოყენებული შუშის ტიპზეა დამოკიდებული, რომ არსებობს სერიოზული რისკი, რომ ის გატეხოს გათბობის დროს.

რაც შეეხება LED- ების ორიენტაციას, არსებობს ორი განსხვავებული განლაგება. კუბის პირველი და მესამე ფენისთვის ორიენტაცია განსხვავებული იქნება, ვიდრე მეორე და მეოთხე ფენისთვის. ამ გზით უფრო ადვილია ფენების ერთმანეთთან დაკავშირება მოგვიანებით.

ნაბიჯი 6: მიკროკონტროლის PCB

იმის ნაცვლად, რომ დაეყრდნო კომერციულ განვითარების დაფას, როგორიცაა Arduino Nano, მე შევიმუშავე პერსონალური PCB Eagle– ში LED- ების გასაკონტროლებლად. უპირატესობა ის არის, რომ მე შემიძლია დაფის ფორმა ისე, რომ ლამაზად მოთავსდეს კუბში. დაფა დაფუძნებულია ATSAMD21E18 მიკროკონტროლერზე, რომელიც იგივეა რაც Adafruit's Trinklet M0- ში გამოიყენება. მე შევარჩიე ეს MCU, რადგან მას აქვს მშობლიური USB და არ საჭიროებს FTDI ჩიპს პროგრამირებისთვის. ასევე Adafruit გთავაზობთ ჩამტვირთავებს, რომლებიც თავსებადია Arduino IDE– თან და CircuitPython– თან.

ერთი შენიშვნა დაფის შესახებ არის ის, რომ ის მუშაობს 3.3V ლოგიკით, ხოლო WS2812B უნდა იქნას გამოყენებული 5V– ით, თუმცა, ბევრმა ადამიანმა აჩვენა, რომ 3.3V– ით მუშაობაც შესაძლებელია.

მე მივიღე ჩემი PCBs PCBWay.com– დან Gerber Files და BoM შეგიძლიათ იხილოთ ჩემს GitHub ანგარიშზე.

ამ PCB– ზე SMD კომპონენტების გარკვეული უნარ -ჩვევებით შესაძლებელია ხელით შედუღება, თუმცა რა თქმა უნდა, უკეთესია გათბობის ფირფიტა ან გამრეცხი ღუმელი.

ნაბიჯი 7: ჩატვირთვის ჩამტვირთავი

მე გამოვიყენე UF2 ჩამტვირთავი, რომელიც მოწოდებულია Adafruit– ის მიერ მათი Trinket M0 დაფებისთვის. MCU გაანათეს J-Link ინსტრუმენტის დახმარებით. დეტალური ინსტრუქციები, თუ როგორ უნდა ატვირთოთ ჩატვირთვის პროგრამა შეგიძლიათ ნახოთ ადაფრუტის ვებსაიტზე. Adafruits UF2-SAMD ჩატვირთვისას მთავარი ის არის, რომ პირველი ინსტალაციის შემდეგ, MCU ჩნდება როგორც ფლეშ დრაივი და თქვენ შეგიძლიათ უბრალოდ გადაიტანოთ UF2 ფაილი მოსახსნელ დისკზე, რომ კვლავ აანთოთ იგი. ეს ძალიან აადვილებს მაგ. შეცვლა Arduino IDE- სა და CircuitPython- ს შორის.

ნაბიჯი 8: ლაზერული სახურავი

კუბის კორპუსი მოჭრილი იყო 3 მმ სისქის გამჭვირვალე აკრილისგან. მე გამოვიყენე ლაზერული ჭრის ონლაინ სერვისი (snijlab.nl). შესაბამისი dxf ფაილები ასევე შეგიძლიათ იხილოთ ჩემს GitHub ანგარიშზე. კორპუსი შედგება 4 სვეტისა და ზედა ფირფიტისგან. პოსტები მიმაგრებულია ძირითად PCB- ზე ბოლოში 4 ცალი M2x8 ხრახნითა და კაკლით.

ნაბიჯი 9: ფენების დაკავშირება

მას შემდეგ, რაც კორპუსი შეიკრიბა, მე დავაკავშირე ფენები შუშის PCB- ებზე ბალიშებზე. ეს საკმაოდ დელიკატური პროცედურა აღმოჩნდა და არსებობს აკრილის დაწვის ან სპილენძის ბალიშების გაფუჭების რისკი. გაითვალისწინეთ, რომ GND და VCC ქინძისთავები ცვლის პოზიციებს თითოეულ ფენაზე, ასე რომ მავთულები უნდა გადაიკვეთოს. თავიდან აცილების მიზნით, რომ მავთულხლართები სპილენძის ბალიშებიდან გადმოვყარე, შედუღების შემდეგ დავაფიქსირე ისინი ცხელი წვეთის მცირე წვეთით. პირველი ფენა უკავშირდებოდა ქვედა PCB– ს Dupont– ის კონექტორით, მაგრამ მავთულები ასევე შეიძლება პირდაპირ PCB– ზე იყოს შედუღებული.

ნაბიჯი 10: კოდის ატვირთვა

მე გამოვიყენე CircuitPython (ვერსია 4.x) კუბის დასაპროგრამებლად. მას შემდეგ რაც დაინსტალირებთ CircuitPython ჩამტვირთველს, შეგიძლიათ უბრალოდ გაუშვათ კოდი პირდაპირ MCU ფლეშ დრაივში შენახვით. არ არის საჭირო შედგენა ასევე შეგიძლიათ მაგ. გახსენით კოდი და შეცვალეთ იგი.

ჯერჯერობით მე შევქმენი რამდენიმე ძირითადი ანიმაცია, მაგრამ ვინმესთვის ადვილი უნდა იყოს კოდის გაფართოება. კოდი შეგიძლიათ იხილოთ ჩემს GitHub– ზე, მის გასაშვებად საჭიროა აქ ნაპოვნი Adafruit Neopixel და ლამაზი LED ბიბლიოთეკები.

ნაბიჯი 11: დასრულებული კუბი

მე კმაყოფილი ვარ კუბის გარეგნობით, შუშის PCB და აკრილის კორპუსი მშვენივრად ერწყმის ერთმანეთს. ასევე სახალისო იყო პირველად ჩემი MCU დაფის შექმნა და მე თითქმის მიკვირს, რომ ეს პირველივე ცდაზე გამოვიდა. ვინაიდან მე მაქვს სათადარიგო PCB და აკრილის ნაწილები, მინდა რომ ეს კუბი ხელმისაწვდომი იყოს როგორც წვრილმანი Tindie– ზე. ასე რომ, თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ, განაგრძეთ ძებნა ან უბრალოდ მომწერეთ პირადი შეტყობინება.

ასევე, თუ მოგწონთ ეს სასწავლო ინსტრუქცია, გთხოვთ, ხმა მომცეთ კონკურსში Make It Glow.

მეორე ადგილი კონკურსის Make it Glow კონკურსში