LED-kubuslamp - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Deze lamp is een bijproduct van het klokproject van 172 pixels dat ik heb gemaakt. Het kwam tot stand toen ik de reeks LED's aan het testen was. Mijn partner zag ze en vond het leuk hoe ze eruit zagen. Ik maakte de klok af en begon toen aan dit project. Het is een nogal traag project geweest, er zijn tussendoor andere dingen gebeurd waardoor het zich in de loop van de tijd heeft kunnen ontwikkelen.

Het originele concept was iets meer dan een meter lang en gebruikte 3 knoppen en een potentiometer om het te bedienen. Dit evolueerde naar een kleiner maar vergelijkbaar ontwerp dat een enkele roterende encoder gebruikte. Dan breekt de feestmaand aan en ik leende enkele van de bedieningsconcepten voor de ATTiny 85 gestuurde feestverlichting. Uiteindelijk hebben we dit; Een schattige kubus van 50 mm met een enkele aanraakgevoelige bediening.

Het zou gemakkelijk zijn geweest om simpelweg een goedkope LED-controller van eBay te kopen, deze in een doos te stoppen en het klaar te noemen. Ik wilde echter iets dat geen installatie of koppeling vereiste en me in staat zou stellen te beslissen hoe de LED's zich gedroegen. Natuurlijk kan ik het licht niet veranderen vanuit het comfort van mijn bank, maar dat vind ik niet erg. Dat gezegd hebbende, denk ik dat de volgende evolutie de ATTiny 85 zou kunnen vervangen voor zoiets als de ESP8266, zodat ik gebruik kan maken van de draadloze controller, maar ook wat handmatige bediening kan behouden.

Het was erg belangrijk voor mij dat het licht actief was maar niet afleidend, dus in de witmodus komt er langzaam een klein beetje kleur in beeld op een willekeurig punt op de lamp en vervaagt dan net zo langzaam weer. Het was belangrijk dat het je aandacht niet zou trekken, maar elke keer dat je naar de lamp kijkt, zou het net een beetje anders zijn.

Benodigdheden

De kubus is gemaakt van 3 mm mat opaal acrylplaat. Ik speelde vals en bestelde het voorgesneden in vierkanten die de juiste maat hebben voor wat ik wilde, ik voegde een paar extra toe aan de bestelling voor het geval ik een fout maakte (dat heb ik gedaan) De eerste paar die ik maakte Ik gebruikte tensol 12 om ze aan elkaar te hechten. Het werkt heel goed, maar het is geen leuk spul om te gebruiken, ik heb die hier gemaakt met gorilla-epoxy. De binding is niet zo sterk als de tinsol 12, maar zou sterk genoeg moeten zijn zonder de echt vervelende dampen.

De LED's zijn SK6812, ze zijn de RGBWW (warm wit) optie.

De microcontroller is een ATTiny 85

De aanraakcontroller is een MTCH101

Er zijn een paar passieve componenten:

• 13X 0603 0.1uf condensatoren
• 2X 4.7k 0603 weerstanden
• 2X 10k 0603 weerstanden
• 1X 470 ohm 0603 weerstand
• 1X 1000uf condensator

Hoewel het mogelijk zou zijn om dit op ProtoBoard te maken, is het maken van PCB's goedkoop en iets waar ik over wilde leunen.

Oude usb-kabel om door te knippen voor een stroomkabel

Hete lijm wordt gebruikt om de printplaat in het eindproduct vast te houden en met wat siliconenkit kun je de onderkant van de kubus erop plakken. Beide hete lijm zijn siliconen en zijn goed in het plakken van acryl, maar geen van beide is erg goed. Dit zorgt voor een band die sterk genoeg is om alles op zijn plaats te houden, maar zo sterk dat het later niet meer uit elkaar kan worden gehaald als dat nodig is.

200 mm van 0,31 mm geëmailleerd koperdraad. (je zou hier zowat elke draad kunnen gebruiken, zolang het niet zo groot is dat het een schaduw in de kubus creëert)

De microcontroller

Ik heb het al eerder gezegd en ik zeg het nog een keer. Ik hou echt van de ATTiny 85 Micro Controller. Ze zijn goedkoop, gemakkelijk te gebruiken, gemakkelijk te programmeren en lijken vrijwel onverwoestbaar.

Dus natuurlijk heb ik er een gebruikt voor dit project. De code die wordt uitgevoerd is vrij eenvoudig. Een interrupt is verbonden met de aanraaksensor. Wanneer de pin naar beneden wordt getrokken, voegt de ISR 1 toe aan een teller. De hoofdlus voert vervolgens de sublus uit die overeenkomt met het tellernummer. Zo kun je met slechts een paar regels code animaties toevoegen of verwijderen.

Ik heb deze code nu ongeveer 8 maanden zonder problemen op een ATTiny85 laten draaien.

Stap 1: Gereedschap en verbruiksartikelen

Het is mogelijk om alle componenten met de hand te solderen, maar de SK2612's zijn behoorlijk gevoelig. Ik heb er nogal wat gedood voordat ik een mini-oven vond in Lidl die ik heb omgebouwd tot een reflow-oven.

Ik gebruikte een router en een afschuining van 45 graden om alle randen van het acryl te snijden. Je zou dit kunnen overslaan en vierkante verbindingen met je kubus of 3D-print iets hebben.

Andere gebruikte tools zijn onder meer:

• Heet lijmpistool
• Soldeerbout
• Mes in kleine vorm
• Afplakband
• Een basis handgereedschap. knipsels en kleine heipalen.
• Arduino Uno of vergelijkbaar plus breadboard en jumperdraden voor het uploaden van code naar ATTiny85
• Hack zaag
• Soldeerpasta
• Soldeer
• Multimeter

Stap 2: Het acryl snijden

Het was lastig om een betrouwbare methode te vinden om de hoek van 45 graden op de randen van het acryl te snijden. Ik denk dat het opzetten van een tafelzaag met de juiste hoek veel gemakkelijker zou zijn, maar helaas heb ik alleen een router, dus hier wat ik deed.

Ik gebruikte een stuk sloophout met een rechte rand vastgeklemd aan mijn werkbank om een mal te maken. De richtliniaal is erg belangrijk omdat het lager van de afschuinbit erlangs zal rollen. Het is dan een kwestie van wat schroot acrylplaat rond het stuk plakken waar ik de hoek in wilde snijden om het stil te houden en de juiste hoogte van de onderkant van de router te creëren.

Ik had mijn hete lijmpistool uit en heet toen ik dit deed, dus besloot ik hete lijm te gebruiken om de steunstukken op hun plaats te houden. Normaal gesproken zou ik dubbelzijdig plakband hebben gebruikt. Beide opties werken goed.

Het is dan een beetje vallen en opstaan om de bovenfrees precies op de juiste hoogte te krijgen, te hoog en het laat een vierkante rand op het acryl achter, te laag en het neemt te veel af

Gebruik een beetje plakband om ervoor te zorgen dat niets kan bewegen, laat de router op snelheid draaien en laat de router soepel langs de rand van het acryl lopen, draai het stuk en herhaal totdat je alle 6 hebt gesneden met een rand van 45 graden op alle 4 randen (5 stuks en 3 randen als je de kubus ergens in wilt monteren)

Stap 3: De kubus maken

Zodra al het acryl is gesneden, is het vormen van de kubus eenvoudig, maar de dosis vereist een beetje aandacht voor detail.

Neem eerst een stuk plakband, met 2 stukken aan de uiteinden om het recht en strak vast te houden. Plaats het een paar millimeter verwijderd van en evenwijdig aan een rechte rand met de plakkerige kant naar boven. De tape houdt alles bij elkaar totdat de epoxy hard wordt, dus ik heb twee stukken over elkaar geslagen om een mooie gelijkmatige druk te garanderen. Gebruikte mijn siliconenmat als mijn rechte rand, maar een liniaal zou net zo goed of misschien beter werken.

Verwijder vervolgens de beschermende film van het acryl en plaats een van de vierkanten naar het ene uiteinde van de tape en zorg ervoor dat deze netjes tegen de rechte rand zit en de hoek van 45 graden naar beneden loopt. Plaats vervolgens een tweede vierkant naast het eerste en zorg ervoor dat de randen elkaar net raken en de bovenkant strak tegen de rechte rand zit. Herhaal dit voor het derde en vierde vierkant.

Als je blij bent dat ze allemaal netjes zitten, draai je het helemaal om en knip je de tape aan één kant af zodat deze niet voorbij het uiteinde van het acryl komt. Je zou nu in staat moeten zijn om alles samen te vouwen en een nette doos te vormen. Het is belangrijk voor de uiteindelijke afwerking dat de bovenkant van de doos zo perfect mogelijk is, een kleine afwijking aan de onderkant kan worden geschuurd en later worden verborgen.

Als u tevreden bent dat alles past zoals het hoort, is het tijd om het op zijn plaats te repareren. Open de kubus en leg hem plat klaar voor de lijm naar keuze. Ik heb in het verleden Tinsol 12 gebruikt. Het is ontworpen om acryl te hechten en het goed te doseren, maar het is onaangenaam om mee te werken en moet vóór gebruik worden gekoeld. Ik zou ook aanraden om het op een winderige dag buiten te gebruiken en de verlijmde delen minstens 24 uur buiten of in een schuur te laten staan.

Een kristalheldere tweecomponenten epoxy werkt prima, is veel fijner en vergevingsgezinder om mee te werken. Je moet nog steeds een goed geventileerde ruimte gebruiken om in te werken, maar ik merkte geen dampen op bij een open raam. De binding is niet zo sterk als Tinsol12, maar tenzij je van plan bent om je kubus te werpen, zou deze sterk genoeg moeten zijn.

Ik mengde een beetje gorilla epoxy op een oude cd en gebruikte het actie uiteinde van een bamboe schildknaap om een fijne laag aan te brengen langs een van de randen van alle vierkanten waar ze elkaar zouden ontmoeten. Vermijd het gebruik van te veel, omdat het uitspat.

Het spijt me dat ik geen foto's van deze etappe heb gekregen, omdat deze vrij snel klaar is.

Zodra de lijm op zijn plaats zit, vouwt u de vierkanten omhoog om de doos weer te vormen en gebruikt u het overhangende stuk plakband om alles bij elkaar te houden.

Na ongeveer 5 minuten indien sterk genoeg gevoeld om de tape te verwijderen. Ik vind het leuk om de tape zo snel mogelijk te verwijderen voor het geval een deel van de epoxy eruit is spatten. Als het eenmaal volledig gehecht is, is het veel moeilijker om de tape eraf te krijgen.

Stap 4: De aanraaksensor

De Mk1-versie van de kubus gebruikte een trillingssensor. Dit werkte goed, maar was niet ideaal, omdat het lastig kan zijn om het maar één keer te activeren, vooral als ik het oppakte om de modus te wijzigen en het dan net iets te snel weer neerlegde. Het ontwerp staat niet echt toe dat een knop overal kan worden geplaatst, dus het enige logische was om aanraakbediening te gebruiken.

De MTCH101 leek de perfecte chip voor de klus.

Omdat het een capacitieve sensor is, is het niet nodig om direct contact te maken met iets, dus nam ik wat het deksel van de kubus zal worden, verwijderde de beschermende laag van binnenuit en plaatste vervolgens 0,31 mm geëmailleerd koperdraad rond de binnenkant en maakte het op zijn plaats met maskeertape voordat je een beetje Gorilla Epoxy mengt om het permanent vast te houden. Zorg ervoor dat je genoeg staart overhoudt om bij de printplaat te komen.

De MTCH101 Detect Output-pin is Active-Low, dus een tactiele schakelaar tussen 5V en de extra pad zou ook in de buurt van pin 7 werken om de modus van de kubus te wijzigen

Zodra de epoxy is uitgehard, kan de bovenkant van de kubus met een beetje meer epoxy aan het lichaam worden bevestigd.

Stap 5: De PCB & Solderen

Ik had altijd gedacht dat PCB's iets waren dat gereserveerd was voor mensen met een diep begrip van elektronica dat al vele jaren is doorgegeven. Het blijkt dat het eigenlijk heel eenvoudig en goedkoop is om je eigen boards te ontwerpen en professioneel te laten maken.

Ik zal hier niet te diep ingaan op het proces, omdat het nogal wat details vereist die anderen veel beter hebben uitgelegd dan ik zou kunnen. Maar de basisstappen zijn:

Bouw je circuit op een breadboard om het te testen. Zet alle componenten op een schema Zet het schema om in een PCB, plaats alle componenten zoals u ze wilt en maak de verbindingen. Plaats de bestelling

Het moeilijkste deel van het proces is wachten tot je boards arriveren.

Ik heb JLCPCB gebruikt. De totale kosten voor 10 boards waren iets minder dan £10 en het duurde iets meer dan een week om aan te komen. Ik heb niets om de kwaliteit mee te vergelijken, maar ze lijken me erg mooi.

Ik wilde de mogelijkheid hebben om een grotere versie van de kubus te maken, dus ik voegde wat extra ringen van LED-pads toe aan de PCB. Ik kan LED's op een van de 3 ringen solderen of die afsnijden voor kleinere ontwerpen. JLCPCB rekent dezelfde prijs voor elk formaat bord tot 100 mm x 100 mm.

Solderen

Het is mogelijk om alle componenten met de hand te solderen. De 0603 condensatoren en weerstanden zijn klein maar veerkrachtig, dus met een beetje oefening kan het gemakkelijk worden gedaan. Hetzelfde geldt voor de MTCH101-chip. Het probleem dat ik had waren de SK2812 LED's, ze zijn groot genoeg om met de hand te solderen, maar ik vond ze een beetje te gevoelig voor de hitte. Ik denk dat ik er minstens 10 heb gedood voordat ik besloot te investeren in iets dat is ontworpen voor SMD-onderdelen.

Ik was niet zeker van de beste manier om verder te gaan, maar mijn beslissing werd genomen toen ik een mini-oven te koop vond bij Lidl. Hoewel het niet de perfecte oven is om opnieuw te stromen, is het goed genoeg voor mijn behoeften en met een paar aanpassingen voor een nauwkeurigere temperatuurregeling doodt het de LED's niet.

Nogmaals, het proces van het veranderen van een broodroosteroven of mini-oven in een reflow-oven valt iets buiten het bestek van dit hardnekkige, maar er is genoeg informatie als je iets soortgelijks wilt maken.

De steilen die nodig zijn voor het reflowen van de PCB zijn:

Maak de printplaat even schoon met alcohol om eventueel vet te verwijderen dat ervoor kan zorgen dat het soldeer niet goed blijft plakken. Breng soldeerpasta aan op de pads op de print en breng vervolgens de componenten aan. Plaats het bord in de oven en laat het terugvloeien.

Zodra het bord is afgekoeld, kunt u handmatig de doorlopende IC-houder en grote condensator solderen.

Ik heb deze keer de 1000uf-condensator niet geïnstalleerd, omdat het licht alleen door mij wordt gebruikt en niet te vaak wordt in- en uitgeschakeld. Het creëert ook een schaduw in de kubus terwijl de LEDS hun ding doen.

De 1000uf-condensator is er om de LED's en microcontroller te redden van een instroom van stroom. Ik raad aan om het te installeren, maar het is enigszins optioneel als je voorzichtig bent met waar je het op aansluit. Voor meer info over dit onderwerp raad ik aan om de Adafruit NeoPixel Überguide. te lezen

learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberg…

Stap 6: Coderen

Upload de code naar de AtTiny85.

Hier is een geweldige handleiding over hoe u dit moet doen!

www.instructables.com/id/Program-an-ATtiny-with-Arduino/

Plaats vervolgens in ATTiny in de IC-socket op de PCB

Stap 7: Alles samenbrengen

Er is een enkele weerstand aan de onderkant van de print plus de pootjes van het IC en de condensator steken een beetje uit. Ik heb een Dremel gebruikt om enkele uitsparingen in het onderste stuk acryl te maken, zodat de PCB plat kan zitten.

Terwijl de Dremel uit was, boorde ik ook een klein gaatje in de zijkant van de kubus in het midden, ongeveer 6 mm omhoog voor de stroomkabel en duwde het er doorheen voordat ik de draden stripte en vertinde. Veel USB-kabels met datalijnen, gebruik indien nodig een multimeter om uit te zoeken welke.

Gebruik een kleine klodder hete lijm om de printplaat vast te houden (ik vond hete lijm een idee omdat het een sterke grip creëert, maar indien nodig kan worden verwijderd) en soldeer de stroomdraden eraan. Ik gebruikte een beetje hete lijm voor wat extra ondersteuning.

De volgende stap is om de sensordraad aan de sensorpad te solderen.

Voordat u de onderkant aan de kubus bevestigt, is het een goed idee om wat tests uit te voeren om er zeker van te zijn dat alles werkt zoals verwacht.

Als alles werkt zoals verwacht, is de laatste stap om de onderkant van de kubus op zijn plaats te plakken. Ik gebruik hier normaal siliconenkit voor, want het blijft goed zitten, maar kan indien nodig worden verwijderd.

Sluit aan en geniet

Stap 8: Andere opties en laatste gedachten

In de tijd dat dit zich ontwikkelt, heb ik een paar variaties bedacht. Een daarvan is een houten basis met een acryl kubus aan de bovenkant. De andere is een houten frame met de LED's aan de achterkant en ook een lange versie met LED-tape. Ik ben momenteel ook bezig met een klok met een soortgelijk ontwerp.

Ze zeggen dat achteraf zien altijd 2020 is en er zijn een paar dingen die ik anders zou kunnen doen als ik besluit om voor MkIII te gaan

De eerste daarvan verandert in 0805-passives. 0603's zijn prima, maar er is genoeg ruimte voor de kleinere grotere componenten en ze zijn iets gemakkelijker te herwerken indien nodig.

Ik zat er ook aan te denken om een extra LED toe te voegen voor wat visuele feedback over de status van de sensor. De MTCH101 kan tot 20 mA zinken, dus een led met een weerstand met een hoge ish-waarde zou geen probleem zijn die rechtstreeks op pin 4 van de chip is aangesloten.

Ik denk dat ik ook wat pads aan de andere ringen van de PCB zou toevoegen, zodat ze voor andere projecten kunnen worden gebruikt als ze worden afgesneden. En ook enkele pads voor het gebruik van de PCB met externe LED-strips of ringen.

Ik hoop dat je genoten hebt van dit hardnekkige.