Elektrische vlinder - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Dit is een erg coole veelkleurige vlinder die ik heb gemaakt - vereist minimale onderdelen en programmering!

Afgezien van de vlinder zelf - het toont een aantal zeer coole technieken waarmee je je eigen PCB's kunt maken op een silhouette home cutter uit regelmatig in de handel verkrijgbare kopertape - die op elk type oppervlak kan worden geplaatst!

Vanzelfsprekend - zoiets zou gemakkelijk kunnen worden gemaakt via een commercieel gemaakte printplaat - maar als je de kosten wilt besparen om er een te laten maken, wil je LED-patronen maken over een niet-standaard materiaal (zoals een spiegel of raam, liever dan een glasvezel PCB) - of zelfs iets met een gebogen oppervlak - deze methode kan worden gebruikt om de koperen PCB-sporen goedkoop op vrijwel elk soort oppervlak te hechten.

Dit is gemakkelijk te doen voor dingen zoals LED's met een grote loodsteek - maar wordt moeilijker naarmate u meer fijne, kleinere hellende onderdelen gebruikt. Deze techniek kan dus selectief worden gebruikt - d.w.z. gebruik een kant-en-klaar bord (Arduino) als een computer, en de zelfgemaakte koperetsen voor plaatsen waar u extreme aanpassingen wilt bij het plaatsen van LED's.

Ik heb het volgende gebruikt om dit project te maken:

• Een persoonlijke vinyl-/papiersnijder van Silhouette Cameo - voor het maken van PCB's
• Arduino UNO - gebruikt als een in-circuit programmeur
• Lasersnijder voor onderdelen (hout - acryl - alles) (je kunt iets anders gebruiken als je geen laser hebt)

Werkelijke onderdelen zijn:

• Een ATTiny75-processor van $ 1
• 22 NeoPixels - (serieel gestuurde, driekleurige LED's)
• 2x3 koptekst
• Koperfolie

Alle software is gedaan in Arduino IDE - met behulp van Adafruit NeoPixel-bibliotheken en ATTiny-bibliotheken van Board Manager.

Er zijn twee fundamentele manieren om dit aan te pakken:

Easy Way: ik heb mijn eigen bord (zoals een Arduino) die ik ga gebruiken om de LED's te bedienen. Ik ga alleen een PCB maken voor de LED's - en die op mijn arduino haken.

Hardere (en goedkopere) manier: ik ga alles 100% zelf doen. Ik heb geen Arduino nodig en ga in plaats daarvan een ATTiny85 van $ 1 gebruiken. Dit is moeilijker omdat het moeilijker is om alle fijne kunst op een Silouette of CriCut-type vinylsnijder te doen.

Stap 1: Ontwerp

De LED's zijn elk NeoPixels. Dit zijn geweldige, individueel regelbare, multi-level (verheldert), zeer heldere, RGB LED-apparaten die slechts 4 pinnen hebben: VccGndData InData Out. Dus het idee is dat je ze in serie kunt schakelen terwijl je de afzonderlijke Rood-Groen-Blauwe kleurniveaus van elk - allemaal vanaf een enkele pin op uw CPU. Sterker nog, de Adafruit NeoPixel-bibliotheek voor Arduino biedt je een kant-en-klare manier om hiermee binnen enkele seconden aan de slag te gaan.

Als je afziet van het ontwerpen van je CPU-bord op dit ontwerp (met behulp van een standaard Arduino), is alles wat je nodig hebt een basisvoetafdruk van de Neopixel (het wordt aanbevolen dat je ook een bypass-dop bij elk ontwerp opneemt). Het bijgevoegde footprint.svg-bestand is eigenlijk wat je nodig hebt om te beginnen. Dit geeft je de contouren voor de koperfolie voor de NeoPixles en de condensatoren. Je kunt dit rechtstreeks in Inkscape openen, alle +5v-pinnen en alle Ground-pinnen met elkaar verbinden - en vervolgens alle data-in- en data-out-pinnen aan elkaar koppelen.

Zorg ervoor dat je dit in de juiste snijpaden verandert die je op je vynal-snijder kunt gebruiken, zoals ik hierboven heb laten zien - en je bent klaar. Je hebt niet eens een "echt" PCB-ontwerpprogramma nodig om het te doen.

Het is niet echt nodig voor een NeoPixel, waar pinnen vrij groot zijn en gemakkelijk te solderen zijn - maar een gemakkelijke soldeermaskerlaag kan uit een stuk Kapton-tape worden gesneden. Dit ziet eruit als een groot stuk tape met enkele kleine rechthoeken uitgesneden voor soldeerpads, die over uw hele koperen gebied worden geplaatst.

Stap 2: CPU-ontwerp

Als je ambitieuzer bent, kun je de etsen voor de CPU zelf in je koperfolie maken.

Dit is moeilijker vanwege de kleinere pinnen op het ATTiny85-apparaat en de noodzaak om zeer kleine koperfolie-etsen te krijgen, maar het is gemakkelijk te doen.

Dit kan waarschijnlijk het beste in een "echt" PCB-ontwerpprogramma (ik gebruikte Eagle).

Ik heb ook een power/debug-connector in mijn ontwerp opgenomen (en een paar bypass-condensatoren).

We zullen meer praten over de moeilijkheid om het koper te snijden in geometrieën die zo klein zijn.

Stap 3: Lagen maken

Stap 4: Circuit samenstellen

Kopersporen kunnen op uw ontwerp worden geplaatst.

In mijn geval heb ik een lasergesneden stuk hout gebruikt (overzicht van het bijgevoegde SVG-bestand).

Ik heb tekentransfertape gebruikt om de koperfolie van de achterkant te verwijderen en op het hout te plaatsen. Als u ervoor kiest om een Kapton-soldeermaskerlaag aan te brengen, wordt deze nu op het hout boven het koper overgebracht.

Solderen op koperfolie is een beetje moeilijk, omdat het koper, in tegenstelling tot een normale printplaat, alleen aan de ondergrond (hout) hecht door zijn lijm, die niet zo hard hecht als het koper van een normale printplaat. Dus als je niet voorzichtig bent (vooral onder de hitte van een soldeerbout) kan de kuiper verschuiven of verschuiven. Het gebruik van een Kapton-soldeermasker helpt het koper een beetje op zijn plaats te houden en maakt dit een beetje gemakkelijker.

Een ander groot ding om op te letten, is dat van NeoPixels is gemeld dat ze enigszins intolerant zijn voor overtollige warmte. Gebruik dus tijdens het solderen veel soldeervloeimiddel (ik gebruik een niet-schone vloeimiddelpen), breng het grootste deel van de warmte en soldeer aan op het koperspoor en verwijder de warmte snel zodra het soldeer op de NeoPixel-pin stroomt. (Soldeermasker helpt ook de benodigde hoeveelheid soldeer te verminderen, omdat het niet langs het bedekte gebied van het spoor zal stromen).

Ik vond het het gemakkelijkst om een klein puntje "Tacky Glue" te gebruiken om de NeoPixels op hun plaats te lijmen voordat ik ging solderen. Hierdoor bleven de onderdelen op hun plaats, waardoor het solderen sneller ging en er dus minder warmte nodig was. Tacky Glue hecht ook snel, waardoor de onderdelen niet direct na plaatsing verschuiven. Het sterft (in kleine hoeveelheden) af tot een soort gomachtige consistentie, waardoor onderdelen kunnen worden verwijderd als vervanging of nabewerking nodig is.

Stap 5: De CPU toevoegen

Als je je eigen etsen voor de CPU (en debug-connector) wilt maken, is dit een beetje moeilijker dan het doen van de LED's. De reden is dat de geometrieën kleiner en fijner zijn, waardoor preciezere sneden van uw vinylsnijder nodig zijn.

Ik heb geconstateerd dat bij het snijden van koperfolietape, het wasachtige papier waarop de tape is geplakt relatief weinig hechting geeft. Dit betekent dat wanneer kleinere geometrieën worden geprobeerd, ze de neiging hebben om over de backing te schuiven.

Hoewel ik speelde met een groot aantal snij-instellingen, was de beste oplossing die ik vond het gebruik van een substraat met een sterkere hechting. Vinyl werkt goed, maar werkt niet gemakkelijk goed met tekenoverdrachtstape om het koper van het vinyl te verwijderen (en op het hout te plaatsen). Je kunt het circuit op vinyl laten, maar het heeft de neiging om te smelten als het wordt gesoldeerd - dus het is niet onmogelijk, maar wel moeilijker om te monteren. (Ik heb vinyl als substraat gebruikt in een paar verschillende ontwerpen).

(Doorzichtige transparante film- of bladbeschermers werken ook - en zijn iets beter omdat ze dikker zijn. Deze kunnen worden gebruikt voor ontwerpen wanneer u vrijstaande circuits wilt en geen substraat met zelfklevende achterkant wilt) - maar nogmaals, ze smelten tenzij ze worden gesoldeerd heel voorzichtig.

De beste oplossing die ik vond was om Kapton-tape als ondergrond te gebruiken. Kapton-tape is extreem goed bestand tegen de soldeerwarmte, werkt als een soldeermasker en heeft een zelfklevende achterkant. Het enige nadeel is dat het meestal erg dun is. Zo erg zelfs dat ik er moeite mee had om ermee te werken, tenzij ik het verdubbelde, om het twee keer zo dik en sterk te maken.

Met de grotere kleefkracht van het koper over de Kapton, kunnen fijnere details zoals CPU-kabels worden gesneden. Toen ik klaar was, plakte ik de Kapton op de achterkant van de houten vlinderrug.

Stap 6: Software

Software werd gemaakt als een Arduino-schets, met behulp van de Adafruit NeoPixel-bibliotheek.

Hoewel het misschien triviaal lijkt, is er veel nagedacht over de patronen op de vlinder. De code is geschreven om om de paar seconden tussen twee modi te wisselen:

MODE ONE - Color wipe - wassen van verschillende kleuren, snel veranderende kleuren. Bij het selecteren van een "kleur" - ik gebruikte een algoritme om tussen kleur "waarden" te wissen - elke waarde werd verzonden via een HSB-naar-RGB-conversiefunctie (waar verzadiging en helderheid altijd maximaal waren) - om maximale helderheid van kleuren te bereiken.

MODUS TWEE - Bediend door:

• Er werden 6 of 8 verschillende vooraf bepaalde segmentgroep "patronen" gemaakt. De code zou willekeurig een van deze kiezen

• Elk patroon vereiste het vullen van vooraf bepaalde segmenten in een van de 2, 3 of 4 verschillende kleuren. Elke kleur werd willekeurig gekozen door een van deze twee methoden:

  • Gekozen uit een van de 6 maximale kleuren (rood, groen, blauw, geel, enz.).
  • Gekozen uit een willekeurige HUE - (met dezelfde tintgenerator in Mode One)
• Het resulterende kleurenpatroon werd door een vervagingsfunctie geleid, die zorgde voor een vloeiende vervaging van het ene patroon naar het volgende - en hield het daar een paar seconden vast voordat het doorging naar het volgende.

De twee modi wisselden elkaar elke 10 of 15 seconden af.

Stap 7: Programmeren

Dus nu hebben we een gloednieuwe ATTiny85 op onze PCB, en die moeten we programmeren. Omdat ik hiervoor de Arduino SDK heb gebruikt, moeten we zowel het programma ("sketch") als de Arduino-bootloader op het apparaat plaatsen.

Ik gebruikte een Arduino Uno zelf als de In-System-Programmer.

Het bijgevoegde diagram laat zien hoe ik de Uno op mijn ATTiny85-circuit heb aangesloten. Ik heb eigenlijk voorzieningen getroffen om dit op twee verschillende manieren te doen:

1. via een debug-header die ik aan het bord heb toegevoegd
2. via een aantal debug-testpunten die ik aan het bord heb toegevoegd. Deze kunnen worden gebruikt door een aantal veerpinnen op het bord te houden via een lasergesneden acrylhouder, die ze in de exacte positie houdt.

Om dit te doen:

• Sluit de Arduino Uno aan op uw computer en open de Arduino SDK.
• Open de ingebouwde schets "Ardunio als ISP". Compileer en update deze schets - nu is de Uno een ISP.
• In de Arduino "Boards Manager" - installeer het bordpakket voor de ATTiny-serie.
• Sluit de Uno ISP-schets en open uw schets voor de Butterfly-code.
• Selecteer "Board Type" is ATTiny85 - selecteer 8Mhz Interne Oscillator.
• Selecteer bij "Programmer" "Uno as an ISP"
• Selecteer "Uploads Bootloader" (doe dit alleen de EERSTE KEER voor deze chip - het zou niet nodig moeten zijn om te herhalen)
• Nadat dit is gebeurd, kunt u nu "Programma uploaden met ISP" doen om uw schets naar de ATTiny85 te sturen.

Stap 8: Eindmontage

Er werden nog twee stukken hout met een laser uitgesneden - een omtrek van de vlindervleugels. Ze zijn geverfd met een mat zwarte verf.

Een stuk acryl kreeg een "mat" uiterlijk door het te schuren met grofkorrelig schuurpapier. De afzonderlijke delen van het houten oppervlak werden uit dit acryl gesneden.

De gesneden acrylsecties werden in het bovenste houten stuk geplaatst. Ze hadden gelijmd kunnen worden, maar door de toleranties van de acrylsneden en de verf op het hout konden ze zonder lijm worden vastgehouden.

Deze secties werden vervolgens aan elkaar gelijmd met kleine plekjes Tacky Glue - waardoor ze konden worden gedemonteerd als reparaties nodig waren.