Aangepaste NeoPixel-ringen vanaf nul! - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

NeoPixel-ringen, en NeoPixels in het algemeen, behoren tot de meest populaire elektronische componenten voor alle soorten makers. Met een goede reden, met een enkele pin van een populaire microcontroller maakt Adafruit het toevoegen van prachtige LED's en animaties aan elk project uiterst eenvoudig.

Helaas zijn ze vrij duur en verkoopt Adafruit maar vier maten. Wat veel makers zich niet realiseren is dat NeoPixel simpelweg Adafruit's branding is van een paar identieke LED-chips, respectievelijk WS2812, WS2811 en SK6812. Alles wat Adafruit doet, neemt de chip en plaatst deze op een printplaat, waarbij een flinke premie wordt gevraagd. Er is niets mis met Adafruit om dit te doen, aangezien NeoPixels hierdoor voor iedereen toegankelijk zijn, maar als je gewoon de boards zelf zou maken, zou je aangepaste vormen van elk formaat of elk ontwerp kunnen maken voor ongeveer 15% van de kosten van Adafruit's modellen (voor een 24 LED-ring) ($ 3). Wat nog belangrijker is, ze kunnen niet elke maat hebben die je nodig hebt! Desondanks lijkt het erop dat niemand een handleiding heeft gemaakt om dit precies te doen.

Dus toen ik een aangepaste samengestelde ring nodig had voor mijn werkende Samus Arm Cannon-project (binnenkort beschikbaar), dacht ik waarom ik het proces niet documenteerde.

In deze tutorial laat ik je precies zien hoe ik deze ring op maat heb gemaakt, en hoe je er zelf een kunt maken.

Stap 1: Wat heb je nodig:

Altijd nodig, ongeacht de methode:

• ws2128b LED's (NeoPixels)
• 1uf Caps (1 voor elke twee LED's) (technisch optioneel)
• Soldeerpasta
• Flux (aanbevolen maar optioneel)

Heteluchtpistool

Als u ervoor kiest om uw bord professioneel te laten vervaardigen, is dat alles wat u nodig heeft. Als u er echter voor kiest om uw bord te vervaardigen met behulp van de tonertransfermethode, hebt u ook de volgende componenten nodig. Ik heb persoonlijk de toneroverdrachtsmethode niet gebruikt, maar mijn methode valt buiten het bestek van deze zelfstudie. Ik ben van plan om een tutorial te plaatsen over hoe ik precies PCB's maak, dus pas daar op!

Zelfgemaakt bord (toneroverdrachtsmethode):

• Met koper bekleed bord
• IJzerchloride
• PCB-papier
• Laser Printer
• Soldeermaskerfilm (optioneel voor soldeermasker)
• UV-bron (optioneel voor soldeermasker)
• Transparantie (optioneel voor soldeerstencil)
• Dremel-werkstation

. Hier zijn al mijn bestanden, diptrace-bibliotheken en modellen.

Voor degenen die zich afvragen hoe de prijs zich verhoudt, vergelijk het met een Adafruit 24 LED-ring die $ 17 + verzendkosten kost. Kosten per LED: Adafruit: 17/24 = $ 0,70. HyperIon: 7/100= %0,07

Bijkomende kosten: Adafruit: ($ 4) Verzending, Hyperion: $ 1 (koperkarton) + $ 0,50 (IJzerchloride) (gratis verzending)

Totaal: Adafruit: $ 21, HyperIon: $ 3,18

Zoals je kunt zien is het veel goedkoper, 15% van de kosten. Zelfs als je de verzending negeert, komt de HyperIon-versie uit op slechts $ 3,18, een enorme kostenbesparing vergeleken met $ 17.

Stap 2: PCB-ontwerp deel één! LED-plaatsing

De eerste stap bij het maken van een NeoPixel-vorm is de plaatsing van de LED's. Ik heb een handig Excel-document gemaakt dat je kunt gebruiken voor elk ontwerp dat je een straal wilt volgen.

Voer eenvoudig het aantal LED's, het percentage van de ring dat u wilt bedekken en de straal in en het genereert automatisch de positie- en hoekcoördinaten waarop u uw LED's moet plaatsen. U kunt dan naar de meest populaire DipTrace, ExpressPCB of EaglePCB gaan en de coördinaten in de eigenschappen van uw componenten invoegen. Ik heb persoonlijk DipTrace gebruikt en je kunt al mijn componenten en bibliotheken vinden in de sectie componenten.

Voor dit project heb ik ervoor gekozen om twee ringen met een straal van 34 en 24 millimeter te gebruiken. De buitenste straal had 20 pixels en de binnenste straal had 6.

*Bonus* Als het CAD-programma dat je gebruikt (zoals DipTrace) de plaatsing van een cirkel door zijn middelpunt niet toestaat, trek dan twee lijnen over de diameter van je buitenste straal en je binnenste straal. Lijn de kruispunten met elkaar uit en herdefinieer dat als uw oorsprong. Nu heb je een perfect concentrisch bord!

Stap 3: PCB-ontwerp deel twee! Routering en condensatoren

De volgende stap bij het maken van uw printplaat is het maken van uw verbindingen tussen uw LED's. NeoPixels hebben elk één gegevensinvoerpad en één gegevensuitvoerpad. Maak eerst een lange keten, beginnend met de pixel die zich het dichtst bij de plaats bevindt waar u uw interface-pinnen wilt plaatsen, gaande van de data-out-pin van de ene pixel naar de data-in-pin van de volgende pixel.

Daarna moet je stroom en aarde routeren. De eenvoudigste methode die ik heb bedacht om dit te doen, is door een combinatie van cirkels en halve cirkels te gebruiken, vier in totaal, afwisselend kracht en grond terwijl je vanuit de oorsprong naar buiten beweegt. Dit maakt het gemakkelijk om een kleine "jumper"-verbinding te maken, in tegenstelling tot het handmatig twee keer bedraden van elke LED. De twee paar cirkels/halve cirkels kunnen dan op de meest geschikte manier aan elkaar worden gebonden. Ten slotte wordt een koperen pour toegevoegd. Dit zorgt er in wezen voor dat alle extra ruimte wordt opgevuld door "grond", wat meerdere voordelen heeft, waaronder gemakkelijker thuis te produceren.

U zult ook een condensator van ongeveer 0,1 uf tussen voeding en aarde willen installeren tussen elke set van twee LED's. De fabrikant beveelt één per LED aan, maar waarschijnlijk is één per twee voldoende en ze zijn tijdrovend om te solderen. Deze zijn niet nodig voor de functionaliteit van het apparaat, ze verbeteren gewoon de levensduur van de LED's, zodat ze indien nodig kunnen worden genegeerd.

Stap 4: Printplaat etsen

Om deze stap te voltooien heeft u twee opties:

Professionele productie:

Als je nog nooit een PCB hebt gemaakt en geen interesse hebt om de vaardigheid te verwerven om dit te doen, zou ik dit aanraden. Door je board professioneel te laten maken, gaat de moeilijkheidsgraad van dit project van hoog gemiddeld tot beginner. Je bord is gegarandeerd van hoge kwaliteit, wordt geleverd met een soldeermasker en kan zelfs worden geleverd met een soldeerstencil.

Zelfgemaakte printplaat:

Dit is de optie voor diegenen die echt hun vaardigheden willen verbeteren en hun persoonlijke capaciteiten willen vergroten. Het is ook de optie voor diegenen die prototyping in hoog tempo doen en die de kosten echt laag willen houden. De mogelijkheid om mijn eigen PCB's te maken is door de jaren heen een van mijn grootste voordelen geweest en ik raad het ten zeerste aan aan iedereen die geïnteresseerd is. Ik heb mijn eigen methode ontwikkeld voor het maken van PCB's (zie mijn kanaal voor hoe dat te doen), wat een beetje buiten het bestek van deze tutorial valt en apparatuur vereist die de meeste beginners zich niet kunnen veroorloven. Daarom raad ik in plaats daarvan de toneroverdrachtmethode aan met een product met de naam PressN'Peel. Het is vrij eenvoudig en de enige apparatuur die je nodig hebt en die niet iedereen hoeft te hebben, is een goedkope laserprinter. Bekijk de tutorial van clacktronics-uk voor meer details!

Het basisproces is als volgt:

1. Reinig uw koperen CAD-bord.
2. Print je ontwerp op de Peel n' Stick met een laserprinter.
3. Strijk het ontwerp van de Peel n' stick op je koperen bord
4. Plaats het bord in ijzerchloride tot het geëtst is.
5. Reinig de toner

Soldeermasker (optioneel):

Een soldeermasker is een omhulsel dat je bord op alle plaatsen beschermt, maar waar het soldeer moet komen. Dit maakt het iets gemakkelijker om te solderen, maar wat nog belangrijker is, verbetert de asceten van het bord aanzienlijk. Als je je bord niet hebt laten maken, wil je er misschien een toevoegen, maar het is niet strikt noodzakelijk. Persoonlijk vind ik dit proces ongelooflijk eenvoudig en raad het ten zeerste aan. Nogmaals, ik ga alleen het basisproces doornemen, zodat je weet waar je aan begint. Bekijk de tutorial van cpeniche voor meer details!

Het proces is als volgt:

1. Print het ontwerp van je bordpapier op een stuk transparant.
2. Schil en plak de soldeermaskerfilm op uw geëtste bord.
3. Strijk/lamineer de folie totdat deze goed plakt.
4. Lijn de transparant uit met het bord en plak het vast.
5. Stel de film bloot aan een UV-bron (nagellakdrogers werken)
6. Reinig de niet-blootgestelde pads
7. Blootstellen tot genezen.

Stap 5: Soldeerpasta Stencil! (OPTIONEEL)

Als u toegang heeft tot een lasersnijder, overweeg dan om zelf een soldeerpasta-stencil te maken. Ze stellen u in staat om de vervelende inspanning van het langzaam aanbrengen van een beetje soldeerpasta op elke afzonderlijke pin te vermijden. Laad het padontwerp eenvoudig in uw lasersnijsoftware en knip het uit een stuk printertransparantie. Ik heb ook ontdekt dat een lamineervel net zo goed werkt. Dit werkt ongelooflijk goed en levert een laag op die bijna net zo dik is als de professionele versies. Naar mijn mening zijn ze eigenlijk veel beter omdat ze flexibel en transparant zijn, waardoor ze veel gemakkelijker te gebruiken zijn dan de roestvrijstalen versies.

Ik was niet degene die met deze methode op de proppen kwam, maar ik heb nog niemand het online zien documenteren, wat ik verrassend vind.

Stap 6: Board Shaping

Om het bord in zijn uiteindelijke vorm te krijgen, moet u beginnen met zoveel mogelijk af te snijden met een dremel doorslijpschijf. Ik gebruikte een opstelling van een dremel-werkstation horizontaal met het blad boven een kartonnen doos als een geïmproviseerde tafelzaag.

U kunt dan beginnen met het uitboren van het centrale gat. Gebruik de grootste boor die je hebt voor je dremel en "Zwitserse kaas" langzaam je weg rond totdat je een sectie hebt uitgesneden die groot genoeg is om in een slijpbit te passen. Je kunt dan dat slijpstuk gebruiken om het bord in zijn uiteindelijke vorm te brengen.

De manier waarop het bord etst, is dat er een dunne ring van alleen glasvezel rond de rand van het bord zit. Vlak voordat je tot dat punt slijpt, zal het laatste overgebleven stukje koper loslaten. Als het laatste beetje koper loskomt, schuurt het niet meer. Door op dat teken te vertrouwen, kun je een zeer consistent en cirkelvormig stuk maken (ervan uitgaande dat je de ets niet hebt verknoeid zoals ik deed en het patroon te dicht bij een muur plaatste). Werk de buitendiameter op dezelfde manier af.

Je moet ook de gaten boren voor de data in, 5v en massaverbindingen. Een kleine dremel bit (.7 mm) werkt hier prima voor.

Stap 7: Solderen

Naar mijn mening is dit een geweldig project voor iemand die wil leren solderen op het oppervlak. Alle belangrijke componenten zijn groot, hittebestendig en de pads zijn ver uit elkaar geplaatst. Het is eigenlijk heel moeilijk te verknoeien en het is een geweldige manier om vertrouwen op te bouwen in solderen op het oppervlak zonder te hoeven rommelen met piepkleine componenten.

Om uw NeoPixels op uw bord te solderen, moet u eerst een heel klein beetje soldeerpasta op elke pad aanbrengen met behulp van een spuit of een sjabloon. Als je een stencil hebt, smeer je gewoon een klodder soldeerpasta rond het stencil als een dun laagje boter op toast totdat alle pads bedekt zijn. Je hebt niet zoveel nodig als je zou denken, blijf gewoon verspreiden.

Vervolgens wil je je componenten op je bord plaatsen. Zolang elke pad zijn relevante klodder soldeer aanraakt, bent u dichtbij genoeg. Soldeerpasta heeft de magische eigenschap dat wanneer het gesmolten wordt, het het onderdeel bijna elke keer op zijn plaats trekt.

Als je te onzeker bent over je soldeervaardigheden, kun je de 0603-condensatoren veranderen in een groter formaat of ze helemaal overslaan. Ze verlengen de levensduur van de NeoPixel, maar tenzij u deze als lichtbron gebruikt, is het onwaarschijnlijk dat u er ooit een zult zien doorbranden. Dat gezegd hebbende, raad ik je ten zeerste aan om ze te installeren, simpelweg omdat de vaardigheid waardevol is om te hebben.

In termen van daadwerkelijk solderen kan het niet eenvoudiger. Besteed gewoon ongeveer twee minuten aan het voorverwarmen van je board met een heteluchtpistool en focus dan gebied voor gebied zwaarder totdat alles terugvloeit. Je kunt zien wanneer het opnieuw is gevlogen, omdat het soldeer glanzend wordt en het onderdeel meestal een beetje op zijn plaats "wiebelt".