GlassCube - 4x4x4 LED խորանարդ ապակե տախտակների վրա. 11 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Այս վեբ կայքում իմ առաջին խրատը 4x4x4 LED խորանարդն էր, որն օգտագործում էր ապակե տախտակներ: Սովորաբար, ես չեմ սիրում երկու անգամ նույն նախագիծն անել, բայց վերջերս հանդիպեցի ֆրանսիացի Heliox արտադրողի այս տեսահոլովակին, որն ինձ ոգեշնչեց պատրաստել իմ սկզբնական խորանարդի ավելի մեծ տարբերակը: Իր տեսահոլովակում Heliox- ը գալիս է շատ ավելի պարզ գործընթացով `ապակե PCB- ների պատրաստման համար, որը չի ենթադրում փորագրություն, փոխարենը նա օգտագործում է գծանկարիչ` ինքնասոսնձվող պղնձե փայլաթիթեղից հետքերը կտրելու համար, որն այնուհետև տեղափոխվում է ապակե հիմքի վրա: Քանի որ պլոտատորներն այնքան էլ թանկ չեն և կարող են օգտակար լինել նաև այլ նախագծերի համար, ես պարզապես ունեի մեկը, ով ինքս ինքս կփորձեի այդ գործընթացը:

Բացի իմ սկզբնական խորանարդի ավելի մեծ տարբերակից, այս տարբերակը նաև օգտագործում է անհատական PCB ՝ հիմնված SAMD21 միկրոկոնտրոլերի և լազերային ակրիլից պատրաստված պատյանների վրա: Խորանարդը կարող է ծրագրավորվել Arduino IDE- ով և համատեղելի է նաև CircuitPython- ի հետ:

GlassCube- ի հավաքածուն այժմ հասանելի է նաև Tindie- ում:

Հավաքածուն ձեռք բերելու դեպքում ձեզ մնում է միայն LED- ները սոսնձել (քայլ 5), հավաքել պատյանը (քայլ 8) և միացնել շերտերը (քայլ 9):

Պարագաներ

• 64 հատ - WS2812B 5050 SMD LED (օրինակ ՝ aliexpress)
• 4 հատ - 100 x 100 x 2 մմ ապակե ափսե (ես գտա այս իսկապես էժան գերմանական մատակարարին, որը գանձում է ընդամենը 0.20 եվրո/հատ)
• 2 հատ - A4 թերթ ինքնասոսնձվող պղնձե փայլաթիթեղ (օրինակ ՝ ամազոն)
• 1 գլանափաթեթ - փոխանցման թուղթ (օրինակ ՝ ամազոն)
• 1 հավաքածու - լազերային ակրիլ (տես ստորև)
• 1 հարմարեցված PCB (տես ստորև)
• 4 հատ M2x8 պտուտակ + ընկույզ

Բոլոր նյութերի, այդ թվում `լազերային սպասարկման և PCB- ի արտադրության ընդհանուր ծախսերը կազմում են մոտ 100 եվրո:

Գործիքներ

• Silhouette Portrait 2 գծանկար (օրինակ ՝ ամազոն)
• լազերային դանակ կամ առցանց լազերային ծառայություն (ես օգտագործում եմ snijlab.nl)
• զոդման երկաթ
• SMD զոդման համար տաքացվող ափսե կամ վերալիցքավորվող վառարան (կամ ձեռքով եռակցման հմտություններ

Քայլ 1: CAD ձևավորում

GlassCube- ի պատյաններն ու PCB չափերը նախագծված են Fusion360- ում, դիզայնը կցել եմ ստորև:

Եզրային սյուները և վերին սալը պատրաստված են 3 մմ հաստությամբ թափանցիկ ակրիլից: LED- ների հետ շերտերը պատրաստված են 2 մմ հաստությամբ բոց ապակիից: Ներքեւի ափսեը պատվերով պատրաստված PCB է:

Քայլ 2. LED PCB դիզայն

Ես Eagle- ի միջոցով նախագծեցի ապակե PCB- ների դասավորությունը: Քանի որ հետքերը գծանկարիչով կտրելն այնքան ճշգրիտ չէ, որքան դրանք տոներ փոխանցող եղանակով փորագրելը, հետքի նվազագույն լայնությունը սահմանափակ է: Ես փորձեցի հետքերի տարբեր լայնություններ և պարզեցի, որ 32 միլիոնը այն նվազագույն չափն էր, որը ես կարող էի օգտագործել որպես ավելի բարակ հետքեր, որոնք հաճախ կեղևում են գծագրության ընթացքում:

Պղնձե փայլաթիթեղից հետքերը կտրելու համար տախտակի դասավորությունը պետք է փոխարկվեր dxf- ի: Ինձ որոշ ժամանակ տևեց ՝ պարզելու համար, թե ինչպես դա անել ճիշտ, այնպես որ թույլ տվեք մանրամասնորեն անցնել քայլերը

1. բաց տախտակի դասավորությունը Eagle- ում
2. թաքցնել բոլոր շերտերը, բացառությամբ վերին շերտի
3. կտտացրեք Ֆայլ-> Տպել, ապա ընտրեք Տպել ֆայլում (pdf)
4. բաց pdf Inkscape- ում
5. օգտագործեք ուղու ընտրության գործիքը `մեկ հետք նշելու համար, այնուհետև կտտացրեք E dit-> Select Same-> Stroke Style սա պետք է նշի բոլոր հետքերը (բայց ոչ բարձիկները)
6. սեղմեք P ath-> Stroke to Path սա փոխակերպում է ուղիների ուրվագծերը դեպի նոր ուղիներ
7. նշեք բոլոր ուղիները (ներառյալ բարձիկները) `ընտրելով ճանապարհի ընտրության գործիքը և այնուհետև սեղմելով ctrl+a
8. սեղմեք P ath-> Union սա պետք է համատեղի բոլոր ուղիները և հեռացնի «լցված» տարածքների ներսում կտրված գծերը
9. կտտացրեք Ֆայլ-> Պահել որպես և ընտրեք *.dxf որպես ֆայլի ձևաչափ

Dxf ֆայլը կարելի է գտնել այստեղ ՝ իմ GitHub- ում:

Քայլ 3: Պղնձե փայլաթիթեղի կտրում

Dxf ֆայլը կտրված էր ինքնասոսնձվող պղնձե փայլաթիթեղի A4 թերթերից ՝ Silhouette Portrait 2 գծանկարով: Պղնձե թիթեղները նախ ամրացվել են ներառված ինքնասոսնձվող կտրող գորգին: Cuttingրագրային ապահովման կարգավորումները, որոնք ես օգտագործել եմ կտրելու համար, կարելի է տեսնել կից նկարում:

Ավելորդ փայլաթիթեղը կտրելուց հետո այն պետք է ուշադիր հեռացվի: Կտրված փայլաթիթեղը չվնասելու համար ես ամբողջ A4 թերթիկը թողեցի կտրող գորգի վրա հետևյալ քայլերի համար:

Քայլ 4: Պղնձե փայլաթիթեղի տեղափոխում

Կտրված փայլաթիթեղը փոխանցվեց ապակե ափսեի վրա `օգտագործելով փոխանցման թուղթ, որն ընդամենը մեկ այլ ինքնասոսնձվող փայլաթիթեղ է: Փոխանցման թուղթը ամրացվում է պղնձե փայլաթիթեղի վրա, այնուհետև դանդաղորեն մաքրվում է այնպես, որ պղնձե փայլաթիթեղը շարունակում է կպչել փոխանցման թերթիկին: Այնուհետև այն կցվում է ապակե հիմքին, և փոխանցման թուղթը դանդաղորեն մաքրվում է այնպես, որ այս անգամ պղնձե փայլաթիթեղը կպչում է ապակե ափսեի վրա:

Տախտակի դասավորությունն ունի երկու մարկեր վերին ձախ և աջ անկյուններում, որոնք օգնում են ճիշտ հավասարեցնել փայլաթիթեղը ապակե ափսեի վրա: Մարկերները ամրացնելուց հետո նորից կարելի է հանել ապակե ափսեից:

Քայլ 5: LED- ների զոդում

SMD LED- ները ձեռքով զոդվեցին ապակե ափսեի վրա: Ես նաև փորձեցի դրանք ամրացնել ՝ օգտագործելով ջերմատախտակ (իրականում իմ վառարանը), բայց ինչպես ցույց է տալիս նկարը, դա լավ գաղափար չէր: Եթե ունեք համապատասխան վերալիցքավորման վառարան, գուցե արժե փորձել, բայց կախված օգտագործվող ապակու տեսակից, լուրջ վտանգ կա, որ այն կջարդվի ջեռուցման ընթացքում:

Ինչ վերաբերում է LED- ների կողմնորոշմանը, կա երկու տարբեր դասավորություն: Խորանարդի առաջին և երրորդ շերտի համար կողմնորոշումը տարբեր կլինի, քան երկրորդ և չորրորդ շերտի համար: Այս կերպ ավելի հեշտ է ավելի ուշ շերտերի փոխկապակցումը:

Քայլ 6: Միկրոհսկիչ PCB

Arduino Nano- ի պես առևտրային զարգացման խորհրդի վրա հույս դնելու փոխարեն, ես Eagle- ում նախագծեցի անհատական PCB ՝ LED- ները վերահսկելու համար: Առավելությունն այն է, որ ես կարող էի տախտակը ձևավորել այնպես, որ այն լավ տեղավորվի խորանարդի մեջ: Տախտակը հիմնված է ATSAMD21E18 միկրոկառավարիչի վրա, որը նույնն է, ինչ օգտագործվում է Adafruit's Trinklet M0- ում: Ես ընտրեցի այս MCU- ն, քանի որ այն ունի հայրենի USB և ծրագրավորման համար FTDI չիպ չի պահանջում: Նաև Adafruit- ն ապահովում է բեռնիչ սարքեր, որոնք համատեղելի են Arduino IDE- ի, ինչպես նաև CircuitPython- ի հետ:

Տախտակի վերաբերյալ մեկ նշում այն է, որ այն աշխատում է 3.3V տրամաբանությամբ, մինչդեռ WS2812B- ն պետք է օգտագործվի 5V- ով, այնուամենայնիվ, շատերը ցույց են տվել, որ 3.3V- ով աշխատելը նույնպես հնարավոր է:

Ես ստացել եմ իմ PCB- ները PCBWay.com- ից: Gerber ֆայլերը և BoM- ը կարելի է գտնել իմ GitHub հաշվի վրա:

Որոշ հմտությունների դեպքում այս PCB- ի SMD բաղադրիչները կարող են ձեռքով զոդվել, չնայած որ տաքացվող ափսեը կամ վերալիցքավորման վառարանը, իհարկե, ավելի լավ կաշխատեն:

Քայլ 7: Flashրամեկուսացում Bootloader- ի համար

Ես օգտագործեցի Adafruit- ի տրամադրած UF2 բեռնիչը իրենց Trinket M0 տախտակների համար: MCU- ն փայլեց J-Link գործիքի օգնությամբ: Մանրամասն հրահանգներ, թե ինչպես կարելի է միացնել բեռնիչը, կարելի է գտնել Adafruit կայքում: Adafruits UF2-SAMD bootloader- ի առավելությունն այն է, որ առաջին տեղադրումից հետո MCU- ն հայտնվում է որպես ֆլեշ կրիչ, և այն նորից բռնկելու համար կարող եք UF2 ֆայլը քաշել շարժական սկավառակի վրա: Սա շատ հեշտ է դարձնում օրինակ. անցում կատարեք Arduino IDE- ի և CircuitPython- ի միջև:

Քայլ 8: Լազերային կտրվածքով բնակարան

Խորանարդի պատյանը կտրված էր 3 մմ հաստությամբ թափանցիկ ակրիլից: Ես օգտվեցի լազերային կտրման առցանց ծառայությունից (snijlab.nl): Համապատասխան dxf ֆայլերը կարելի է գտնել նաև իմ GitHub հաշվում: Բնակարանը բաղկացած է 4 սյուներից և վերին ափսեից: Սյուները ամրացված են ներքևի հիմնական PCB- ին ՝ օգտագործելով 4 հատ M2x8 պտուտակներ և ընկույզներ:

Քայլ 9: Շերտերի միացում

Բնակարանը հավաքվելուց հետո ես շերտերը միացրեցի ՝ լարերը զոդելով ապակե PCB- ների բարձիկների վրա: Սա բավականին նուրբ ընթացակարգ է ստացվել, և ակրիլը այրելու կամ պղնձե բարձիկները պատռելու վտանգ կա: Նկատի ունեցեք, որ GND և VCC կապանքները փոխում են դիրքերը յուրաքանչյուր շերտի վրա, այնպես որ լարերը պետք է հատվեն: Խուսափելու համար, որ լարերը պատռվում են պղնձե բարձիկներից, դրանք ամրացնելուց հետո դրանք ամրացրեցի մի փոքր կաթիլ տաք սոսինձով: Առաջին շերտը ներքևի PCB- ին միացված էր Dupont միակցիչով, սակայն լարերը կարող են նաև ուղղակիորեն զոդվել PCB- ին:

Քայլ 10: Կոդի վերբեռնում

Ես օգտագործել եմ CircuitPython- ը (տարբերակ 4.x) ՝ խորանարդը ծրագրավորելու համար: CircuitPython բեռնիչը տեղադրելուց հետո կարող եք պարզապես գործարկել կոդը ՝ այն ուղղակիորեն պահելով MCU ֆլեշ կրիչում: Անհրաժեշտ կազմման կարիք չկա, կարող եք, օրինակ. վերաբացեք կոդը և խմբագրեք այն:

Մինչ այժմ ես պարզապես ստեղծել եմ մի քանի հիմնական անիմացիա, բայց որևէ մեկի համար համեմատաբար հեշտ պետք է լինի երկարացնել ծածկագիրը: Կոդը կարելի է գտնել իմ GitHub- ում, այն գործարկելու համար անհրաժեշտ են այստեղ գտնված Adafruit Neopixel և fancyLED գրադարաններ:

Քայլ 11: Ավարտված խորանարդ

Ես բավականին գոհ եմ խորանարդի տեսքից, ապակե PCB- երը և ակրիլային պատյանները լավ են աշխատում միասին: Նաև հաճելի էր առաջին անգամ ստեղծել իմ սեփական MCU խորհուրդը, և ես գրեթե զարմացած եմ, որ այն ստացվեց առաջին փորձից: Քանի որ ես ունեմ պահեստային PCB և ակրիլային մասեր, ես կցանկանայի այս խորանարդը հասանելի դարձնել որպես DIY հավաքածու Tindie- ում: Այսպիսով, եթե ձեզ հետաքրքրում է, շարունակեք փնտրել այն կամ պարզապես գրեք ինձ անձնական նամակ:

Նաև եթե ձեզ դուր է գալիս այս հրահանգը, խնդրում եմ քվեարկեք ինձ համար Make It Glow մրցույթում:

Երկրորդ տեղը զբաղեցրեք Make it Glow մրցույթում