Electric Butterfly: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ito ay isang napaka-cool na multi-kulay na butterfly na ginawa ko - nangangailangan ng kaunting mga bahagi at programa!

Bukod sa butterfly mismo - nagpapakita ito ng ilang mga cool na diskarte kung saan maaari kang gumawa ng iyong sariling mga PCB sa isang silhouette cutter sa bahay mula sa regular na magagamit na komersyal na tansong tape - na maaaring mailagay sa anumang uri ng ibabaw!

Malinaw na - ang isang bagay na tulad nito ay maaaring madaling malikha sa pamamagitan ng isang komersyal na ginawa na naka-print na circuit board - ngunit kung nais mong ekstrain ang gastos ng pagkakaroon ng isang ginawa, nais mong lumikha ng mga LED pattern sa isang hindi pamantayang materyal (tulad ng isang salamin o bintana, sa halip kaysa sa isang fiberglass PCB) - o kahit na isang bagay na may isang hubog na ibabaw - ang pamamaraang ito ay maaaring magamit upang murang sumunod sa mga tanso ng PCB na tanso sa halos anumang uri ng ibabaw.

Madali itong ginagawa para sa mga bagay tulad ng LEDs na mayroong malalaking pitch ng tingga - ngunit mas nahihirapan ka habang gumagamit ka ng mas pinong, mas maliit na mga pitched na bahagi. Kaya't ang pamamaraan na ito ay maaaring magamit nang pili-pili - ibig sabihin, gumamit ng isang off-the-shelf board (Arduino) bilang isang computer, at ang mga home-cut na tanso na ukit para sa mga lugar kung saan mo nais ang matinding pagpapasadya sa paglalagay ng mga LED.

Ginamit ko ang sumusunod upang likhain ang proyektong ito:

• Isang Silhouette Cameo personal na vinyl / paper cutter - para sa paglikha ng PCB
• Arduino UNO - ginamit bilang isang in-circuit programmer
• Laser cutter para sa mga bahagi (kahoy - acrylic - kahit ano) (maaari mong gamitin ang ibang bagay kung wala kang laser)

Ang mga tunay na bahagi ay:

• Isang $ 1 ATTiny75 na processor
• 22 NeoPixels - (kontrolado ng seryal, tri-color LEDs)
• 2x3 header
• Copper Foil

Ang lahat ng software ay ginawa sa Arduino IDE - gamit ang mga aklatan ng Adafruit NeoPixel, at ATTiny libaries mula sa Board Manager.

Mayroong dalawang pangunahing paraan upang lumapit dito:

Easy Way: Mayroon akong sariling board (tulad ng isang Arduino) na gagamitin ko upang makontrol ang mga LED. Lilikha lamang ako ng isang PCB para sa mga LED - at isabit iyon sa aking arduino.

Mas mahirap (at mas murang) Paraan: Gagawin ko ang eveything 100% sa aking sarili. Hindi ko kailangan ng isang Arduino, at sa halip ay gagamit ako ng isang $ 1 ATTiny85. Mas mahirap ito sapagkat ang paggawa ng lahat ng napakahusay na sining sa isang Silouette o CriCut na uri ng vinyl cutter ay mas mahirap.

Hakbang 1: Disenyo

Ang mga LED ay bawat NeoPixels. Ang mga ito ay kahanga-hangang, isa-isa na makokontrol, multi-level (lumiwanag), napakaliwanag, mga aparatong RGB LED na mayroon lamang 4 na mga pin: VccGndData InData Out. Kaya ang ideya ay maaari mong i-chain ang mga ito habang kinokontrol ang indibidwal na Red-Green-Blue mga antas ng kulay ng bawat isa - lahat mula sa isang solong pin sa iyong CPU. Kahit na mas mahusay, ang Adafruit NeoPixel library para sa Arduino ay nagbibigay sa iyo ng isang off-the-shelf na paraan upang tumakbo sa mga ito sa segundo.

Kung papalabasin mo ang pagdidisenyo ng iyong board sa CPU sa disenyo na ito (gamit ang isang off-the-shelf Arduino) ang kailangan mo lamang ay isang pangunahing bakas ng paa ng Neopixel (inirerekumenda na isama mo ang isang bypass cap, sa bawat isa). Ang nakapaloob na footprint.svg file ay karaniwang kung ano ang kailangan mo upang makapagsimula. Bibigyan ka nito ng mga balangkas para sa tanso foil para sa NeoPixles at mga capacitor. Maaari mong buksan ang kanang ito sa Inkscape, ikonekta ang lahat ng mga + 5v na pin at lahat ng mga pin na Ground nang magkasama - pagkatapos ay magkasama ang lahat ng mga data-in at data-out na pin.

Tiyaking gawing wastong mga cut-path na magagamit mo sa iyong vynal cutter tulad ng ipinakita ko sa itaas - at tapos ka na. Hindi mo rin kailangan ng isang "totoong" programa sa disenyo ng PCB upang magawa ito.

Hindi talaga kinakailangan para sa isang NeoPixel, kung saan ang mga pin ay medyo malaki at madaling maghinang - ngunit ang isang madaling layer ng Soldermask ay maaaring putulin mula sa isang piraso ng Kapton tape. Ito ay magiging hitsura ng isang malaking piraso ng tape na may ilang maliliit na mga rektanggulo na ginupit para sa mga solder pad, upang mailagay sa iyong buong lugar na tanso.

Hakbang 2: Disenyo ng CPU

Kung ikaw ay mas mapaghangad, maaari kang lumikha ng mga ukit para sa CPU mismo sa iyong tanso foil.

Mas mahirap ito dahil sa mas maliliit na mga pin sa aparato ng ATTiny85, at ang pangangailangan na makakuha ng napakaliit na mga tanso na foil na eko, ngunit madali itong maisasagawa.

Marahil ito ay pinakamahusay na ginagawa sa isang "totoong" programa ng disenyo ng PCB (ginamit ko ang Eagle).

Nagsama rin ako ng isang konektor ng kapangyarihan / debug sa aking disenyo (at isang pares ng mga bypass capacitor).

Pag-uusapan pa namin ang tungkol sa kahirapan sa pagputol ng tanso sa mga geometry na maliit.

Hakbang 3: Paggawa ng Mga Layer

Hakbang 4: Assembling Circuit

Ang mga bakas ng tanso ay maaaring mailagay sa iyong disenyo.

Sa aking kaso - Gumamit ako ng isang piraso ng kahoy na pinutol ng laser (balangkas ng nakapaloob na SVG file).

Gumamit ako ng sign transfer tape upang alisin ang tanso foil mula sa pag-back nito at ilagay ito sa kahoy. Kung pinili mong gawin ang isang Kapton soldermask layer - maililipat na ito papunta sa kahoy sa itaas ng tanso.

Ang paghihinang sa tanso foil ay medyo mahirap, dahil hindi tulad ng isang normal na circuit board, ang tanso ay nakadikit lamang sa substrate (kahoy) sa pamamagitan ng malagkit na ito, na hindi dumidikit na mahirap ang tanso ng isang normal na circuit board. Kaya, kung hindi ka maingat (lalo na sa ilalim ng init ng isang panghinang na bakal) - ang kooper ay maaaring slide o shift. Ang paggamit ng isang Kapton soldermask ay makakatulong na hawakan ang tanso nang kaunti sa lugar, at gawing mas madali ito.

Ang isa pang malaking bagay na dapat abangan ay ang NeoPixels ay naiulat na medyo hindi nagpaparaan ng labis na init. Kaya't sa paghihinang, gumamit ng maraming solder flux (Gumagamit ako ng walang malinis na fluks na pluma), ilapat ang karamihan sa init at panghinang sa bakas na tanso, at mabilis na alisin ang init kapag dumaloy ang solder papunta sa NeoPixel pin. (Makakatulong din ang Soldermask na mabawasan ang dami ng kinakailangan ng solder, dahil hindi ito dumadaloy pababa sa sakop na lugar ng bakas).

Natagpuan ko na pinakamadaling gamitin ang isang maliit na tuldok ng "Tacky Glue" upang kola ang NeoPixels sa lugar bago maghinang. Ginampanan nito ang mga bahagi sa lugar, na ginagawang mas mabilis ang paghihinang at sa gayon ay nangangailangan ng mas kaunting init. Ang Tacky Glue ay mabilis ding naka-tacks, pinapayagan ang mga bahagi na hindi slide-paligid, kaagad pagkatapos mailagay. Namatay ito (sa kaunting dami) sa uri ng isang pare-pareho na gummy, na nagbibigay-daan sa mga bahagi na alisin kung kailangan ang anumang uri ng kapalit o rework.

Hakbang 5: Pagdaragdag ng CPU

Kung nais mong gumawa ng iyong sariling mga ukit para sa CPU (at debug konektor) ito ay medyo mahirap kaysa sa paggawa ng mga LED. Ang dahilan dito ay ang mga kasangkot na mga geometry na mas maliit at mas pinong, na nangangailangan ng mas tumpak na pagbawas mula sa iyong vinyl cutter.

Nalaman ko na kapag pinuputol ang tanso foil tape, ang waxy paper kung saan natigil ang tape ay nagbibigay ng kaunting pagdirikit. Nangangahulugan ito na kapag tinangka ang mas maliit na mga geometry, may posibilidad silang dumulas sa backing.

Kahit na nilalaro ko ang paligid ng maraming mga setting ng hiwa, ang pinakamahusay na solusyon na nakita ko ay ang paggamit ng isang substrate na may mas malakas na pagdirikit. Maayos ang paggana ng vinyl, ngunit hindi ito gumagana nang maayos sa sign transfer tape upang payagan ang tanso na alisin mula sa vinyl (at ilagay sa kahoy). Maaari mong iwanan ang circuit sa vinyl, ngunit may posibilidad na matunaw ito kapag solder - kaya hindi imposible, ngunit mas mahirap magtipon. (Gumamit ako ng vinyl bilang isang substrate sa ilang iba't ibang mga disenyo).

(Gumagawa din ang malinaw na transparency film o sheet na mga tagapagtanggol - at mas mahusay sa mga ito ay mas makapal. Maaari itong magamit para sa mga disenyo kung nais mo ng mga free-stand na circuit at ayaw ng isang adhesive backed substrate) - ngunit muli, natutunaw sila maliban sa na-solder ingat na ingat

Ang pinakamahusay na solusyon na nakita ko ay ang paggamit ng Kapton tape bilang substrate. Ang Kapton tape ay humahawak ng lubos sa init ng paghihinang, kumikilos bilang isang soldermask, at sinusuportahan ng malagkit. Ang downside lamang ay ito ay karaniwang napaka payat. Napakahirap, na nahihirapan akong magtrabaho kasama ito maliban kung doblehin ko ito, upang gawin itong dalawang beses na makapal at malakas.

Gamit ang higit na lakas na malagkit ng tanso sa ibabaw ng Kapton, maaaring maputol ang mga mas detalyadong detalye tulad ng mga lead ng CPU. Sa sandaling tapos na, dinikit ko ang Kapton sa likurang bahagi ng pag-back ng kahoy na paruparo.

Hakbang 6: Software

Ang software ay ginawa bilang isang Arduino sketch, gamit ang Adafruit NeoPixel library.

Kahit na ito ay maaaring mukhang walang halaga, maraming pag-iisip ang napunta sa mga pattern sa butterfly. Ang code ay isinulat upang kahalili sa pagitan ng dalawang mga mode bawat maraming segundo:

MODE ONE - Pag-wipe ng kulay - paghuhugas ng down-to-up ng iba't ibang mga kulay, mabilis na pagbabago ng mga kulay. Sa pagpili ng isang "kulay" - Gumamit ako ng isang algorithm upang punasan sa pagitan ng mga halagang "mga halaga" - ang bawat halaga na ipinapadala sa pamamagitan ng isang pagpapaandar na pag-convert ng HSB-to-RGB (kung saan ang saturation at brightness ay palaging maximum) - upang makamit ang maximum na kinang ng mga kulay.

IKALAWANG MODE - Pinapatakbo ng:

• 6 o 8 magkakaibang paunang natukoy na segment na "mga pattern" ang nilikha. Pipili ang code ng isa sa mga ito nang sapalaran

• Kinakailangan ng bawat pattern ang pagpuno ng paunang natukoy na mga segment sa isa sa 2, 3 o 4 na magkakaibang kulay. Ang bawat kulay ay sapalarang pinili ng isa sa dalawang pamamaraan na ito:

  • Pinili mula sa isa sa 6 na maximum na antas ng mga kulay (pula, berde, asul, dilaw, atbp).
  • Pinili mula sa isang random HUE - (gamit ang parehong generator ng kulay sa Mode One)
• Ang nagresultang pattern ng kulay ay pinatakbo sa pamamagitan ng isang kumukupas na function, na kung saan ay nagbibigay ng isang makinis na pagkupas mula sa isang pattern sa susunod - at gaganapin ito doon para sa isang pares ng mga segundo bago magpatuloy sa susunod.

Ang dalawang mga mode ay kahalili bawat 10 o 15 segundo.

Hakbang 7: Programming

Kaya ngayon mayroon kaming isang bagong ATTiny85 sa aming PCB, at kailangan naming i-program ito. Dahil ginamit ko ang Arduino SDK para dito, kailangan naming ilagay ang parehong programa ("sketch") at ang Arduino bootloader papunta sa aparato.

Gumamit ako ng isang Arduino Uno mismo bilang In-System-Programmer.

Ipinapakita ng naka-attach na diagram kung paano ko ikinabit ang Uno sa aking ATTiny85 circuit. Talagang gumawa ako ng mga probisyon upang gawin ito sa isa sa dalawang magkakaibang paraan:

1. sa pamamagitan ng isang debug header naidagdag ko sa board
2. sa pamamagitan ng isang bungkos ng mga debug test-point na idinagdag ko sa board. Maaari itong magamit sa pamamagitan ng paghawak ng isang bungkos ng mga spring-pin sa board sa pamamagitan ng isang laser-cut acrylic na may-ari, na humahawak sa mga ito sa eksaktong posisyon.

Na gawin ito:

• Ikabit ang Arduino Uno sa iyong computer, at buksan ang Arduino SDK.
• Buksan ang built-in na "Ardunio bilang isang ISP" na sketch. Pagsamahin at i-update ang sketch na ito - ngayon ang Uno ay isang ISP.
• Sa Arduino "Boards Manager" - i-install ang board package para sa ATTiny series.
• Isara ang Uno ISP sketch, at buksan ang iyong sketch para sa butterfly code.
• Piliin ang "Uri ng Lupon" ay ATTiny85 - piliin ang 8Mhz Internal Oscillator.
• Para sa "Programmer" piliin ang "Uno bilang isang ISP"
• Piliin ang "Uploads Bootloader" (gawin lamang ito sa UNANG PANAHON para sa chip na ito - dapat na hindi kinakailangan na ulitin)
• Matapos itong magawa - maaari mo na ngayong gawin ang "Mag-upload ng Program sa ISP" upang maipadala ang iyong sketch sa ATTiny85.

Hakbang 8: Pangwakas na Assembly

Dalawang iba pang mga seksyon ng kahoy ang pinutol ng laser - isang balangkas ng mga pakpak ng butterfly. Pininturahan sila ng isang matte na itim na pintura.

Ang isang piraso ng acrylic ay binigyan ng isang "frosted" na hitsura sa pamamagitan ng pag-sanding nito gamit ang magaspang na papel na papel. Ang mga indibidwal na seksyon ng kahoy na lugar ay pinutol mula sa acrylic na ito.

Ang mga pinutol na seksyon ng acrylic ay inilagay sa pinakamataas na piraso ng kahoy. Maaari silang nakadikit, ngunit ang mga pagpapahintulot sa pagputol ng acrylic at pintura sa kahoy ay pinapayagan silang mapanatili nang walang pandikit.

Ang mga seksyon na ito ay pagkatapos ay nakadikit kasama ng maliliit na mga spot ng Tacky Glue - na papayagan silang disassembled kung kailangan ng pag-aayos.