پروانه برقی: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

این یک پروانه چند رنگ بسیار جالب است که من ساخته ام - به حداقل قطعات و برنامه نویسی نیاز دارد!

گذشته از خود پروانه - برخی از تکنیک های بسیار جالب را نشان می دهد که در آن می توانید PCB های خود را با استفاده از نوار مسی که به طور منظم در دسترس است ، بر روی یک برش خانگی شبح درست کنید - که می تواند بر روی هر نوع سطحی قرار گیرد!

بدیهی است - چیزی شبیه به این می تواند به راحتی از طریق یک برد مدار چاپی تجاری ساخته شود - اما اگر می خواهید از هزینه ساخت آن صرفه جویی کنید ، می خواهید الگوهای LED را روی یک ماده غیر استاندارد (مانند آینه یا پنجره ، ایجاد کنید) از یک PCB فایبرگلاس) - یا حتی چیزی با سطح خمیده - از این روش می توان برای چسباندن ارزان آثار PCB مسی به هر سطحی استفاده کرد.

این کار به راحتی برای مواردی مانند LED هایی که دارای سرب بزرگ هستند انجام می شود - اما با استفاده از قطعات ریزتر و کوچک تر سخت تر می شود. بنابراین این تکنیک ممکن است به صورت انتخابی مورد استفاده قرار گیرد-به عنوان مثال ، از یک تخته خارج از قفسه (Arduino) به عنوان یک رایانه استفاده کنید ، و از قلم های مسی برش داده شده در خانه برای مکانهایی که در آنها برای سفارشی سازی شدید در قرار دادن LED ها استفاده می کنید ، استفاده کنید.

برای ایجاد این پروژه از موارد زیر استفاده کردم:

• برش وینیل/کاغذ شخصی Silhouette Cameo - برای ایجاد PCB
• Arduino UNO - به عنوان برنامه نویس درون مدار استفاده می شود
• برش لیزری برای قطعات (چوب - اکریلیک - هر چیزی) (اگر لیزر ندارید می توانید از چیز دیگری استفاده کنید)

قطعات واقعی عبارتند از:

• پردازنده 1 دلاری ATTiny75
• 22 NeoPixels - (LED های سه رنگ کنترل شده به صورت سریال)
• هدر 2x3
• فویل مسی

تمام نرم افزارها در Arduino IDE - با استفاده از کتابخانه های Adafruit NeoPixel و کتابهای ATTiny از Board Board انجام شد.

دو روش اساسی برای برخورد با این موضوع وجود دارد:

راه آسان: من یک برد مخصوص خودم (مانند آردوینو) دارم که قصد دارم از آن برای کنترل LED ها استفاده کنم. من فقط یک PCB برای LED ها ایجاد می کنم - و آن را به آردوینو وصل می کنم.

راه سخت تر (و ارزان تر): من خودم همه چیز را 100٪ انجام می دهم. من به آردوینو احتیاج ندارم و در عوض از ATTiny85 1 دلاری استفاده می کنم. این کار سخت تر است زیرا انجام همه هنرهای زیبا با دستگاه برش وینیل Silouette یا CriCut سخت تر است.

مرحله 1: طراحی

LED ها هر کدام NeoPixels هستند. این دستگاه های فوق العاده ، قابل کنترل ، چند سطحی (روشن) ، بسیار روشن ، RGB LED هستند که فقط 4 پین دارند: VccGndData InData Out. بنابراین ایده این است که شما می توانید آنها را در حالی که فردی قرمز-سبز-آبی را کنترل می کنید ، زنجیر کنید. سطوح رنگ هر یک - همه از یک پین واحد روی CPU شما. حتی بهتر ، کتابخانه Adafruit NeoPixel برای آردوینو به شما یک راه خارج از قفسه می دهد تا با این موارد در عرض چند ثانیه کار کنید.

اگر از طراحی برد CPU خود روی این طرح صرف نظر کرده اید (با استفاده از آردوینو خارج از قفسه) تنها چیزی که نیاز دارید یک رد پای اولیه از Neopixel است (توصیه می شود که با هر کدام یک کلاهک بای پس را نیز اضافه کنید). فایل پیوست footprint.svg اساساً همان چیزی است که برای شروع به آن نیاز دارید. این به شما فایلی برای فویل مسی برای NeoPixles و خازن ها می دهد. می توانید این را درست در Inkscape باز کنید ، همه پین های +5v و همه پین های Ground را به هم متصل کنید-سپس همه پین های ورودی و خروجی داده را با هم زنجیره کنید.

مطمئن شوید که این مسیر را به مسیرهای برش مناسب تبدیل می کنید که می توانید بر روی دستگاه برش وینال خود مانند آنچه در بالا نشان داده ام استفاده کنید - و کار شما تمام شد. حتی برای انجام آن نیازی به برنامه طراحی "واقعی" PCB ندارید.

این واقعا برای NeoPixel ضروری نیست ، جایی که پین ها نسبتاً بزرگ هستند و به راحتی می توان آنها را لحیم کرد - اما یک لایه Soldermask آسان را می توان از یک تکه نوار کاپتون جدا کرد. این یک نوار بزرگ با چند مستطیل کوچک بریده شده برای لحیم کاری به نظر می رسد که روی کل مس مسطح شما قرار می گیرد.

مرحله 2: طراحی CPU

اگر جاه طلب تر هستید ، می توانید تراشه هایی را برای خود CPU درست در فویل مسی خود ایجاد کنید.

این امر به دلیل پین های کوچکتر دستگاه ATTiny85 و نیاز به اچ های فویل مس بسیار کوچک سخت تر است ، اما به راحتی قابل انجام است.

این امر احتمالاً در برنامه طراحی PCB "واقعی" (من از Eagle استفاده کردم) به بهترین شکل انجام می شود.

من همچنین یک کانکتور برق/اشکال زدایی در طراحی خود (و چند خازن بای پس) قرار دادم.

ما بیشتر در مورد مشکل برش مس در هندسه های کوچک صحبت خواهیم کرد.

مرحله 3: ایجاد لایه ها

مرحله 4: مونتاژ مدار

آثار مسی را می توان روی طرح شما قرار داد.

در مورد من - من از یک تکه چوب برش لیزری (طرح کلی فایل ضمیمه SVG) استفاده کردم.

من از نوار انتقال علامت استفاده کردم تا فویل مسی را از پشت آن جدا کرده و روی چوب قرار دهم. اگر شما یک لایه ماسک کپتون را انتخاب کرده اید - اکنون روی چوب بالای مس منتقل می شود.

لحیم کاری روی فویل مس کمی دشوار است ، زیرا بر خلاف یک برد مدار معمولی ، مس فقط با چسب خود به بستر (چوب) می چسبد ، که به اندازه مس یک برد معمولی به سختی نمی چسبد. بنابراین ، اگر مراقب نباشید (مخصوصاً زیر حرارت آهن لحیم کاری) - کوپر می تواند سر بخورد یا جابجا شود. استفاده از ماسک کاپتون به مس کمک می کند تا مس را کمی در جای خود نگه دارد و این کار را کمی راحت تر می کند.

نکته مهم دیگری که باید به آن توجه کرد این است که گزارش شده است که NeoPixels تا حدودی نسبت به گرمای اضافی تحمل نمی کند. بنابراین هنگام لحیم کاری ، از مقدار زیادی لحیم کاری استفاده کنید (من از یک قلم شار بدون تمیز استفاده می کنم) ، بیشتر حرارت و لحیم را روی رد مس بمالید و هنگامی که لحیم کاری روی پین NeoPixel جریان می یابد ، گرما را به سرعت حذف کنید. (Soldermask همچنین به کاهش میزان لحیم کاری مورد نیاز کمک می کند ، زیرا از ناحیه تحت پوشش ردیابی نمی کند).

به نظر من ساده ترین راه استفاده از یک نقطه کوچک "چسب چسبناک" برای چسباندن NeoPixels قبل از لحیم کاری است. این امر باعث ثابت ماندن قطعات شده و لحیم کاری را سریعتر کرده و در نتیجه به گرمای کمتری نیاز دارد. چسب چسبناک نیز به سرعت می چسبد و اجازه می دهد قطعات بلافاصله پس از قرار گرفتن در اطراف نلغزند. به دلیل قوام لثه ای (در مقادیر کم) می میرد ، که در صورت نیاز به هرگونه جایگزینی یا کار مجدد ، قطعات را می توان حذف کرد.

مرحله 5: اضافه کردن CPU

اگر می خواهید اچ خود را برای CPU (و اتصال اشکال زدایی) بسازید ، این کار کمی سخت تر از انجام LED ها است. دلیل آن این است که هندسه های درگیر کوچکتر و ظریف تر هستند و نیاز به برش دقیق تری از برش وینیل شما دارند.

من دریافتم که هنگام بریدن نوار فویل مسی ، کاغذ مومی که نوار به آن چسبیده است ، چسبندگی نسبتاً کمی را ایجاد می کند. این بدان معناست که هنگامی که هندسه های کوچکتری تلاش می شود ، آنها تمایل به لغزش در پشت دارند.

اگرچه با تعدادی تنظیمات برش بازی می کردم ، بهترین راه حلی که پیدا کردم استفاده از بستری با چسبندگی قوی تر بود. وینیل خوب کار می کند ، اما به راحتی با نوار انتقال علامت خوب کار نمی کند تا بتوان مس را از وینیل جدا کرد (و روی چوب قرار داد). می توانید مدار را روی وینیل بگذارید ، اما وقتی لحیم می شود ذوب می شود - بنابراین غیرممکن نیست ، اما مونتاژ آن دشوارتر است. (من از وینیل به عنوان بستر در چند طرح مختلف استفاده کرده ام).

(فیلم های شفاف شفاف یا محافظ های ورق نیز کار می کنند - و از این نظر ضخیم تر هستند. بهتر است از آنها برای طرح هایی استفاده کنید که مدارهای مستقل می خواهید و نیازی به بستر چسب دار ندارید) - اما دوباره ذوب می شوند مگر اینکه لحیم شوند. خیلی با دقت.

بهترین راه حلی که پیدا کردم استفاده از نوار کپتون به عنوان بستر بود. نوار کاپتون بسیار خوب در برابر حرارت لحیم کاری مقاوم است ، نقش ماسک را ایفا می کند و دارای چسب است. تنها نکته منفی این است که معمولاً بسیار نازک است. آنقدر که کار با آن را به سختی گذراندم مگر اینکه آن را دو برابر کنم ، تا دو برابر ضخیم و قوی شود.

با استحکام چسبندگی بیشتر مس بر روی Kapton ، می توان جزئیات دقیق تری مانند سرپوش پردازنده را برش داد. پس از اتمام کار ، من کاپتون را به پشت پشت پروانه چوبی متصل کردم.

مرحله 6: نرم افزار

نرم افزار به صورت طرح آردوینو و با استفاده از کتابخانه Adafruit NeoPixel انجام شد.

اگرچه ممکن است بی اهمیت به نظر برسد ، اما فکر زیادی در مورد الگوهای پروانه انجام شد. کد به صورت متناوب بین دو حالت هر چند ثانیه نوشته شده است:

MODE ONE - پاک کردن رنگ - شستشو تا رنگ های مختلف ، تغییر سریع رنگ ها. در انتخاب "رنگ" - از یک الگوریتم برای پاک کردن بین "مقادیر" رنگ استفاده کردم - هر مقدار از طریق تابع تبدیل HSB به RGB (که اشباع و روشنایی همیشه حداکثر بود) ارسال می شود - برای دستیابی به حداکثر درخشندگی رنگ ها.

حالت دوم - توسط:

• 6 یا 8 "الگوی" مختلف گروه از پیش تعیین شده ایجاد شد. کد یکی از این موارد را به صورت تصادفی انتخاب می کند

• هر الگو نیاز به پر کردن قطعات از پیش تعیین شده در یکی از 2 ، 3 یا 4 رنگ مختلف دارد. هر رنگ به طور تصادفی با یکی از این دو روش انتخاب شد:

  • انتخاب شده از یکی از 6 رنگ حداکثر سطح (قرمز ، سبز ، آبی ، زرد و غیره).
  • انتخاب شده از یک HUE تصادفی - (با استفاده از ژنراتور رنگ یکسان در حالت یک)
• الگوی رنگی حاصل از طریق یک تابع محو شدن اجرا می شود ، که از یک الگو به الگوی دیگر محو می شود - و قبل از ادامه به الگوی بعدی چند ثانیه در آنجا نگه داشته می شود.

این دو حالت هر 10 یا 15 ثانیه متناوب می شوند.

مرحله 7: برنامه نویسی

بنابراین اکنون ما یک ATTiny85 کاملاً جدید در PCB خود داریم و باید آن را برنامه ریزی کنیم. از آنجا که من از SDK آردوینو برای این کار استفاده کردم ، باید برنامه ("طرح") و بوت لودر آردوینو را روی دستگاه قرار دهیم.

من از Arduino Uno به عنوان برنامه نویس درون سیستم استفاده کردم.

نمودار پیوست نشان می دهد که چگونه Uno را به مدار ATTiny85 خود وصل کردم. من در واقع برای انجام این کار یکی از دو روش مختلف پیش بینی کردم:

1. از طریق یک سرصفحه اشکال زدایی من به صفحه اضافه کردم
2. از طریق تعدادی از نقاط تست اشکال زدایی که من به صفحه اضافه کردم. اینها را می توان با نگه داشتن دسته ای از سنجاق های فنر روی تخته از طریق یک نگهدارنده اکریلیک برش لیزری ، که آنها را در موقعیت دقیق نگه می دارد ، استفاده کرد.

برای انجام این:

• Arduino Uno را به رایانه خود وصل کرده و SDK Arduino را باز کنید.
• طرح داخلی "Ardunio as a ISP" را باز کنید. این طرح را کامپایل و به روز کنید - اکنون Uno یک ISP است.
• در Arduino "Boards Manager" - بسته برد را برای سری ATTiny نصب کنید.
• طرح UNO ISP را ببندید و طرح خود را برای کد Butterfly باز کنید.
• "Board Board" ATTiny85 را انتخاب کنید - نوسان ساز داخلی 8 مگاهرتز را انتخاب کنید.
• برای "برنامه نویس" گزینه "Uno as a ISP" را انتخاب کنید
• "Uploads Bootloader" را انتخاب کنید (این کار را فقط برای اولین بار برای این تراشه انجام دهید - تکرار آن لازم نیست)
• پس از انجام این کار - اکنون می توانید "بارگذاری برنامه با ISP" را انجام دهید تا طرح خود را به ATTiny85 ارسال کنید.

مرحله 8: مونتاژ نهایی

دو قسمت دیگر از چوب با لیزر بریده شد - طرح کلی از بال های پروانه. آنها با رنگ مشکی مات رنگ آمیزی شده اند.

یک تکه اکریلیک با سمباده زدن با کاغذ سنباده درشت ظاهر "مات" پیدا کرد. قسمت های جداگانه منطقه چوبی از این اکریلیک بریده شد.

بخشهای اکریلیک بریده شده در بالاترین قطعه چوبی قرار داده شد. آنها می توانستند چسبانده شوند ، اما تحمل برش های اکریلیک و رنگ روی چوب باعث می شد که بدون چسب نگه داشته شوند.

سپس این قسمتها با نقاط کوچک چسب چسبناک به هم چسبیده شدند - که در صورت نیاز به تعمیر ، امکان جدا شدن آنها وجود داشت.