GlassCube - 4x4x4 LED Cube روی شیشه PCB: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

اولین موردی که من در این وب سایت آموزش دادم یک مکعب LED 4x4x4 با استفاده از PCB های شیشه ای بود. به طور معمول ، من دوست ندارم یک پروژه را دوبار انجام دهم ، اما اخیراً با این ویدیو از سازنده فرانسوی Heliox روبرو شدم که به من انگیزه داد تا نسخه بزرگتر مکعب اصلی خود را بسازم. در ویدئوی خود Heliox یک فرایند بسیار ساده تر برای تولید PCB های شیشه ای ارائه می دهد که شامل حکاکی نمی شود ، اما در عوض از یک پلاتر برای رد آثار از یک فویل مس چسبناک استفاده می کند که سپس به یک بستر شیشه ای منتقل می شود. از آنجا که نقشه کش ها گران نیستند و همچنین می توانند برای پروژه های دیگر مفید باشند ، من فقط یکی را امتحان کردم تا این روند را برای خودم امتحان کنم.

این نسخه علاوه بر اینکه نسخه بزرگتر مکعب اصلی من است ، از PCB سفارشی مبتنی بر میکروکنترلر SAMD21 و محفظه ای از اکریلیک برش خورده استفاده می کند. مکعب را می توان با Arduino IDE برنامه ریزی کرد و همچنین با CircuitPython سازگار است.

کیت GlassCube در حال حاضر در Tindie نیز موجود است.

در صورت خرید کیت ، فقط باید LED ها را لحیم کنید (مرحله 5) ، محفظه (مرحله 8) را مونتاژ کرده و لایه ها را به هم متصل کنید (مرحله 9)

تدارکات

• 64 عدد - LED های WS2812B 5050 SMD (به عنوان مثال aliexpress)
• 4 عدد - صفحه شیشه ای 100 100 100 2 2 میلی متر (من این تامین کننده آلمانی واقعاً ارزان را پیدا کردم که فقط 0.20 یورو/رایانه هزینه دارد)
• 2 عدد - ورق A4 فویل مس چسبناک (به عنوان مثال آمازون)
• 1 رول - کاغذ انتقال پلاتر (به عنوان مثال آمازون)
• 1 مجموعه - اکریلیک برش لیزری (به زیر مراجعه کنید)
• 1 PCB سفارشی (به پایین مراجعه کنید)
• 4 عدد پیچ M2x8 + مهره

کل هزینه تمام مواد از جمله خدمات برش لیزری و تولید PCB حدود 100 یورو است.

ابزارها

• پلاتر Silhouette Portrait 2 (به عنوان مثال آمازون)
• برش لیزری یا خدمات برش لیزری آنلاین (من از snijlab.nl استفاده می کنم)
• آهن لحیم کاری
• صفحه گرمایش یا اجاق گاز مجدد برای لحیم کاری SMD (یا مهارت های پیشرفته لحیم کاری دستی

مرحله 1: طراحی CAD

ابعاد بدنه و PCB GlassCube در Fusion360 طراحی شده است ، من طرح زیر را ضمیمه کرده ام.

ستون های لبه و صفحه بالا از اکریلیک شفاف به ضخامت 3 میلی متر ساخته شده است. لایه های LED از شیشه شناور ضخامت 2 میلی متر ساخته شده است. صفحه زیر یک PCB سفارشی است.

مرحله 2: طراحی PCB LED

من از Eagle برای طراحی طرح PCB های شیشه ای استفاده کردم. از آنجا که برش آثار با پلاتر به اندازه حکاکی آنها با روش انتقال تونر دقیق نیست ، حداقل عرض رد محدود می شود. عرضهای مختلف ردیابی را امتحان کردم و متوجه شدم که 32 میلیون حداقل اندازه ای است که می توانم از آن بعنوان آثار نازک تر که اغلب در حین ترسیم لایه برداری می شود استفاده کنم.

برای اینکه بتوان آثار را از فویل مسی برید ، باید طرح صفحه را به dxf تبدیل کنید. مدتی طول کشید تا بفهمم چگونه این کار را به درستی انجام دهم ، بنابراین اجازه دهید مراحل را با جزئیات طی کنم

1. طرح تخته باز در عقاب
2. همه لایه ها را به جز لایه بالا مخفی کنید
3. روی File-> Print کلیک کنید سپس Print to File (pdf) را انتخاب کنید
4. pdf را در Inkscape باز کنید
5. از ابزار انتخاب مسیر برای علامت گذاری یک ردیف استفاده کنید ، سپس روی E dit-> Select Same-> Stroke Style کلیک کنید ، این باید همه آثار را مشخص کند (اما نه پدها)
6. click P ath-> Stroke to Path این طرح کلی مسیرها را به مسیرهای جدید تبدیل می کند
7. با انتخاب ابزار انتخاب مسیر و سپس فشار دادن ctrl+a ، تمام مسیرها (از جمله پدها) را علامت گذاری کنید
8. روی P ath-> Union کلیک کنید ، این باید همه مسیرها را ترکیب کرده و خطوط برش را در مناطق "پر" حذف کند
9. روی File-> Save As کلیک کنید و *.dxf را به عنوان فرمت فایل انتخاب کنید

فایل dxf را می توانید در اینجا در GitHub من پیدا کنید.

مرحله 3: برش فویل مسی

فایل dxf از ورق های A4 فویل مسی خود چسب دار با پلاتر Silhouette Portrait 2 بریده شد. ورق های مسی ابتدا به تشک برش چسبانده شده متصل شدند. تنظیمات نرم افزاری که برای برش استفاده کردم در تصویر پیوست قابل مشاهده است.

پس از برش فویل اضافی باید با دقت برداشته شود. برای اینکه آسیبی به فویل بریده وارد نشود ، تمام مراحل A4 را برای مراحل زیر روی تشک برش گذاشتم.

مرحله 4: انتقال فویل مسی

فویل بریده شده با استفاده از کاغذ انتقال که فقط یک فویل خود چسبان است ، به صفحه شیشه ای منتقل می شود. کاغذ انتقال روی فویل مسی متصل می شود و سپس به آرامی پوست کنده می شود تا فویل مسی به ورق انتقال بچسبد. سپس به لایه شیشه ای متصل می شود و کاغذ انتقال به آرامی کنده می شود تا این بار فویل مسی روی صفحه شیشه ای بچسبد.

طرح تخته دارای دو نشانگر در گوشه چپ و راست بالا است که به تراز صحیح فویل روی صفحه شیشه ای کمک می کند. پس از چسباندن نشانگرها ، می توانید دوباره آنها را از صفحه شیشه ای جدا کنید.

مرحله 5: لحیم کاری LED ها

LED های SMD با دست روی صفحه شیشه ای لحیم شدند. من همچنین سعی کردم آنها را با استفاده از یک صفحه گرمایش (در واقع اجاق گاز من) وصل کنم ، اما همانطور که در تصویر نشان داده می شود این ایده خوبی نبود. اگر یک کوره رفلف مناسب دارید ، ممکن است ارزش امتحان کردن را داشته باشد ، اما بسته به نوع شیشه ای که استفاده می شود ، این خطر جدی وجود دارد که هنگام گرم شدن بشکند.

در مورد جهت LED ها دو طرح بندی متفاوت وجود دارد. جهت لایه اول و سوم مکعب جهت گیری متفاوت از لایه دوم و چهارم است. به این ترتیب بعداً اتصال لایه ها آسان تر می شود.

مرحله 6: PCB میکروکنترلر

به جای تکیه بر یک تخته توسعه تجاری مانند Arduino Nano ، من یک PCB سفارشی در Eagle برای کنترل LED ها طراحی کردم. مزیت این است که من می توانم تخته را طوری شکل دهم که به خوبی در مکعب قرار گیرد. این برد بر اساس یک میکروکنترلر ATSAMD21E18 ساخته شده است که همان دستگاهی است که در Adafruit's Trinklet M0 استفاده می شود. من این MCU را انتخاب کردم زیرا دارای USB بومی است و برای برنامه نویسی به تراشه FTDI نیاز ندارد. همچنین Adafruit بوت لودرهایی را ارائه می دهد که با Arduino IDE و CircuitPython سازگار هستند.

یک نکته در مورد برد این است که با منطق 3.3V کار می کند در حالی که WS2812B باید با 5V استفاده شود ، با این حال ، بسیاری از مردم نشان داده اند که عملکرد با 3.3V نیز امکان پذیر است.

من PCB های خود را از PCBWay.com دریافت کردم که Gerber Files و BoM در حساب GitHub من یافت می شود.

با برخی مهارت ها می توان اجزای SMD روی این PCB را با دست لحیم کرد ، اگرچه یک صفحه گرمایی یا اجاق گاز مجدداً بهتر کار می کند.

مرحله 7: فلش کردن Bootloader

من از بوت لودر UF2 ارائه شده توسط Adafruit برای تخته Trinket M0 آنها استفاده کردم. MCU با کمک ابزار J-Link فلش شد. دستورالعمل های دقیق نحوه فلش بوت لودر را می توانید در وب سایت Adafruit مشاهده کنید. نکته جالب در مورد بوت لودر Adafruits UF2-SAMD این است که پس از اولین نصب ، MCU به عنوان یک درایو فلش ظاهر می شود و فقط می توانید یک فایل UF2 را روی درایو قابل جابجایی بکشید تا دوباره فلش شود. این امر بسیار آسان می سازد به عنوان مثال بین Arduino IDE و CircuitPython جابجا شوید.

مرحله 8: مسکن لیزری

بدنه مکعب از ضخامت 3 میلی متر اکریلیک شفاف بریده شد. من از خدمات برش لیزری آنلاین (snijlab.nl) استفاده کردم. فایل های dxf مربوطه را نیز می توانید در حساب GitHub من پیدا کنید. محفظه شامل 4 پست و یک صفحه بالا است. پستها با استفاده از 4 عدد پیچ و مهره M2x8 به PCB اصلی در پایین متصل می شوند.

مرحله 9: اتصال لایه ها

بعد از اینکه محفظه مونتاژ شد ، من لایه ها را با لحیم کردن سیم ها روی لنت های PCB های شیشه ای وصل کردم. این یک روش کاملاً ظریف بود و خطر سوختن اکریلیک یا پاره شدن لنت های مسی وجود دارد. توجه داشته باشید که پایه های GND و VCC موقعیت ها را در هر لایه تغییر می دهند بنابراین سیم ها باید از یکدیگر عبور کنند. برای جلوگیری از پاره شدن سیم ها روی پدهای مسی ، آنها را بعد از لحیم کاری با یک قطره کوچک چسب داغ ثابت کردم. لایه اول با یک کانکتور Dupont به PCB پایین متصل شد اما سیم ها را می توان مستقیماً به PCB لحیم کرد.

مرحله 10: بارگذاری کد

من از CircuitPython (نسخه 4.x) برای برنامه ریزی مکعب استفاده کردم. پس از نصب بوت لودر CircuitPython ، می توانید کد را مستقیماً در درایو فلش MCU ذخیره کنید. کامپایل لازم نیست همچنین می توانید به عنوان مثال کد را دوباره باز کرده و ویرایش کنید

تا کنون من فقط تعدادی انیمیشن اساسی ایجاد کرده ام ، اما گسترش کد برای هر کسی نسبتاً آسان است. کد را می توان در GitHub من یافت ، برای اجرای آن به کتابخانه های Adafruit Neopixel و fancyLED که در اینجا یافت می شود نیاز است.

مرحله 11: مکعب تمام شده

من از ظاهر مکعب بسیار راضی هستم ، PCB های شیشه ای و بدنه آکریلیک به خوبی با هم کار می کنند. ایجاد هیئت مدیره MCU خودم برای اولین بار بسیار سرگرم کننده بود و تقریباً شگفت زده هستم که در اولین تلاش انجام شد. از آنجا که من تعدادی PCB یدکی و قطعات اکریلیک دارم ، می خواهم این مکعب را به عنوان یک کیت DIY در Tindie در دسترس قرار دهم. بنابراین اگر علاقه مند هستید به دنبال آن باشید یا فقط یک پیام خصوصی برای من بنویسید.

همچنین اگر این دستورالعمل را دوست دارید لطفاً در مسابقه Make It Glow به من رای دهید.

نفر دوم در مسابقه Make it Glow