LED-Würfellampe - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Diese Lampe ist ein Nebenprodukt des 172-Pixel-Clock-Projekts, das ich erstellt habe. Es kam zustande, als ich die LED-Reihe testete. Mein Partner sah sie und mochte, wie sie aussahen. Ich beendete die Uhr und begann dann dieses Projekt. Es war ein ziemlich langsames Projekt, zwischendurch sind andere Dinge passiert, die es im Laufe der Zeit ermöglicht haben, sich zu entwickeln.

Das ursprüngliche Konzept war etwas mehr als einen Meter lang und verwendet 3 Tasten und ein Potentiometer, um es zu steuern. Dies entwickelte sich zu einem kleineren, aber ähnlichen Design, das einen einzigen Drehgeber verwendet. Dann kommt die Weihnachtszeit und ich habe mir einige Steuerungskonzepte für die ATTiny 85 gesteuerte Festbeleuchtung ausgeliehen. Schließlich haben wir dies; Ein süßer 50-mm-Würfel mit einer einzigen berührungsempfindlichen Steuerung.

Es wäre einfach gewesen, einfach einen billigen LED-Controller bei eBay gekauft, in eine Kiste zu stopfen und fertig zu nennen. Ich wollte jedoch etwas, das keine Einrichtung oder Paarung erfordert und es mir ermöglicht, zu entscheiden, wie sich die LEDs verhalten. Natürlich kann ich das Licht nicht bequem von meinem Sofa aus ändern, aber es macht mir nichts aus. Trotzdem denke ich, dass die nächste Entwicklung darin bestehen könnte, den ATTiny 85 gegen etwas wie den ESP8266 auszutauschen, damit ich den drahtlosen Controller nutzen kann, aber auch die manuelle Kontrolle behalten kann.

Mir war es sehr wichtig, dass das Licht aktiv ist, aber nicht ablenkt, damit im Weißmodus an einer zufälligen Stelle der Lampe langsam ein bisschen Farbe ins Blickfeld kommt und dann genauso langsam wieder verblasst. Es war wichtig, dass sie dabei nicht ins Auge springt, aber jedes Mal, wenn Sie die Lampe betrachten, war sie nur ein bisschen anders.

Lieferungen

Der Würfel besteht aus 3 mm mattiertem Opal-Acrylblatt. Ich habe betrogen und es vorgeschnitten in Quadrate bestellt, die die richtige Größe für das haben, was ich wollte. Ich habe der Bestellung ein paar zusätzliche hinzugefügt, falls ich einen Fehler gemacht habe (ich habe es getan).. Es funktioniert sehr gut, ist aber nicht schön zu verwenden, ich habe das hier mit Gorilla-Epoxid gemacht. Die Bindung ist nicht so stark wie beim Tinsol 12, sollte aber ohne die wirklich unangenehmen Dämpfe stark genug sein.

Die LEDs sind SK6812, sie sind die RGBWW-Option (Warmweiß).

Der Mikrocontroller ist ein ATTiny 85

Der Touch-Controller ist ein MTCH101

Es gibt ein paar passive Komponenten:

• 13X 0603 0.1uf Kondensatoren
• 2X 4,7k 0603 Widerstände
• 2X 10k 0603 Widerstände
• 1X 470 Ohm 0603 Widerstand
• 1X 1000uf Kondensator

Während es möglich wäre, dies auf ProtoBoard mit PCBs zu machen, ist es billig und etwas, worüber ich mich lehnen wollte.

Altes USB-Kabel zum Schneiden für ein Stromkabel

Heißkleber wird verwendet, um die Leiterplatte im Endprodukt festzuhalten, und etwas Silikondichtmittel ermöglicht es Ihnen, den Boden des Würfels darauf zu kleben. Beide Heißkleber sind aus Silikon und können Acryl gut kleben, aber beide sind nicht sehr gut. Dies macht eine Bindung, die stark genug ist, um alles an Ort und Stelle zu halten, aber so stark, dass sie später bei Bedarf nicht auseinandergerissen werden kann.

200 mm 0,31 mm Kupferlackdraht. (Sie können hier fast jeden Draht verwenden, solange er nicht zu groß ist, um einen Schatten im Inneren des Würfels zu erzeugen)

Der Mikrocontroller

Ich habe es schon einmal gesagt und ich sage es noch einmal. Ich mag den ATTiny 85 Microcontroller sehr. Sie sind günstig, einfach zu bedienen, einfach zu programmieren und scheinen nahezu unverwüstlich zu sein.

Also, natürlich habe ich einen für dieses Projekt verwendet. Der Code, der ausgeführt wird, ist ziemlich einfach. Ein Interrupt ist mit dem Berührungssensor verbunden. Wenn der Stift nach unten gezogen wird, addiert der ISR 1 zu einem Zähler. Die Hauptschleife führt dann die Unterschleife aus, die der Zählernummer entspricht. Auf diese Weise können Sie mit nur wenigen Codezeilen Animationen hinzufügen oder entfernen.

Ich habe diesen Code jetzt seit ungefähr 8 Monaten ohne Probleme auf einem ATTiny85 laufen lassen.

Schritt 1: Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien

Es ist möglich, alle Komponenten von Hand zu löten, aber die SK2612s sind ziemlich empfindlich. Ich habe einige von ihnen getötet, bevor ich bei Lidl einen Mini-Ofen gefunden habe, den ich in einen Reflow-Ofen umgebaut habe.

Ich benutzte einen Router und ein 45-Grad-Fase, um alle Kanten des Acryls zu schneiden. Sie könnten dies überspringen und quadratische Verbindungen zu Ihrem Würfel oder 3D-Druck haben.

Andere verwendete Werkzeuge sind:

• Heißklebepistole
• Lötkolben
• Kleines Messer
• Abdeckband
• Einige grundlegende Handwerkzeug. Scheren und kleine Piler.
• Arduino Uno oder ähnliches plus Steckbrett und Überbrückungsdrähte zum Hochladen von Code auf ATTiny85
• Bügelsäge
• Lötpaste
• Lot
• Multimeter

Schritt 2: Schneiden des Acryls

Es war schwierig, eine zuverlässige Methode zum Schneiden des 45-Grad-Winkels auf die Kanten des Acryls zu finden. Ich denke, dass das Einrichten einer Tischkreissäge mit dem richtigen Winkel viel einfacher wäre, aber leider habe ich nur eine Oberfräse, also hier, was ich getan habe.

Ich benutzte ein Stück Altholz mit einer geraden Kante, die an meine Werkbank geklemmt war, um eine Schablone zu machen. Die gerade Kante ist sehr wichtig, da das Lager des Fasenbohrers darauf abrollt. Es ist dann ein Fall, dass einige Acrylreste um das Stück geklebt werden, in das ich den Winkel schneiden wollte, um es still zu halten und die richtige Höhe der Unterseite des Routers zu erzielen.

Ich hatte meine Heißklebepistole heraus und heiß, als ich diese tat, also beschloss ich, Heißkleber zu verwenden, um die Stützteile an Ort und Stelle zu kleben. Normalerweise hätte ich doppelseitiges Klebeband verwendet. Beide Optionen funktionieren gut.

Es ist dann ein bisschen Versuch und Irrtum, den Router genau auf die richtige Höhe einzustellen, zu hoch und er hinterlässt eine quadratische Kante auf dem Acryl, zu niedrig und er nimmt zu viel ab

Verwenden Sie ein wenig Klebeband, um sicherzustellen, dass sich nichts bewegen kann, lassen Sie den Router auf Drehzahl laufen und führen Sie den Router glatt entlang der Kante des Acryls, drehen Sie das Stück und wiederholen Sie den Vorgang, bis Sie alle 6 mit einer 45-Grad-Kante an allen geschnitten haben 4 Kanten (5 Stück und 3 Kanten, wenn Sie den Würfel in etwas montieren möchten)

Schritt 3: Erstellen des Würfels

Sobald das gesamte Acryl geschnitten ist, ist das Formen des Würfels einfach, aber die Dosis erfordert ein wenig Liebe zum Detail.

1. Nehmen Sie ein Stück Abdeckband mit 2 Stücken an den Enden, um es gerade und fest zu halten. Positionieren Sie es einige Millimeter von und parallel zu einer geraden Kante mit der klebrigen Seite nach oben. Das Klebeband hält alles zusammen, bis das Epoxid aushärtet, so dass ich zwei Stücke überlappte, um einen schönen gleichmäßigen Druck zu gewährleisten. Ich habe meine Silikonmatte als Lineal verwendet, aber ein Lineal würde genauso gut oder vielleicht besser funktionieren.

Als nächstes entfernen Sie die Schutzfolie vom Acryl und legen Sie eines der Quadrate in Richtung eines Endes des Bandes, um sicherzustellen, dass es sauber an der geraden Kante sitzt und der 45-Grad-Winkel nach unten geneigt ist. Legen Sie dann ein zweites Quadrat neben das erste und stellen Sie sicher, dass sich die Kanten gerade berühren und die Oberseite eng an der geraden Kante anliegt. Wiederholen Sie dies für das dritte und vierte Quadrat.

Wenn Sie zufrieden sind, dass alle ordentlich sitzen, drehen Sie alles um und schneiden Sie das Band an einem Ende so zu, dass es nicht über das Ende des Acryls hinausgeht. Sie sollten jetzt in der Lage sein, alles zusammenzufalten und eine ordentliche Schachtel zu bilden. Wichtig für das endgültige Finish ist, dass die Oberseite der Box so perfekt wie möglich ist, eine leichte Abweichung auf der Unterseite kann abgeschliffen und später versteckt werden.

Wenn Sie zufrieden sind, dass alles so passt, wie es sollte, ist es an der Zeit, es zu reparieren. Öffnen Sie den Würfel und legen Sie ihn flach hin, bereit für den Klebstoff Ihrer Wahl. Ich habe Tinsol 12 in der Vergangenheit verwendet. Es wurde entwickelt, um Acryl zu verkleben und gut zu dosieren, ist jedoch unangenehm zu verarbeiten und muss vor der Verwendung gekühlt werden. Ich würde auch empfehlen, es an einem luftigen Tag draußen zu verwenden und die verklebten Teile mindestens 24 Stunden draußen oder in einem Schuppen zu lassen.

Ein kristallklares Zweikomponenten-Epoxid funktioniert einwandfrei, ist viel schöner und fehlerverzeihender. Sie müssen immer noch einen gut belüfteten Bereich zum Arbeiten verwenden, aber ich habe keine Dämpfe bei einem offenen Fenster bemerkt. Seine Bindung ist nicht so stark wie bei Tinsol12, aber es sei denn, Sie planen, Ihren Würfel zu werfen, sollte er stark genug sein.

Ich mischte ein wenig Gorilla-Epoxid auf eine alte CD und benutzte das Aktionsende eines Bambusknappen, um eine feine Schicht entlang einer der Kanten aller Quadrate aufzutragen, wo sie sich treffen sollten. Vermeiden Sie es, zu viel zu verwenden, da es herausspritzt.

Es tut mir leid, dass ich so schnell keine Fotos von dieser Bühne als Set bekommen habe.

Sobald der Kleber angebracht ist, falten Sie die Quadrate wieder zusammen, um die Schachtel zu bilden, und verwenden Sie das überhängende Stück Klebeband, um alles zusammenzuhalten.

Nach etwa 5 Minuten, wenn Sie sich stark genug anfühlen, um das Klebeband zu entfernen. Ich möchte das Klebeband so schnell wie möglich entfernen, falls etwas von dem Epoxid herausspritzt. Sobald es vollständig verklebt ist, ist es viel schwieriger, das Klebeband zu bekommen.

Schritt 4: Der Berührungssensor

Die Mk1-Version des Würfels verwendet einen Vibrationssensor. Das funktionierte gut, war aber nicht ideal, da es schwierig sein konnte, es nur einmal zu aktivieren, besonders wenn ich es aufhob, um den Modus zu ändern, und es dann etwas zu schnell wieder ablegte. Das Design erlaubt es nicht wirklich, eine Taste irgendwo zu platzieren, daher war die einzige logische Sache, die Touch-Steuerung zu verwenden.

Der MTCH101 schien der perfekte Chip für diesen Job zu sein.

Da es sich um einen kapazitiven Sensor handelt, muss kein direkter Kontakt mit irgendetwas hergestellt werden Abdeckband, bevor Sie ein wenig Gorilla Epoxy mischen, um es dauerhaft zu halten. Stellen Sie sicher, dass genügend Schwanz übrig bleibt, um zur Platine zu gelangen.

Der MTCH101 Detect Output Pin ist Active-Low, so dass ein taktiler Schalter zwischen 5V und dem zusätzlichen Pad auch in der Nähe von Pin 7 funktionieren würde, um den Modus des Würfels zu ändern

Sobald das Epoxid ausgehärtet ist, kann die Oberseite des Würfels mit etwas mehr Epoxid am Körper befestigt werden.

Schritt 5: Die Leiterplatte & Löten

Ich hatte mir Leiterplatten immer als etwas vorgestellt, das denjenigen vorbehalten ist, die über ein tiefes Verständnis der Elektronik verfügen, das über viele Jahre weitergegeben wurde. Es stellt sich heraus, dass es wirklich einfach und kostengünstig ist, eigene Boards zu entwerfen und professionell herstellen zu lassen.

Ich werde hier nicht zu tief auf den Prozess eingehen, da er einige Details erfordert, die andere viel besser erklären können, als ich es könnte. Aber die grundlegenden Schritte sind:

Bauen Sie Ihre Schaltung auf einem Brotbrett auf, um sie zu testen. Legen Sie alle Komponenten auf einem Schaltplan aus Konvertieren Sie den Schaltplan in eine Leiterplatte, platzieren Sie alle Komponenten wie gewünscht und erstellen Sie die Verbindungen. Die Bestellung platzieren

Der schwierigste Teil des Prozesses ist das Warten auf die Ankunft Ihrer Boards.

Ich habe JLCPCB verwendet. Die Gesamtkosten für 10 Boards betrugen etwas weniger als 10 £ und es dauerte etwas mehr als eine Woche, um anzukommen. Ich kann die Qualität mit nichts vergleichen, aber sie sehen wirklich gut aus.

Ich wollte die Möglichkeit haben, eine größere Version des Würfels zu machen, also fügte ich der Platine einige zusätzliche Ringe von LED-Pads hinzu. Ich kann LEDs an jedem der 3 Ringe anlöten oder die für kleinere Designs abschneiden. JLCPCB berechnet den gleichen Preis für Leiterplatten jeder Größe bis 100 mm x 100 mm.

Löten

Es ist möglich, alle Komponenten von Hand zu löten. Die 0603-Kondensatoren und -Widerstände sind klein, aber belastbar, sodass sie mit etwas Übung problemlos durchgeführt werden können. Das gleiche gilt für den MTCH101-Chip. Das Problem, das ich hatte, waren die SK2812-LEDs, sie sind groß genug, um von Hand zu löten, aber ich fand sie etwas zu hitzeempfindlich. Ich schätze, dass ich mindestens 10 getötet habe, bevor ich mich entschieden habe, in etwas zu investieren, das für SMD-Teile entwickelt wurde.

Ich war mir nicht sicher, wie es weitergehen sollte, als meine Entscheidung gefallen war, als ich bei Lidl einen Minibackofen zum Verkauf fand. Obwohl es nicht der perfekte Ofen zum Aufschmelzen ist, ist er für meine Bedürfnisse gut genug und mit ein paar Modifikationen für eine genauere Temperatursteuerung tötet er die LEDs nicht ab.

Auch hier ist der Prozess, einen Toaster oder Mini-Ofen in einen Reflow-Ofen zu verwandeln, etwas außerhalb des Rahmens dieser hartnäckigen Arbeit, aber es gibt viele Informationen, wenn Sie etwas Ähnliches herstellen möchten.

Die zum Aufschmelzen der Leiterplatte erforderlichen Steilstufen sind:

Reinigen Sie die Leiterplatte schnell mit Alkohol, um Fett zu entfernen, das das korrekte Anhaften des Lots verhindern könnte. Tragen Sie Lötpaste auf die Pads auf der Leiterplatte auf und tragen Sie dann die Komponenten auf. Legen Sie das Brett in den Ofen und reflow.

Sobald die Platine abgekühlt ist, können Sie den IC-Halter und den großen Kondensator manuell einlöten.

Ich habe den 1000uf-Kondensator diesmal nicht installiert, da das Licht nur von mir verwendet wird und nicht oft ein- und ausgeschaltet wird. Es erzeugt auch einen Schatten im Inneren des Würfels, während die LEDs ihr Ding machen.

Der 1000uf-Kondensator ist dazu da, die LEDs und den Mikrocontroller vor einem Stromstoß zu schützen. Ich empfehle, es zu installieren, aber es ist etwas optional, wenn Sie darauf achten, woran Sie es anschließen. Für weitere Informationen zu diesem Thema empfehle ich die Lektüre des Adafruit NeoPixel Überguide

learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberg…

Schritt 6: Code

Laden Sie den Code auf AtTiny85 hoch.

Hier ist eine großartige Anleitung, wie es geht!

www.instructables.com/id/Program-an-ATtiny-with-Arduino/

Setzen Sie dann ATTiny in die IC-Buchse auf der Platine ein

Schritt 7: Alles zusammenfügen

Auf der Unterseite der Platine befindet sich ein einzelner Widerstand sowie die Beine des ICs und des Kondensators ragen ein wenig heraus. Ich habe einen Dremel verwendet, um einige Aussparungen in das untere Stück Acryl zu schnitzen, damit die Platine flach sitzen kann.

Während der Dremel draußen war, bohrte ich auch ein kleines Loch in der Seite des Würfels in der Mitte etwa 6 mm nach oben für das Stromkabel und schob es durch, bevor ich die Drähte abisolierte und verzinnte. Viele USB-Kabel haben Datenleitungen, verwenden Sie ein Multimeter, um herauszufinden, welches ggf.

Verwenden Sie einen kleinen Klecks Heißkleber, um die Platine nach unten zu halten (ich fand Heißkleber eine Idee, da er einen starken Halt erzeugt, aber bei Bedarf entfernt werden kann) und die Stromkabel daran anlöten. Ich benutzte ein wenig Heißkleber für etwas zusätzliche Unterstützung.

Der nächste Schritt besteht darin, den Sensordraht an das Sensorpad zu löten.

Bevor Sie den Boden am Würfel befestigen, sollten Sie einige Tests durchführen, um sicherzustellen, dass alles wie erwartet funktioniert.

Wenn alles wie erwartet funktioniert, besteht der letzte Schritt darin, den Boden des Würfels zu befestigen. Normalerweise verwende ich dafür Silikondichtmittel, da es wieder gut hält, aber bei Bedarf entfernt werden kann.

Einstecken und genießen

Schritt 8: Andere Optionen und letzte Gedanken

Während der Zeit, in der sich dies entwickelt hat, habe ich mir ein paar Variationen ausgedacht. Einer davon ist ein Holzsockel mit einem Acrylwürfel auf der Oberseite. Das andere ist ein Holzrahmen mit LEDs auf der Rückseite und auch eine lange Version mit LED-Band. Ich arbeite derzeit auch an einer Uhr mit einem ähnlichen Design.

Sie sagen, im Nachhinein ist immer 2020 und es gibt ein paar Dinge, die ich anders machen könnte, wenn ich mich für MkIII entscheide

Die erste davon ändert sich zu 0805 Passiven. 0603s sind in Ordnung, aber es gibt genug Platz für die etwas größeren Komponenten und sie sind bei Bedarf etwas einfacher zu überarbeiten.

Ich habe auch darüber nachgedacht, eine zusätzliche LED für ein visuelles Feedback zum Zustand des Sensors hinzuzufügen. Der MTCH101 ist in der Lage, bis zu 20 mA zu verbrauchen, sodass eine LED mit einem hohen Widerstandswert kein Problem darstellt, die direkt an Pin 4 des Chips angeschlossen wird.

Ich denke, ich würde auch den anderen Ringen der Platine einige Pads hinzufügen, damit sie für andere Projekte verwendet werden können, wenn sie abgeschnitten werden. Und auch einige Pads zur Verwendung der Platine mit externen LED-Streifen oder -Ringen.

Ich hoffe, Sie haben diese hartnäckige Arbeit genossen.