Elektrischer Schmetterling - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Dies ist ein sehr cooler mehrfarbiger Schmetterling, den ich gemacht habe - erfordert nur minimale Teile und Programmierung!

Abgesehen vom Schmetterling selbst - es zeigt einige sehr coole Techniken, mit denen Sie Ihre eigenen Leiterplatten auf einem Silhouette-Heimschneider aus regelmäßig im Handel erhältlichem Kupferband herstellen können - die auf jede Art von Oberfläche platziert werden können!

Offensichtlich - so etwas könnte leicht über eine kommerziell hergestellte Leiterplatte erstellt werden - aber wenn Sie die Kosten für die Herstellung einer Leiterplatte sparen möchten, möchten Sie LED-Muster über einem nicht standardmäßigen Material erstellen (wie einem Spiegel oder einem Fenster eher.) als eine Glasfaser-Leiterplatte) - oder sogar etwas mit einer gekrümmten Oberfläche - kann diese Methode verwendet werden, um die Kupferleiterbahnen kostengünstig auf fast jede Art von Oberfläche zu kleben.

Dies ist für Dinge wie LEDs mit großen Leiterabständen leicht zu bewerkstelligen - wird jedoch schwieriger, wenn Sie feinere, kleinere Teile verwenden. Diese Technik kann also selektiv verwendet werden - d.h. Verwenden Sie eine handelsübliche Platine (Arduino) als Computer und die selbst geschnittenen Kupferätzungen für Orte, an denen Sie eine extreme Anpassung bei der Platzierung von LEDs wünschen.

Ich habe Folgendes verwendet, um dieses Projekt zu erstellen:

• Ein persönlicher Vinyl-/Papierschneider von Silhouette Cameo - zum Erstellen von PCB
• Arduino UNO - verwendet als In-Circuit-Programmierer
• Laserschneider für Teile (Holz - Acryl - alles) (Sie können etwas anderes verwenden, wenn Sie keinen Laser haben)

Tatsächliche Teile sind:

• Ein ATTiny75-Prozessor für 1 US-Dollar
• 22 NeoPixel - (seriell gesteuerte, dreifarbige LEDs)
• 2x3-Header
• Kupferfolie

Die gesamte Software wurde in Arduino IDE erstellt - mit Adafruit NeoPixel-Bibliotheken und ATTiny-Bibliotheken von Board Manager.

Dazu gibt es zwei grundsätzliche Ansätze:

Einfacher Weg: Ich habe mein eigenes Board (wie ein Arduino), mit dem ich die LEDs steuern werde. Ich werde nur eine Platine für die LEDs erstellen - und diese an mein Arduino anschließen.

Härter (und billiger) Weg: Ich werde alles zu 100% selbst machen. Ich brauche kein Arduino und werde stattdessen einen $ 1 ATTiny85 verwenden. Dies ist schwieriger, weil es schwieriger ist, all die feinen Kunstwerke auf einem Silouette- oder CriCut-Typ-Schneideplotter zu machen.

Schritt 1: Design

Die LEDs sind jeweils NeoPixel. Dies sind fantastische, einzeln steuerbare, mehrstufige (hellt), sehr helle RGB-LED-Geräte, die nur 4 Pins haben: VccGndData InData Out. Die Idee ist also, dass Sie sie verketten können, während Sie die einzelnen Rot-Grün-Blauen steuern Farbstufen von jedem - alles von einem einzigen Pin auf Ihrer CPU. Noch besser, die Adafruit NeoPixel-Bibliothek für Arduino bietet Ihnen eine Standard-Möglichkeit, diese in Sekundenschnelle zum Laufen zu bringen.

Wenn Sie darauf verzichten, Ihre CPU-Platine auf diesem Design zu entwerfen (mit einem handelsüblichen Arduino), benötigen Sie nur eine Grundfläche des Neopixels (es wird empfohlen, auch eine Bypass-Kappe mit jedem zu verwenden). Die beigefügte Datei "footprint.svg" ist im Grunde das, was Sie für den Anfang benötigen. Dadurch erhalten Sie die Umrisse für die Kupferfolie für die NeoPixles und die Kondensatoren. Sie können dies direkt in Inkscape öffnen, alle +5V-Pins und alle Masse-Pins miteinander verbinden - dann alle Dateneingangs- und Datenausgangspins miteinander verketten.

Stellen Sie sicher, dass Sie dies in richtige Schnittpfade umwandeln, die Sie auf Ihrem vynal-Cutter verwenden können, wie ich oben gezeigt habe - und Sie sind fertig. Dazu benötigen Sie nicht einmal ein "echtes" PCB-Designprogramm.

Bei einem NeoPixel ist dies nicht wirklich notwendig, da die Pins ziemlich groß und leicht zu löten sind - aber eine einfache Lötmaskenschicht kann aus einem Stück Kaptonband herausgeschnitten werden. Dies sieht aus wie ein großes Stück Klebeband mit einigen kleinen Rechtecken, die für Lötpads ausgeschnitten sind und über Ihre gesamte Kupferfläche gelegt werden.

Schritt 2: CPU-Design

Wenn Sie ehrgeiziger sind, können Sie die Ätzungen für die CPU selbst direkt in Ihrer Kupferfolie erstellen.

Dies ist aufgrund der kleineren Pins des ATTiny85-Geräts und der Notwendigkeit, sehr kleine Kupferfolienätzungen zu erhalten, schwieriger, aber es ist leicht machbar.

Dies geht wahrscheinlich am besten in einem "echten" PCB-Designprogramm (ich habe Eagle verwendet).

Ich habe auch einen Strom- / Debug-Anschluss in mein Design aufgenommen (und ein paar Bypass-Kondensatoren).

Wir werden mehr über die Schwierigkeiten beim Schneiden des Kupfers in so kleinen Geometrien sprechen.

Schritt 3: Ebenen erstellen

Schritt 4: Schaltung zusammenbauen

Kupferspuren können auf Ihrem Design platziert werden.

In meinem Fall habe ich ein lasergeschnittenes Holzstück verwendet (Umriss der beiliegenden SVG-Datei).

Ich benutzte Zeichenübertragungsband, um die Kupferfolie von der Rückseite zu entfernen und auf das Holz zu legen. Wenn Sie sich für eine Kapton-Lötmaskenschicht entscheiden, wird sie jetzt über dem Kupfer auf das Holz übertragen.

Das Auflöten auf Kupferfolie ist etwas schwierig, da das Kupfer im Gegensatz zu einer normalen Leiterplatte nur durch seinen Klebstoff auf dem Substrat (Holz) haftet, der nicht so hart klebt wie das Kupfer einer normalen Leiterplatte. Wenn Sie also nicht aufpassen (insbesondere unter der Hitze eines Lötkolbens) kann der Kupferküfer rutschen oder sich verschieben. Die Verwendung einer Kapton-Lötmaske hilft dabei, das Kupfer ein wenig an Ort und Stelle zu halten, und macht dies etwas einfacher.

Eine weitere große Sache, auf die man achten sollte, ist, dass NeoPixels angeblich etwas intolerant gegenüber überschüssiger Hitze sind. Verwenden Sie also beim Löten viel Lötflussmittel (ich verwende einen No-Clean-Flussmittelstift), wenden Sie die meiste Hitze und das Löten auf die Kupferleiterbahn an und entfernen Sie die Hitze schnell, sobald das Lötmittel auf den NeoPixel-Pin fließt. (Lötmaske hilft auch, die erforderliche Lötmittelmenge zu reduzieren, da sie nicht über den bedeckten Bereich der Leiterbahn fließt).

Ich fand es am einfachsten, einen kleinen Punkt "Tacky Glue" zu verwenden, um die NeoPixel vor dem Löten zu kleben. Dies hielt die Teile an Ort und Stelle, was das Löten beschleunigte und somit weniger Wärme benötigte. Tacky Glue klebt auch schnell, sodass die Teile nicht sofort nach dem Anbringen verrutschen. Es stirbt (in kleinen Mengen) zu einer gummiartigen Konsistenz, die es ermöglicht, Teile zu entfernen, wenn irgendeine Art von Austausch oder Nacharbeit erforderlich ist.

Schritt 5: Hinzufügen der CPU

Wenn Sie Ihre eigenen Ätzungen für die CPU (und den Debug-Anschluss) machen möchten, ist dies etwas schwieriger als die LEDs. Der Grund dafür ist, dass die Geometrien kleiner und feiner sind und präzisere Schnitte von Ihrem Schneideplotter erfordern.

Ich habe festgestellt, dass beim Schneiden von Kupferfolienband das Wachspapier, auf das das Band geklebt wird, relativ wenig Haftung bietet. Dies bedeutet, dass beim Versuch kleinerer Geometrien diese dazu neigen, auf der Unterlage herumzurutschen.

Obwohl ich mit einer Vielzahl von Schnitteinstellungen herumgespielt habe, war die beste Lösung, die ich gefunden habe, ein Substrat mit einer stärkeren Haftung zu verwenden. Vinyl funktioniert gut, funktioniert jedoch nicht so gut mit Schilderübertragungsband, damit das Kupfer vom Vinyl entfernt (und auf das Holz gelegt) werden kann. Sie können die Schaltung auf Vinyl belassen, aber sie neigt beim Löten zum Schmelzen - daher ist es nicht unmöglich, aber schwieriger zu montieren. (Ich habe Vinyl als Substrat in einigen verschiedenen Designs verwendet).

(Klare Transparentfolien oder Schutzfolien funktionieren auch - und sind etwas besser, da sie dicker sind. Diese können für Designs verwendet werden, wenn Sie freistehende Schaltungen wünschen und kein Substrat mit Klebstoffrückseite möchten) - aber auch hier schmelzen sie, wenn sie nicht gelötet sind sehr vorsichtig.

Die beste Lösung, die ich gefunden habe, war die Verwendung von Kaptonband als Substrat. Kaptonband hält der Löthitze sehr gut stand, wirkt als Lötstopplack und ist selbstklebend. Der einzige Nachteil ist, dass es normalerweise sehr dünn ist. So sehr, dass es mir schwer fiel, damit zu arbeiten, es sei denn, ich verdoppelte es, um es doppelt so dick und stark zu machen.

Durch die größere Haftkraft des Kupfers über dem Kapton können feinere Details wie CPU-Leitungen geschnitten werden. Sobald ich fertig war, klebte ich das Kapton auf die Rückseite des hölzernen Schmetterlingsrückens.

Schritt 6: Software

Die Software wurde als Arduino-Skizze mit der Adafruit NeoPixel-Bibliothek erstellt.

Obwohl es trivial erscheinen mag, wurden viele Gedanken in die Muster des Schmetterlings gesteckt. Der Code wurde so geschrieben, dass er alle paar Sekunden zwischen zwei Modi wechselt:

MODE ONE - Color Wipe - Abwaschen verschiedener Farben, schnell wechselnde Farben. Bei der Auswahl einer "Farbe" habe ich einen Algorithmus verwendet, um zwischen den Farb-"Werten" zu wischen - jeder Wert wird durch eine HSB-zu-RGB-Konvertierungsfunktion gesendet (wobei Sättigung und Helligkeit immer maximal waren) - um maximale Brillanz der Farben zu erzielen.

MODUS ZWEI - Betrieben von:

• 6 oder 8 verschiedene vordefinierte Segmentgruppen "Muster" wurden erstellt. Der Code würde zufällig einen davon auswählen

• Jedes Muster erforderte das Ausfüllen vorbestimmter Segmente in einer von 2, 3 oder 4 verschiedenen Farben. Jede Farbe wurde zufällig nach einer dieser beiden Methoden ausgewählt:

  • Aus einer von 6 maximalen Farben ausgewählt (Rot, Grün, Blau, Gelb usw.).
  • Aus einem zufälligen Farbton ausgewählt - (mit demselben Farbtongenerator in Modus Eins)
• Das resultierende Farbmuster wurde durch eine Fading-Funktion geführt, die ein sanftes Überblenden von einem Muster zum nächsten ermöglichte - und es dort einige Sekunden lang hielt, bevor es zum nächsten überging.

Die beiden Modi würden sich alle 10 oder 15 Sekunden abwechseln.

Schritt 7: Programmierung

Jetzt haben wir also ein brandneues ATTiny85 auf unserer Platine und müssen es programmieren. Da ich dafür das Arduino SDK verwendet habe, müssen wir sowohl das Programm ("Skizze") als auch den Arduino-Bootloader auf dem Gerät platzieren.

Als In-System-Programmer habe ich ein Arduino Uno selbst verwendet.

Das beigefügte Diagramm zeigt, wie ich das Uno an meine ATTiny85-Schaltung angeschlossen habe. Ich habe tatsächlich Vorkehrungen getroffen, um dies auf eine von zwei verschiedenen Arten zu tun:

1. über einen Debug-Header, den ich dem Board hinzugefügt habe
2. über eine Reihe von Debug-Testpunkten, die ich dem Board hinzugefügt habe. Diese können verwendet werden, indem ein paar Federstifte über einen lasergeschnittenen Acrylhalter an die Platine gehalten werden, der sie in der genauen Position hält.

Um dies zu tun:

• Schließen Sie das Arduino Uno an Ihren Computer an und öffnen Sie das Arduino SDK.
• Öffnen Sie die eingebaute Skizze "Ardunio als ISP". Kompilieren und aktualisieren Sie diese Skizze - jetzt ist das Uno ein ISP.
• Installieren Sie im Arduino "Boards Manager" das Board-Paket für die ATTiny-Serie.
• Schließen Sie die Uno ISP-Skizze und öffnen Sie Ihre Skizze für den Butterfly-Code.
• Wählen Sie "Board Type" ist ATTiny85 - wählen Sie 8Mhz Internal Oscillator.
• Wählen Sie für "Programmer" "Uno als ISP"
• Wählen Sie "Uploads Bootloader" (tun Sie dies nur das ERSTE MAL für diesen Chip - es sollte nicht wiederholt werden)
• Nachdem dies erledigt ist, können Sie jetzt "Programm mit ISP hochladen" ausführen, um Ihre Skizze an den ATTiny85 zu senden.

Schritt 8: Endmontage

Zwei weitere Holzabschnitte wurden lasergeschnitten - ein Umriss der Schmetterlingsflügel. Sie wurden mit einer mattschwarzen Farbe bemalt.

Durch das Anschleifen mit grobkörnigem Schleifpapier wurde einem Stück Acryl ein „mattiertes“Aussehen verliehen. Aus diesem Acryl wurden die einzelnen Abschnitte der Holzfläche ausgeschnitten.

Die geschnittenen Acrylteile wurden in das oberste Holzstück gelegt. Sie hätten geklebt werden können, aber die Toleranzen der Acrylschnitte und der Farbe auf dem Holz erlaubten es, sie ohne Leim zu halten.

Diese Abschnitte wurden dann mit kleinen Klecksen Tacky Glue zusammengeklebt - was eine Demontage ermöglicht hätte, wenn Reparaturen erforderlich waren.