Kupu-Kupu Listrik: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Ini adalah kupu-kupu multi-warna yang sangat keren yang saya buat - membutuhkan bagian dan pemrograman minimal!

Selain kupu-kupu itu sendiri - ini menunjukkan beberapa teknik yang sangat keren di mana Anda dapat membuat PCB Anda sendiri pada pemotong rumah siluet dari pita tembaga yang tersedia secara komersial - yang dapat ditempatkan ke semua jenis permukaan!

Jelas - sesuatu seperti ini dapat dengan mudah dibuat melalui papan sirkuit cetak yang dibuat secara komersial - tetapi jika Anda ingin menghemat biaya untuk membuatnya, Anda ingin membuat pola LED di atas bahan non-standar (seperti cermin atau jendela, bukan daripada PCB fiberglass) - atau bahkan sesuatu dengan permukaan melengkung - metode ini dapat digunakan untuk menempelkan jejak PCB tembaga dengan murah ke hampir semua jenis permukaan.

Ini mudah dilakukan untuk hal-hal seperti LED yang memiliki nada timah besar - tetapi menjadi lebih sulit saat Anda menggunakan bagian yang lebih halus dan bernada lebih kecil. Jadi teknik ini dapat digunakan secara selektif - yaitu menggunakan papan off-the-shelf (Arduino) sebagai komputer, dan ukiran tembaga buatan sendiri untuk tempat-tempat di mana Anda ingin kustomisasi ekstrim dalam menempatkan LED.

Saya menggunakan yang berikut ini untuk membuat proyek ini:

• Pemotong vinil/kertas Silhouette Cameo pribadi - untuk membuat PCB
• Arduino UNO - digunakan sebagai programmer di sirkuit
• Pemotong laser untuk suku cadang (kayu - akrilik - apa saja) (Anda dapat menggunakan yang lain jika tidak memiliki laser)

Bagian yang sebenarnya adalah:

• Prosesor $1 ATTiny75
• 22 NeoPixels - (LED tri-warna yang dikontrol secara serial)
• tajuk 2x3
• foil tembaga

Semua perangkat lunak dilakukan di Arduino IDE - menggunakan pustaka Adafruit NeoPixel, dan pustaka ATTiny dari Board Manager.

Ada dua cara mendasar untuk mendekati ini:

Cara Mudah: Saya memiliki papan sendiri (seperti Arduino) yang akan saya gunakan untuk mengontrol LED. Saya hanya akan membuat PCB untuk LED - dan menghubungkannya ke arduino saya.

Cara yang Lebih Keras (dan lebih murah): Saya akan melakukan semuanya sendiri 100%. Saya tidak membutuhkan Arduino, dan sebaliknya saya akan menggunakan $1 ATTiny85. Ini lebih sulit karena melakukan semua seni bernada halus pada pemotong vinil tipe Silouette atau CriCut lebih sulit.

Langkah 1: Desain

LED masing-masing NeoPixels. Ini luar biasa, dapat dikontrol secara individual, multi-level (mencerahkan), sangat terang, perangkat LED RGB yang hanya memiliki 4 pin: VccGndData InData Out. Jadi idenya adalah Anda dapat daisy-chain mereka sambil mengendalikan individu Merah-Hijau-Biru tingkat warna masing-masing dari satu pin pada CPU anda. Lebih baik lagi, perpustakaan Adafruit NeoPixel untuk Arduino memberi Anda cara siap pakai untuk menjalankannya dalam hitungan detik.

Jika Anda tidak lagi mendesain papan CPU Anda pada desain ini (menggunakan Arduino yang tersedia) yang Anda butuhkan hanyalah tapak dasar Neopixel (disarankan agar Anda menyertakan tutup bypass, juga dengan masing-masingnya). File footprint.svg terlampir pada dasarnya adalah apa yang Anda butuhkan untuk memulai. Ini akan memberi Anda garis besar untuk foil tembaga untuk NeoPixles dan kapasitor. Anda dapat membuka ini dengan benar di Inkscape, sambungkan semua pin +5v dan semua pin Ground bersama-sama - lalu hubungkan semua pin data masuk dan keluar bersama-sama.

Pastikan untuk mengubah ini menjadi jalur potong yang tepat yang dapat Anda gunakan pada pemotong vynal Anda seperti yang saya tunjukkan di atas - dan Anda selesai. Anda bahkan tidak memerlukan program desain PCB "nyata" untuk melakukannya.

Ini tidak benar-benar diperlukan untuk NeoPixel, di mana pin cukup besar dan mudah disolder - tetapi lapisan Soldermask yang mudah dapat dipotong dari selembar pita Kapton. Ini akan terlihat seperti selotip besar dengan beberapa potongan persegi panjang kecil untuk bantalan solder, untuk ditempatkan di seluruh area tembaga Anda.

Langkah 2: Desain CPU

Jika Anda lebih ambisius, Anda dapat membuat etsa untuk CPU itu sendiri tepat di foil tembaga Anda.

Ini lebih sulit karena pin yang lebih kecil pada perangkat ATTiny85, dan kebutuhan untuk mendapatkan etsa foil tembaga yang sangat kecil, tetapi ini dapat dilakukan dengan mudah.

Ini mungkin paling baik dilakukan dalam program desain PCB "nyata" (saya menggunakan Eagle).

Saya juga menyertakan konektor daya/debug dalam desain saya (dan beberapa kapasitor bypass).

Kami akan berbicara lebih banyak tentang kesulitan memotong tembaga dalam geometri sekecil ini.

Langkah 3: Membuat Lapisan

Langkah 4: Sirkuit Perakitan

Jejak tembaga dapat ditempatkan pada desain Anda.

Dalam kasus saya - saya menggunakan potongan kayu laser (garis besar file SVG terlampir).

Saya menggunakan pita transfer tanda untuk melepaskan foil tembaga dari bagian belakangnya dan meletakkannya di atas kayu. Jika Anda memilih untuk melakukan lapisan topeng solder Kapton - sekarang akan ditransfer ke kayu di atas tembaga.

Menyolder ke foil tembaga agak sulit, karena tidak seperti papan sirkuit biasa, tembaga hanya menempel pada substrat (kayu) dengan perekatnya, yang tidak menempel keras seperti tembaga papan sirkuit biasa. Jadi, jika Anda tidak hati-hati (terutama di bawah panasnya besi solder) - cooper dapat bergeser atau bergeser. Menggunakan topeng solder Kapton akan membantu menahan tembaga sedikit pada tempatnya, dan membuatnya sedikit lebih mudah.

Hal besar lainnya yang harus diwaspadai adalah bahwa NeoPixels telah dilaporkan agak tidak toleran terhadap panas berlebih. Jadi saat menyolder, gunakan banyak fluks solder (saya menggunakan pena fluks tidak bersih), terapkan sebagian besar panas dan solder ke jejak tembaga, dan hilangkan panas dengan cepat setelah solder mengalir ke pin NeoPixel. (Soldermask juga akan membantu mengurangi jumlah solder yang dibutuhkan, karena tidak akan mengalir ke area jejak yang tertutup).

Saya merasa paling mudah menggunakan titik kecil "Lem Tacky" untuk merekatkan NeoPixels ke tempatnya sebelum menyolder. Ini menahan bagian-bagian pada tempatnya, membuat penyolderan lebih cepat dan dengan demikian membutuhkan lebih sedikit panas. Tacky Glue juga menempel dengan cepat, memungkinkan bagian-bagiannya tidak bergeser, segera setelah ditempatkan. Itu mati (dalam jumlah kecil) menjadi semacam konsistensi bergetah, yang memungkinkan bagian-bagian dilepas jika diperlukan penggantian atau pengerjaan ulang apa pun.

Langkah 5: Menambahkan CPU

Jika Anda ingin membuat etsa sendiri untuk CPU (dan konektor debug), ini sedikit lebih sulit daripada membuat LED. Alasannya adalah bahwa geometri yang terlibat lebih kecil dan lebih halus, membutuhkan pemotongan yang lebih presisi dari pemotong vinil Anda.

Saya telah menemukan bahwa ketika memotong pita foil tembaga, kertas lilin yang menempelkan pita itu memberikan daya rekat yang relatif sedikit. Ini berarti bahwa ketika geometri yang lebih kecil dicoba, mereka cenderung meluncur di bagian belakang.

Meskipun saya bermain-main dengan banyak pengaturan pemotongan, solusi terbaik yang saya temukan adalah menggunakan substrat dengan daya rekat yang lebih kuat. Vinyl bekerja dengan baik, tetapi tidak mudah bekerja dengan baik dengan pita transfer tanda untuk memungkinkan tembaga dikeluarkan dari vinil (dan ditempatkan ke kayu). Anda dapat meninggalkan sirkuit pada vinil, tetapi cenderung meleleh saat disolder - jadi bukan tidak mungkin, tetapi lebih sulit untuk dirakit. (Saya telah menggunakan vinil sebagai substrat dalam beberapa desain berbeda).

(Pelindung film atau lembaran transparansi yang jelas juga berfungsi - dan sedikit lebih baik karena lebih tebal. Ini dapat digunakan untuk desain ketika Anda menginginkan sirkuit yang berdiri bebas dan tidak menginginkan substrat yang didukung perekat) - tetapi sekali lagi, mereka meleleh kecuali disolder sangat hati-hati.

Solusi terbaik yang saya temukan adalah menggunakan pita Kapton sebagai substrat. Pita kapton menahan panas penyolderan dengan sangat baik, bertindak sebagai masker solder, dan didukung perekat. Satu-satunya downside adalah bahwa itu biasanya sangat tipis. Sedemikian rupa, sehingga saya kesulitan mengerjakannya kecuali saya menggandakannya, untuk membuatnya dua kali lebih tebal dan kuat.

Dengan kekuatan perekat yang lebih besar dari tembaga di atas Kapton, detail yang lebih halus seperti kabel CPU dapat dipotong. Setelah selesai, saya menempelkan Kapton ke sisi belakang dukungan kupu-kupu kayu.

Langkah 6: Perangkat Lunak

Perangkat lunak dilakukan sebagai sketsa Arduino, menggunakan perpustakaan Adafruit NeoPixel.

Meskipun mungkin tampak sepele, banyak pemikiran yang masuk ke pola kupu-kupu. Kode ditulis untuk berganti-ganti antara dua mode setiap beberapa detik:

MODE SATU - Penghapusan warna - mencuci warna yang berbeda, mengubah warna dengan cepat. Dalam memilih "warna" - saya menggunakan algoritme untuk menghapus antara "nilai" warna - setiap nilai dikirim melalui fungsi konversi HSB-ke-RGB (di mana saturasi dan kecerahan selalu maksimum) - untuk mencapai kecemerlangan warna maksimum.

MODE DUA - Dioperasikan oleh:

• 6 atau 8 "pola" kelompok segmen yang telah ditentukan sebelumnya telah dibuat. Kode akan memilih salah satu dari ini secara acak

• Setiap pola membutuhkan pengisian segmen yang telah ditentukan sebelumnya dalam salah satu dari 2, 3 atau 4 warna berbeda. Setiap warna dipilih secara acak dengan salah satu dari dua metode berikut:

  • Dipilih dari salah satu dari 6 warna level maksimum (merah, hijau, biru, kuning, dll).
  • Dipilih dari HUE acak - (menggunakan generator rona yang sama di Mode Satu)
• Pola warna yang dihasilkan dijalankan melalui fungsi pemudaran, yang memberikan pemudaran halus dari satu pola ke pola berikutnya - dan menahannya di sana selama beberapa detik sebelum melanjutkan ke pola berikutnya.

Kedua mode akan bergantian setiap 10 atau 15 detik.

Langkah 7: Pemrograman

Jadi sekarang kami memiliki ATTiny85 baru di PCB kami, dan kami perlu memprogramnya. Karena saya menggunakan Arduino SDK untuk ini, kita perlu menempatkan program ("sketsa") dan bootloader Arduino ke perangkat.

Saya menggunakan Arduino Uno sendiri sebagai In-System-Programmer.

Diagram terlampir menunjukkan bagaimana saya memasang Uno ke sirkuit ATTiny85 saya. Saya sebenarnya membuat ketentuan untuk melakukan ini dengan salah satu dari dua cara berbeda:

1. melalui header debug yang saya tambahkan ke papan
2. melalui sekelompok titik uji debug yang saya tambahkan ke papan. Ini dapat digunakan dengan memegang seikat pegas ke papan melalui dudukan akrilik yang dipotong laser, yang menahannya pada posisi yang tepat.

Untuk melakukan ini:

• Pasang Arduino Uno ke komputer Anda, dan buka Arduino SDK.
• Buka sketsa bawaan "Ardunio sebagai ISP". Kompilasi dan perbarui sketsa ini - sekarang Uno adalah ISP.
• Di "Boards Manager" Arduino - instal paket papan untuk seri ATTiny.
• Tutup sketsa Uno ISP, dan buka sketsa Anda untuk kode Butterfly.
• Pilih "Board Type" adalah ATTiny85 - pilih 8Mhz Internal Oscillator.
• Untuk "Programmer" pilih "Uno sebagai ISP"
• Pilih "Uploads Bootloader" (lakukan ini hanya PERTAMA KALI untuk chip ini - seharusnya tidak perlu diulang)
• Setelah ini selesai - Anda sekarang dapat melakukan "Unggah Program dengan ISP" untuk mengirim sketsa Anda ke ATTiny85.

Langkah 8: Majelis Akhir

Dua bagian kayu lagi dipotong dengan laser - garis besar sayap kupu-kupu. Mereka dicat dengan cat hitam matte.

Sepotong akrilik diberi tampilan "buram" dengan mengampelasnya dengan amplas kasar. Bagian individual dari area kayu dipotong dari akrilik ini.

Bagian akrilik yang dipotong ditempatkan ke dalam potongan kayu paling atas. Mereka bisa saja direkatkan, tetapi toleransi pemotongan akrilik dan cat pada kayu memungkinkan mereka untuk dipertahankan tanpa lem.

Bagian-bagian ini kemudian direkatkan dengan bintik-bintik kecil dari Lem Tacky - yang akan memungkinkan mereka untuk dibongkar jika diperlukan perbaikan.