GlassCube - Kubus LED 4x4x4 pada PCB Kaca: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Instruksi pertama saya di situs web ini adalah Kubus LED 4x4x4 menggunakan PCB kaca. Biasanya, saya tidak suka melakukan proyek yang sama dua kali tetapi baru-baru ini saya menemukan video pembuat Heliox dari Prancis yang menginspirasi saya untuk membuat versi yang lebih besar dari kubus asli saya. Dalam videonya, Heliox hadir dengan proses yang jauh lebih sederhana untuk memproduksi PCB kaca yang tidak melibatkan etsa, tetapi dia menggunakan plotter untuk memotong jejak dari foil tembaga berperekat yang kemudian ditransfer ke substrat kaca. Karena komplotan tidak semahal itu dan juga bisa berguna untuk proyek lain, saya hanya punya satu untuk mencoba prosesnya sendiri.

Selain versi yang lebih besar dari kubus asli saya, versi ini juga menggunakan PCB khusus berdasarkan mikrokontroler SAMD21 dan housing yang terbuat dari akrilik lasercut. Kubus dapat diprogram dengan Arduino IDE dan juga kompatibel dengan CircuitPython.

Kit GlassCube sekarang juga tersedia di Tindie.

Jika Anda membeli kit, Anda hanya perlu menyolder LED (langkah 5), merakit rumah (langkah 8) dan menghubungkan lapisan (langkah 9)

Perlengkapan

• 64 pcs - WS2812B 5050 SMD LED (misalnya aliexpress)
• 4 pcs - 100 x 100 x 2 mm pelat kaca (saya menemukan pemasok Jerman yang sangat murah ini yang hanya mengenakan biaya 0,20 EUR/pc)
• 2 pcs - A4 lembar foil tembaga berperekat (misalnya amazon)
• 1 gulungan - kertas transfer plotter (misalnya amazon)
• 1 set - akrilik potong laser (lihat di bawah)
• 1 PCB khusus (lihat di bawah)
• 4 pcs M2x8 sekrup + mur

Total biaya semua bahan termasuk layanan potong laser dan pembuatan PCB adalah sekitar 100 EUR.

Peralatan

• Plotter Silhouette Portrait 2 (misalnya amazon)
• pemotong laser atau layanan potong laser online (saya menggunakan snijlab.nl)
• besi solder
• pelat panas atau oven reflow untuk penyolderan SMD (atau keterampilan menyolder tangan tingkat lanjut

Langkah 1: Desain CAD

Dimensi housing dan PCB GlassCube dirancang di Fusion360, saya telah melampirkan desain di bawah ini.

Kolom tepi dan pelat atas terbuat dari akrilik transparan setebal 3 mm. Lapisan dengan LED terbuat dari kaca pelampung setebal 2 mm. Pelat bawah adalah PCB yang dibuat khusus.

Langkah 2: Desain PCB LED

Saya menggunakan Eagle untuk mendesain tata letak PCB kaca. Karena memotong jejak dengan plotter tidak seakurat mengetsanya dengan metode transfer toner, lebar jejak minimal dibatasi. Saya mencoba lebar jejak yang berbeda dan menemukan bahwa 32 mil adalah ukuran minimum yang dapat saya gunakan karena jejak yang lebih tipis sering terkelupas selama plot.

Agar dapat memotong jejak dari foil tembaga, tata letak papan harus diubah menjadi dxf. Saya butuh beberapa saat untuk mencari tahu bagaimana melakukan ini dengan benar, jadi izinkan saya melalui langkah-langkahnya secara detail

1. tata letak papan terbuka di Eagle
2. sembunyikan semua lapisan kecuali lapisan atas
3. klik File->Print lalu pilih Print to File (pdf)
4. buka pdf di Inkscape
5. gunakan alat pemilihan jalur untuk menandai satu jejak lalu klik E dit->Pilih Sama->Stroke Style ini akan menandai semua jejak (tetapi bukan bantalan)
6. klik P ath->Stroke to Path ini mengubah garis besar jalur menjadi jalur baru
7. tandai semua jalur (termasuk bantalan) dengan memilih alat pemilihan jalur lalu tekan ctrl+a
8. klik P ath->Union ini harus menggabungkan semua jalur dan menghapus garis potong di dalam area "terisi"
9. klik File->Save As dan pilih *.dxf sebagai format file

File dxf dapat ditemukan di sini di GitHub saya.

Langkah 3: Memotong Foil Tembaga

File dxf dipotong dari lembaran A4 foil tembaga berperekat dengan plotter Silhouette Portrait 2. Lembaran tembaga pertama kali dilekatkan pada alas pemotongan berperekat yang disertakan. Setting software yang saya gunakan untuk cutting dapat dilihat pada gambar terlampir.

Setelah memotong kelebihan foil harus dihilangkan dengan hati-hati. Agar tidak merusak foil yang dipotong, saya meninggalkan seluruh lembar A4 di atas alas pemotongan untuk langkah-langkah berikut.

Langkah 4: Mentransfer Foil Tembaga

Potongan foil dipindahkan ke pelat kaca menggunakan kertas transfer yang hanyalah foil berperekat. Kertas transfer ditempelkan ke foil tembaga dan kemudian perlahan-lahan dikupas sehingga foil tembaga terus menempel pada lembar transfer. Kemudian menempel pada substrat kaca dan kertas transfer perlahan terkelupas sehingga kali ini foil tembaga menempel pada pelat kaca.

Tata letak papan memiliki dua spidol di sudut kiri dan kanan atas yang membantu menyelaraskan foil dengan benar pada pelat kaca. Setelah menempelkan spidol lagi bisa dilepas dari pelat kaca.

Langkah 5: Menyolder LED

LED SMD disolder ke pelat kaca dengan tangan. Saya juga mencoba memasangnya dengan menggunakan pelat pemanas (sebenarnya kompor saya) tetapi seperti yang ditunjukkan gambar, ini ternyata bukan ide yang bagus. Jika Anda memiliki oven reflow yang tepat, mungkin patut dicoba, tetapi tergantung pada jenis kaca yang digunakan, ada risiko serius pecah selama pemanasan.

Mengenai orientasi LED ada dua tata letak yang berbeda. Untuk lapisan kubus pertama dan ketiga orientasinya akan berbeda dengan lapisan kedua dan keempat. Dengan cara ini lebih mudah untuk menghubungkan lapisan-lapisan nanti.

Langkah 6: Mikrokontroler PCB

Alih-alih mengandalkan papan pengembangan komersial seperti Arduino Nano, saya merancang PCB khusus di Eagle untuk mengontrol LED. Keuntungannya adalah saya bisa membentuk papan agar pas dengan kubus. Papan ini didasarkan pada mikrokontroler ATSAMD21E18 yang sama dengan yang digunakan dalam Trinklet M0 Adafruit. Saya memilih MCU ini karena memiliki USB asli dan tidak memerlukan chip FTDI untuk pemrograman. Adafruit juga menyediakan bootloader yang kompatibel dengan Arduino IDE serta CircuitPython.

Satu catatan tentang papan adalah bahwa ia bekerja dengan logika 3.3V sementara WS2812B harus digunakan dengan 5V, namun, banyak orang telah menunjukkan bahwa operasi dengan 3.3V juga dimungkinkan.

Saya mendapatkan PCB saya dari PCBWay.com, File Gerber dan BoM dapat ditemukan di akun GitHub saya.

Dengan beberapa keterampilan komponen SMD pada PCB ini dapat disolder dengan tangan meskipun heat plate atau oven reflow tentu saja akan bekerja lebih baik.

Langkah 7: Mem-flash Bootloader

Saya menggunakan bootloader UF2 yang disediakan oleh Adafruit untuk papan Trinket M0 mereka. MCU di-flash dengan bantuan alat J-Link. Petunjuk terperinci tentang cara mem-flash bootloader dapat ditemukan di situs web Adafruit. Hal hebat tentang bootloader Adafruits UF2-SAMD adalah bahwa setelah instalasi pertama, MCU muncul sebagai flash drive dan Anda cukup menyeret file UF2 ke drive yang dapat dilepas untuk mem-flash-nya lagi. Ini membuatnya sangat mudah untuk mis. beralih antara Arduino IDE dan CircuitPython.

Langkah 8: Rumah Potong Laser

Rumah kubus dipotong dari akrilik transparan setebal 3 mm. Saya menggunakan layanan pemotongan laser online (snijlab.nl). File dxf yang sesuai juga dapat ditemukan di akun GitHub saya. Perumahan terdiri dari 4 tiang dan pelat atas. Tiang dipasang ke PCB utama di bagian bawah menggunakan 4 buah sekrup dan mur M2x8.

Langkah 9: Menghubungkan Layers

Setelah rumah dirakit, saya menghubungkan lapisan dengan menyolder kabel ke bantalan pada PCB kaca. Ini ternyata merupakan prosedur yang cukup rumit dan ada risiko membakar akrilik atau merobek bantalan tembaga. Perhatikan bahwa pin GND dan VCC berganti posisi pada setiap lapisan sehingga kabel harus disilangkan. Untuk menghindari kabel merobek bantalan tembaga, saya memperbaikinya dengan setetes lem panas setelah disolder. Lapisan pertama terhubung ke PCB bawah dengan konektor Dupont tetapi kabel juga dapat disolder langsung ke PCB.

Langkah 10: Mengunggah Kode

Saya menggunakan CircuitPython (versi 4.x) untuk memprogram kubus. Setelah Anda menginstal bootloader CircuitPython, Anda dapat menjalankan kode dengan menyimpannya langsung ke flash drive MCU. Tidak perlu kompilasi juga Anda bisa mis. buka kembali kode dan edit.

Sejauh ini saya baru saja membuat beberapa animasi dasar tetapi seharusnya relatif mudah bagi siapa saja untuk memperluas kode. Kode dapat ditemukan di GitHub saya, untuk menjalankannya diperlukan Adafruit Neopixel dan perpustakaan fancyLED yang ditemukan di sini.

Langkah 11: Kubus Selesai

Saya cukup senang dengan tampilan kubus, PCB kaca dan housing akrilik bekerja sama dengan baik. Itu juga menyenangkan untuk membuat papan MCU saya sendiri untuk pertama kalinya dan saya hampir terkejut bahwa itu berhasil pada percobaan pertama. Karena saya memiliki beberapa PCB dan bagian akrilik cadangan, saya ingin membuat kubus ini tersedia sebagai kit DIY di Tindie. Jadi jika Anda tertarik terus mencarinya atau hanya menulis pesan pribadi kepada saya.

Juga jika Anda menyukai instruksi ini, silakan pilih saya di Kontes Make It Glow.

Runner Up dalam Kontes Make it Glow