Bướm điện: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Đây là một con bướm nhiều màu rất thú vị mà tôi đã làm - yêu cầu các bộ phận và chương trình tối thiểu!

Ngoài bản thân con bướm - nó còn cho thấy một số kỹ thuật rất hay, nơi bạn có thể tạo PCB của riêng mình trên một máy cắt gia đình hình bóng từ băng đồng thương mại thường xuyên - có thể được đặt trên bất kỳ loại bề mặt nào!

Rõ ràng là - thứ như thế này có thể dễ dàng được tạo ra thông qua một bảng mạch in thương mại - nhưng nếu bạn muốn tiết kiệm chi phí sản xuất chúng, bạn muốn tạo các mẫu LED trên vật liệu không chuẩn (như gương hoặc cửa sổ, đúng hơn là hơn PCB bằng sợi thủy tinh) - hoặc thậm chí một thứ gì đó có bề mặt cong - phương pháp này có thể được sử dụng để dán các dấu vết PCB bằng đồng lên bất kỳ loại bề mặt nào.

Điều này có thể dễ dàng thực hiện đối với những thứ như đèn LED có cao độ dẫn lớn - nhưng sẽ khó hơn khi bạn sử dụng các bộ phận nhỏ hơn, nhỏ hơn. Vì vậy, kỹ thuật này có thể được sử dụng một cách có chọn lọc - tức là sử dụng bảng mạch sẵn có (Arduino) làm máy tính và các bản khắc bằng đồng cắt tại nhà cho những nơi bạn muốn tùy chỉnh cao trong việc đặt đèn LED.

Tôi đã sử dụng những thứ sau để tạo dự án này:

• Máy cắt giấy / vinyl cá nhân Silhouette Cameo - để tạo PCB
• Arduino UNO - được sử dụng như một lập trình viên trong mạch
• Máy cắt laser cho các bộ phận (gỗ - acrylic - bất cứ thứ gì) (bạn có thể sử dụng thứ khác nếu bạn không có laser)

Các bộ phận thực tế là:

• Bộ xử lý ATTiny75 $ 1
• 22 NeoPixels - (điều khiển nối tiếp, đèn LED ba màu)
• Tiêu đề 2x3
• Lá đồng

Tất cả phần mềm được thực hiện trong Arduino IDE - sử dụng thư viện Adafruit NeoPixel và các thư viện ATTiny từ Board Manager.

Có hai cách cơ bản để tiếp cận điều này:

Cách dễ dàng: Tôi có bảng mạch của riêng mình (như Arduino) mà tôi sẽ sử dụng để điều khiển đèn LED. Tôi sẽ chỉ tạo một PCB cho các đèn LED - và gắn nó vào arduino của tôi.

Cách khó hơn (và rẻ hơn): Tôi sẽ tự mình làm mọi thứ 100%. Tôi không cần Arduino và thay vào đó tôi sẽ sử dụng ATTiny85 $ 1. Điều này khó hơn vì thực hiện tất cả các tác phẩm nghệ thuật tinh xảo trên máy cắt vinyl loại Silouette hoặc CriCut khó hơn.

Bước 1: Thiết kế

Các đèn LED là mỗi NeoPixels. Đây là những thiết bị LED RGB tuyệt vời, có thể điều khiển riêng, nhiều mức (tăng sáng), rất sáng chỉ có 4 chân: VccGndData InData Out. mức độ màu của từng loại - tất cả từ một chân duy nhất trên CPU của bạn. Tuyệt vời hơn nữa, thư viện Adafruit NeoPixel dành cho Arduino cung cấp cho bạn một cách hữu ích để bắt đầu chạy với những thứ này trong vài giây.

Nếu bạn định thiết kế bo mạch CPU của mình theo thiết kế này (sử dụng Arduino có sẵn), tất cả những gì bạn cần là một dấu ấn cơ bản của Neopixel (bạn nên bao gồm một nắp bỏ qua, cũng với mỗi cái). Tệp footprint.svg kèm theo về cơ bản là những gì bạn cần để bắt đầu. Điều này sẽ cung cấp cho bạn phác thảo về lá đồng cho NeoPixles và tụ điện. Bạn có thể mở quyền này trong Inkscape, kết nối tất cả các chân + 5v và tất cả các chân Nối đất với nhau - sau đó chuỗi tất cả các chân dữ liệu vào và ra với nhau.

Đảm bảo biến điều này thành các đường cắt thích hợp mà bạn có thể sử dụng trên máy cắt vynal của mình như tôi đã trình bày ở trên - và bạn đã hoàn tất. Bạn thậm chí không cần một chương trình thiết kế PCB "thực" để làm điều đó.

Nó không thực sự cần thiết đối với NeoPixel, nơi các chốt khá lớn và dễ hàn - nhưng một lớp Soldermask dễ dàng có thể được cắt ra khỏi một miếng băng Kapton. Nó trông giống như một miếng băng dính lớn với một số hình chữ nhật nhỏ được cắt ra để làm miếng hàn, được đặt trên toàn bộ diện tích đồng của bạn.

Bước 2: Thiết kế CPU

Nếu tham vọng hơn, bạn có thể tạo ra các hình khắc cho chính CPU ngay trong lá đồng của mình.

Điều này khó thực hiện hơn do các chân cắm trên thiết bị ATTiny85 nhỏ hơn và cần phải có các bản khắc lá đồng rất nhỏ, nhưng nó có thể thực hiện được.

Điều này có lẽ được thực hiện tốt nhất trong một chương trình thiết kế PCB "thực" (tôi đã sử dụng Eagle).

Tôi cũng bao gồm một đầu nối nguồn / gỡ lỗi trong thiết kế của mình (và một vài tụ điện bỏ qua).

Chúng ta sẽ nói thêm về khó khăn trong việc cắt đồng trong các hình học nhỏ này.

Bước 3: Tạo lớp

Bước 4: Lắp ráp mạch

Dấu vết đồng có thể được đặt trên thiết kế của bạn.

Trong trường hợp của tôi - tôi đã sử dụng một mảnh gỗ được cắt bằng la-de (phác thảo của tệp SVG kèm theo).

Tôi đã sử dụng băng chuyển dấu hiệu để tháo lá đồng khỏi mặt sau của nó và đặt nó lên gỗ. Nếu bạn chọn làm một lớp hàn Kapton - bây giờ nó sẽ được chuyển lên gỗ bên trên đồng.

Hàn lên lá đồng hơi khó, vì không giống như bảng mạch thông thường, đồng chỉ dính vào chất nền (gỗ) bởi chất kết dính của nó, không dính cứng như đồng của bảng mạch thông thường. Do đó, nếu bạn không cẩn thận (đặc biệt là dưới sức nóng của mỏ hàn) - đồng hồ có thể trượt hoặc dịch chuyển. Sử dụng Kapton hàn the sẽ giúp giữ đồng vào vị trí một chút và làm cho việc này dễ dàng hơn một chút.

Một điều quan trọng khác cần chú ý là NeoPixels đã được báo cáo là hơi không chịu được nhiệt độ quá cao. Vì vậy, khi hàn, hãy sử dụng nhiều thuốc hàn (tôi sử dụng bút hàn không sạch), áp dụng hầu hết nhiệt và chất hàn vào vết đồng, và loại bỏ nhiệt nhanh chóng khi chất hàn chảy vào chốt NeoPixel. (Mặt nạ hàn cũng sẽ giúp giảm lượng chất hàn cần thiết, vì nó sẽ không chảy xuống khu vực được bao phủ của dấu vết).

Tôi thấy dễ nhất là sử dụng một chấm nhỏ "Keo dính" để dán NeoPixels vào đúng vị trí trước khi hàn. Điều này đã giữ các bộ phận vào đúng vị trí, làm cho quá trình hàn nhanh hơn và do đó cần ít nhiệt hơn. Keo dán Tacky cũng dính nhanh chóng, cho phép các bộ phận không bị trượt xung quanh, ngay sau khi được đặt. Nó chết (với số lượng nhỏ) để có độ sệt sệt, cho phép tháo rời các bộ phận nếu cần thay thế hoặc làm lại bất kỳ loại nào.

Bước 5: Thêm CPU

Nếu bạn muốn tạo các bản khắc của riêng mình cho CPU (và đầu nối gỡ lỗi) thì việc này sẽ khó hơn một chút so với việc làm các đèn LED. Lý do là các hình học liên quan nhỏ hơn và mịn hơn, đòi hỏi các đường cắt chính xác hơn từ máy cắt vinyl của bạn.

Tôi đã phát hiện ra rằng khi cắt băng lá đồng, giấy sáp mà băng dính vào có độ bám dính tương đối ít. Điều này có nghĩa là khi thử các hình học nhỏ hơn, chúng có xu hướng trượt xung quanh trên mặt sau.

Mặc dù tôi đã thử với vô số cài đặt cắt, giải pháp tốt nhất mà tôi tìm thấy là sử dụng chất nền có độ bám dính mạnh hơn. Vinyl hoạt động tốt, nhưng không dễ dàng hoạt động tốt với băng chuyển dấu hiệu để cho phép loại bỏ đồng ra khỏi vinyl (và đặt lên gỗ). Bạn có thể để mạch điện trên vinyl, nhưng nó có xu hướng nóng chảy khi hàn - vì vậy không phải là không thể, nhưng khó lắp ráp hơn. (Tôi đã sử dụng vinyl làm chất nền trong một vài thiết kế khác nhau).

(Màng trong suốt rõ ràng hoặc chất bảo vệ tấm cũng hoạt động - và tốt hơn một chút ở chỗ chúng dày hơn. Chúng có thể được sử dụng cho các thiết kế khi bạn muốn mạch đứng tự do và không muốn có chất nền được kết dính) - nhưng một lần nữa, chúng tan chảy trừ khi được hàn rất cẩn thận.

Giải pháp tốt nhất mà tôi tìm thấy là sử dụng băng Kapton làm chất nền. Băng Kapton giữ nhiệt cực tốt với nhiệt của hàn, hoạt động như một bình hàn và được hỗ trợ bằng chất kết dính. Nhược điểm duy nhất là nó thường rất mỏng. Đến nỗi tôi đã phải rất vất vả khi làm việc với nó trừ khi tôi tăng gấp đôi, để làm cho nó dày và khỏe gấp đôi.

Với độ bền kết dính cao hơn của đồng so với Kapton, các chi tiết tốt hơn như dây dẫn CPU có thể được cắt. Sau khi hoàn thành, tôi dán Kapton vào mặt sau của tấm lót con bướm bằng gỗ.

Bước 6: Phần mềm

Phần mềm được thực hiện dưới dạng bản phác thảo Arduino, sử dụng thư viện Adafruit NeoPixel.

Mặc dù nó có vẻ tầm thường, nhưng rất nhiều người đã suy nghĩ về các họa tiết trên con bướm. Mã được viết để luân phiên giữa hai chế độ cứ sau vài giây:

CHẾ ĐỘ MỘT - Lau màu - giặt nhiều màu khác nhau, thay đổi màu nhanh chóng. Khi chọn "màu" - tôi đã sử dụng một thuật toán để xóa giữa các "giá trị" màu - mỗi giá trị được gửi thông qua chức năng chuyển đổi HSB-sang-RGB (trong đó độ bão hòa và độ sáng luôn ở mức tối đa) - để đạt được độ sáng tối đa của màu sắc.

MODE TWO - Điều hành bởi:

• 6 hoặc 8 "mẫu" nhóm phân đoạn được xác định trước khác nhau đã được tạo. Mã sẽ chọn một trong những thứ này một cách ngẫu nhiên

• Mỗi mẫu yêu cầu điền vào các phân đoạn được xác định trước bằng một trong 2, 3 hoặc 4 màu khác nhau. Mỗi màu được chọn ngẫu nhiên bằng một trong hai phương pháp sau:

  • Được chọn từ một trong 6 màu cấp tối đa (đỏ, lục, lam, vàng, v.v.).
  • Được chọn từ một HUE ngẫu nhiên - (sử dụng cùng một bộ tạo màu trong Chế độ một)
• Mẫu màu kết quả được chạy thông qua chức năng làm mờ dần, cung cấp độ mờ dần từ mẫu này sang mẫu tiếp theo - và giữ nó ở đó trong vài giây trước khi tiếp tục sang mẫu tiếp theo.

Hai chế độ sẽ luân phiên nhau sau mỗi 10 hoặc 15 giây.

Bước 7: Lập trình

Vì vậy, bây giờ chúng tôi có một ATTiny85 hoàn toàn mới trên PCB của chúng tôi và chúng tôi cần phải lập trình nó. Vì tôi đã sử dụng Arduino SDK cho việc này, chúng tôi cần đặt cả chương trình ("sketch") và bộ nạp khởi động Arduino vào thiết bị.

Tôi đã sử dụng chính Arduino Uno làm Lập trình viên trong hệ thống.

Sơ đồ đính kèm cho thấy cách tôi gắn Uno vào mạch ATTiny85 của mình. Tôi thực sự đã đưa ra các điều khoản để thực hiện điều này theo một trong hai cách khác nhau:

1. thông qua tiêu đề gỡ lỗi tôi đã thêm vào bảng
2. thông qua một loạt các điểm kiểm tra gỡ lỗi mà tôi đã thêm vào bảng. Chúng có thể được sử dụng bằng cách giữ một loạt các chốt lò xo vào bảng thông qua một giá đỡ acrylic cắt laser, giữ chúng ở vị trí chính xác.

Để làm điều này:

• Gắn Arduino Uno vào máy tính của bạn và mở Arduino SDK.
• Mở bản phác thảo "Ardunio dưới dạng ISP" được tích hợp sẵn. Biên dịch và cập nhật bản phác thảo này - bây giờ Uno là một ISP.
• Trong Arduino "Boards Manager" - cài đặt gói bo mạch cho dòng ATTiny.
• Đóng bản phác thảo Uno ISP và mở bản phác thảo của bạn cho mã Butterfly.
• Chọn "Loại bảng" là ATTiny85 - chọn Bộ dao động nội bộ 8Mhz.
• Đối với "Lập trình viên", chọn "Uno as a ISP"
• Chọn "Uploads Bootloader" (chỉ làm điều này LẦN ĐẦU TIÊN cho chip này - không cần lặp lại)
• Sau khi hoàn tất - bây giờ bạn có thể thực hiện "Tải lên chương trình với ISP" để gửi bản phác thảo của bạn tới ATTiny85.

Bước 8: Lắp ráp cuối cùng

Hai phần gỗ nữa được cắt bằng laser - một đường viền của cánh bướm. Chúng được sơn một lớp sơn đen mờ.

Một miếng acrylic có vẻ ngoài "mờ" bằng cách chà nhám nó bằng giấy nhám thô. Các phần riêng lẻ của khu vực gỗ được cắt ra từ acrylic này.

Các phần acrylic đã cắt được đặt vào miếng gỗ trên cùng. Chúng có thể đã được dán lại, nhưng dung sai của các vết cắt acrylic và sơn trên gỗ cho phép chúng được giữ lại mà không cần keo.

Các phần này sau đó được dán lại với nhau bằng các vết nhỏ bằng keo Tacky - loại keo này có thể cho phép tháo rời nếu cần sửa chữa.