Nhẫn NeoPixel tùy chỉnh từ Scratch !: 8 bước (có hình ảnh)

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

Nhẫn NeoPixel, và NeoPixels nói chung, là một trong những linh kiện điện tử phổ biến nhất đối với các nhà sản xuất thuộc mọi loại. Vì lý do chính đáng, với một chân duy nhất từ bất kỳ bộ vi điều khiển phổ biến nào Adafruit giúp việc thêm đèn LED và hình ảnh động tuyệt đẹp vào bất kỳ dự án nào trở nên cực kỳ dễ dàng.

Thật không may, chúng khá đắt và Adafruit chỉ bán bốn kích cỡ. Điều mà nhiều nhà sản xuất không nhận ra là NeoPixel chỉ đơn giản là thương hiệu của Adafruit của một số chip LED giống hệt nhau có tên lần lượt là WS2812, WS2811 và SK6812. Tất cả những gì Adafruit thực hiện là lấy chip và đặt nó trên bảng mạch, đồng thời tính phí một khoản phí bảo hiểm khổng lồ. Không có gì sai khi Adafruit làm điều này vì nó làm cho NeoPixels có thể truy cập được đối với tất cả mọi người, nhưng nếu chỉ đơn giản là tự làm bảng thì người ta có thể tạo ra các hình dạng tùy chỉnh với bất kỳ kích thước hoặc thiết kế nào với giá khoảng 15% so với các mô hình của Adafruit (với 24 Vòng LED) ($ 3). Quan trọng hơn, chúng không thể có bất kỳ kích thước nào bạn cần! Mặc dù vậy, có vẻ như không ai đã tạo ra một hướng dẫn chính xác để thực hiện việc này.

Vì vậy, khi tôi cần một vòng ghép tùy chỉnh cho dự án Samus Arm Cannon đang hoạt động của mình (sắp ra mắt), tôi đã tìm ra lý do tại sao không ghi lại quá trình này.

Trong hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn chính xác cách tôi tạo ra chiếc nhẫn tùy chỉnh này và cách bạn có thể tự làm cho mình.

Bước 1: Những gì bạn cần:

Luôn cần thiết bất kể phương pháp:

• Đèn LED ws2128b (NeoPixels)
• 1uf Caps (1 cho mỗi hai đèn LED) (tùy chọn về mặt kỹ thuật)
• Hàn dán
• Flux (được khuyến nghị nhưng tùy chọn)

Súng hơi nóng

Nếu bạn chọn để có được bảng của bạn được sản xuất chuyên nghiệp, đó là tất cả những gì bạn cần. Tuy nhiên, nếu thay vào đó, bạn chọn sản xuất bo mạch của mình bằng phương pháp truyền mực, bạn cũng sẽ cần các thành phần sau. Cá nhân tôi không sử dụng phương pháp truyền mực, tuy nhiên phương pháp của tôi nằm ngoài phạm vi của hướng dẫn này. Tôi dự định đăng một bài hướng dẫn về cách chính xác tôi tạo ra PCB, vì vậy hãy chú ý điều đó!

Bảng tự chế (Phương pháp truyền mực):

• Bảng đồng
• Sắt clorua
• Giấy PCB
• Máy in laser
• Màng mặt nạ hàn (Tùy chọn cho Mặt nạ hàn)
• Nguồn UV (Tùy chọn cho Mặt nạ hàn)
• Độ trong suốt (Tùy chọn cho Stencil hàn)
• Trạm làm việc Dremel

Đây là tất cả các tệp, thư viện diptrace và mô hình của tôi.

Đối với những người tự hỏi so sánh giá như thế nào, hãy so sánh nó với một vòng LED 24 LED Adafruit có giá 17 đô la + phí vận chuyển. Chi phí cho mỗi đèn LED: Adafruit: 17/24 = 0,70 đô la. HyperIon: 7/100 =% 0,07

Chi phí bổ sung: Adafruit: ($ 4) Vận chuyển, Hyperion: $ 1 (bảng đồng) + $ 0,50 (Ferric Chloride) (miễn phí vận chuyển)

Tổng: Adafruit: $ 21, HyperIon: $ 3,18

Như bạn có thể thấy, nó rẻ hơn rất nhiều, 15% chi phí. Ngay cả khi bạn bỏ qua việc vận chuyển, phiên bản HyperIon chỉ có giá 3,18 đô la, một khoản tiết kiệm chi phí lớn so với 17 đô la.

Bước 2: Thiết kế PCB Phần một! Vị trí LED

Bước đầu tiên trong việc tạo bất kỳ hình dạng NeoPixel nào là vị trí của các đèn LED. Tôi đã tạo một tài liệu excel nhỏ hữu ích mà bạn có thể sử dụng cho bất kỳ thiết kế nào bạn muốn theo bán kính.

Chỉ cần nhập số lượng đèn LED, tỷ lệ phần trăm của vòng bạn muốn được bao phủ và bán kính và nó sẽ tự động tạo ra vị trí và tọa độ góc mà bạn nên đặt đèn LED của mình. Sau đó, bạn có thể truy cập DipTrace, ExpressPCB hoặc EaglePCB phổ biến nhất và chèn các tọa độ vào thuộc tính thành phần của bạn. Cá nhân tôi đã sử dụng DipTrace và bạn có thể tìm thấy tất cả các thành phần và thư viện của tôi trong phần thành phần.

Đối với dự án này, tôi đã chọn sử dụng hai vòng bán kính 34 và 24 mm. Bán kính bên ngoài có 20 pixel và bán kính bên trong có 6.

* Phần thưởng * Nếu chương trình CAD bạn đang sử dụng (như DipTrace) không cho phép đặt một hình tròn theo tâm của nó, hãy vẽ hai đường ngang qua đường kính của bán kính ngoài và bán kính trong của bạn. Căn chỉnh các giao lộ với nhau và xác định lại đó là điểm gốc của bạn. Bây giờ bạn có một bảng đồng tâm hoàn hảo!

Bước 3: Thiết kế PCB Phần hai! Định tuyến và tụ điện

Bước tiếp theo trong việc tạo bảng mạch in của bạn là tạo kết nối giữa các đèn LED của bạn. Mỗi NeoPixels đều có một bảng nhập dữ liệu và một đệm xuất dữ liệu. Đầu tiên, hãy tạo một chuỗi dài bắt đầu với pixel gần nhất với nơi bạn định đặt các chân giao diện của mình, đi từ chốt xuất dữ liệu của một pixel đến chốt nhập dữ liệu của pixel tiếp theo.

Sau đó, bạn sẽ cần định tuyến điện và nối đất. Phương pháp đơn giản nhất mà tôi nghĩ ra để thực hiện việc này là sử dụng kết hợp các vòng tròn và nửa vòng tròn, tổng cộng là bốn vòng, xen kẽ giữa nguồn điện và mặt đất khi bạn di chuyển ra ngoài từ điểm gốc. Điều này giúp bạn dễ dàng tạo một kết nối "jumper" nhỏ như được áp dụng để nối dây thủ công mỗi khi LED với nhau, hai lần. Sau đó, hai cặp hình tròn / bán nguyệt có thể được buộc lại với nhau theo cách nào thuận tiện nhất. Cuối cùng, một đổ đồng được thêm vào. Điều này về cơ bản chỉ khiến tất cả không gian thừa được lấp đầy bởi "mặt đất", điều này có nhiều lợi thế bao gồm việc dễ dàng sản xuất tại nhà hơn.

Bạn cũng sẽ muốn cài đặt một tụ điện khoảng.1uf giữa nguồn điện và mặt đất giữa mỗi bộ hai đèn LED. Nhà sản xuất khuyến nghị một đèn LED cho mỗi đèn LED, tuy nhiên, khả năng một đèn trên hai đèn LED sẽ làm được và chúng tốn thời gian để hàn. Những điều này không cần thiết cho chức năng của thiết bị, chúng chỉ đơn giản là cải thiện tuổi thọ của đèn LED, vì vậy chúng có thể được bỏ qua nếu cần.

Bước 4: Khắc bảng mạch in

Để hoàn thành bước này, bạn có hai lựa chọn:

Sản xuất chuyên nghiệp:

Nếu bạn chưa bao giờ làm PCB và không quan tâm đến việc đạt được kỹ năng để làm như vậy, thì đây là điều tôi muốn giới thiệu. Bằng cách đưa bảng của bạn được sản xuất một cách chuyên nghiệp, độ khó của dự án này sẽ đi từ trình độ trung cấp trở xuống cho đến người mới bắt đầu. Bảng của bạn sẽ được đảm bảo có chất lượng cao, đi kèm với mặt nạ hàn và thậm chí có thể đi kèm với bút chì hàn.

PCB tự chế:

Đây là lựa chọn dành cho những ai thực sự muốn nâng cao kỹ năng và nâng cao năng lực cá nhân. Nó cũng là lựa chọn cho những người thích tạo mẫu tốc độ cao và những người thực sự đang cắt giảm chi phí thấp. Khả năng tự sản xuất PCB là một trong những lợi thế lớn nhất của tôi trong nhiều năm qua và tôi thực sự giới thiệu nó cho bất kỳ ai quan tâm. Tôi đã phát triển phương pháp tạo PCB của riêng mình (xem kênh của tôi để biết cách làm điều đó), phương pháp này hơi nằm ngoài phạm vi của hướng dẫn này và yêu cầu thiết bị mà hầu hết người mới bắt đầu không thể mua được. Do đó, thay vào đó, tôi khuyên bạn nên sử dụng phương pháp truyền mực bằng sản phẩm có tên PressN'Peel. Nó khá dễ dàng và thiết bị duy nhất bạn sẽ cần mà không nhất thiết ai cũng có là một máy in laser giá rẻ. Hãy xem hướng dẫn của clacktronics-uk để biết thêm chi tiết!

Quy trình cơ bản như sau:

1. Làm sạch bảng đồng cad của bạn.
2. In thiết kế của bạn lên Peel n 'Stick bằng máy in laser.
3. Ủi thiết kế từ Peel n 'stick lên bảng đồng của bạn
4. Đặt bảng trong clorua sắt cho đến khi được khắc.
5. Làm sạch mực

Mặt nạ hàn (Tùy chọn):

Mặt nạ hàn là một vật che phủ bảo vệ bo mạch của bạn ở mọi nơi, trừ những nơi cần hàn. Điều này làm cho nó dễ hàn hơn một chút nhưng quan trọng hơn là cải thiện đáng kể độ cứng của bảng. Nếu bạn chưa sản xuất bảng của mình, bạn có thể muốn thêm một bảng, nhưng nó không hoàn toàn cần thiết. Cá nhân tôi thấy quá trình này cực kỳ dễ dàng và rất khuyến khích nó. Một lần nữa, tôi chỉ đi qua quy trình cơ bản để bạn biết mình đang làm gì. Xem hướng dẫn của cpeniche để biết thêm chi tiết!

Quá trình này như sau:

1. In thiết kế bảng điều khiển của bạn lên một miếng trong suốt.
2. Bóc và dán màng mặt nạ hàn lên bảng khắc của bạn.
3. Ủi / cán màng cho đến khi dính tốt.
4. Căn chỉnh độ trong suốt với bảng và dán xuống.
5. Để phim tiếp xúc với nguồn UV (máy sấy sơn móng tay hoạt động)
6. Làm sạch các miếng đệm chưa phơi sáng
7. Tiếp xúc cho đến khi chữa khỏi.

Bước 5: Hàn Dán Stencil! (KHÔNG BẮT BUỘC)

Nếu bạn có quyền sử dụng máy cắt laser, hãy cân nhắc sản xuất cho mình một chiếc bút chì hàn. Chúng cho phép bạn tránh những nỗ lực tẻ nhạt khi từ từ chấm một miếng thuốc hàn lên từng chốt riêng lẻ. Chỉ cần tải thiết kế pad vào phần mềm máy cắt laser của bạn và cắt nó ra khỏi một phần trong suốt của máy in. Tôi cũng nhận thấy rằng một tấm laminator cũng hoạt động tốt. Điều này hoạt động cực kỳ tốt và tạo ra một lớp dày gần như chính xác như các phiên bản chuyên nghiệp. Theo ý kiến của tôi, chúng thực sự vượt trội hơn nhiều vì chúng linh hoạt và trong suốt, khiến chúng dễ sử dụng hơn nhiều so với các phiên bản thép không gỉ.

Tôi không phải là người nghĩ ra phương pháp này nhưng tôi chưa thấy ai tài liệu trực tuyến về nó, điều này tôi thấy rất ngạc nhiên.

Bước 6: Tạo hình bảng

Để đưa tấm bảng vào hình dạng cuối cùng, bạn nên bắt đầu bằng cách cắt bỏ càng nhiều càng tốt một cách an toàn có thể với một bánh xe cắt dremel. Tôi đã sử dụng thiết lập máy trạm dremel theo chiều ngang với lưỡi dao phía trên hộp các tông như một chiếc cưa gỗ tạm thời.

Sau đó, bạn có thể bắt đầu khoan lỗ trung tâm. Sử dụng mũi khoan lớn nhất mà bạn có để mài và từ từ "phô mai Thụy Sĩ" theo cách của bạn cho đến khi bạn cắt ra một phần đủ lớn để vừa với một mũi mài. Sau đó, bạn có thể sử dụng mũi mài đó để đưa bảng về hình dạng cuối cùng.

Cách bảng khắc có một vòng mỏng chỉ bằng sợi thủy tinh xung quanh mép của bảng, Ngay trước khi bạn mài đến điểm đó, chút đồng cuối cùng còn lại sẽ giải phóng. Khi chút đồng cuối cùng giải phóng không còn xay nữa. Bằng cách dựa vào dấu hiệu đó, nó cho phép bạn tạo ra một mảnh rất nhất quán và hình tròn (giả sử bạn không làm lộn xộn việc khắc như tôi đã làm và đặt mẫu quá gần tường). Hoàn thành đường kính bên ngoài theo cách này.

Bạn cũng nên khoan các lỗ cho kết nối dữ liệu trong, 5v và nối đất. Một bit dremel nhỏ (.7mm) hoạt động tốt cho việc này.

Bước 7: Hàn

Theo ý kiến của tôi, đây là một dự án tuyệt vời cho một người muốn học cách làm thế nào để hàn gắn trên bề mặt. Tất cả các thành phần quan trọng đều lớn, có khả năng chịu nhiệt và các tấm đệm được đặt cách xa nhau. Nó thực sự rất khó để lộn xộn và là một cách tuyệt vời để xây dựng sự tự tin trong việc hàn gắn bề mặt mà không cần phải lộn xộn với các thành phần nhỏ xíu.

Để hàn NeoPixels của bạn lên bảng của bạn, trước tiên, bạn cần phải cho một lượng nhỏ keo hàn vào mỗi miếng bằng cách sử dụng ống tiêm hoặc bút chì. Nếu bạn có giấy nến, bạn chỉ cần phết một lớp bột hàn xung quanh giấy nến như một lớp bơ mỏng trên bánh mì nướng cho đến khi tất cả các tấm lót được bao phủ. Bạn không cần nhiều như bạn nghĩ, chỉ cần tiếp tục lan tỏa.

Tiếp theo, bạn sẽ muốn đặt các thành phần trên bo mạch của mình. Miễn là mỗi miếng đệm chạm vào vết hàn có liên quan của nó thì bạn đã đủ gần. Keo hàn có đặc tính kỳ diệu này mà khi nóng chảy, nó thực sự kéo thành phần vào vị trí gần như mọi lúc.

Nếu bạn quá không an toàn về kỹ năng hàn của mình, bạn có thể thay đổi tụ điện 0603 sang định dạng lớn hơn hoặc bỏ qua chúng hoàn toàn. Chúng làm tăng tuổi thọ của NeoPixel nhưng trừ khi bạn đang sử dụng nó như một nguồn sáng, nếu không thì bạn sẽ không bao giờ thấy một chiếc bị cháy. Điều đó đang được nói, tôi thực sự khuyên bạn nên cài đặt chúng, đơn giản vì kỹ năng này có giá trị.

Về mặt thực sự hàn, nó không thể dễ dàng hơn. Chỉ cần dành khoảng hai phút để làm nóng bảng của bạn bằng súng hơi nóng, sau đó tập trung nhiều hơn vào từng khu vực cho đến khi mọi thứ trở lại. Bạn có thể biết khi nào nó đã phục hồi lại vì chất hàn trở nên sáng bóng và thường thì linh kiện có một chút "lung lay" vào vị trí.