GlassCube - Cam PCB Üzerinde 4x4x4 LED Küp: 11 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bu web sitesindeki ilk talimatım, cam PCB kullanan bir 4x4x4 LED Küp oldu. Normalde aynı projeyi iki kez yapmaktan hoşlanmam ama geçenlerde Fransız yapımcı Heliox'un bana orijinal küpümün daha büyük bir versiyonunu yapma konusunda ilham veren bu videosuna rastladım. Videosunda Heliox, cam PCB'leri üretmek için dağlama gerektirmeyen çok daha basit bir süreç ortaya koyuyor, bunun yerine kendinden yapışkanlı bir bakır folyodan izleri kesmek için bir çizici kullanıyor ve daha sonra bir cam alt tabakaya aktarılıyor. Çiziciler o kadar pahalı olmadığından ve diğer projeler için de kullanışlı olabileceğinden, süreci kendim denemek için bir tane aldım.

Bu sürüm, orijinal küpümün daha büyük bir versiyonu olmasının yanı sıra, SAMD21 mikro denetleyiciye dayalı özel bir PCB ve lazerle kesilmiş akrilikten yapılmış bir muhafaza kullanıyor. Küp, Arduino IDE ile programlanabilir ve ayrıca CircuitPython ile uyumludur.

GlassCube kiti artık Tindie'de de mevcut.

Kiti satın aldıysanız, yalnızca LED'leri lehimlemeniz (adım 5), muhafazayı monte etmeniz (adım 8) ve katmanları birbirine bağlamanız (adım 9) gerekir

Gereçler

• 64 adet - WS2812B 5050 SMD LED'ler (ör. aliexpress)
• 4 adet - 100 x 100 x 2 mm cam plaka (Sadece 0,20 EUR/adet ücret alan bu gerçekten ucuz Alman tedarikçisini buldum)
• 2 adet - A4 yaprak kendinden yapışkanlı bakır folyo (örn. amazon)
• 1 rulo - çizici transfer kağıdı (örn. amazon)
• 1 takım - lazerle kesilmiş akrilik (aşağıya bakınız)
• 1 özel PCB (aşağıya bakın)
• 4 adet M2x8 vida + somun

Lazer kesim hizmeti ve PCB üretimi dahil tüm malzemelerin toplam maliyeti yaklaşık 100 EUR'dur.

Aletler

• Silhouette Portrait 2 çizici (ör. amazon)
• lazer kesici veya çevrimiçi lazer kesim hizmeti (snijlab.nl kullanıyorum)
• havya
• SMD lehimleme (veya gelişmiş el lehimleme becerileri) için ısı plakası veya yeniden akışlı fırın

Adım 1: CAD Tasarımı

GlassCube'ün gövde ve PCB boyutları Fusion360'ta tasarlanmıştır, tasarımı aşağıya ekledim.

Kenar kolonları ve üst plaka 3 mm kalınlığında şeffaf akrilikten yapılmıştır. LED'li katmanlar 2 mm kalınlığında düz camdan yapılmıştır. Alt plaka özel yapım bir PCB'dir.

Adım 2: LED PCB Tasarımı

Cam PCB'lerin düzenini tasarlamak için Eagle kullandım. İzleri bir çizici ile kesmek, onları toner transfer yöntemi ile aşındırmak kadar doğru olmadığından, minimum iz genişliği sınırlıdır. Farklı iz genişlikleri denedim ve çizim sırasında genellikle daha ince izler soyulduğu için kullanabileceğim minimum boyutun 32 mil olduğunu gördüm.

Bakır folyodan izleri kesebilmek için levha düzeninin dxf'ye dönüştürülmesi gerekiyordu. Bunu nasıl doğru yapacağımı bulmam biraz zaman aldı, bu yüzden adımlardan ayrıntılı olarak geçmeme izin verin

1. Eagle'da açık tahta düzeni
2. üst katman hariç tüm katmanları gizle
3. Dosya->Yazdır'a tıklayın ve ardından Dosyaya Yazdır'ı seçin (pdf)
4. pdf'yi Inkscape'de aç
5. tek bir izi işaretlemek için yol seçme aracını kullanın ve ardından Düzenle->Aynı Seç->Kontur Stili'ni tıklayın, bu tüm izleri işaretlemelidir (pedleri değil)
6. P ath->Stroke to Path'e tıklayın bu, yol ana hatlarını yeni yollara dönüştürür
7. yol seçim aracını seçip ardından ctrl+a tuşlarına basarak tüm yolları (pedler dahil) işaretleyin
8. P ath->Union'a tıklayın, bu, tüm yolları birleştirmeli ve "dolu" alanlardaki tüm kesme çizgilerini kaldırmalıdır.
9. Dosya->Farklı Kaydet'e tıklayın ve dosya formatı olarak *.dxf'yi seçin

dxf dosyası burada GitHub'ımda bulunabilir.

Adım 3: Bakır Folyoyu Kesmek

Dxf dosyası, bir Silhouette Portrait 2 çizici ile A4 kendinden yapışkanlı bakır folyo tabakalarından kesildi. Bakır levhalar ilk olarak birlikte verilen kendinden yapışkanlı kesme matına yapıştırıldı. Kesim için kullandığım yazılım ayarları ekteki resimde görülebilir.

Kestikten sonra fazla folyo dikkatlice çıkarılmalıdır. Kesilen folyoya zarar vermemek için aşağıdaki adımlar için tüm A4 yaprağını kesim matının üzerinde bıraktım.

Adım 4: Bakır Folyoyu Aktarma

Kesilen folyo, başka bir kendinden yapışkanlı folyo olan transfer kağıdı kullanılarak cam plaka üzerine aktarıldı. Transfer kağıdı bakır folyoya yapıştırılır ve ardından bakır folyonun transfer sayfasına yapışmasını sağlamak için yavaşça soyulur. Daha sonra cam alt tabakaya yapıştırılır ve transfer kağıdı yavaşça soyulur, böylece bu sefer bakır folyo cam plakaya yapışır.

Pano düzeninin sol üst ve sağ köşelerinde, folyoyu cam plaka üzerinde doğru şekilde hizalamaya yardımcı olan iki işaret vardır. İşaretleyiciler takıldıktan sonra tekrar cam plakadan çıkarılabilir.

Adım 5: LED'leri Lehimleme

SMD LED'ler cam plaka üzerine elle lehimlenmiştir. Ayrıca bir ısı plakası (aslında benim sobam) kullanarak da yapıştırmaya çalıştım ama resimde görüldüğü gibi bunun iyi bir fikir olmadığı ortaya çıktı. Uygun bir reflow fırınınız varsa denemeye değer olabilir, ancak kullanılan camın türüne bağlı olarak ısıtma sırasında kırılma riski vardır.

LED'lerin yönü ile ilgili olarak iki farklı düzen vardır. Küpün birinci ve üçüncü katmanı için yön, ikinci ve dördüncü katmandan farklı olacaktır. Bu şekilde katmanları daha sonra birbirine bağlamak daha kolaydır.

Adım 6: Mikrodenetleyici PCB

Arduino Nano gibi ticari bir geliştirme kartına güvenmek yerine, LED'leri kontrol etmek için Eagle'da özel bir PCB tasarladım. Avantajı, tahtayı küpün içine güzel bir şekilde oturacak şekilde şekillendirebilmem. Kart, Adafruit'in Trinklet M0'ında kullanılanla aynı olan bir ATSAMD21E18 mikro denetleyicisine dayanmaktadır. Bu MCU'yu yerel USB'ye sahip olduğu ve programlama için bir FTDI yongası gerektirmediği için seçtim. Ayrıca Adafruit, Arduino IDE ve CircuitPython ile uyumlu önyükleyiciler sağlar.

Anakartla ilgili bir not, 3.3V mantığı ile çalıştığı, WS2812B'nin 5V ile kullanılması gerektiğidir, ancak birçok kişi 3.3V ile çalışmanın da mümkün olduğunu göstermiştir.

PCBWay.com'dan PCB'lerimi aldım, Gerber Dosyaları ve BoM GitHub hesabımda bulunabilir.

Bazı becerilerle, bu PCB üzerindeki SMD bileşenleri, bir ısı plakası veya yeniden akışlı fırın elbette daha iyi çalışsa da elle lehimlenebilir.

7. Adım: Bootloader'ı Sıfırlama

Adafruit tarafından sağlanan UF2 önyükleyicisini Trinket M0 kartları için kullandım. MCU, bir J-Link aracı yardımıyla parlatıldı. Önyükleyicinin nasıl flaş edileceğine dair ayrıntılı talimatlar Adafruit web sitesinde bulunabilir. Adafruits UF2-SAMD önyükleyicisinin harika yanı, ilk kurulumdan sonra MCU'nun bir flash sürücü olarak görünmesi ve yeniden flash yapmak için bir UF2 dosyasını çıkarılabilir sürücüye sürüklemenizdir. Bu, örn. Arduino IDE ve CircuitPython arasında geçiş yapın.

Adım 8: Lazer Kesim Muhafazası

Küpün gövdesi 3 mm kalınlığında şeffaf akrilikten kesilmiştir. Çevrimiçi bir lazer kesim hizmeti kullandım (snijlab.nl). İlgili dxf dosyaları GitHub hesabımda da bulunabilir. Muhafaza 4 direk ve bir üst plakadan oluşur. Direkler, 4 adet M2x8 vida ve somun kullanılarak alttaki ana PCB'ye takılır.

9. Adım: Katmanları Bağlama

Gövde monte edildikten sonra, cam PCB'lerin üzerindeki pedlere tel lehimleyerek katmanları birleştirdim. Bu oldukça hassas bir işlem olduğu ortaya çıktı ve akrilik pedlerin yanması veya bakır pedlerin yırtılması riski var. GND ve VCC pinlerinin her katmanda konum değiştirdiğini ve bu nedenle kabloların çaprazlanması gerektiğini unutmayın. Tellerin bakır pedleri koparmasını önlemek için lehimlemeden sonra küçük bir damla sıcak tutkalla sabitledim. İlk katman, bir Dupont konektörü ile alt PCB'ye bağlandı, ancak teller doğrudan PCB'ye de lehimlenebilir.

Adım 10: Kodu Yükleme

Küpü programlamak için CircuitPython'u (sürüm 4.x) kullandım. CircuitPython önyükleyicisini kurduktan sonra, kodu doğrudan MCU flash sürücüsüne kaydederek çalıştırabilirsiniz. Derlemeye gerek yoktur, ayrıca ör. kodu yeniden açın ve düzenleyin.

Şimdiye kadar bazı temel animasyonlar oluşturdum ama herkesin kodu genişletmesi nispeten kolay olmalı. Kodu, GitHub'ımda bulabilirsiniz, çalıştırmak için Adafruit Neopixel ve burada bulunan fantezi LED kitaplıklarına ihtiyaç vardır.

Adım 11: Bitmiş Küp

Küpün görünümünden oldukça memnunum, cam PCB'ler ve akrilik muhafaza birlikte güzel bir şekilde çalışıyor. İlk kez kendi MCU panomu oluşturmak da eğlenceliydi ve ilk denemede işe yaramasına neredeyse şaşırdım. Bazı yedek PCB'lerim ve akrilik parçalarım olduğu için bu küpü Tindie'de bir DIY kiti olarak sunmak istiyorum. Bu yüzden ilgileniyorsanız aramaya devam edin veya bana özel mesaj yazın.

Ayrıca, bu talimatı beğendiyseniz, lütfen Make It Glow Yarışmasında bana oy verin.

Make it Glow Yarışmasında İkincilik