Lampada cubo LED: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questa lampada è un sottoprodotto del progetto di orologio da 172 pixel che ho creato. È successo mentre stavo testando la serie di LED, il mio partner li ha visti e gli è piaciuto il loro aspetto. Ho finito l'orologio e poi ho iniziato questo progetto. È stato un progetto piuttosto lento, sono successe altre cose nel mezzo che gli hanno permesso di evolversi nel tempo.

Il concetto originale era lungo poco più di un metro e utilizzava 3 pulsanti e un potenziometro per controllarlo. Questo si è evoluto in un design più piccolo ma simile che utilizzava un singolo encoder rotativo. Poi è arrivata la stagione delle feste e ho preso in prestito alcuni dei concetti di controllo per le luci festive controllate ATTiny 85. Alla fine abbiamo questo; Un simpatico cubo da 50 mm con un unico controllo sensibile al tocco.

Sarebbe stato facile semplicemente acquistare un controller LED economico da eBay, inserirlo in una scatola e chiamarlo fatto. Tuttavia volevo qualcosa che non richiedesse alcuna configurazione o abbinamento e che mi permettesse di decidere come si comportano i LED. Certo non posso cambiare la luce dalla comodità del mio divano, ma non mi dispiace. Detto questo, penso che la prossima evoluzione potrebbe essere sostituire l'ATTiny 85 con qualcosa come ESP8266, così posso sfruttare il controller wireless ma mantenere anche un controllo manuale.

Per me era davvero importante che la luce fosse attiva ma non distraesse, quindi in modalità bianco un po' di colore viene lentamente visibile in un punto casuale della lampada e poi altrettanto lentamente si spegne di nuovo. Era importante che non attirasse la tua attenzione, ma ogni volta che guardi la lampada sarebbe solo un po' diverso.

Forniture

Il cubo è realizzato con un foglio acrilico opale satinato da 3 mm. Ho barato e l'ho ordinato pre tagliato in quadrati della misura giusta per quello che volevo, ho aggiunto qualche extra all'ordine nel caso avessi commesso un errore (l'ho fatto) I primi pochi che ho fatto ho usato il tensol 12 per legarli insieme. Funziona molto bene ma non è roba carina da usare, ho fatto quello qui usando la resina epossidica gorilla. Il legame non è forte come il tinsol 12, ma dovrebbe essere abbastanza forte senza i fumi davvero sgradevoli.

I LED sono SK6812 sono l'opzione RGBWW (bianco caldo).

Il micro Controller è un ATTiny 85

Il controller touch è un MTCH101

Ci sono alcuni componenti passivi:

• 13X 0603 condensatori 0.1uf
• Resistori 2X 4.7k 0603
• Resistori 2X 10k 0603
• 1X 470 ohm 0603 resistore
• Condensatore 1X 1000uf

Anche se sarebbe possibile farlo su ProtoBoard avere PCB realizzati è economico e qualcosa su cui volevo appoggiarmi.

Vecchio cavo USB da tagliare per un cavo di alimentazione

La colla a caldo viene utilizzata per tenere fermo il PCB nel prodotto finale e del sigillante siliconico consente di incollare il fondo del cubo. Entrambe le colla a caldo sono in silicone sono adatte per attaccare l'acrilico ma nessuna delle due è molto buona. Questo crea un legame abbastanza forte da tenere tutto a posto ma così forte che non può essere strappato in seguito, se necessario.

200 mm di filo di rame smaltato da 0,31 mm. (potresti usare praticamente qualsiasi filo qui purché non sia così grande da creare un'ombra all'interno del cubo)

Il microcontrollore

L'ho detto prima e lo dirò di nuovo. Mi piace molto il micro controller ATTiny 85. Sono economici, facili da usare, facili da programmare e sembrano essere praticamente indistruttibili.

Quindi, ovviamente ne ho usato uno per questo progetto. Il codice che esegue è abbastanza semplice. Un'interruzione è collegata al sensore tattile, quando il pin viene abbassato l'ISR aggiunge 1 a un contatore. Il ciclo principale esegue quindi il ciclo secondario che corrisponde al numero del contatore. In questo modo puoi aggiungere o rimuovere animazioni con poche righe di codice.

Ho questo codice in esecuzione su un ATTiny85 da circa 8 mesi senza problemi.

Passaggio 1: strumenti e materiali di consumo

È possibile saldare tutti i componenti a mano, ma gli SK2612 sono piuttosto sensibili. Ne ho uccisi parecchi prima di trovare un mini forno a Lidl che ho convertito in un forno a rifusione.

Ho usato un router e una punta smussata a 45 gradi per tagliare tutti i bordi dell'acrilico. Potresti saltare questo e avere giunti quadrati sul tuo cubo o stampare qualcosa in 3D.

Altri strumenti utilizzati includono:

• Pistola per colla a caldo
• Saldatore
• Coltello di forma piccola
• Nastro adesivo
• Alcuni strumenti manuali di base. cesoie e piccoli pilers.
• Arduino Uno o simili più breadboard e ponticelli per caricare il codice su ATTiny85
• Seghetto alternativo
• Pasta per saldature
• Saldare
• Multimetro

Passaggio 2: taglio dell'acrilico

È stato difficile trovare un metodo affidabile per tagliare l'angolo di 45 gradi sui bordi dell'acrilico. Penso che impostare una sega da tavolo con l'angolazione corretta sarebbe molto più semplice, ma sfortunatamente ho solo un router, quindi ecco cosa ho fatto.

Ho usato un pezzo di legno di scarto con un bordo dritto fissato al mio banco da lavoro per creare una maschera. Il regolo è molto importante poiché il cuscinetto della punta per smussare scorrerà lungo di esso. Si tratta quindi di incollare un foglio acrilico di scarto attorno al pezzo in cui volevo tagliare l'angolo per tenerlo fermo e creare l'altezza corretta del fondo del router.

Avevo la mia pistola per colla a caldo fuori e calda quando ho fatto questo, quindi ho deciso di usare la colla a caldo per attaccare i pezzi di supporto in posizione. Normalmente avrei usato del nastro biadesivo. Entrambe le opzioni funzionano bene.

È quindi un po 'di tentativi ed errori per impostare il router esattamente all'altezza corretta, troppo alto e lascerà un bordo quadrato sull'acrilico, troppo basso e ci vorrà troppo

Usando un po' di nastro adesivo per mascherare per assicurarti che nulla possa muoversi, lascia che il router giri alla massima velocità e fai scorrere uniformemente il router lungo il bordo dell'acrilico, ruota il pezzo e ripeti fino a quando non hai tagliato tutti e 6 con un bordo di 45 gradi su tutti 4 spigoli (5 pezzi e 3 spigoli se vuoi montare il cubo in qualcosa)

Passaggio 3: creare il cubo

Una volta che tutto l'acrilico è stato tagliato, la formazione del cubo è semplice, ma la dose richiede un po' di attenzione ai dettagli.

Per prima cosa prendi un pezzo di nastro adesivo, con 2 pezzi alle estremità per tenerlo fermo, dritto e stretto. Posizionalo a pochi millimetri di distanza e parallelo a un bordo dritto con il lato adesivo rivolto verso l'alto. Il nastro terrà tutto insieme fino a quando la resina epossidica non si indurisce, quindi ho sovrapposto due pezzi per garantire una pressione uniforme. Ho usato il mio silicone opaco come il mio regolo, ma un righello avrebbe funzionato altrettanto bene o forse meglio.

Quindi, rimuovi la pellicola protettiva dall'acrilico e posiziona uno dei quadrati verso un'estremità del nastro assicurandoti che sia ben posizionato contro il bordo dritto e che l'angolo di 45 gradi sia inclinato verso il basso. Quindi posiziona un secondo quadrato accanto al primo assicurandoti che i bordi si tocchino e che la parte superiore sia aderente al bordo dritto. Ripetere per il terzo e il quarto quadrato.

Quando sei felice che siano tutti seduti ordinatamente, capovolgilo e taglia il nastro su un'estremità in modo che non superi la fine dell'acrilico. Ora dovresti essere in grado di piegare tutto insieme e formare una scatola ordinata. È importante per la finitura finale che la parte superiore della scatola sia il più vicino possibile alla perfezione, una leggera deviazione sul fondo può essere levigata e nascosta in seguito.

Se sei felice che tutto sia a posto come dovrebbe, allora è il momento di sistemarlo a posto. Apri il cubo e distendilo pronto per la tua scelta di adesivo. Ho usato Tinsol 12 in passato. È progettato per incollare l'acrilico e dosare un ottimo lavoro, tuttavia è spiacevole da lavorare e richiede la refrigerazione prima dell'uso. Consiglierei anche di usarlo all'esterno in una giornata ventilata e di lasciare le parti incollate all'esterno o in un capannone per almeno 24 ore.

Una resina epossidica in due parti cristallina funziona bene, è molto più bella e più tollerante con cui lavorare. Hai ancora bisogno di usare un'area ben ventilata per lavorare, ma non ho notato alcun fumo che funzionasse da una finestra aperta. Il suo legame non è forte come Tinsol12 ma, a meno che tu non abbia intenzione di lanciare il tuo cubo, dovrebbe essere abbastanza forte.

Ho mescolato un po' di resina epossidica gorilla su un vecchio cd e ho usato l'estremità d'azione di uno scudiero di bambù per applicare uno strato sottile lungo uno dei bordi di tutti i quadrati dove si sarebbero incontrati. Evita di usarne troppa perché sgorgherà.

Mi dispiace di non aver ricevuto alcuna foto di questa fase poiché è stata impostata abbastanza rapidamente.

Una volta che l'adesivo è a posto, piega i quadrati verso l'alto per formare di nuovo la scatola e usa il pezzo di nastro adesivo sporgente per tenere tutto insieme.

Dopo circa 5 minuti se si sentiva abbastanza forte da rimuovere il nastro. Mi piace rimuovere il nastro il prima possibile nel caso in cui un po' di resina epossidica fuoriesca. Una volta che è completamente incollato, è molto più difficile ottenere il nastro.

Passaggio 4: il sensore tattile

La versione Mk1 del cubo utilizzava un sensore di vibrazione. Funzionava bene, ma non era l'ideale in quanto poteva essere difficile attivarlo solo una volta, soprattutto se lo prendevo per cambiare modalità e poi lo abbassavo di nuovo un po' troppo velocemente. Il design non consente davvero di posizionare un pulsante ovunque, quindi l'unica cosa logica era usare il controllo touch.

L'MTCH101 sembrava il chip perfetto per il lavoro.

Poiché è un sensore capacitivo non è necessario alcun contatto diretto con nulla, quindi ho preso quello che diventerà il coperchio del cubo, rimosso lo strato protettivo dall'interno, quindi ho disposto un filo di rame smaltato da 0,31 mm intorno all'interno forandolo in posizione con nastro adesivo prima di mescolare un po' di Gorilla Epoxy per tenerlo in modo permanente. Assicurati di lasciare abbastanza coda per arrivare al PCB.

Il pin MTCH101 Detect Output è Active-Low, quindi un interruttore tattile tra 5 V e il pad aggiuntivo funzionerebbe anche vicino al pin 7 per cambiare la modalità del cubo

Una volta che la resina epossidica è indurita, la parte superiore del cubo può essere fissata al corpo con un po' più di resina epossidica.

Passaggio 5: PCB e saldatura

Ho sempre immaginato che i PCB fossero qualcosa di riservato a coloro che possiedono una profonda conoscenza dell'elettronica tramandata da molti anni. Si scopre che in realtà è davvero facile ed economico progettare le proprie schede e farle realizzare professionalmente.

Non andrò troppo in profondità nel processo qui in quanto richiede un bel po' di dettagli che altri hanno fatto un lavoro molto migliore di spiegare di quanto potrei. Ma i passaggi fondamentali sono:

Costruisci il tuo circuito su una breadboard per testarlo. Disporre tutti i componenti su uno schema Convertire lo schema in un PCB, posizionare tutti i componenti come si desidera e creare le connessioni. Effettua l'ordine

La parte più difficile del processo è aspettare che arrivino le tue schede.

Ho usato JLCPCB. Il costo totale per 10 tavole era poco meno di £ 10 e ci è voluta poco più di una settimana per arrivare. Non ho niente con cui confrontare la qualità ma sembrano davvero carini.

Volevo avere la possibilità di creare una versione più grande del cubo, quindi ho aggiunto alcuni anelli extra di pad LED al PCB. Posso saldare i LED su uno qualsiasi dei 3 anelli o tagliare quelli per progetti più piccoli. JLCPCB addebita lo stesso prezzo per schede di qualsiasi dimensione fino a 100 mm x 100 mm.

saldatura

È possibile saldare a mano tutti i componenti. I condensatori e i resistori 0603 sono piccoli ma resistenti, quindi con un po' di pratica possono essere eseguiti con facilità. Lo stesso per il chip MTCH101. Il problema che ho avuto sono stati i LED SK2812, sono abbastanza grandi da poter essere saldati a mano ma li ho trovati un po' troppo sensibili al calore. Immagino di averne uccisi almeno 10 prima di decidere di investire in qualcosa progettato per parti SMD.

Non ero sicuro del modo migliore per procedere, quindi la mia decisione è stata presa quando ho trovato un mini forno in vendita da Lidl. Anche se non è il forno perfetto per il riflusso, è abbastanza buono per le mie esigenze e con alcune modifiche per un controllo della temperatura più accurato non uccide i LED.

Anche in questo caso il processo di trasformazione di un tostapane o di un mini forno in un forno a rifusione è un po' oltre lo scopo di questo intrattabile, ma ci sono molte informazioni là fuori se vuoi fare qualcosa di simile.

I ripidi richiesti per il riflusso del PCB sono:

Dare al PCB una rapida pulizia con alcool per rimuovere qualsiasi grasso che potrebbe impedire alla saldatura di aderire correttamente. Applicare pasta saldante ai pad sul PCB e quindi applicare i componenti. Metti la tavola nel forno e falla ribollire.

Una volta che la scheda si è raffreddata, puoi saldare manualmente il supporto del circuito integrato con foro passante e il condensatore di grandi dimensioni.

Questa volta non ho installato il condensatore da 1000 uf poiché la luce verrà utilizzata solo da me e non si accenderà e si spegnerà spesso. Crea anche un'ombra all'interno del cubo mentre i LED fanno le loro cose.

Il condensatore da 1000 uf è lì per salvare i LED e il micro controller da un picco di corrente. Consiglio di installarlo, ma è un po' facoltativo se stai attento a cosa lo colleghi. Per maggiori informazioni su questo argomento consiglio di leggere Adafruit NeoPixel Überguide

learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberg…

Passaggio 6: codice

Carica il codice su AtTiny85.

Ecco un'ottima guida su come farlo!

www.instructables.com/id/Program-an-ATtiny-with-Arduino/

Quindi inserire ATTiny nella presa IC sul PCB

Passaggio 7: mettere tutto insieme

C'è un singolo resistore sul fondo del PCB più le gambe dell'IC e del condensatore sporgono un po'. Ho usato un Dremel per intagliare alcuni recessi nel pezzo inferiore di acrilico in modo che il PCB possa stare piatto.

Mentre il Dremel era fuori, ho anche praticato un piccolo foro sul lato del cubo al centro di circa 6 mm per il cavo di alimentazione e l'ho fatto passare prima di togliere i fili e stagnare. Molti cavi USB hanno linee dati, usa un multimetro per capire quale è se necessario.

Usa una piccola goccia di colla a caldo per tenere premuto il PCB (ho trovato che la colla a caldo fosse un'idea in quanto crea una presa forte ma può essere rimossa se necessario) e saldare i cavi di alimentazione. Ho usato un po' di colla a caldo per un supporto extra.

Il passaggio successivo consiste nel saldare il cavo del sensore al pad del sensore.

Prima di fissare il fondo al cubo è una buona idea fare alcuni test per assicurarsi che tutto funzioni come previsto.

Se tutto funziona come previsto, il passaggio finale consiste nell'incollare il fondo del cubo. Normalmente uso il sigillante siliconico per questo dato che tiene bene ma può essere rimosso se necessario.

Collegati e divertiti

Passaggio 8: altre opzioni e considerazioni finali

Durante il tempo in cui questo si è evoluto, ho trovato alcune varianti. Uno dei quali è una base in legno con un cubo in acrilico sulla parte superiore. L'altro è un telaio in legno con LED sul retro e anche una versione lunga con nastro LED. Attualmente sto anche lavorando su un orologio con un design simile.

Dicono che il senno di poi è sempre il 2020 e ci sono alcune cose che potrei fare diversamente se decidessi di optare per MkIII

Il primo dei quali cambia in 0805 passivi. Gli 0603 vanno bene, ma c'è abbastanza spazio per i componenti più piccoli e più grandi e sono un po' più facili da rielaborare se necessario.

Stavo anche pensando di aggiungere un LED in più per un feedback visivo sullo stato del sensore. L'MTCH101 è in grado di assorbire fino a 20 mA, quindi un led con un resistore di alto valore non sarebbe un problema collegato direttamente al pin 4 del chip.

Penso che aggiungerei anche alcuni pad agli altri anelli del PCB in modo che possano essere utilizzati per altri progetti se tagliati. E anche alcuni pad per l'utilizzo del PCB con strisce o anelli LED esterni.

Spero che ti sia piaciuto questo intrattabile.