Anelli NeoPixel personalizzati da zero!: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Gli anelli NeoPixel, e i NeoPixel in generale, sono tra i componenti elettronici più popolari per i produttori di tutti i tipi. Anche per una buona ragione, con un singolo pin di qualsiasi popolare microcontrollore Adafruit rende estremamente facile aggiungere splendidi LED e animazioni a qualsiasi progetto.

Sfortunatamente sono piuttosto costosi e Adafruit vende solo quattro calibri. Quello che molti produttori non capiscono è che NeoPixel è semplicemente il marchio di Adafruit di alcuni chip LED identici denominati rispettivamente WS2812, WS2811 e SK6812. Tutto ciò che Adafruit fa prende il chip e lo mette su un circuito, addebitando un pesante premio a fianco. Non c'è niente di sbagliato nel fatto che Adafruit faccia questo in quanto rende NeoPixels accessibile a tutti, ma se uno dovesse semplicemente realizzare le schede stesse, si potrebbero creare forme personalizzate di qualsiasi dimensione o disegno per circa il 15% del costo dei modelli di Adafruit (per un 24 Anello LED)($3). Ancora più importante, non possono essere delle dimensioni di cui hai bisogno! Nonostante ciò, non sembra che nessuno abbia creato una guida esattamente per farlo.

Quindi, quando avevo bisogno di un anello composto personalizzato per il mio progetto di lavoro Samus Arm Cannon (in arrivo) ho pensato perché non documentare il processo.

In questo tutorial ti mostrerò esattamente come ho realizzato questo anello personalizzato e come puoi crearne uno tuo.

Passaggio 1: cosa ti servirà:

Sempre necessario indipendentemente dal metodo:

• LED ws2128b (NeoPixel)
• 1uf Caps (1 ogni due LED) (tecnicamente opzionale)
• Pasta per saldature
• Flusso (consigliato ma facoltativo)

Pistola ad aria calda

Se scegli di realizzare la tua tavola in modo professionale, questo è tutto ciò di cui hai bisogno. Se, tuttavia, scegli di produrre la tua scheda utilizzando il metodo di trasferimento del toner, avrai bisogno anche dei seguenti componenti. Personalmente non ho utilizzato il metodo di trasferimento del toner, tuttavia il mio metodo non rientra nell'ambito di questo tutorial. Ho intenzione di pubblicare un tutorial su come realizzo esattamente i PCB, quindi fai attenzione!

Tavola fatta in casa (metodo di trasferimento del toner):

• Pannello rivestito di rame
• Cloruro ferrico
• Carta PCB
• Stampante laser
• Pellicola per maschera per saldatura (opzionale per maschera per saldatura)
• Sorgente UV (opzionale per la maschera di saldatura)
• Trasparenza (opzionale per lo stencil di saldatura)
• Dremel Workstation

. Qui ci sono tutti i miei file, librerie diptrace e modelli.

Per coloro che si chiedono come confrontare il prezzo, lo confronterò con un anello Adafruit 24 LED che costa $ 17 + spedizione. Costo per LED: Adafruit: 17/24 = $ 0,70. Iperione: 7/100= %0.07

Costi aggiuntivi: Adafruit: ($ 4) Spedizione, Hyperion: $ 1 (cartone di rame) + $ 0,50 (cloruro di ferro) (spedizione gratuita)

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

Come puoi vedere è molto più economico, il 15% del costo. Anche se ignori la spedizione, la versione HyperIon arriva a soli $ 3,18, un enorme risparmio sui costi rispetto a $ 17.

Passaggio 2: progettazione PCB prima parte! Posizionamento LED

Il primo passo nella creazione di qualsiasi forma NeoPixel è il posizionamento dei LED. Ho creato un utile piccolo documento excel che puoi usare per qualsiasi disegno tu voglia seguire un raggio.

Basta inserire il numero di LED, la percentuale dell'anello che si desidera coprire e il raggio e genera automaticamente la posizione e le coordinate dell'angolo in cui posizionare i LED. È quindi possibile accedere ai più popolari DipTrace, ExpressPCB o EaglePCB e inserire le coordinate nelle proprietà dei componenti. Ho usato personalmente DipTrace e puoi trovare tutti i miei componenti e librerie nella sezione componenti.

Per questo progetto ho scelto di utilizzare due anelli di raggio 34 e 24 millimetri. Il raggio esterno aveva 20 pixel e il raggio interno ne aveva 6.

*Bonus* Se il programma CAD che stai utilizzando (come DipTrace) non consente il posizionamento di un cerchio dal suo punto centrale, traccia due linee attraverso il diametro del tuo raggio esterno e il tuo raggio interno. Allinea le intersezioni l'una con l'altra e ridefiniscila come origine. Ora hai una tavola perfettamente concentrica!

Passaggio 3: progettazione PCB seconda parte! Instradamento e condensatori

Il prossimo passo nella realizzazione del tuo circuito stampato è effettuare le connessioni tra i tuoi LED. I NeoPixel hanno ciascuno un pad di input dati e un pad di output dati. Per prima cosa crea una lunga catena che inizia con il pixel più vicino a dove prevedi di posizionare i pin dell'interfaccia, passando dal pin di uscita dati di un pixel al pin di ingresso dati del pixel successivo.

Dopodiché dovrai instradare l'alimentazione e la messa a terra. Il metodo più semplice che ho trovato per farlo è usare una combinazione di cerchi e semicerchi, quattro in totale, alternando potenza e terra mentre ti muovi verso l'esterno dall'origine. Ciò semplifica la creazione di una piccola connessione "jumper" rispetto al cablaggio manuale ogni volta che i LED si uniscono, due volte. Le due coppie di cerchi/semicerchi possono poi essere legate insieme nel modo più conveniente. Infine, viene aggiunto un getto di rame. Questo essenzialmente fa sì che tutto lo spazio extra venga riempito da "terra", che ha molteplici vantaggi tra cui la facilità di produzione a casa.

Dovrai anche installare un condensatore di circa 0,1 uf tra l'alimentazione e la terra tra ogni set di due LED. Il produttore ne consiglia uno per LED, tuttavia è probabile che uno su due vada bene e richiedono molto tempo per la saldatura. Questi non sono necessari per la funzionalità del dispositivo, semplicemente migliorano la durata dei LED, quindi possono essere ignorati se necessario.

Passaggio 4: incisione del circuito stampato

Per completare questo passaggio hai due opzioni:

Produzione professionale:

Se non hai mai realizzato un PCB e non sei interessato ad acquisire le competenze per farlo, questo è ciò che consiglierei. Realizzando la tua tavola in modo professionale, la difficoltà di questo progetto va dall'alto intermedio fino al principiante. La tua scheda sarà garantita di alta qualità, verrà fornita con una maschera di saldatura e potrebbe anche venire con uno stencil di saldatura.

PCB fatto in casa:

Questa è l'opzione per coloro che vogliono davvero migliorare le proprie capacità e migliorare le proprie capacità personali. È anche l'opzione per coloro che praticano la prototipazione ad alto ritmo e che stanno davvero riducendo i costi. La capacità di creare i miei PCB è stato uno dei miei maggiori vantaggi nel corso degli anni e lo consiglio vivamente a chiunque sia interessato. Ho sviluppato il mio metodo per realizzare PCB (vedi il mio canale per sapere come farlo) che è un po' al di fuori dello scopo di questo tutorial e richiede attrezzature che la maggior parte dei principianti non può permettersi. Pertanto, consiglio invece il metodo di trasferimento del toner utilizzando un prodotto chiamato PressN'Peel. È abbastanza facile e l'unica attrezzatura di cui avrai bisogno che non necessariamente tutti avranno è una stampante laser economica. Dai un'occhiata al tutorial di clacktronics-uk per maggiori dettagli!

Il processo di base è il seguente:

1. Pulisci la tua scheda cad di rame.
2. Stampa il tuo disegno sul Peel n' Stick utilizzando una stampante laser.
3. Stira il disegno del Peel n' stick sulla tua tavola di rame
4. Metti la tavola in cloruro ferrico fino all'incisione.
5. Pulisci il toner

Maschera per saldatura (opzionale):

Una maschera per saldatura è una copertura che protegge la tua scheda in tutti i luoghi, ma dove la saldatura deve andare. Ciò rende leggermente più facile la saldatura ma, cosa più importante, migliora notevolmente gli asceti della scheda. Se non hai fabbricato la tua scheda, potresti volerne aggiungere una, ma non è strettamente necessario. Personalmente trovo questo processo incredibilmente facile e lo consiglio vivamente. Di nuovo, esaminerò solo il processo di base in modo che tu sappia in cosa ti stai cacciando. Dai un'occhiata al tutorial di cpeniche per maggiori dettagli!

Il processo è il seguente:

1. Stampa il disegno del pad delle tue tavole su un pezzo di trasparenza.
2. Sbucciare e incollare la pellicola della maschera di saldatura sulla tavola incisa.
3. Stirare/laminare la pellicola finché non aderisce bene.
4. Allineare il lucido con il cartone e fissare con nastro adesivo.
5. Esporre la pellicola a una fonte di raggi UV (l'essiccatore per smalto funziona)
6. Pulisci i cuscinetti non esposti
7. Esporre fino a guarigione.

Passaggio 5: stencil per pasta saldante! (OPZIONALE)

Se hai accesso a un laser cutter, considera di fabbricarti uno stencil per pasta saldante. Ti permettono di evitare il noioso sforzo di mettere lentamente una piccola quantità di pasta saldante su ogni singolo pin. Carica semplicemente il disegno del pad nel tuo software di taglio laser e ritaglialo da un pezzo di trasparenza della stampante. Ho anche scoperto che un foglio laminatore funziona altrettanto bene. Funziona incredibilmente bene e produce uno strato spesso esattamente uguale a quello delle versioni professionali. A mio parere sono in realtà di gran lunga superiori in quanto flessibili e trasparenti, il che li rende molto più facili da usare rispetto alle versioni in acciaio inossidabile.

Non sono stato io a inventare questo metodo, ma non ho ancora visto nessuno documentarlo online, cosa che trovo sorprendente.

Passaggio 6: modellatura della tavola

Per portare la tavola nella sua forma finale, dovresti iniziare tagliando il più possibile in sicurezza con un disco da taglio Dremel. Ho usato una postazione di lavoro Dremel in orizzontale con la lama sopra una scatola di cartone come sega da tavolo improvvisata.

Puoi quindi iniziare a perforare il foro centrale. Usa il trapano più grande che hai per il tuo dremel e lentamente "formaggio svizzero" fino a quando non hai ritagliato una sezione abbastanza grande da adattarsi a una punta di macinazione. Puoi quindi usare quella punta di molatura per portare la tavola alla sua forma finale.

Nel modo in cui la scheda si incide, c'è un sottile anello di fibra di vetro attorno al bordo della scheda, proprio prima di macinare fino a quel punto l'ultimo pezzo di rame rimasto verrà rilasciato. Quando l'ultimo pezzo di rame rilascerà non macina più. Facendo affidamento su quel segno ti permette di fare un pezzo molto coerente e circolare (supponendo che tu non abbia rovinato l'incisione come ho fatto io e abbia messo il motivo troppo vicino a un muro). Finisci il diametro esterno allo stesso modo.

Dovresti anche praticare i fori per i dati in, 5v e connessioni di terra. Una piccola punta dremel (0,7 mm) funziona benissimo per questo.

Passaggio 7: saldatura

Secondo me questo è un ottimo progetto per una persona che vuole imparare come entrare nella saldatura a montaggio superficiale. Tutti i componenti importanti sono grandi, resistenti al calore e i cuscinetti sono molto distanziati l'uno dall'altro. In realtà è molto difficile da rovinare ed è un ottimo modo per acquisire sicurezza nella saldatura a montaggio superficiale senza dover smanettare con componenti minuscoli.

Per saldare i tuoi NeoPixel sulla tua scheda devi prima depositare una piccolissima quantità di pasta saldante su ciascun pad usando una siringa o uno stencil. Se hai uno stencil, spargi semplicemente una goccia di pasta saldante attorno allo stencil come un sottile strato di burro sul pane tostato fino a coprire tutti i cuscinetti. Non hai bisogno di quanto pensi, continua a diffondere.

Successivamente dovrai posizionare i tuoi componenti sulla tua scheda. Finché ogni pad tocca il relativo blob di saldatura, sei abbastanza vicino. La pasta saldante ha questa proprietà magica per cui quando diventa fusa tira il componente in posizione quasi ogni volta.

Se sei troppo insicuro riguardo alle tue capacità di saldatura, puoi cambiare i condensatori 0603 in un formato più grande o saltarli del tutto. Aumentano la durata del NeoPixel, ma a meno che non lo usi come fonte di luce, è improbabile che ne vedrai mai uno bruciarsi. Detto questo, ti consiglio vivamente di installarli, semplicemente perché l'abilità è preziosa da avere.

In termini di saldatura, non potrebbe essere più facile. Passa semplicemente circa due minuti a preriscaldare la tua tavola con una pistola ad aria calda, quindi concentrati più pesantemente area per area finché tutto non rifluisce. Puoi dire quando è risalito perché la saldatura diventa brillante e in genere il componente fa un po 'di "oscillazione" in posizione.