ผีเสื้อไฟฟ้า: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

นี่คือผีเสื้อหลากสีสุดเจ๋งที่ฉันทำขึ้น - ต้องใช้ชิ้นส่วนและการเขียนโปรแกรมเพียงเล็กน้อย!

นอกจากตัวผีเสื้อเองแล้ว ยังแสดงเทคนิคเจ๋งๆ บางอย่างที่คุณสามารถสร้าง PCB ของคุณเองบนคัตเตอร์บ้านรูปเงาดำจากเทปทองแดงที่มีจำหน่ายทั่วไป ซึ่งสามารถวางบนพื้นผิวประเภทใดก็ได้!

เห็นได้ชัดว่า สิ่งเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายผ่านแผงวงจรพิมพ์ที่ทำในเชิงพาณิชย์ แต่ถ้าคุณต้องการประหยัดค่าใช้จ่ายในการทำ คุณต้องสร้างลวดลาย LED เหนือวัสดุที่ไม่ได้มาตรฐาน (เช่น กระจกหรือหน้าต่าง ค่อนข้าง มากกว่า PCB ไฟเบอร์กลาส) - หรือแม้แต่บางอย่างที่มีพื้นผิวโค้ง - วิธีนี้สามารถใช้เพื่อยึดรอย PCB ทองแดงลงบนพื้นผิวแทบทุกชนิดในราคาถูก

สิ่งนี้ทำได้ง่ายสำหรับสิ่งต่าง ๆ เช่น LED ที่มีลีดพิตช์ขนาดใหญ่ แต่จะยากขึ้นเมื่อคุณใช้ชิ้นส่วนพิตช์ที่ละเอียดและเล็กกว่า ดังนั้นเทคนิคนี้จึงอาจเลือกใช้อย่างเฉพาะเจาะจง เช่น ใช้บอร์ดแบบถอดได้ (Arduino) เป็นคอมพิวเตอร์ และใช้ทองแดงที่เจียระไนแบบโฮมเมดสำหรับสถานที่ที่คุณต้องการปรับแต่งในการวาง LED แบบสุดขั้ว

ฉันใช้สิ่งต่อไปนี้เพื่อสร้างโครงการนี้:

• เครื่องตัดไวนิล/กระดาษ Silhouette Cameo - สำหรับสร้าง PCB
• Arduino UNO - ใช้เป็นโปรแกรมเมอร์ในวงจร
• เครื่องตัดเลเซอร์สำหรับชิ้นส่วน (ไม้ - อะคริลิค - อะไรก็ได้) (คุณสามารถใช้อย่างอื่นได้หากไม่มีเลเซอร์)

ส่วนที่แท้จริงคือ:

• โปรเซสเซอร์ ATTiny75 ราคา 1 เหรียญ
• 22 NeoPixels - (ไฟ LED สามสีควบคุมแบบอนุกรม)
• ส่วนหัว 2x3
• ฟอยล์ทองแดง

ซอฟต์แวร์ทั้งหมดทำใน Arduino IDE โดยใช้ไลบรารี Adafruit NeoPixel และไลบรารี ATTiny จาก Board Manager

มีสองวิธีพื้นฐานในการเข้าถึงสิ่งนี้:

วิธีง่ายๆ: ฉันมีบอร์ดของตัวเอง (เช่น Arduino) ที่ฉันจะใช้ควบคุมไฟ LED ฉันจะสร้าง PCB สำหรับ LED เท่านั้น - และเชื่อมต่อกับ Arduino ของฉัน

วิธีที่ยากขึ้น (และถูกกว่า): ฉันจะทำทุกอย่างด้วยตัวเอง 100% ฉันไม่ต้องการ Arduino และฉันจะใช้ ATTiny85 $ 1 แทน สิ่งนี้ยากกว่าเพราะการทำภาพศิลป์แบบละเอียดทั้งหมดบนเครื่องตัดไวนิลแบบ Silouette หรือ CriCut นั้นยากกว่า

ขั้นตอนที่ 1: ออกแบบ

ไฟ LED เป็น NeoPixel แต่ละตัว อุปกรณ์เหล่านี้ยอดเยี่ยม สามารถควบคุมแยกกันได้ หลายระดับ (สว่างขึ้น) สว่างมาก อุปกรณ์ RGB LED ซึ่งมี 4 พินเท่านั้น:VccGndData InData Out ดังนั้นแนวคิดก็คือคุณสามารถเชื่อมต่อแบบเดซี่เชนในขณะที่ควบคุมแต่ละสีแดง-เขียว-น้ำเงิน ระดับสีของแต่ละอัน - ทั้งหมดจากพินเดียวบน CPU ของคุณ ยิ่งไปกว่านั้น ไลบรารี Adafruit NeoPixel สำหรับ Arduino ช่วยให้คุณใช้งานได้ในไม่กี่วินาที

หากคุณกำลังละทิ้งการออกแบบบอร์ด CPU ของคุณในการออกแบบนี้ (โดยใช้ Arduino ที่มีจำหน่ายทั่วไป) สิ่งที่คุณต้องมีก็คือรอยเท้าพื้นฐานของ Neopixel (ขอแนะนำให้คุณใส่ฝาปิดบายพาสด้วย) ไฟล์ Footprint.svg ที่แนบมานั้นเป็นสิ่งที่คุณต้องมีในการเริ่มต้น สิ่งนี้จะให้โครงร่างสำหรับฟอยล์ทองแดงสำหรับ NeoPixles และตัวเก็บประจุ คุณสามารถเปิดสิ่งนี้ได้ใน Inkscape เชื่อมต่อหมุด +5v ทั้งหมดและหมุดกราวด์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน - จากนั้นเชื่อมโยงหมุดข้อมูลเข้าและออกทั้งหมดเข้าด้วยกัน

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เปลี่ยนสิ่งนี้เป็นทางแยกที่เหมาะสมซึ่งคุณสามารถใช้กับเครื่องตัด vynal ของคุณได้ดังที่แสดงไว้ด้านบน - และคุณทำเสร็จแล้ว คุณไม่จำเป็นต้องมีโปรแกรมออกแบบ PCB "ของจริง" ด้วยซ้ำ

ไม่จำเป็นจริงๆ สำหรับ NeoPixel ซึ่งหมุดมีขนาดค่อนข้างใหญ่และง่ายต่อการบัดกรี แต่สามารถตัดเลเยอร์ Soldermask แบบง่ายออกจากเทป Kapton ได้ นี่จะดูเหมือนเทปชิ้นใหญ่ที่มีสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ ถูกตัดออกสำหรับแผ่นบัดกรีเพื่อวางทั่วบริเวณทองแดงทั้งหมดของคุณ

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบ CPU

หากคุณมีความทะเยอทะยานมากขึ้น คุณสามารถสร้างสลักสำหรับ CPU ได้ในฟอยล์ทองแดงของคุณ

สิ่งนี้ยากกว่าเนื่องจากพินที่เล็กกว่าบนอุปกรณ์ ATTiny85 และความจำเป็นในการแกะสลักฟอยล์ทองแดงที่มีขนาดเล็กมาก แต่ก็สามารถทำได้ทันที

นี่น่าจะทำได้ดีที่สุดในโปรแกรมออกแบบ PCB "ของจริง" (ฉันใช้ Eagle)

ฉันยังรวมตัวเชื่อมต่อพลังงาน/ดีบักไว้ในการออกแบบของฉันด้วย (และตัวเก็บประจุบายพาสสองสามตัว)

เราจะพูดถึงความยากในการตัดทองแดงในรูปทรงที่มีขนาดเล็กกว่านี้

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างเลเยอร์

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบวงจร

สามารถวางร่องรอยทองแดงลงบนการออกแบบของคุณได้

ในกรณีของฉัน - ฉันใช้ชิ้นไม้ที่ตัดด้วยเลเซอร์ (โครงร่างของไฟล์ SVG ที่แนบมา)

ฉันใช้เทปลอกลายป้ายเพื่อแกะฟอยล์ทองแดงออกจากแผ่นรองแล้ววางลงบนไม้ หากคุณเลือกทำเลเยอร์ Kapton soldermask - ตอนนี้จะถูกถ่ายโอนไปยังไม้เหนือทองแดง

การบัดกรีบนฟอยล์ทองแดงนั้นทำได้ยาก เนื่องจากทองแดงจะยึดติดกับพื้นผิว (ไม้) เท่านั้นโดยใช้กาว ซึ่งไม่ติดแน่นเพราะมีทองแดงเหมือนแผงวงจรทั่วไป ดังนั้น ถ้าคุณไม่ระวัง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้ความร้อนของหัวแร้ง) - คูเปอร์สามารถเลื่อนหรือเลื่อนได้ การใช้หน้ากากประสาน Kapton จะช่วยให้ทองแดงเข้าที่และทำให้ง่ายขึ้นอีกเล็กน้อย

สิ่งสำคัญอีกอย่างที่ควรระวังคือ NeoPixels ได้รับรายงานว่าค่อนข้างไม่ทนต่อความร้อนส่วนเกิน ดังนั้นเมื่อทำการบัดกรี ให้ใช้ฟลักซ์บัดกรีจำนวนมาก (ฉันใช้ปากกาฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาด) ใช้ความร้อนและบัดกรีส่วนใหญ่กับรอยทองแดง และกำจัดความร้อนอย่างรวดเร็วเมื่อบัดกรีไหลเข้าสู่พิน NeoPixel (Soldermask จะช่วยลดปริมาณการบัดกรีที่ต้องการได้ เนื่องจากจะไม่ไหลลงไปยังบริเวณที่ปิดรอย)

ฉันพบว่ามันง่ายที่สุดที่จะใช้จุดเล็กๆ ของ "Tacky Glue" เพื่อติด NeoPixels ให้เข้าที่ก่อนทำการบัดกรี สิ่งนี้ทำให้ชิ้นส่วนเข้าที่ ทำให้การบัดกรีเร็วขึ้นและต้องใช้ความร้อนน้อยลง กาว Tacky ยังยึดติดได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ชิ้นส่วนไม่เลื่อนไปมาในทันทีหลังจากวาง มันตาย (ในปริมาณเล็กน้อย) ให้เป็นแบบเหนียว ซึ่งช่วยให้สามารถถอดชิ้นส่วนออกได้หากต้องการเปลี่ยนหรือทำใหม่

ขั้นตอนที่ 5: การเพิ่ม CPU

หากคุณต้องการสร้างการแกะสลักของคุณเองสำหรับ CPU (และตัวเชื่อมต่อการดีบัก) สิ่งนี้ยากกว่าการทำ LED เล็กน้อย เหตุผลก็คือรูปทรงที่เกี่ยวข้องนั้นเล็กลงและละเอียดกว่า ซึ่งต้องการการตัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นจากเครื่องตัดไวนิลของคุณ

ฉันพบว่าเมื่อตัดเทปฟอยล์ทองแดง กระดาษขี้ผึ้งที่ติดเทปนั้นให้การยึดเกาะค่อนข้างน้อย ซึ่งหมายความว่าเมื่อพยายามใช้รูปทรงที่มีขนาดเล็กกว่า พวกมันมักจะเลื่อนไปมาบนแผ่นรองหลัง

แม้ว่าฉันจะเล่นกับการตั้งค่าการตัดจำนวนมาก แต่วิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดที่ฉันพบคือการใช้วัสดุพิมพ์ที่มีการยึดเกาะที่แข็งแรงกว่า ไวนิลใช้งานได้ดี แต่ใช้งานไม่ได้ง่ายกับเทปถ่ายโอนป้ายเพื่อให้สามารถดึงทองแดงออกจากไวนิลได้ (และวางบนไม้) คุณสามารถทิ้งวงจรไว้บนไวนิลได้ แต่มีแนวโน้มว่าจะละลายเมื่อบัดกรี ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่ประกอบยากกว่า (ฉันใช้ไวนิลเป็นพื้นผิวในการออกแบบที่แตกต่างกันสองสามแบบ)

(ฟิล์มใสหรือตัวป้องกันแผ่นใสก็ใช้งานได้เช่นกัน - และดีกว่าเล็กน้อยเมื่อหนาขึ้น สามารถใช้สำหรับการออกแบบเมื่อคุณต้องการวงจรแบบตั้งอิสระและไม่ต้องการวัสดุพิมพ์ที่มีกาวรองรับ) - แต่อีกครั้ง พวกเขาจะละลายเว้นแต่จะบัดกรี ระวังให้มาก.

ทางออกที่ดีที่สุดที่ฉันพบคือการใช้เทป Kapton เป็นสารตั้งต้น เทป Kapton ทนความร้อนจากการบัดกรีได้เป็นอย่างดี ทำหน้าที่เป็นหน้ากากประสาน และมีกาวสำรอง ข้อเสียอย่างเดียวคือโดยทั่วไปแล้วจะบางมาก มากเสียจนฉันต้องทำงานอย่างหนักเว้นแต่ฉันจะเพิ่มเป็นสองเท่าเพื่อให้หนาและแข็งแรงเป็นสองเท่า

ด้วยความแข็งแรงในการยึดเกาะของทองแดงที่มากกว่า Kapton รายละเอียดปลีกย่อย เช่น ลีดของ CPU สามารถตัดออกได้ เมื่อเสร็จแล้ว ฉันติด Kapton ที่ด้านหลังของแผ่นรองผีเสื้อไม้

ขั้นตอนที่ 6: ซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์ถูกสร้างเป็นภาพร่าง Arduino โดยใช้ไลบรารี Adafruit NeoPixel

ถึงแม้ว่ามันอาจจะดูไร้สาระ แต่ก็มีความคิดมากมายเกี่ยวกับรูปแบบของผีเสื้อ รหัสถูกเขียนขึ้นเพื่อสลับไปมาระหว่างสองโหมดทุกๆ หลายวินาที:

MODE ONE - เช็ดสี - ล้างสีต่างๆ ทีละสี เปลี่ยนสีอย่างรวดเร็ว ในการเลือก "สี" - ฉันใช้อัลกอริทึมในการล้างระหว่าง "ค่า" ของสี - แต่ละค่าถูกส่งผ่านฟังก์ชันการแปลง HSB-to-RGB (โดยที่ความอิ่มตัวและความสว่างจะสูงสุดเสมอ) - เพื่อให้ได้สีที่สดใสสูงสุด

MODE TWO - ดำเนินการโดย:

• มีการสร้าง "รูปแบบ" ของกลุ่มเซ็กเมนต์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า 6 หรือ 8 แบบ รหัสจะสุ่มเลือกหนึ่งในนั้น

• แต่ละรูปแบบจำเป็นต้องเติมส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในสีใดสีหนึ่งจาก 2, 3 หรือ 4 สี แต่ละสีถูกสุ่มเลือกโดยหนึ่งในสองวิธีนี้:

  • เลือกจากหนึ่งใน 6 สีระดับสูงสุด (แดง เขียว น้ำเงิน เหลือง ฯลฯ)
  • เลือกจาก HUE แบบสุ่ม - (ใช้ตัวสร้างเฉดสีเดียวกันในโหมดที่หนึ่ง)
• รูปแบบสีที่ได้นั้นทำงานผ่านฟังก์ชันการเฟด ซึ่งให้การเฟดอย่างราบรื่นจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง และคงไว้ที่นั่นสองสามวินาทีก่อนที่จะดำเนินการต่อไป

ทั้งสองโหมดจะสลับกันทุกๆ 10 หรือ 15 วินาที

ขั้นตอนที่ 7: การเขียนโปรแกรม

ตอนนี้เรามี ATTiny85 ใหม่ล่าสุดบน PCB และเราจำเป็นต้องตั้งโปรแกรม เนื่องจากฉันใช้ Arduino SDK สำหรับสิ่งนี้ เราจึงต้องวางทั้งโปรแกรม ("สเก็ตช์") และ Arduino bootloader ลงในอุปกรณ์

ฉันใช้ Arduino Uno เป็นโปรแกรมเมอร์ในระบบ

แผนภาพที่แนบมาแสดงให้เห็นว่าฉันแนบ Uno เข้ากับวงจร ATTiny85 ของฉันได้อย่างไร อันที่จริง ข้าพเจ้าได้จัดทำข้อกำหนดเพื่อดำเนินการนี้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธีที่แตกต่างกัน:

1. ผ่านส่วนหัวของการดีบักที่ฉันเพิ่มลงในบอร์ด
2. ผ่านจุดทดสอบการดีบักจำนวนมากที่ฉันเพิ่มลงในบอร์ด สามารถใช้โดยยึดหมุดสปริงไว้กับบอร์ดโดยใช้ที่ยึดอะครีลิคตัดด้วยเลเซอร์ซึ่งยึดไว้ในตำแหน่งที่แน่นอน

เพื่อทำสิ่งนี้:

• แนบ Arduino Uno กับคอมพิวเตอร์ของคุณ แล้วเปิด Arduino SDK
• เปิดแบบร่าง "Ardunio as an ISP" รวบรวมและอัปเดตร่างนี้ - ตอนนี้ Uno เป็น ISP
• ใน Arduino "Boards Manager" - ติดตั้งแพ็คเกจบอร์ดสำหรับซีรี่ส์ ATTiny
• ปิดร่าง Uno ISP และเปิดภาพร่างของคุณสำหรับรหัส Butterfly
• เลือก "Board Type" คือ ATTiny85 - เลือก 8Mhz Internal Oscillator
• สำหรับ "โปรแกรมเมอร์" เลือก "Uno เป็น ISP"
• เลือก "Uploads Bootloader" (ทำสิ่งนี้เฉพาะครั้งแรกสำหรับชิปนี้ - ไม่ควรทำซ้ำ)
• หลังจากเสร็จสิ้น - ตอนนี้คุณสามารถทำ "อัปโหลดโปรแกรมด้วย ISP" เพื่อส่งแบบร่างของคุณไปยัง ATTiny85

ขั้นตอนที่ 8: การประกอบขั้นสุดท้าย

ไม้อีกสองส่วนถูกตัดด้วยเลเซอร์ - โครงร่างของปีกผีเสื้อ พวกเขาถูกทาด้วยสีดำด้าน

อะครีลิคชิ้นหนึ่งมีลักษณะเป็น "ฝ้า" โดยการขัดด้วยกระดาษทรายหยาบ ส่วนแต่ละส่วนของพื้นที่ไม้ถูกตัดออกจากอะคริลิกนี้

ส่วนอะคริลิกที่ตัดแล้วถูกวางลงในชิ้นไม้บนสุด พวกเขาสามารถติดกาวได้ แต่ความคลาดเคลื่อนของการตัดอะคริลิกและสีบนไม้ทำให้สามารถเก็บรักษาไว้โดยไม่ต้องใช้กาว

จากนั้นนำส่วนเหล่านี้มาติดกาวร่วมกับจุดเล็กๆ ของกาว Tacky ซึ่งจะทำให้สามารถถอดประกอบได้หากต้องการซ่อมแซม