4x4x4 DotStar LED куб айнек PCB боюнча: 10 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Бул долбоордун шыктандыруусу HariFun жана nqtronix сыяктуу башка кичинекей LED кубиктеринен келген. Бул долбоорлордун экөө тең SMD диоддорун колдонуп, чындыгында кичинекей өлчөмдөгү кубду курушат, бирок жеке диоддор зымдар менен туташат. Менин оюм, тескерисинче, диоддун үстүнкү бөлүктөрү үчүн ПХБга орнотуу болчу. Бул ошондой эле светодиоддорду зымдар менен туташтырууда татаал боло турган бирдей аралыкта болгон матрицада тыкан уюштуруу маселесин чечет. ПХБнын ачык көйгөйү - бул тунук эместиги, ошондуктан айрым катмарлар бири -биринин артына катылып калмак. Ушуну эске алуу менен желе аркылуу серептеп жатып, мен тунук айнек ПХБ жасоо боюнча CNLohrдын көрсөтмөсүнө чалындым. Мына ушинтип мен айнек ПКБга орнотулган SMD диоддорунан кичинекей куб жасоо идеясын ойлоп таптым. Бул дүйнөдөгү эң кичинекей LED кубу болбосо да (бул аталыш дагы деле nqtronixке таандык), менимче, айнек ПКБлар буга чейин бар болгон LED кубдорунун көп түрдүүлүгүнө жакшы жаңы тийүү кошот.

1 -кадам: Билл материалдар

LED кубу төмөндө көрсөтүлгөндөй бир нече материалдардан турат

• микроскоптун слайддары (25,4 x 76,2 x 1 мм), мис. amazon.de
• жез лента (0,035 х 30 мм), мис. ebay.de
• DotStar Micro LED (APA102-2020), мис. adafruit же aliexpress
• PCB тактасынын прототиби (50 x 70 мм), мис. amazon.de
• arduino нано, мис. amazon.de
• ПХБ аралыгы, мис. amazon.de же aliexpress

Микроскоптун слайддары ПХБ үчүн субстрат болуп кызмат кылат. Мен аларды 25.4 x 25.4 мм өлчөмүндөгү чарчы бөлүктөргө бөлүүнү чечтим. Жез фольга 1 миль (0,025 мм), адатта, ПХБ үчүн стандарттуу, ал эми 0.035 мм жоондугу жакшы иштейт. Албетте жез тасманын туурасы айнек субстратты жабуу үчүн 25,4 ммден чоң болушу керек. Мен DotStar диоддорун 2020 -жылы кичирээк пакетте колдонууну чечтим. Бул светодиоддордо бирдиктүү маалымат линиясы менен бардык светодиоддорду чечүүгө мүмкүндүк берүүчү контроллер бар, б.а. нөөмөт реестрине же чарлеплекстин кереги жок. Кыязы, DotStar светодиоддорунун эки башка түрү бар (жогоруну караңыз). Мен иштеп чыккан ПХБ макети сол жакта көрсөтүлгөн. Куб үчүн 64 светодиод керек болот, мен 100 даанага запастык бөлүктөрдү алууну буйрудум, аларды келечектеги долбоорлор үчүн да колдонсо болот. Баары PCB прототибине орнотулат, ал чоң болушу керек, ошондуктан ага arduino наносу туура келет. Мен 50 х 70 мм эки тараптуу тактайдан кичинекей кесимди кесип алдым (бир жактуу да иштейт). PCB аралыгы база үчүн постаменттер катары кызмат кылат. ПКБнын прототипине туташуу үчүн сизге жука зымдар жана тестирлөө үчүн кээ бир "Дюпон кабелдери" керек болот.

Кубду жасоо үчүн төмөнкү химиялык заттар дагы керек болот

• темир хлоридинин эритмеси
• ацетон
• эпокси клей, мис. Норландия NO81 же NO61
• ширетүүчү паста
• агым
• жалпы максаттагы клей, мис. UHU Hart

Жезди айнек субстраттан тазалоо үчүн мен жергиликтүү электроника дүкөнүнөн темир хлоридинин 40% эритмесин алдым. Мен темир хлоридин колдондум, анткени ал арзан жана оңой жеткиликтүү, бирок кээ бир терс жактары бар жана натрий персульфаты сыяктуу башка этанттарды да эске алуу керек. Бул жерде ар кандай этчанттар жана алардын өйдө-төмөн жактары жөнүндө жалпы маалымат бар. Мен ПХДдерди тонерди өткөрүп берүү ыкмасын колдонуп жасадым жана ацетон менен тонерди оюп алгандан кийин алып салдым. Жез фольганы айнек субстратка жабыштыруу үчүн температурага туруштук бере ала турган тунук эпоксидүү желимди алуу керек (анткени ширетилгендиктен) жана идеалдуу түрдө ацетонго да туруштук берет. Мен, айрыкча, экинчисин табуу кыйын экенин байкадым, бирок көпчүлүк эпоксиддер ацетонго жумшак каршылык көрсөтүшөт, бул биздин максат үчүн жетиштүү, анткени биз анын үстүн гана сүртүшүбүз керек. Мен UV сатуучу epoxy Norland NO81ди колдонууну чечтим, негизинен мен буюмдарды саткан компанияда иштейм. Акырында мен супер бактылуу болгон жокмун, анткени эпоксид айнектин субстратына жакшы жабышпаган, бирок ал металлды айнекке жабыштыруу үчүн атайын жасалган. Үйрөткүчүндө CNLohr бул эпоксиден пайдаланат, аны сиз башкача карап көргүңүз келиши мүмкүн. Жарык диоддорун ПХБга ширетүү үчүн сизге ширетүүчү паста керек болот, мен диоддорго жана эпоксидге стрессти азайтуу үчүн эрүү температурасы төмөн бирөөнү сунуштайм. Сиз ошондой эле ширетүүчү көпүрөлөрдү оңдоо үчүн бир аз флюс алышыңыз керек. Акыр -аягы, биз айнек ПХБларын базага жабыштыруу үчүн бир аз клей керек болот. Мен UHU Hart жалпы максаттагы клейди колдондум, бирок жакшы варианттар болушу мүмкүн.

Мындан тышкары, бул курулуш үчүн сизге төмөнкү инструменттер керек болот.

• лазердик принтер
• ламинатор
• айнек кескич
• ысык абада ширетүүчү станция
• кичинекей учу бар ширетүүчү темир

Лазердик принтер тонерди которуу ыкмасы үчүн керек, бул жерде сиядуу принтер иштебейт. Мен тонерди жезге өткөрүү үчүн ламинатор колдондум. Муну үтүктүн жардамы менен да жасоого болот, бирок мен ламинатордун жакшы натыйжаларды берерин таптым. Ысык аба менен ширетүүчү станция SMD диоддорун ширетүү үчүн арналган, муну ысык табак же рефлюкс меши менен жасоо да мүмкүн (жана, балким, ыңгайлуураак), бирок кайра иштетүү үчүн дагы эле ысык аба менен ширетүүчү станция керек болушу мүмкүн. Мындан тышкары, кичинекей учу бар ширетүүчү темир көпүрөлөрдү бекитүү жана базалык ПХБга туташуу үчүн сунушталат. Ошондой эле микроскоптун слайддарын төрт бурчтуу кылып кесүү үчүн айнек кескич керек болот.

2 -кадам: PCB макетин басып чыгаруу

DotStar LED'лери 4 бирдей ПХБга орнотулат, алардын ар бири 4х4 LED диапазонун камтыйт. Мен Eagle менен ПХБнын макетин түзүп, аны pdf файлына экспорттодум. Андан кийин мен макетти чагылдырып, бир баракта бир нечесин жайгаштырдым жана андан кийин аларды кесүү үчүн кээ бир белгилерди коштум. Бул pdf файлды төмөндө жүктөп алсаңыз болот. Тактайдын түзүлүшүнө кандайдыр бир өзгөртүүлөрдү киргизгиңиз келсе, мен Eagle файлдарын тиркеп койдум. Мындан тышкары, мен ошол эле жез фольгадан оюп салууга боло турган ширетүүчү трафареттин макетин түздүм. Трафарет милдеттүү эмес, бирок ал ПХБга паста пастасын жайылтууну жеңилдетет. Жогоруда айтылгандай, макетти лазердик принтер менен басып чыгаруу керек. Сиз кадимки кагазды колдоно албайсыз, бирок анын ордуна кандайдыр бир жалтырак кагазды колдонушуңуз керек. Тонердин атайын кагазы бар (мисалы, бул жерден караңыз), бирок көптөгөн адамдар журналды кагаздан пайдаланышат (мис. IKEA каталогу). Тонер кагазынын артыкчылыгы - кагазды жезден өткөрүп алгандан кийин аны алып салуу оңой. Мен бул тонерди которуу кагазын жана журналдын кээ бир барактарын сынап көрдүм жана журнал беттери андан да жакшы иштегенин байкадым. Менин тонерди которуу кагазымдагы көйгөй, бул тонер кээде мурда сүрүлүп кетчү, ж. жеке макеттерди кесип жатканда мен башка брендди колдонууну сунуштайм. CNLohr тарабынан буга чейин айтылган окуу куралында ал жакшыраак иштеши мүмкүн болгон бул брендди колдонот. ПХБнын макеттерин басып чыгаргандан кийин, трафаретти так бычак менен кесип салыңыз. Негизи сизге төрт гана PCB макети жана бир трафарет керек, бирок, албетте, бардык которуулардын иштеши күмөн болгончо, эң аз дегенде эки эсе көп болушу пайдалуу.

3 -кадам: Айнекке жез каптоо

Адегенде микроскоптун слайддарын айнек кескичтин жардамы менен төрт бурчтуу бөлүктөргө бөлүшүңүз керек. Ыңгайлуу түрдө youtubeтан дээрлик бардык нерсеге үйрөткүч таба аласыз. "Микроскоптун слайддарын кесүү" издеп, мен анын кантип жасалганын көрсөткөн бул окуу куралын таптым. Мунун жакшы иштеши бир аз татаал жана мен микроскоптун көптөгөн слайддарын текке кетирдим, бирок эгер сен мен сыяктуу 100 даанага заказ берсең, анда сенде жетишерлик жол болушу керек. Дагы, мен керек болсо жолдон кеминде эки эсе көп субстрат (болжол менен 8-10) жасоону сунуштайм, анткени жолдо кээ бир каталарды кетиресиз. Андан кийин жез лентаны төрт бурчтуу айнек субстраттан бир аз чоңураак бөлүктөргө бөлүңүз. Субстратты да, жез фольганы да спирт же ацетон менен тазалап, анан бири -бирине жабыштырыңыз. Клейдин ичинде аба көбүктөрү камалып калбаганын текшериңиз. Жогоруда айтылгандай, мен Норланд NO81ди колдонуп жүрдүм, бул айнек менен металлды бириктирүү үчүн сунушталган, УКтан тез тазалоочу клей. Мен ошондой эле CNLohrдун көрсөтмөлөрүн аткардым жана жез фольгасынын бир жагын катуулатып, айнекке жакшыраак жабыштырдым. Артка кылчайганда, мен муну оройлуксуз кылмакмын, анткени бул ПХБ аркылуу жарыктын таралышын бир аз жайылткан жана мен алардын ачык -айкын болушун каалайт элем. Мындан тышкары, мен клейдин айнекке канчалык жакшы жабышып калганына абдан ыраазы болгон жокмун жана кээде четтери сыйрылып кетет. Бул туура эмес кургатууданбы же клейдин өзүнө байланыштуубу, билбейм. Келечекте мен башка бренддерди сөзсүз сынап көрөм. Айыктыруу үчүн мен банкнотторду текшерүү үчүн UV чырагын колдондум, ал эмиссия чокусуна туура толкун узундугуна (365 нм) ээ болгон. Мен айыккандан кийин такталган бычак менен бири -бирин каптап турган жезди кесип алдым. Трафарет үчүн мен жез фольгасынын кошумча бөлүктөрүн субстратка жабыштырбай кесип алдым.

4 -кадам: PCB макетин өткөрүп берүү

Эми лазердик басуудан алынган тонер жезге өткөрүлүп берилиши керек, ал жылуулук жана басым аркылуу жасалат. Башында мен муну үтүк менен сынап көрдүм, кийинчерээк ламинаторду колдондум. Жогорудагы сүрөттө PCB макетинин мурунку версиясы менен эки техниканын салыштырылышы көрсөтүлгөн. Көрүнүп тургандай, ламинатор бир топ жакшы натыйжаларды берди. Көпчүлүк адамдар жогорку температурага чейин жылытыла турган модификацияланган ламинаторду колдонушат. Үйрөткүчүндө CNLohr алгач ламинаторду колдонот, андан кийин аны үтүк менен ысытат. Мен жөн эле жакшы иштеген ламинаторду жана темирди колдонгон жокмун. Которуу үчүн мен лазер изин жездин бетине каратып коюп, кичинекей жабышчаак тасма менен бекиттим. Андан кийин мен аны кичинекей кагазга бүктөп, 8-10 жолу ламинатор аркылуу чуркадым, ал эми ар бир жүгүрүүдөн кийин аны оодарып салдым. Андан кийин мен лазердик изи бар субстратты бир идишке салып, бир нече мүнөткө чылап койдум, анан кагазды кылдаттык менен сыйрып алдым. Эгерде сиз тонер өткөрүп берүүчү кагазды колдонсоңуз, анда кагаз, адатта, эч кандай калдык калтырбастан оңой эле чыгып кетет. Журналдын кагазы үчүн баш бармагым менен калган кагаздын бир бөлүгүн акырын сүртүүгө туура келди. Эгерде которуу натыйжа бербесе, анда тонерди жезден ацетон менен алып салып, кайра аракет кылсаңыз болот. Солярдык трафареттин макети ушундай жол менен жылаңач жез фольгага өткөрүлүп берилген.

5 -кадам: Жезди кесүү

Эми жезди кыркуу мезгили келди. Бул процессте жез тонер менен корголгон аймактарды кошпогондо, субстраттан чыгарылат. Жез фольгасынын арткы бетин трафареттин макети менен коргоо үчүн, аны туруктуу маркер менен боёп койсоңуз болот. Айта кетчү нерсе, темир хлориди сыяктуу эфир менен иштөөдө, албетте, кээ бир коргоочу чараларды көрүшүңүз керек. Темир хлориди териңиз аркылуу күйбөсө да, жок дегенде жагымсыз сары-күрөң тактарды пайда кылат, андыктан кол каптар сунушталат. Ошондой эле, балким, кислотанын көзүңүзгө зыяндуу экенине таң калбайсыз, андыктан коргоочу көз айнек тагыңыз. Мен түшүнгөндөй, чийүү учурунда эч кандай газ өндүрүлбөйт, бирок сиз муну жакшы желдетилген жерде кылгыңыз келиши мүмкүн, анткени таза аба сиз үчүн ар дайым жакшы;-) Темир хлоридинин эритмесин кичинекей идишке толтуруңуз (сиз коргой аласыз) Сиздин жумуш мейкиндигиңиз кокусунан төгүлүп калгандан кийин, аны чоңураак идишке салыңыз). ПХБларды салып жатканда, мен дагы CNLohr көрсөтмөлөрүн аткардым жана субстраттарды үстүңкү бетине ылдый каратып, үстүндө калкып турушу үчүн. Бул абдан ыңгайлуу, анткени сиз оюп бүткөндөн кийин так билесиз, аны күрөң эритмеден көрө албайсыз, ал чегүү учурунда дагы караңгы болуп калат. Мындан тышкары, ал кээ бир конвекцияны субстраттан ылдый карай кармап турат. Мен үчүн бычуу процесси 20 мүнөткө созулду. Керексиз жез чегилип бүткөндөн кийин ПХБны суу менен чайкап, кургатыңыз. Сизде кээ бир тунук айнек ПКБлар болушу керек. Акыркы нерсе - тонерди жез издеринен ацетон менен алып салуу. Ацетон да клейге кол салат, аны менен акырын сүртүңүз. Сураныч, айлана -чөйрөгө зыяндуу болгондуктан, колдонулган темир хлоридин агын сууга ыргытпаңыз (жана, балким, түтүктөрүңүздү да дат басат). Баарын идишке чогултуп, туура таштаңыз.

6 -кадам: Светодиоддорду ширетүү

Сиздин жабдууларыңызга жана SMD ширетүү жөндөмүңүзгө жараша кийинки бөлүгү көп убакытты талап кылышы мүмкүн. Биринчиден, LED диоддору туташтырыла турган ПКБнын төшөмөлөрүнө ширетүүчү паста алышыңыз керек. Эгерде сиз ширеткен трафаретти оюп алсаңыз, аны ПХБга жабышчаак лента менен бекитип, анан пастаны берешендик менен жайып коюңуз. Же болбосо, тиш чукугучту колдонуп, ар бир жаздыкка кичине өлчөмдөгү ширетүүчү пастаны коюңуз. Андан кийин, кадимки нерсе, LED ди коюп, анан баарын мешке (= көптөгөн электрондук хобби үчүн тостер меши) же ысык табакка салуу. Бирок, мен бул жалпысынан кээ бир ширетүүчү көпүрөлөрдү пайда кыларын байкадым, анткени аларды алып салуу өтө кыйын, анткени сиз LEDдин астындагы төшөктөргө кире албайсыз. Ушул себептен, мен адегенде ысык аба бекетим менен ээриттим, андан кийин ашыкча ширетүүнү кетирүү үчүн флюс жана десольдинг өрүмдү колдонуп, бардык ширетүүчү көпүрөлөрдү ширетүүчү темир менен бекиттим. Анан мен диоддорду биринин артынан бири ысык аба менен ширеттим. Албетте, ылдамыраак ыкма ысык табак же мешти колдонуу болмок, бирок менин методумдун артыкчылыгы - ар бир кадамдан кийин ПХБны текшерип көрсөңүз болот. Ошондой эле мен үчүн ширетүү дээрлик медитацияга ээ;-). Светодиоддорду жогорудагы схемада көрсөтүлгөндөй туура багытта ширетүүгө кам көрүңүз. Тестирлөө үчүн мен adafruit DotStar китепканасынын "эң татаал" мисалын колдондум жана жогоруда көрсөтүлгөндөй SDI, CKI жана GND зымдарын туташтырдым. Көрүнүп тургандай, VCC туташуусу светодиодду күйгүзүү үчүн керек эмес, бирок мен биринчи LEDдын кызыл жана көк түсү дайыма бир убакта күйүп турганын байкадым. Бул VCC туташтырылганда андай болгон эмес, бирок колдордун кадимки өлчөмү бар болсо, бардык зымдарды туташтыруу кыйын;-).

7 -кадам: Негизги ПХБны даярдаңыз

Бардык айнек ПКБларды LED менен кошо бүтүргөндөн кийин, алар орнотула турган астыңкы ПХБны даярдоонун убактысы келди. Мен 18x19 өлчөмүндөгү бир кесимди PCB прототибинен тешиктер аркылуу кесип алдым, ал бардык компоненттерди орнотуу жана бардык керектүү байланыштарды орнотуу үчүн жетиштүү орунду камсыз кылат, ошондой эле PCB аралыгы тиркеле турган четинде төрт тешик бар. Ардуино нанонун ордуна arduino микро колдонуп, диаметри кичине болгон аралыкты тандоо менен ПХБны дагы кичирейтүүгө болот. ПХБнын схемасы жогоруда көрсөтүлгөн. Адегенде сиз ардуино үчүн казыктарды ардуиного тиркебестен ПХБга туташтырышыңыз керек, анткени кээ бир зымдар ардуинодон ылдый түшүшү керек (албетте мен муну биринчи жолу туура эмес кылганмын). Ошондой эле, казыктардын узун тарабы ПХБ үчүн караганын текшериңиз (б.а. arduino узун жагына тиркелет). Андан кийин схемада көрсөтүлгөндөй туташуу үчүн кээ бир жука зымдарды колдонуңуз. Бардык зымдар ПХБнын ылдый жагында иштеп жатат, бирок үстүндө ширетилген. Ардуино казыктары менен VCC, GND, SDI жана CKI үчүн туташуу үчүн төрт ширетүүчү көпүрөнү түзүшүңүз керек экенин эске алыңыз. VCC arduino 5 V pin, GNDден GNDга, SDIден D10го жана CKIден D9га туташат. Электр өткөргүчтөрү мен ойлогондон бир аз баш аламан болуп чыкты.

8 -кадам: Айнек ПКБларды тиркеңиз

Акыры сиз монтаждын акыркы кадамын жасай аласыз, б.а. айнек субстраттарды базага бекитүү. Мен ардуиного жакыныраак базанын капталында жайгашкан алдыңкы катмардан баштадым. Ушинтип ар бир катмарды орноткондон кийин текшере аласыз, анткени сигнал алдыдан артка өтөт. Бирок, ширетүүчү аянтчалар маңдайга карагандыктан, башка катмарлардын ширетилишин бир аз татаалдаштырат, анткени сиз алардын ортосуна ширетүүчү темириңиз менен жетишиңиз керек. ПХБ тиркөө үчүн, мен кичинекей өлчөмдөгү желимди (UHU Hart) айнек ПХБнын астыңкы четине (прокаттар жайгашкан жерге) сүйкөдүм, анан аны базага бекем басып, жакшы жабышып калганга чейин күттүм. Андан кийин, мен ПХБнын арт жагындагы түбүнө дагы бир клей коштум (ширетүүчү аянтчалардын карама -каршы). Чынын айтсам, мен жыйынтыкка 100% ыраазы эмесмин, анткени ПКБларды так тигине орното алган жокмун. Катмарлар вертикалдуу бойдон калуусу үчүн, желим толугу менен кургатылганга чейин, кандайдыр бир джигер жасоо жакшыраак болушу мүмкүн. Ар бир катмарды орноткондон кийин, мен төмөнкү ПКБдагы тиешелүү ширетүү пункттарына туташуу үчүн, астындагы алты подкладка көп өлчөмдөгү ширетүүчү паста колдонуу менен ширетүүчү байланыштарды жасадым. Мен ширетүү үчүн ысык абаны эмес, кадимки ширетүүчү темиримди колдондум. Белгилей кетүүчү нерсе, акыркы катмар үчүн төрт гана подкладка туташтыруу керек. Ар бир катмарды орноткондон кийин мен кубаны "strandtest" мисал коду менен сынап көрдүм. Көрсө, мен ар бир катмарды алдын ала сынап көрсөм да, кээ бир начар байланыштар бар экен, экөөнү кайра сатууга туура келди. Бул өзгөчө кыжырды келтирди, анткени алардын бири экинчи кабатта жайгашкан жана мен ысык мылтыгым менен алардын ортосуна жетүүгө туура келди. Баарын иштеткенден кийин, курулуш бүтөт. Куттуктайм!

9 -кадам: Кодду жүктөө

Мен жөн эле мисалдын эскизин жасадым, ал жогоруда видеодо көрсөтүлгөн. Код FastLED китепканасын колдонот жана DemoReel100 мисалына негизделген. Мага бул китепкана абдан жагат, анткени ал андагы анимацияларды түзүүнү жеңилдеткен түсү жана жарыктыгынын функцияларын камсыздайт. Идея - бул дагы анимацияларды жасоо жана кодуңузду комментарийлер бөлүмүндө бөлүшүү. Мисалдын эскизинде мен жалпы жарыкты эки себептен улам бир аз төмөн кылып койдум. Биринчиден, толук жарыктыкта Светодиоддор тажатма жарык. Экинчиден, бардык 64 светодиоддор толук жарыктыктагы 5 V pin коопсуз булакка (200 мА) ээ болгондон алда канча көп токту тарта алышат.

10 -кадам: Outlook

Бул булидде жакшыртылышы мүмкүн болгон бир нече нерселер бар, алардын көбү мен буга чейин айтканмын. Мен өзгөрткүм келген негизги нерсе - бул база үчүн профессионалдуу ПХБ жасоо. Бул базаны кичирейтүүгө жана кооз көрүнүүгө мүмкүндүк берет, ошондой эле бардыгын кол менен өткөрүүнүн тажатма процессинен сактайт. Мен ошондой эле айнек ПХБ дизайны бүт кубду андан ары миниатюризациялоого мүмкүндүк берет деп ишенем. Дүйнөдөгү эң кичинекей LED кубуна үйрөткөн nqtronix, ал башында дүйнөнүн эң кичине RGB LED диаметри 0404 менен колдонууну пландап жатканын, бирок аларга зымдарды ширете албаганын жазат. Айнек ПКБларды колдонуу менен чынында эле дүйнөдөгү эң кичинекей LED кубуна барууга болот. Бул учурда мен, кыязы, nqtronix тарабынан кубга окшош болгон нерселердин баарын эпоксидик чайырга салмакмын.