Lâmpada LED Cube: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Esta lâmpada é um subproduto do projeto de relógio de 172 pixels que criei. Aconteceu quando eu estava testando a cadeia de LEDs. Meu parceiro os viu e gostou de sua aparência. Terminei o relógio e comecei este projeto. Tem sido um projeto bastante lento, outras coisas aconteceram no meio, o que permitiu que ele evoluísse com o tempo.

O conceito original tinha pouco mais de um metro de comprimento e usava 3 botões e um potenciômetro para controlá-lo. Isso evoluiu para um design menor, mas semelhante, que usava um único codificador rotativo. A época festiva então chegou e eu peguei emprestado alguns dos conceitos de controle para as luzes festivas controladas do ATTiny 85. Eventualmente, temos isso; Um cubo bonito de 50 mm com um único controle sensível ao toque.

Teria sido fácil simplesmente comprar um controlador de LED barato no eBay, colocá-lo em uma caixa e concluí-lo. No entanto, eu queria algo que não exigisse configuração ou emparelhamento e que me permitisse decidir como os LEDs se comportavam. Claro, não posso mudar a luz no conforto do meu sofá, mas não me importo. Dito isso, acho que a próxima evolução pode ser trocar o ATTiny 85 por algo como o ESP8266 para que eu possa aproveitar as vantagens do controlador sem fio, mas também manter algum controle manual.

Era muito importante para mim que a luz estivesse ativa, mas não distraindo, então no modo branco um pouco de cor lentamente aparece em um ponto aleatório na lâmpada e então lentamente desaparece novamente. Era importante que não chamasse a sua atenção ao fazê-lo, mas cada vez que você olha para a lâmpada, é um pouco diferente.

Suprimentos

O cubo é feito de folha de acrílico opalino fosco de 3 mm. Eu trapaceei e pedi pré-cortado em quadrados que são do tamanho certo para o que eu queria, eu adicionei alguns extras para o caso de ter cometido um erro (cometi) Os primeiros que fiz usei tensol 12 para uni-los. Funciona muito bem, mas não é legal de usar, fiz o aqui usando epóxi para gorila. O vínculo não é tão forte quanto o tinsol 12, mas deve ser forte o suficiente sem os vapores realmente desagradáveis.

Os LEDs são SK6812, eles são a opção RGBWW (branco quente).

O micro controlador é um ATTiny 85

O controlador de toque é um MTCH101

Existem alguns componentes passivos:

• Capacitores 13X 0603 0.1uf
• 2X resistores de 4,7k 0603
• 2X 10k 0603 resistores
• 1X resistor 0603 de 470 ohms
• 1X capacitor 1000uf

Embora fosse possível fazer isso no ProtoBoard tendo PCBs feitos, é pio e algo que eu queria aprender.

Cabo USB antigo para cortar para um cabo de alimentação

A cola quente é usada para segurar o PCB no produto final e um pouco de selante de silicone permite que você cole a parte inferior do cubo. Ambas as cola quente são de silicone são boas para colar acrílico, mas nenhuma delas é muito boa. Isso cria um vínculo que é forte o suficiente para manter tudo no lugar, mas tão forte que não pode ser separado mais tarde, se necessário.

200mm de fio de cobre esmaltado de 0,31mm. (você pode usar qualquer fio aqui, desde que não seja muito grande a ponto de criar uma sombra dentro do cubo)

O Micro Controlador

Já disse isso antes e direi de novo. Eu realmente gosto do Micro Controlador ATTiny 85. Eles são cheep, fáceis de usar, fáceis de programar e parecem ser virtualmente indestrutíveis.

Então, é claro que usei um para este projeto. O código que ele executa é bastante básico. Uma interrupção é conectada ao sensor de toque. Quando o pino é puxado para baixo, o ISR adiciona 1 a um contador. O loop principal então executa o sub-loop que corresponde ao número do contador. Desta forma, você pode adicionar ou remover animações com apenas algumas linhas de código.

Tive esse código em execução em um ATTiny85 por cerca de 8 meses sem problemas.

Etapa 1: Ferramentas e consumíveis

É possível soldar todos os componentes manualmente, mas os SK2612s são bastante sensíveis. Matei alguns deles antes de encontrar um miniforno em Lidl que converti em um forno de refluxo.

Usei uma tupia e uma broca de chanfro de 45 graus para cortar todas as bordas do acrílico. Você pode pular isso e ter juntas quadradas em seu cubo ou imprimir algo em 3D.

Outras ferramentas utilizadas incluem:

• Pistola de cola quente
• Ferro de solda
• Faca de formato pequeno
• Fita adesiva
• Alguma ferramenta manual básica. recortes e pequenas empilhadeiras.
• Arduino Uno ou similar mais placa de ensaio e fios de jumper para enviar o código para ATTiny85
• Hack Saw
• Pasta de Solda
• Solda

• Multímetro

Etapa 2: corte do acrílico

Foi difícil encontrar um método confiável para cortar o ângulo de 45 graus nas bordas do acrílico. Acho que montar uma serra de mesa com o ângulo correto seria muito mais fácil, mas infelizmente só tenho um roteador então aqui está o que fiz.

Usei um pedaço de madeira com uma borda reta preso à minha bancada de trabalho para fazer um gabarito. A régua é muito importante porque o rolamento da broca de chanfro irá rolar ao longo dela. É então o caso de colar um pedaço de folha de acrílico ao redor da peça em que eu queria cortar o ângulo para mantê-la parada e criar a altura correta da parte inferior da roteador.

Eu estava com minha pistola de cola quente para fora e quente quando fiz este aqui, então decidi usar cola quente para prender as peças de suporte no lugar. Normalmente, eu teria usado fita adesiva dupla-face. Ambas as opções funcionam bem.

É então um pouco de tentativa e erro para colocar o roteador exatamente na altura correta, muito alto e vai deixar uma borda quadrada no acrílico, muito baixo e vai demorar muito

Usando um pouco de fita adesiva para garantir que nada se mova, deixe a tupia girar até a velocidade e passe suavemente a tupia ao longo da borda do acrílico, gire a peça e repita até ter todos os 6 cortes com uma borda de 45 graus em todos 4 arestas (5 peças e 3 arestas se você quiser montar o cubo em algo)

Etapa 3: fazendo o cubo

Uma vez que todo o acrílico é cortado, a formação do cubo é simples, mas requer um pouco de atenção aos detalhes.

1. Pegue um pedaço de fita adesiva, com 2 pedaços nas pontas para segurá-la, reta e firme. Posicione-o a alguns milímetros de distância e paralelo a uma borda reta com o lado adesivo voltado para cima. A fita vai manter tudo junto até que o epóxi endureça, então eu sobrepus duas peças para garantir uma boa pressão uniforme. Usei meu fosco de silicone como minha régua, mas uma régua funcionaria tão bem ou talvez melhor.

Em seguida, remova a película protetora do acrílico e coloque um dos quadrados em direção a uma das extremidades da fita, certificando-se de que esteja perfeitamente encaixado na borda reta e que o ângulo de 45 graus esteja inclinado para baixo. Em seguida, coloque um segundo quadrado ao lado do primeiro certificando-se de que as bordas apenas se tocam e o topo está bem ajustado à borda reta. Repita para o terceiro e quarto quadrado.

Quando você estiver feliz por todos estarem sentados ordenadamente, vire tudo e apare a fita em uma das pontas para que não ultrapasse a ponta do acrílico. Agora você deve ser capaz de dobrar tudo junto e formar uma caixa arrumada. É importante para o acabamento final que a parte superior da caixa esteja o mais perto possível da perfeição, um ligeiro desvio na parte inferior pode ser lixado e escondido posteriormente.

Se você está feliz que tudo está se encaixando como deveria, então é hora de consertá-lo no lugar. Abra o cubo e estique-o pronto para a sua escolha de adesivo. Eu usei o Tinsol 12 no passado. É projetado para colar o acrílico e dosar um ótimo trabalho, porém é desagradável de trabalhar e requer refrigeração antes do uso. Eu também recomendaria usá-lo ao ar livre em um dia de vento e deixar as partes coladas do lado de fora ou em um galpão por pelo menos 24 horas.

Um epóxi cristalino de duas partes funciona muito bem, é muito mais agradável e mais tolerante de se trabalhar. Você ainda precisa usar uma área bem ventilada para trabalhar, mas não notei nenhum vapor saindo de uma janela aberta. Seu vínculo não é tão forte quanto o Tinsol12, mas a menos que você planeje trilhar seu cubo, ele deve ser forte o suficiente.

Misturei um pouco de epóxi para gorila em um CD antigo e usei a ponta de ação de um escudeiro de bambu para aplicar uma camada fina ao longo de uma das bordas de todos os quadrados onde eles se encontrariam. Evite usar muito, pois vai fazer alarde.

Lamento não ter tirado nenhuma foto deste palco, visto que foi definido muito rapidamente.

Assim que o adesivo estiver no lugar, dobre os quadrados para formar a caixa novamente e use o pedaço de fita adesiva saliente para mantê-los todos juntos.

Após cerca de 5 minutos se sentiu forte o suficiente para remover a fita. Gosto de remover a fita o mais rápido possível, no caso de um pouco do epóxi respingado. Uma vez que está completamente colado, é muito mais difícil conseguir a fita.

Etapa 4: o sensor de toque

A versão Mk1 do cubo usava um sensor de vibração. Isso funcionou bem, mas não era o ideal, pois poderia ser complicado ativá-lo apenas uma vez, especialmente se eu o pegasse para alterar o modo e depois o abaixasse um pouco rápido demais. O design realmente não permite que um botão seja colocado em qualquer lugar, então a única coisa lógica era usar o controle de toque.

O MTCH101 parecia o chip perfeito para o trabalho.

Como é um sensor capacitivo, não há necessidade de fazer contato direto com nada, então peguei o que virá a ser a tampa do cubo, removi a camada protetora de dentro, em seguida, coloquei fio de cobre esmaltado de 0,31 mm em volta do interior furando-o no lugar com fita adesiva antes de misturar um pouco de Epóxi Gorila para segurá-la permanentemente. Certifique-se de deixar cauda suficiente para descer até o PCB.

O pino de saída de detecção do MTCH101 é ativo-baixo, de modo que uma chave tátil entre 5V e a almofada extra também funcionaria perto do pino 7 para alterar o modo do cubo

Assim que o epóxi estiver curado, a parte superior do cubo pode ser fixada ao corpo com um pouco mais de epóxi.

Etapa 5: PCB e solda

Eu sempre imaginei que os PCBs fossem algo reservado para aqueles que possuem um profundo conhecimento de eletrônica que foi transmitido ao longo de muitos anos. Acontece que é realmente muito fácil e barato projetar suas próprias pranchas e tê-las feitas profissionalmente.

Não vou me aprofundar muito no processo aqui, pois requer um pouco de detalhes que outros fizeram um trabalho muito melhor explicando do que eu. Mas as etapas básicas são:

Construa seu circuito em uma placa de pão para testá-lo. Faça o layout de todos os componentes em um esquema. Converta o esquema em um PCB, coloque todos os componentes como quiser e crie as conexões. Faça o pedido

A parte mais difícil do processo é aguardar a chegada de suas placas.

Usei o JLCPCB. O custo total de 10 pranchas era um pouco menos de £ 10 e demorou pouco mais de uma semana para chegar. Não tenho nada para comparar com a qualidade, mas eles parecem muito bons.

Eu queria ter a opção de fazer uma versão maior do cubo, então adicionei alguns anéis extras de almofadas de LED ao PCB. Posso soldar LEDs em qualquer um dos 3 anéis ou cortar os de projetos menores. JLCPCB cobra o mesmo preço para placas de qualquer tamanho até 100 mm x 100 mm.

De solda

É possível soldar manualmente todos os componentes. Os capacitores e resistores 0603 são pequenos, mas resistentes, portanto, com um pouco de prática, podem ser feitos com facilidade. O mesmo para o chip MTCH101. O problema que eu tinha eram os LEDs SK2812, eles são grandes o suficiente para serem soldados à mão, mas eu os achei um pouco sensíveis ao calor. Acho que matei pelo menos 10 antes de decidir investir em algo projetado para peças SMD.

Eu não tinha certeza do melhor caminho a seguir, então minha decisão foi tomada quando encontrei um miniforno à venda na Lidl. Embora não seja o forno perfeito para refluir, é bom o suficiente para minhas necessidades e com algumas modificações para um controle de temperatura mais preciso, ele não mata os LEDs.

Novamente, o processo de transformar uma torradeira ou miniforno em um forno de refluxo está um pouco além do escopo deste intratável, mas há muitas informações por aí se você quiser fazer algo semelhante.

As inclinações necessárias para refluir o PCB são:

Limpe rapidamente a placa de circuito impresso com álcool para remover qualquer graxa que possa impedir que a solda grude corretamente. Aplique pasta de solda nas almofadas do PCB e, em seguida, aplique os componentes. Coloque a placa no forno e reflua.

Assim que a placa estiver fria, você pode soldar manualmente no orifício de passagem do suporte do IC e no capacitor grande.

Não instalei o capacitor 1000uf desta vez porque a luz só será usada por mim e não acenderá e apagará com frequência. Ele também cria uma sombra dentro do cubo conforme os LEDS fazem seu trabalho.

O capacitor 1000uf existe para salvar os LEDs e o microcontrolador de um pico de corrente. Eu recomendo instalá-lo, mas é algo opcional se você tomar cuidado com o que você conecta. Para mais informações sobre este assunto, recomendo a leitura do Adafruit NeoPixel Überguide

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

Etapa 6: Código

Faça upload do código para o AtTiny85.

Aqui está um ótimo guia sobre como fazer isso!

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

Em seguida, coloque o ATTiny no soquete IC no PCB

Etapa 7: juntando tudo

Há um único resistor na parte inferior da placa de circuito impresso, mais as pernas do IC e o capacitor um pouco saliente. Usei uma Dremel para esculpir alguns recessos na peça inferior de acrílico para que o PCB possa ficar plano.

Enquanto a Dremel estava fora, também fiz um pequeno orifício na lateral do cubo no centro cerca de 6 mm para cima para o cabo de alimentação e empurrei-o antes de descascar os fios e estanho. Muitos cabos USB possuem linhas de dados, use um multímetro para descobrir qual é qual, se necessário.

Use uma pequena gota de cola quente para segurar a placa de circuito impresso (achei a cola quente uma boa ideia, pois cria uma base forte, mas pode ser removida se necessário) e solde os fios de alimentação nela. Usei um pouco de cola quente como suporte extra.

A próxima etapa é soldar o fio do sensor à almofada do sensor.

Antes de fixar a parte inferior do cubo, é uma boa ideia fazer alguns testes para ter certeza de que tudo está funcionando conforme o esperado.

Se tudo estiver funcionando conforme o esperado, a etapa final é colar a parte inferior do cubo no lugar. Eu normalmente uso selante de silicone para isso, pois mais uma vez ele segura bem, mas pode ser removido se necessário.

Conecte e aproveite

Etapa 8: Outras opções e reflexões finais

Durante o tempo em que isso foi evoluindo, criei algumas variações. Uma delas é uma base de madeira com um cubo de acrílico no topo. A outra é uma moldura de madeira com LEDs na parte traseira e também uma versão longa com fita LED. Eu também estou trabalhando em um relógio usando um design semelhante.

Dizem que a visão posterior é sempre 2020 e há algumas coisas que eu poderia fazer de forma diferente se decidir ir para o MkIII

O primeiro deles está mudando para 0805 passivos. 0603s são bons, mas há espaço suficiente para os componentes maiores e mais leves e são um pouco mais fáceis de retrabalhar, se necessário.

Também estava pensando em adicionar um LED extra para algum feedback visual quanto ao estado do sensor. O MTCH101 é capaz de afundar até 20 mA, então um led com um resistor de alto valor não seria um problema conectado diretamente ao pino 4 do chip.

Eu acho que também adicionaria alguns pads aos outros anéis do PCB para que eles pudessem ser usados em outros projetos se cortados. E também algumas almofadas para usar o PCB com faixas ou anéis de LED externos.

Espero que você tenha gostado deste intratável.