Borboleta Elétrica: 8 Passos (com Imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Esta é uma borboleta multicolorida muito legal que eu fiz - requer o mínimo de peças e programação!

Além da borboleta em si - mostra algumas técnicas muito legais onde você pode fazer seus próprios PCBs em um cortador doméstico de silhueta com fita de cobre disponível comercialmente - que pode ser colocada em qualquer tipo de superfície!

Obviamente - algo como isso poderia ser facilmente criado por meio de uma placa de circuito impresso feita comercialmente - mas se você quiser poupar a despesa de ter uma, você deseja criar padrões de LED sobre um material não padrão (como um espelho ou janela, em vez do que um PCB de fibra de vidro) - ou mesmo algo com uma superfície curva - este método pode ser usado para aderir de forma barata os traços de PCB de cobre em praticamente qualquer tipo de superfície.

Isso é feito facilmente para coisas como LEDs que têm passos de chumbo grandes - mas fica mais difícil à medida que você usa peças com pitches menores e mais finos. Portanto, essa técnica pode ser usada seletivamente - ou seja, use uma placa de prateleira (Arduino) como um computador e as gravações de cobre caseiras para locais onde você deseja extrema personalização na colocação de LEDs.

Usei o seguinte para criar este projeto:

• Um cortador pessoal de vinil / papel Silhouette Cameo - para a criação de PCB
• Arduino UNO - usado como um programador no circuito
• Cortador a laser para peças (madeira - acrílico - qualquer coisa) (você pode usar outra coisa se não tiver laser)

As partes reais são:

• Um processador ATTiny75 de $ 1
• 22 NeoPixels - (LEDs tricolores com controle serial)
• Cabeçalho 2x3
• Folha de cobre

Todo o software foi feito em Arduino IDE - usando as bibliotecas Adafruit NeoPixel e bibliotecas ATTiny do Board Manager.

Existem duas maneiras fundamentais de abordar isso:

Maneira fácil: Tenho minha própria placa (como um Arduino) que irei usar para controlar os LEDs. Vou apenas criar uma placa de circuito impresso para os LEDs - e conectá-la ao meu arduino.

Maneira mais difícil (e barata): Vou fazer tudo 100% sozinho. Não preciso de um Arduino e, em vez disso, usarei um ATTiny85 de $ 1. Isso é mais difícil porque fazer toda a arte em um cortador de vinil Silouette ou CriCut é mais difícil.

Etapa 1: Design

Os LEDs são cada NeoPixels. Estes são dispositivos LED RGB incríveis, controláveis individualmente, de vários níveis (ilumina), muito brilhantes, que têm apenas 4 pinos: VccGndData InData Out. Portanto, a ideia é que você possa conectá-los em cadeia enquanto controla o vermelho-verde-azul individual níveis de cor de cada um - tudo a partir de um único pino em sua CPU. Melhor ainda, a biblioteca Adafruit NeoPixel para Arduino oferece uma maneira pronta para usar em segundos.

Se você está desistindo de projetar sua placa de CPU neste projeto (usando um Arduino pronto para uso), tudo o que você precisa é uma pegada básica do Neopixel (é recomendável incluir uma tampa de bypass também com cada um). O arquivo footprint.svg incluso é basicamente o que você precisa para começar. Isso lhe dará os contornos da folha de cobre para os NeoPixles e os capacitores. Você pode abrir isso diretamente no Inkscape, conectar todos os pinos de + 5v e todos os pinos de aterramento juntos - então encadear todos os pinos de entrada e saída de dados juntos.

Certifique-se de transformar isso em caminhos de corte adequados que você pode usar em seu cortador vynal como eu mostrei acima - e pronto. Você nem mesmo precisa de um programa de design de PCB "real" para fazer isso.

Não é realmente necessário para um NeoPixel, onde os pinos são bastante grandes e fáceis de soldar - mas uma camada de máscara de solda fácil pode ser cortada de um pedaço de fita Kapton. Ele se parecerá com um grande pedaço de fita adesiva com alguns pequenos retângulos recortados para as placas de solda, para ser colocado sobre toda a área de cobre.

Etapa 2: Design da CPU

Se você for mais ambicioso, pode criar as gravações para a própria CPU diretamente em sua folha de cobre.

Isso é mais difícil devido aos pinos menores no dispositivo ATTiny85 e à necessidade de obter gravações de folha de cobre muito pequenas, mas é facilmente realizável.

Isso provavelmente é melhor feito em um programa de design de PCB "real" (eu usei o Eagle).

Também incluí um conector de alimentação / depuração em meu projeto (e alguns capacitores de bypass).

Falaremos mais sobre a dificuldade em cortar o cobre em geometrias tão pequenas.

Etapa 3: Fazendo camadas

Etapa 4: montagem do circuito

Traços de cobre podem ser colocados em seu projeto.

No meu caso - usei um pedaço de madeira cortado a laser (contorno do arquivo SVG incluso).

Usei fita adesiva de transferência para remover a folha de cobre de seu revestimento e coloquei na madeira. Se você escolheu fazer uma camada de máscara de solda Kapton - ela agora seria transferida para a madeira acima do cobre.

Soldar em folha de cobre é um pouco difícil, porque ao contrário de uma placa de circuito normal, o cobre só adere ao substrato (madeira) por meio de seu adesivo, que não adere com tanta força quanto o cobre de uma placa de circuito normal. Assim, se você não tomar cuidado (especialmente sob o calor de um ferro de solda) - o cobre pode deslizar ou se deslocar. Usar uma máscara de solda Kapton ajudará a segurar o cobre um pouco no lugar e tornará isso um pouco mais fácil.

Outra grande coisa a observar é que os NeoPixels foram relatados como sendo um tanto intolerantes ao excesso de calor. Portanto, ao soldar, use bastante fluxo de solda (eu uso uma caneta de fluxo no-clean), aplique a maior parte do calor e da solda ao traço de cobre e remova o calor rapidamente assim que a solda fluir para o pino NeoPixel. (A máscara de solda também ajudará a reduzir a quantidade de solda necessária, pois não fluirá para baixo na área coberta do traço).

Achei mais fácil usar um pequeno ponto de "cola adesiva" para colar os NeoPixels no lugar antes de soldar. Isso manteve as peças no lugar, tornando a soldagem mais rápida e, portanto, exigindo menos calor. A cola adesiva também tem aderência rápida, permitindo que as peças não deslizem, imediatamente após serem colocadas. Ele morre (em pequenas quantidades) com uma consistência pegajosa, que permite que as peças sejam removidas se qualquer tipo de substituição ou retrabalho for necessário.

Etapa 5: Adicionando a CPU

Se você quiser fazer seus próprios etches para a CPU (e conector de depuração), isso é um pouco mais difícil do que fazer os LEDs. O motivo é que as geometrias envolvidas são menores e mais finas, exigindo cortes mais precisos do cortador de vinil.

Descobri que, ao cortar a fita de folha de cobre, o papel ceroso ao qual a fita é colada oferece relativamente pouca aderência. Isso significa que quando geometrias menores são tentadas, elas tendem a deslizar no suporte.

Embora eu tenha brincado com uma infinidade de configurações de corte, a melhor solução que encontrei foi usar um substrato com uma adesão mais forte. O vinil funciona bem, mas não funciona bem com fita de transferência de sinalização para permitir que o cobre seja removido do vinil (e colocado na madeira). Você pode deixar o circuito em vinil, mas ele tende a derreter quando é soldado - então não é impossível, mas é mais difícil de montar. (Usei vinil como substrato em alguns projetos diferentes).

(Protetores de filme ou folha transparentes também funcionam - e são um pouco melhores por serem mais espessos. Eles podem ser usados para designs quando você quiser circuitos independentes e não quiser um substrato com adesivo) - mas, novamente, eles derretem a menos que sejam soldados muito cuidadoso.

A melhor solução que encontrei foi usar a fita Kapton como substrato. A fita Kapton resiste extremamente bem ao calor da solda, age como uma máscara de solda e tem o verso adesivo. A única desvantagem é que normalmente é muito fino. Tanto que eu tive dificuldade em trabalhar com ele, a menos que eu o dobrasse, para torná-lo duas vezes mais grosso e forte.

Com a maior força adesiva do cobre sobre o Kapton, detalhes mais finos, como cabos de CPU, podem ser cortados. Uma vez feito isso, eu grudei o Kapton na parte de trás do suporte de borboleta de madeira.

Etapa 6: Software

O software foi feito como um esboço do Arduino, usando a biblioteca Adafruit NeoPixel.

Embora possa parecer trivial, muitos pensamentos foram direcionados aos padrões da borboleta. O código foi escrito para alternar entre dois modos a cada vários segundos:

MODE ONE - Color wipe - lavagem de cores diferentes, mudando rapidamente de cores. Ao selecionar uma "cor" - usei um algoritmo para limpar entre os "valores" de cor - cada valor sendo enviado por meio de uma função de conversão HSB para RGB (onde a saturação e o brilho eram sempre máximos) - para atingir o brilho máximo das cores.

MODO DOIS - Operado por:

• 6 ou 8 "padrões" de grupos de segmentos pré-determinados diferentes foram criados. O código escolheria um deles aleatoriamente

• Cada padrão exigia o preenchimento de segmentos pré-determinados em uma de 2, 3 ou 4 cores diferentes. Cada cor foi escolhida aleatoriamente por um destes dois métodos:

  • Selecionado entre uma das 6 cores de nível máximo (vermelho, verde, azul, amarelo, etc.).
  • Selecionado de um HUE aleatório - (usando o mesmo gerador de matiz no Modo Um)
• O padrão de cor resultante foi executado através de uma função de esmaecimento, que forneceu um esmaecimento suave de um padrão para o próximo - e o manteve lá por alguns segundos antes de continuar para o próximo.

Os dois modos se alternariam a cada 10 ou 15 segundos.

Etapa 7: Programação

Portanto, agora temos um ATTiny85 totalmente novo em nosso PCB e precisamos programá-lo. Como usei o SDK do Arduino para isso, precisamos colocar o programa ("esboço") e o carregador de inicialização do Arduino no dispositivo.

Eu usei o próprio Arduino Uno como o programador do sistema.

O diagrama anexo mostra como conectei o Uno ao meu circuito ATTiny85. Na verdade, tomei providências para fazer isso de duas maneiras diferentes:

1. por meio de um cabeçalho de depuração que adicionei ao quadro
2. através de um monte de pontos de teste de depuração que adicionei à placa. Eles podem ser usados segurando um monte de pinos de mola na placa por meio de um suporte de acrílico cortado a laser, que os mantém na posição exata.

Para fazer isso:

• Conecte o Arduino Uno ao seu computador e abra o Arduino SDK.
• Abra o sketch embutido "Ardunio as an ISP". Compile e atualize este sketch - agora o Uno é um ISP.
• No Arduino "Boards Manager" - instale o pacote de placas para a série ATTiny.
• Feche o esboço do Uno ISP e abra o esboço do código do Butterfly.
• Selecione "Tipo de placa" em ATTiny85 - selecione Oscilador interno de 8 MHz.
• Para "Programador" selecione "Uno como um ISP"
• Selecione "Uploads Bootloader" (faça isso apenas a PRIMEIRA VEZ para este chip - não deve ser necessário repetir)
• Depois que isso for feito - agora você pode fazer "Upload Program with ISP" para enviar seu esboço para o ATTiny85.

Etapa 8: Montagem final

Mais duas seções de madeira foram cortadas a laser - um contorno das asas de uma borboleta. Eles foram pintados com tinta preta fosca.

Um pedaço de acrílico ficou com uma aparência "fosca" ao ser lixado com uma lixa de grão grosso. As seções individuais da área de madeira foram cortadas desse acrílico.

As seções de acrílico cortadas foram colocadas na parte superior de madeira. Eles poderiam ter sido colados, mas as tolerâncias dos cortes acrílicos e da pintura na madeira permitiram que eles ficassem sem cola.

Essas seções foram então coladas com pequenas manchas de cola adesiva - o que teria permitido que fossem desmontadas caso fossem necessários reparos.