Anéis NeoPixel personalizados do zero !: 8 etapas (com imagens)

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

Os anéis NeoPixel, e NeoPixels em geral, estão entre os componentes eletrônicos mais populares para fabricantes de todos os tipos. Por uma boa razão também, com um único pino de qualquer microcontrolador popular, o Adafruit torna extremamente fácil adicionar LEDs e animações lindos a qualquer projeto.

Infelizmente, eles são bastante caros e a Adafruit vende apenas quatro tamanhos. O que muitos fabricantes não percebem é que o NeoPixel é simplesmente a marca da Adafruit de alguns chips de LED idênticos chamados WS2812, WS2811 e SK6812, respectivamente. Tudo o que o Adafruit faz é pegar o chip e colocá-lo em uma placa de circuito, cobrando um prêmio pesado ao lado. Não há nada de errado em Adafruit fazer isso, pois torna os NeoPixels acessíveis a todos, mas se alguém fosse simplesmente fazer as próprias placas, poderia fazer formas personalizadas de qualquer tamanho ou design por cerca de 15% do custo dos modelos da Adafruit (por 24 Anel LED) ($ 3). Mais importante, eles não podem ter o tamanho que você precisa! Apesar disso, parece que ninguém criou um guia exatamente para fazer isso.

Então, quando precisei de um anel composto personalizado para meu projeto de trabalho do Samus Arm Cannon (em breve), descobri por que não documentar o processo.

Neste tutorial, vou mostrar exatamente como fiz esse anel personalizado e como você pode fazer o seu próprio.

Etapa 1: O que você precisa:

Sempre necessário independentemente do método:

• LEDs ws2128b (NeoPixels)
• 1uf Caps (1 para cada dois LEDs) (tecnicamente opcional)
• Pasta de Solda
• Fluxo (recomendado, mas opcional)

Pistola de ar quente

Se você decidir que sua prancha seja fabricada profissionalmente, isso é tudo de que você precisa. Se, no entanto, você optar por fabricar sua placa usando o método de transferência de toner, você também precisará dos seguintes componentes. Eu pessoalmente não usei o método de transferência de toner, porém meu método está fora do escopo deste tutorial. Eu pretendo postar um tutorial de como exatamente eu faço PCBs, então fique atento a isso!

Tábua caseira (método de transferência de toner):

• Placa Revestida de Cobre
• Cloreto férrico
• Papel PCB
• Impressora a laser
• Filme de máscara de solda (opcional para máscara de solda)
• Fonte UV (opcional para máscara de solda)
• Transparência (opcional para estêncil de solda)
• Estação de trabalho Dremel

. Aqui estão todos os meus arquivos, bibliotecas diptrace e modelos.

Para aqueles que estão se perguntando como o preço se compara, podemos compará-lo a um anel de LED Adafruit 24, que custa US $ 17 + frete. Custo por LED: Adafruit: 17/24 = US $ 0,70. HiperIon: 7/100 =% 0,07

Custos adicionais: Adafruit: ($ 4) Frete, Hyperion: $ 1 (placa de cobre) + $ 0,50 (cloreto férrico) (frete grátis)

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

Como você pode ver, é bem mais barato, 15% do custo. Mesmo se você ignorar o envio, a versão HyperIon sai por apenas US $ 3,18, uma enorme economia de custos em comparação com US $ 17.

Etapa 2: Parte um do design do PCB! Colocação de LED

A primeira etapa na criação de qualquer formato NeoPixel é a colocação dos LEDs. Eu criei um pequeno documento útil do Excel que você pode usar para qualquer projeto que queira seguir um raio.

Basta inserir o número de LEDs, a porcentagem do anel que você deseja cobrir e o raio e ele gera automaticamente as coordenadas de posição e ângulo em que você deve colocar seus LEDs. Você pode então acessar o DipTrace, ExpressPCB ou EaglePCB mais popular e inserir as coordenadas nas propriedades de seus componentes. Eu pessoalmente usei o DipTrace e você pode encontrar todos os meus componentes e bibliotecas na seção de componentes.

Para este projeto optei por usar dois anéis de raio 34 e 24 milímetros. O raio externo tinha 20 pixels e o raio interno tinha 6.

* Bônus * Se o programa CAD que você está usando (como o DipTrace) não permite a colocação de um círculo por seu ponto central, desenhe duas linhas através do diâmetro de seu raio externo e interno. Alinhe as interseções umas com as outras e redefina isso como sua origem. Agora você tem uma placa perfeitamente concêntrica!

Etapa 3: Projeto PCB - Parte Dois! Roteamento e Capacitores

A próxima etapa para fazer sua placa de circuito impresso é fazer as conexões entre os LEDs. Cada um dos NeoPixels possui um painel de entrada de dados e um painel de saída de dados. Primeiro, crie uma longa cadeia começando com o pixel mais próximo de onde você planeja colocar os pinos de interface, indo do pino de saída de dados de um pixel para o pino de entrada de dados do próximo pixel.

Depois disso, você precisará direcionar a energia e o aterramento. O método mais fácil que descobri para fazer isso é usar uma combinação de círculos e semicírculos, quatro no total, alternando entre força e solo conforme você se move para fora da origem. Isso torna mais fácil criar uma pequena conexão "jumper" em vez de cabear manualmente todos os LEDs juntos, duas vezes. Os dois pares de círculos / semicírculos podem ser amarrados da maneira que for mais conveniente. Finalmente, um derramamento de cobre é adicionado. Isso basicamente faz com que todo o espaço extra seja preenchido por "solo", o que tem várias vantagens, incluindo ser mais fácil de fabricar em casa.

Você também vai querer instalar um capacitor de aproximadamente 0,1 uF entre a alimentação e o aterramento entre cada conjunto de dois LEDs. O fabricante recomenda um por LED, no entanto, é provável que um em cada dois sirva e consomem muito tempo para soldar. Eles não são necessários para a funcionalidade do dispositivo, eles simplesmente aumentam a vida útil dos LEDs, de modo que podem ser ignorados se necessário.

Etapa 4: Gravação da placa de circuito impresso

Para concluir esta etapa, você tem duas opções:

Fabricação Profissional:

Se você nunca fez um PCB e não tem interesse em adquirir habilidade para fazê-lo, isso é o que eu recomendaria. Ao conseguir que sua prancha seja fabricada profissionalmente, a dificuldade desse projeto vai do intermediário alto ao iniciante. Sua placa terá a garantia de alta qualidade, virá com uma máscara de solda e poderá até vir com um estêncil de solda.

PCB caseiro:

Esta é a opção para quem realmente deseja aprimorar suas habilidades e aprimorar suas capacidades pessoais. É também a opção para aqueles que buscam prototipagem em alta velocidade e que realmente estão reduzindo os custos. A capacidade de fazer meus próprios PCBs tem sido uma das minhas maiores vantagens ao longo dos anos e eu recomendo fortemente para qualquer pessoa interessada. Eu desenvolvi meu próprio método para fazer PCBs (veja meu canal para saber como fazer isso) que está um pouco fora do escopo deste tutorial e requer equipamento que a maioria dos iniciantes não pode pagar. Portanto, em vez disso, recomendo o método de transferência de toner usando um produto chamado PressN'Peel. É bastante fácil e o único equipamento de que você precisa, que nem todos terão, é uma impressora a laser barata. Confira o tutorial da clacktronics-uk para mais detalhes!

O processo básico é o seguinte:

1. Limpe sua placa de cad de cobre.
2. Imprima o seu design no Peel n 'Stick usando uma impressora a laser.
3. Passe o design do Peel n 'stick em sua placa de cobre
4. Coloque a placa em cloreto férrico até decapada.
5. Limpe o toner

Máscara de solda (opcional):

Uma máscara de solda é uma cobertura que protege sua placa em todos os lugares, exceto onde a solda precisa ir. Isso torna um pouco mais fácil de soldar, mas o mais importante, melhora drasticamente a ascética da placa. Se você não fabricou sua placa, você pode adicionar uma, mas não é estritamente necessário. Pessoalmente, acho esse processo extremamente fácil e o recomendo. Novamente, vou apenas repassar o processo básico para que você saiba no que está se metendo. Confira o tutorial do cpeniche para mais detalhes!

O processo é como se segue:

1. Imprima o design do seu bloco de papelão em um pedaço de transparência.
2. Descasque e cole o filme da máscara de solda em sua placa gravada.
3. Passe / lamine o filme até que adira bem.
4. Alinhe a transparência com a placa e prenda com fita adesiva.
5. Exponha o filme a uma fonte de UV (os secadores de esmalte funcionam)
6. Limpe as almofadas não expostas
7. Exponha até a cura.

Etapa 5: Estêncil de pasta de solda! (OPCIONAL)

Se você tiver acesso a um cortador a laser, considere a fabricação de um estêncil de pasta de solda. Eles permitem que você evite o esforço tedioso de colocar lentamente um pouco de pasta de solda em cada pino individual. Basta carregar o design da almofada em seu software de corte a laser e recortá-lo de um pedaço de transparência da impressora. Também descobri que uma folha laminadora funciona tão bem. Isso funciona incrivelmente bem e produz uma camada quase tão espessa quanto as versões profissionais. Na minha opinião, eles são realmente muito superiores, pois são flexíveis e transparentes, tornando-os muito mais fáceis de usar do que as versões em aço inoxidável.

Não fui eu que inventei esse método, mas ainda não vi ninguém documentá-lo online, o que me surpreende.

Etapa 6: Moldagem da Placa

Para colocar o tabuleiro em sua forma final, você deve começar cortando o máximo que puder com segurança com uma roda de corte dremel. Usei uma estação de trabalho dremel configurada horizontalmente com a lâmina acima de uma caixa de papelão como uma serra de tabuleiros improvisada.

Você pode então começar a perfurar o orifício central. Use a maior broca grande que você tiver para sua dremel e, lentamente, "queijo suíço" à sua volta até que você corte uma seção grande o suficiente para caber em uma broca de moagem. Você pode então usar essa broca para trazer a placa à sua forma final.

Do jeito que a placa é gravada, há um fino anel de fibra de vidro ao redor da borda da placa. Logo antes de você moer até esse ponto, o último pedaço de cobre restante será liberado. Quando o último pedaço de cobre não for mais moído. Ao contar com esse sinal, ele permite que você faça uma peça muito consistente e circular (assumindo que você não bagunçou a gravação como eu fiz e colocou o padrão muito perto de uma parede). Faça o acabamento do diâmetro externo da mesma maneira.

Você também deve fazer os furos para as conexões de entrada de dados, 5v e aterramento. Uma pequena broca dremel (0,7 mm) funciona muito bem para isso.

Etapa 7: Soldar

Na minha opinião, este é um grande projeto para uma pessoa que deseja aprender como entrar em soldagem de montagem em superfície. Todos os componentes importantes são grandes, resistentes ao calor e as almofadas são bem espaçadas umas das outras. É realmente muito difícil de bagunçar e é uma ótima maneira de construir confiança na soldagem de montagem em superfície sem ter que mexer com componentes minúsculos.

Para soldar seus NeoPixels em sua placa, você primeiro precisa depositar uma quantidade minúscula de pasta de solda em cada almofada usando uma seringa ou um estêncil. Se você tiver um estêncil, simplesmente espalhe uma gota de pasta de solda ao redor do estêncil, como uma fina camada de manteiga na torrada, até que todas as almofadas estejam cobertas. Você não precisa de tanto quanto pensa, apenas continue espalhando.

Em seguida, você deseja colocar seus componentes em sua placa. Enquanto cada almofada estiver tocando sua bolha de solda relevante, você estará perto o suficiente. A pasta de solda tem a propriedade mágica de que, quando derrete, na verdade puxa o componente para o lugar quase todas as vezes.

Se você estiver muito inseguro sobre suas habilidades de soldagem, pode alterar os capacitores 0603 para um formato maior ou ignorá-los completamente. Eles aumentam a vida útil do NeoPixel, mas a menos que você esteja usando isso como uma fonte de luz, é improvável que você veja um queimar. Dito isso, eu recomendo fortemente que você os instale, simplesmente porque a habilidade é valiosa para se ter.

Em termos de soldagem de fato, não poderia ser mais fácil. Simplesmente gaste cerca de dois minutos pré-aquecendo sua placa com uma pistola de ar quente e foque mais fortemente área por área até que tudo reflua. Você pode dizer quando ele foi refluído porque a solda fica brilhante e normalmente o componente "balança" um pouco no lugar.