GlassCube - 4x4x4 LED Cube på glass -PCB: 11 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

Min første noensinne som kan instrueres på dette nettstedet var en 4x4x4 LED Cube som bruker PCB -glass. Normalt liker jeg ikke å gjøre det samme prosjektet to ganger, men nylig kom jeg over denne videoen av den franske produsenten Heliox som inspirerte meg til å lage en større versjon av min originale terning. I videoen hennes kommer Heliox med en mye enklere prosess for å produsere PCB-glass som ikke innebærer etsning, men i stedet bruker hun en plotter for å kutte sporene fra en selvklebende kobberfolie som deretter overføres til et glassunderlag. Siden plottere ikke er så dyre og også kan komme godt med for andre prosjekter, har jeg nettopp fått en til å prøve prosessen selv.

Bortsett fra å være en større versjon av min originale terning, bruker denne versjonen også et tilpasset PCB basert på en SAMD21 mikrokontroller og et hus laget av laserskåret akryl. Kuben kan programmeres med Arduino IDE og er også kompatibel med CircuitPython.

GlassCube -settet er nå også tilgjengelig på Tindie.

Hvis du kjøpte settet, trenger du bare å lodde lysdiodene (trinn 5), montere huset (trinn 8) og koble sammen lagene (trinn 9)

Rekvisita

• 64 stk - WS2812B 5050 SMD LED (f.eks. Aliexpress)
• 4 stk - 100 x 100 x 2 mm glassplate (jeg fant denne virkelig billige tyske leverandøren som kun belaster 0,20 EUR/stk)
• 2 stk. - A4 -ark med selvklebende kobberfolie (f.eks. Amazon)
• 1 rulle - plotteroverføringspapir (f.eks. Amazon)
• 1 sett - laserskåret akryl (se nedenfor)
• 1 tilpasset kretskort (se nedenfor)
• 4 stk M2x8 skruer + muttere

De totale kostnadene for alle materialer inkludert laserskåret service og produksjon av kretskort er ca 100 EUR.

Verktøy

• Silhouette Portrait 2 plotter (f.eks. Amazon)
• laserskærer eller online lasercut -tjeneste (jeg bruker snijlab.nl)
• loddejern
• varmeplate eller reflow -ovn for SMD -lodding (eller avanserte håndloddingskunnskaper

Trinn 1: CAD -design

Huset og PCB -dimensjonene til GlassCube ble designet i Fusion360, jeg har vedlagt designet nedenfor.

Kantsøylene og topplaten er laget av 3 mm tykk gjennomsiktig akryl. Lagene med lysdiodene er laget av 2 mm tykt flyteglass. Bunnplaten er en skreddersydd PCB.

Trinn 2: LED PCB -design

Jeg brukte Eagle til å designe utformingen av PCB -glassene i glass. Siden kutting av sporene med en plotter ikke er like nøyaktig som å etse dem med toneroverføringsmetoden, er den minimale sporbredden begrenset. Jeg prøvde forskjellige sporbredder og fant ut at 32 mil var minimumsstørrelsen jeg kunne bruke som tynnere spor som ofte flasser av under plottingen.

For å kunne kutte sporene fra kobberfolien måtte brettoppsettet konverteres til dxf. Jeg tok meg en stund til å finne ut hvordan jeg gjør dette riktig, så la meg gå gjennom trinnene i detalj

1. åpent bordoppsett i Eagle
2. skjul alle lag unntatt topplaget
3. klikk Fil-> Skriv ut og velg deretter Skriv ut til fil (pdf)
4. åpne pdf i Inkscape
5. bruk baneskåringsverktøyet til å markere et enkelt spor, klikk deretter E dit-> Velg samme-> Stroke Style dette skal merke alle spor (men ikke putene)
6. klikk Path-> Stroke to Path dette konverterer banens konturer til nye baner
7. merk alle baner (inkludert pads) ved å velge verktøyet for banevalg og deretter trykke ctrl+a
8. klikk Path-> Union dette skal kombinere alle baner og fjerne eventuelle kuttlinjer inne i "fylte" områder
9. klikk Fil-> Lagre som og velg *.dxf som filformat

Dxf -filen finner du her på min GitHub.

Trinn 3: Kutting av kobberfolien

Dxf-filen ble kuttet fra A4-ark med selvklebende kobberfolie med en Silhouette Portrait 2-plotter. Kobberplatene ble først festet til den medfølgende selvklebende skjærematten. Programvareinnstillingene som jeg brukte til å kutte, kan sees på det vedlagte bildet.

Etter kutting må overflødig folie fjernes forsiktig. For ikke å skade kuttfolien la jeg hele A4 -arket ligge på skjærematten for de følgende trinnene.

Trinn 4: Overføring av kobberfolien

Den avskårne folien ble overført til glassplaten ved hjelp av overføringspapir som bare er en selvklebende folie. Overføringspapiret festes på kobberfolien og skrelles deretter sakte av slik at kobberfolien fortsetter å feste seg til overføringsarket. Deretter festes det til glassunderlaget og overføringspapiret skrelles sakte av slik at kobberfolien denne gangen fester seg til glassplaten.

Brettoppsettet har to markører i øvre venstre og høyre hjørne som hjelper til med å justere folien på glassplaten. Etter å ha festet markørene kan de fjernes igjen fra glassplaten.

Trinn 5: Lodding av lysdiodene

SMD -lysdiodene ble loddet på glassplaten for hånd. Jeg prøvde også å feste dem ved å bruke en varmeplate (faktisk komfyren min), men som bildet viser viste det seg ikke å være en god idé. Hvis du har en skikkelig reflow -ovn, kan det være verdt et forsøk, men avhengig av hvilken type glass som brukes, er det en alvorlig risiko for at den går i stykker under oppvarmingen.

Når det gjelder orienteringen til lysdiodene, er det to forskjellige oppsett. For det første og tredje laget av kuben vil orienteringen være annerledes enn for det andre og fjerde laget. På denne måten er det lettere å sammenkoble lagene senere.

Trinn 6: Mikrokontroller PCB

I stedet for å stole på et kommersielt utviklingsbord som Arduino Nano, designet jeg et tilpasset kretskort i Eagle for å kontrollere lysdiodene. Fordelen er at jeg kunne forme brettet slik at det passer fint inn i terningen. Brettet er basert på en ATSAMD21E18 mikrokontroller som er den samme som brukes i Adafruit's Trinklet M0. Jeg valgte denne MCUen fordi den har innebygd USB og ikke krever en FTDI -brikke for programmering. Adafruit tilbyr også bootloaders som er kompatible med Arduino IDE samt CircuitPython.

En merknad om brettet er at det fungerer med 3.3V logikk mens WS2812B bør brukes med 5V, men mange mennesker har vist at drift med 3.3V også er mulig.

Jeg fikk PCB -ene fra PCBWay.com, Gerber Files og BoM finnes på min GitHub -konto.

Med noen ferdigheter kan SMD -komponentene på dette kretskortet loddes for hånd, selv om en varmeplate eller refowovn selvfølgelig vil fungere bedre.

Trinn 7: Blinker Bootloader

Jeg brukte UF2 bootloader levert av Adafruit for deres Trinket M0 -kort. MCU ble blinket ved hjelp av et J-Link-verktøy. Detaljerte instruksjoner om hvordan du blinker oppstartslasteren finner du på Adafruit -nettstedet. Det flotte med Adafruits UF2-SAMD bootloader er at etter første installasjon vises MCU som en flash-stasjon, og du kan bare dra en UF2-fil til den flyttbare stasjonen for å blinke den igjen. Dette gjør det veldig enkelt å f.eks. bytte mellom Arduino IDE og CircuitPython.

Trinn 8: Lasercut Housing

Kubens hus ble kuttet av 3 mm tykk gjennomsiktig akryl. Jeg brukte en online laserskjæringstjeneste (snijlab.nl). De tilsvarende dxf -filene finnes også på min GitHub -konto. Huset består av 4 stolper og en topplate. Stolpene er festet til hovedkortet på bunnen med 4 stk M2x8 skruer og muttere.

Trinn 9: Koble til lagene

Etter at huset var montert koblet jeg lagene ved å lodde ledninger på putene på glassplaten. Dette viste seg å være en ganske delikat prosedyre, og det er fare for å brenne akryl eller rive av kobberputene. Vær oppmerksom på at GND- og VCC -pinnene bytter posisjon på hvert lag, slik at ledningene må krysses. For å unngå at ledningene river av kobberputene, fikset jeg dem med en liten dråpe lim etter lodding. Det første laget ble koblet til det nederste kretskortet med en Dupont -kontakt, men ledningene kan også loddes direkte til kretskortet.

Trinn 10: Last opp koden

Jeg brukte CircuitPython (versjon 4.x) for å programmere kuben. Når du har installert CircuitPython bootloader kan du bare kjøre kode ved å lagre den direkte på MCU -flash -stasjonen. Det er ingen kompilering nødvendig også du kan f.eks. åpne koden og redigere den.

Så langt har jeg nettopp laget noen grunnleggende animasjoner, men det burde være relativt enkelt for alle å utvide koden. Koden finner du på min GitHub, for å kjøre den trenger du Adafruit Neopixel og fancyLED -biblioteker som finnes her.

Trinn 11: Ferdig terning

Jeg er ganske fornøyd med utseendet på terningen, PCB -glassene i glass og akrylhuset fungerer fint sammen. Det var også morsomt å lage mitt eget MCU -bord for første gang, og jeg er nesten overrasket over at det fungerte på første forsøk. Siden jeg har noen ekstra PCB -er og akryldeler, vil jeg gjerne gjøre denne terningen tilgjengelig som et DIY -kit på Tindie. Så hvis du er interessert, fortsett å se etter det eller bare skriv en privat melding til meg.

Også hvis du liker dette instruerbare, vennligst stem på meg i Make It Glow Contest.

Andreplass i Make it Glow -konkurransen