Papillon électrique : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

C'est un papillon multicolore très cool que j'ai fait - nécessite un minimum de pièces et de programmation !

Mis à part le papillon lui-même - il montre des techniques très intéressantes où vous pouvez créer vos propres circuits imprimés sur un coupe-maison silhouette à partir de ruban de cuivre régulièrement disponible dans le commerce - qui peut être placé sur n'importe quel type de surface !

Évidemment - quelque chose comme ça pourrait être facilement créé via une carte de circuit imprimé commercialement qu'un PCB en fibre de verre) - ou même quelque chose avec une surface incurvée - cette méthode peut être utilisée pour coller à moindre coût les traces de PCB en cuivre sur à peu près n'importe quel type de surface.

Ceci est facile à faire pour des choses comme les LED qui ont de grands pas de plomb - mais devient plus difficile à mesure que vous utilisez des pièces plus fines et plus petites. Cette technique peut donc être utilisée de manière sélective - c'est-à-dire utiliser une carte standard (Arduino) comme ordinateur, et les gravures en cuivre coupées à la maison pour les endroits où vous souhaitez une personnalisation extrême dans le placement des LED.

J'ai utilisé les éléments suivants pour créer ce projet:

• Un coupe-papier/vinyle personnel Silhouette Cameo - pour créer des PCB
• Arduino UNO - utilisé comme programmeur en circuit
• Découpeur laser pour pièces (bois - acrylique - n'importe quoi) (vous pouvez utiliser autre chose si vous n'avez pas de laser)

Les pièces réelles sont:

• Un processeur ATTiny75 à 1 $
• 22 NeoPixels - (LED tricolores contrôlées en série)
• En-tête 2x3
• Feuille de cuivre

Tous les logiciels ont été réalisés dans Arduino IDE - en utilisant les bibliothèques Adafruit NeoPixel et les bibliothèques ATTiny de Board Manager.

Il y a deux manières fondamentales d'aborder cela:

Easy Way: j'ai ma propre carte (comme un Arduino) que je vais utiliser pour contrôler les LED. Je vais seulement créer un PCB pour les LED - et l'accrocher à mon arduino.

Manière plus difficile (et moins chère): je vais tout faire à 100% moi-même. Je n'ai pas besoin d'un Arduino et je vais plutôt utiliser un ATTiny85 à 1 $. C'est plus difficile parce que faire tout l'art au pas fin sur un coupe-vinyle de type Silouette ou CriCut est plus difficile.

Étape 1: Concevoir

Les LED sont chacune des NeoPixels. Ce sont des dispositifs LED RGB impressionnants, contrôlables individuellement, à plusieurs niveaux (éclaire), très lumineux qui n'ont que 4 broches: VccGndData InData Out. L'idée est donc que vous pouvez les connecter en guirlande tout en contrôlant le rouge-vert-bleu individuel niveaux de couleur de chacun à partir d'une seule broche sur votre CPU. Mieux encore, la bibliothèque Adafruit NeoPixel pour Arduino vous offre un moyen standard de les utiliser en quelques secondes.

Si vous renoncez à concevoir votre carte CPU sur cette conception (en utilisant un Arduino standard), tout ce dont vous avez besoin est une empreinte de base du Neopixel (il est recommandé d'inclure également un capuchon de dérivation avec chacun). Le fichier empreinte.svg joint est essentiellement ce dont vous avez besoin pour commencer. Cela vous donnera les contours de la feuille de cuivre pour les NeoPixles et les condensateurs. Vous pouvez l'ouvrir directement dans Inkscape, connecter toutes les broches +5v et toutes les broches de terre ensemble - puis chaîner toutes les broches d'entrée et de sortie de données ensemble.

Assurez-vous de transformer cela en chemins de coupe appropriés que vous pouvez utiliser sur votre coupeur de vinyle comme je l'ai montré ci-dessus - et vous avez terminé. Vous n'avez même pas besoin d'un "vrai" programme de conception de PCB pour le faire.

Ce n'est pas vraiment nécessaire pour un NeoPixel, où les broches sont assez grosses et faciles à souder - mais une couche de Soldermask facile peut être découpée dans un morceau de ruban Kapton. Cela ressemblera à un gros morceau de ruban adhésif avec quelques petits rectangles découpés pour les pastilles à souder, à placer sur toute votre zone de cuivre.

Étape 2: conception du processeur

Si vous êtes plus ambitieux, vous pouvez créer les gravures du processeur lui-même directement dans votre feuille de cuivre.

Ceci est plus difficile en raison des broches plus petites de l'appareil ATTiny85 et de la nécessité d'obtenir de très petites gravures sur feuille de cuivre, mais c'est facilement réalisable.

C'est probablement mieux fait dans un "vrai" programme de conception de PCB (j'ai utilisé Eagle).

J'ai également inclus un connecteur d'alimentation/de débogage dans ma conception (et quelques condensateurs de dérivation).

Nous parlerons davantage de la difficulté de couper le cuivre dans des géométries aussi petites.

Étape 3: faire des calques

Étape 4: Assemblage du circuit

Des traces de cuivre peuvent être placées sur votre conception.

Dans mon cas, j'ai utilisé un morceau de bois découpé au laser (contour du fichier SVG joint).

J'ai utilisé du ruban de transfert de signe pour retirer la feuille de cuivre de son support et le placer sur le bois. Si vous choisissiez de faire une couche de masque de soudure en Kapton, elle serait maintenant transférée sur le bois au-dessus du cuivre.

Souder sur une feuille de cuivre est un peu difficile, car contrairement à un circuit imprimé normal, le cuivre ne colle au substrat (bois) que par son adhésif, qui ne colle pas aussi fort que le cuivre d'un circuit imprimé normal. Ainsi, si vous ne faites pas attention (surtout sous la chaleur d'un fer à souder) - le tonnelier peut glisser ou se déplacer. L'utilisation d'un masque de soudure Kapton aidera à maintenir un peu le cuivre en place et facilitera les choses.

Une autre chose importante à surveiller est que les NeoPixels seraient quelque peu intolérants à la chaleur excessive. Ainsi, lors de la soudure, utilisez beaucoup de flux de soudure (j'utilise un stylo à flux sans nettoyage), appliquez la majeure partie de la chaleur et de la soudure à la trace de cuivre et éliminez la chaleur rapidement une fois que la soudure coule sur la broche NeoPixel. (Soldermask aidera également à réduire la quantité de soudure requise, car elle ne coulera pas le long de la zone couverte de la trace).

J'ai trouvé plus facile d'utiliser un petit point de "Tacky Glue" pour coller les NeoPixels en place avant de souder. Cela a maintenu les pièces en place, rendant la soudure plus rapide et nécessitant ainsi moins de chaleur. Tacky Glue colle également rapidement, permettant aux pièces de ne pas glisser, immédiatement après avoir été placées. Il meurt (en petites quantités) en une sorte de consistance gommeuse, ce qui permet de retirer des pièces si un remplacement ou une reprise est nécessaire.

Étape 5: Ajout du processeur

Si vous souhaitez créer vos propres gravures pour le processeur (et le connecteur de débogage), c'est un peu plus difficile que de faire les LED. La raison en est que les géométries impliquées sont plus petites et plus fines, nécessitant des coupes plus précises de votre découpeuse de vinyle.

J'ai constaté que lors de la coupe d'un ruban en feuille de cuivre, le papier ciré auquel le ruban est collé offre relativement peu d'adhérence. Cela signifie que lorsque des géométries plus petites sont tentées, elles ont tendance à glisser sur le support.

Bien que j'aie joué avec une multitude de réglages de coupe, la meilleure solution que j'ai trouvée était d'utiliser un substrat avec une adhérence plus forte. Le vinyle fonctionne bien, mais ne fonctionne pas facilement avec du ruban de transfert d'enseigne pour permettre au cuivre d'être retiré du vinyle (et placé sur le bois). Vous pouvez laisser le circuit sur du vinyle, mais il a tendance à fondre lorsqu'il est soudé - ce n'est donc pas impossible, mais plus difficile à assembler. (J'ai utilisé du vinyle comme substrat dans quelques modèles différents).

(Les films transparents ou les protecteurs en feuille fonctionnent également - et sont un peu meilleurs car ils sont plus épais. Ils peuvent être utilisés pour des conceptions lorsque vous voulez des circuits autonomes et que vous ne voulez pas de substrat adhésif) - mais encore une fois, ils fondent à moins d'être soudés très attentionné.

La meilleure solution que j'ai trouvée était d'utiliser du ruban Kapton comme substrat. Le ruban Kapton résiste extrêmement bien à la chaleur de la soudure, agit comme un masque de soudure et est adhésif. Le seul inconvénient est qu'il est généralement très mince. À tel point que j'ai eu du mal à travailler avec à moins de le doubler, pour le rendre deux fois plus épais et solide.

Avec la plus grande force d'adhérence du cuivre sur le Kapton, des détails plus fins tels que les fils du processeur peuvent être coupés. Une fois cela fait, j'ai collé le Kapton à l'arrière du support papillon en bois.

Étape 6: Logiciel

Le logiciel a été réalisé sous forme de croquis Arduino, en utilisant la bibliothèque Adafruit NeoPixel.

Bien que cela puisse sembler trivial, beaucoup de réflexion a été consacrée aux motifs du papillon. Le code a été écrit pour alterner entre deux modes toutes les quelques secondes:

MODE UN - Lingette couleur - lavage de fond en haut de différentes couleurs, couleurs changeantes rapidement. En sélectionnant une "couleur" - j'ai utilisé un algorithme pour effacer entre les "valeurs" de couleur - chaque valeur étant envoyée via une fonction de conversion HSB-RVB (où la saturation et la luminosité étaient toujours maximales) - pour obtenir une brillance maximale des couleurs.

MODE DEUX - Opéré par:

• 6 ou 8 « modèles » de groupes de segments prédéterminés différents ont été créés. Le code en choisirait un au hasard

• Chaque motif nécessitait de remplir des segments prédéterminés dans l'une des 2, 3 ou 4 couleurs différentes. Chaque couleur a été choisie au hasard par l'une de ces deux méthodes:

  • Choisi parmi l'une des 6 couleurs de niveau maximum (rouge, vert, bleu, jaune, etc.).
  • Choisi parmi une teinte aléatoire - (en utilisant le même générateur de teinte en mode un)
• Le motif de couleur résultant a été exécuté via une fonction de fondu, qui a fourni un fondu en douceur d'un motif au suivant - et l'a maintenu pendant quelques secondes avant de passer au suivant.

Les deux modes alterneraient toutes les 10 ou 15 secondes.

Étape 7: Programmation

Alors maintenant, nous avons un tout nouveau ATTiny85 sur notre PCB, et nous devons le programmer. Depuis que j'ai utilisé le SDK Arduino pour cela, nous devons placer à la fois le programme ("esquisse") et le chargeur de démarrage Arduino sur l'appareil.

J'ai utilisé un Arduino Uno lui-même en tant que programmeur système.

Le schéma ci-joint montre comment j'ai connecté l'Uno à mon circuit ATTiny85. En fait, j'ai pris des dispositions pour le faire de deux manières différentes:

1. via un en-tête de débogage que j'ai ajouté au tableau
2. via un tas de points de test de débogage que j'ai ajoutés au tableau. Ceux-ci peuvent être utilisés en maintenant un tas de goupilles à ressort sur la planche via un support en acrylique découpé au laser, qui les maintient dans la position exacte.

Pour faire ça:

• Connectez l'Arduino Uno à votre ordinateur et ouvrez le SDK Arduino.
• Ouvrez le croquis "Ardunio en tant que FAI" intégré. Compilez et mettez à jour ce croquis - maintenant, Uno est un FAI.
• Dans le "Boards Manager" d'Arduino, installez le package de cartes pour la série ATTiny.
• Fermez l'esquisse Uno ISP et ouvrez votre esquisse pour le code Butterfly.
• Sélectionnez "Type de carte" est ATTiny85 - sélectionnez l'oscillateur interne 8Mhz.
• Pour "Programmeur", sélectionnez "Uno en tant que FAI"
• Sélectionnez "Uploads Bootloader" (faites-le uniquement la PREMIÈRE FOIS pour cette puce - il ne devrait pas être nécessaire de répéter)
• Après cela, vous pouvez maintenant faire "Télécharger le programme avec le FAI" pour envoyer votre croquis à l'ATTiny85.

Étape 8: Assemblage final

Deux autres sections de bois ont été découpées au laser - un contour des ailes de papillon. Ils ont été peints avec une peinture noire mate.

Un morceau d'acrylique a reçu un aspect "givré" en le ponçant avec du papier de verre à gros grain. Les sections individuelles de la zone en bois ont été découpées dans cet acrylique.

Les sections acryliques coupées ont été placées dans la pièce en bois la plus haute. Ils auraient pu être collés, mais les tolérances des découpes acryliques et de la peinture sur bois ont permis de les retenir sans colle.

Ces sections ont ensuite été collées avec de petites taches de Tacky Glue - ce qui aurait permis de les démonter si des réparations étaient nécessaires.