ग्लास क्यूब - ग्लास पीसीबी पर 4x4x4 एलईडी क्यूब: 11 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

इस वेबसाइट पर मेरा पहला निर्देश ग्लास पीसीबी का उपयोग करने वाला 4x4x4 एलईडी क्यूब था। आम तौर पर, मैं एक ही प्रोजेक्ट को दो बार करना पसंद नहीं करता, लेकिन हाल ही में मुझे फ्रेंच निर्माता हेलियोक्स का यह वीडियो मिला जिसने मुझे अपने मूल क्यूब का एक बड़ा संस्करण बनाने के लिए प्रेरित किया। अपने वीडियो में हेलिओक्स ग्लास पीसीबी बनाने के लिए एक बहुत ही सरल प्रक्रिया के साथ आता है जिसमें नक़्क़ाशी शामिल नहीं है, बल्कि इसके बजाय वह एक स्व-चिपकने वाली तांबे की पन्नी से निशान काटने के लिए एक प्लॉटर का उपयोग करती है जिसे बाद में एक ग्लास सब्सट्रेट में स्थानांतरित कर दिया जाता है। चूंकि प्लॉटर इतने महंगे नहीं हैं और अन्य परियोजनाओं के लिए भी काम आ सकते हैं, इसलिए मुझे सिर्फ अपने लिए प्रक्रिया का प्रयास करने के लिए एक मिला है।

मेरे मूल क्यूब का एक बड़ा संस्करण होने के अलावा यह संस्करण एक SAMD21 माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित एक कस्टम पीसीबी और लेसरकुट ऐक्रेलिक से बने आवास का भी उपयोग करता है। क्यूब को Arduino IDE के साथ प्रोग्राम किया जा सकता है और यह सर्किटपाइथन के साथ भी संगत है।

ग्लासक्यूब किट अब टिंडी पर भी उपलब्ध है।

यदि आपने किट खरीदी है तो आपको केवल एल ई डी (चरण 5) मिलाप करना होगा, आवास (चरण 8) को इकट्ठा करना होगा और परतों को जोड़ना होगा (चरण 9)।

आपूर्ति

• 64 पीसी - WS2812B 5050 SMD LED (जैसे aliexpress)
• ४ पीसी - १०० x १०० x २ मिमी कांच की प्लेट (मुझे यह वास्तव में सस्ता जर्मन आपूर्तिकर्ता मिला जो केवल ०.२० यूरो/पीसी का शुल्क लेता है)
• 2 पीसी - स्वयं चिपकने वाली तांबे की पन्नी की ए 4 शीट (जैसे अमेज़ॅन)
• 1 रोल - प्लॉटर ट्रांसफर पेपर (जैसे अमेज़न)
• 1 सेट - लेसरकट ऐक्रेलिक (नीचे देखें)
• 1 कस्टम पीसीबी (नीचे देखें)
• 4 पीसी M2x8 स्क्रू + नट

लेसरकट सेवा और पीसीबी निर्माण सहित सभी सामग्रियों की कुल लागत लगभग 100 EUR है।

उपकरण

• सिल्हूट पोर्ट्रेट 2 प्लॉटर (जैसे अमेज़न)
• लेजर कटर या ऑनलाइन लेजरकट सेवा (मैं snijlab.nl का उपयोग कर रहा हूं)
• सोल्डरिंग आयरन
• एसएमडी सोल्डरिंग (या उन्नत हाथ सोल्डरिंग कौशल) के लिए हीट प्लेट या रिफ्लो ओवन

चरण 1: सीएडी डिजाइन

ग्लासक्यूब के आवास और पीसीबी आयाम Fusion360 में डिज़ाइन किए गए थे, मैंने नीचे डिज़ाइन संलग्न किया है।

किनारे के कॉलम और शीर्ष प्लेट 3 मिमी मोटी पारदर्शी एक्रिलिक से बने होते हैं। एल ई डी के साथ परतें 2 मिमी मोटी फ्लोट ग्लास से बनाई गई हैं। नीचे की प्लेट एक कस्टम मेड पीसीबी है।

चरण 2: एलईडी पीसीबी डिजाइन

मैंने ग्लास पीसीबी के लेआउट को डिजाइन करने के लिए ईगल का इस्तेमाल किया। चूंकि एक प्लॉटर के साथ निशान काटना उतना सटीक नहीं है जितना कि टोनर ट्रांसफर विधि से उन्हें नक़्क़ाशी करना, न्यूनतम ट्रेस चौड़ाई सीमित है। मैंने अलग-अलग ट्रेस चौड़ाई की कोशिश की और पाया कि 32 मिलियन न्यूनतम आकार था जिसे मैं पतले निशान के रूप में उपयोग कर सकता था जो अक्सर साजिश के दौरान छीलते थे।

कॉपर फ़ॉइल से निशान को काटने में सक्षम होने के लिए बोर्ड लेआउट को dxf में बदलना पड़ा। मुझे यह पता लगाने में थोड़ा समय लगा कि इसे सही तरीके से कैसे किया जाए, इसलिए मुझे चरणों के बारे में विस्तार से जानने दें

1. ईगल में ओपन बोर्ड लेआउट
2. शीर्ष परत को छोड़कर सभी परतों को छुपाएं
3. फ़ाइल पर क्लिक करें-> प्रिंट करें और फिर प्रिंट टू फाइल (पीडीएफ) चुनें
4. इंकस्केप में पीडीएफ खोलें
5. एकल ट्रेस को चिह्नित करने के लिए पथ चयन उपकरण का उपयोग करें, फिर ई पर क्लिक करें-> समान चुनें-> स्ट्रोक शैली यह सभी निशानों को चिह्नित करना चाहिए (लेकिन पैड नहीं)
6. क्लिक करें पी एथ-> पथ पर स्ट्रोक यह पथ की रूपरेखा को नए पथों में परिवर्तित करता है
7. पथ चयन उपकरण का चयन करके और फिर ctrl+a. दबाकर सभी पथों (पैड सहित) को चिह्नित करें
8. क्लिक करें पी एथ-> संघ इसे सभी पथों को जोड़ना चाहिए और "भरे" क्षेत्रों के अंदर किसी भी कट-लाइन को हटा देना चाहिए
9. फ़ाइल पर क्लिक करें-> इस रूप में सहेजें और फ़ाइल प्रारूप के रूप में *.dxf चुनें

Dxf फ़ाइल यहाँ मेरे GitHub पर पाई जा सकती है।

चरण 3: कॉपर फ़ॉइल काटना

Dxf फ़ाइल को सिल्हूट पोर्ट्रेट 2 प्लॉटर के साथ स्वयं चिपकने वाली तांबे की पन्नी की A4 शीट से काटा गया था। तांबे की चादरें पहले शामिल स्वयं चिपकने वाली काटने की चटाई से जुड़ी हुई थीं। काटने के लिए मैंने जिन सॉफ़्टवेयर सेटिंग्स का उपयोग किया है, उन्हें संलग्न चित्र में देखा जा सकता है।

अतिरिक्त पन्नी को काटने के बाद सावधानी से निकालना होगा। कटी हुई पन्नी को नुकसान न पहुँचाने के लिए मैंने निम्नलिखित चरणों के लिए पूरी A4 शीट को कटिंग मैट पर छोड़ दिया।

चरण 4: कॉपर फ़ॉइल को स्थानांतरित करना

कटी हुई पन्नी को ट्रांसफर पेपर का उपयोग करके कांच की प्लेट पर स्थानांतरित किया गया था जो कि सिर्फ एक और स्वयं चिपकने वाला पन्नी है। ट्रांसफर पेपर को कॉपर फ़ॉइल पर लगाया जाता है और फिर धीरे-धीरे छील दिया जाता है ताकि कॉपर फ़ॉइल ट्रांसफर शीट से चिपकी रहे। फिर यह ग्लास सब्सट्रेट से जुड़ जाता है और ट्रांसफर पेपर को धीरे-धीरे छील दिया जाता है ताकि इस बार कॉपर फॉयल कांच की प्लेट पर चिपक जाए।

बोर्ड लेआउट में ऊपरी बाएँ और दाएँ कोनों में दो मार्कर होते हैं जो कांच की प्लेट पर फ़ॉइल को सही ढंग से संरेखित करने में मदद करते हैं। मार्करों को जोड़ने के बाद फिर से कांच की प्लेट से हटाया जा सकता है।

चरण 5: एल ई डी टांका लगाना

SMD LED को हाथ से कांच की प्लेट पर मिलाया गया था। मैंने उन्हें एक हीट प्लेट (वास्तव में मेरा स्टोव) का उपयोग करके संलग्न करने की कोशिश की, लेकिन जैसा कि चित्र से पता चलता है कि यह एक अच्छा विचार नहीं था। यदि आपके पास एक उचित रिफ्लो ओवन है तो यह एक कोशिश के काबिल हो सकता है लेकिन इस्तेमाल किए जाने वाले कांच के प्रकार के आधार पर एक गंभीर जोखिम है कि यह हीटिंग के दौरान टूट जाएगा।

एल ई डी के उन्मुखीकरण के संबंध में दो अलग-अलग लेआउट हैं। क्यूब की पहली और तीसरी परत के लिए ओरिएंटेशन दूसरी और चौथी परत की तुलना में अलग होगा। इस तरह बाद में परतों को आपस में जोड़ना आसान होता है।

चरण 6: माइक्रोकंट्रोलर पीसीबी

Arduino नैनो जैसे व्यावसायिक विकास बोर्ड पर निर्भर होने के बजाय, मैंने LED को नियंत्रित करने के लिए ईगल में एक कस्टम PCB डिज़ाइन किया। इसका फायदा यह है कि मैं बोर्ड को आकार दे सकता हूं ताकि यह क्यूब में अच्छी तरह फिट हो जाए। बोर्ड एक ATSAMD21E18 माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित है जो वही है जो Adafruit के Trinklet M0 में उपयोग किया जाता है। मैंने इस MCU को इसलिए चुना क्योंकि इसमें देशी USB है और प्रोग्रामिंग के लिए FTDI चिप की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा Adafruit ऐसे बूटलोडर प्रदान करता है जो Arduino IDE के साथ-साथ सर्किटपाइथन के साथ संगत हैं।

बोर्ड के बारे में एक नोट यह है कि यह 3.3V लॉजिक के साथ काम करता है जबकि WS2812B का उपयोग 5V के साथ किया जाना चाहिए, हालांकि, कई लोगों ने दिखाया है कि 3.3V के साथ ऑपरेशन भी संभव है।

मुझे PCBWay.com से अपने PCB मिले हैं, Gerber Files और BoM को मेरे GitHub अकाउंट पर पाया जा सकता है।

कुछ कौशल के साथ इस पीसीबी पर एसएमडी घटकों को हाथ से मिलाया जा सकता है, हालांकि एक हीट प्लेट या रिफ्लो ओवन निश्चित रूप से बेहतर काम करेगा।

चरण 7: बूटलोडर को चमकाना

मैंने उनके ट्रिंकेट M0 बोर्डों के लिए Adafruit द्वारा प्रदान किए गए UF2 बूटलोडर का उपयोग किया। J-Link टूल की मदद से MCU को फ्लैश किया गया था। बूटलोडर को फ्लैश करने के बारे में विस्तृत निर्देश एडफ्रूट वेबसाइट पर देखे जा सकते हैं। Adafruits UF2-SAMD बूटलोडर के बारे में सबसे अच्छी बात यह है कि पहली स्थापना के बाद, MCU एक फ्लैश ड्राइव के रूप में दिखाई देता है और आप इसे फिर से फ्लैश करने के लिए एक UF2 फ़ाइल को हटाने योग्य ड्राइव पर खींच सकते हैं। यह बहुत आसान बनाता है उदा। Arduino IDE और सर्किटपायथन के बीच स्विच करें।

चरण 8: लेसरकट हाउसिंग

घन का आवास 3 मिमी मोटी पारदर्शी एक्रिलिक से काटा गया था। मैंने एक ऑनलाइन लेजर कटिंग सेवा (snijlab.nl) का उपयोग किया। संबंधित dxf फ़ाइलें मेरे GitHub खाते पर भी पाई जा सकती हैं। आवास में 4 पद और एक शीर्ष प्लेट है। M2x8 स्क्रू और नट्स के 4 पीसी का उपयोग करके पोस्ट नीचे मुख्य पीसीबी से जुड़े होते हैं।

चरण 9: परतों को जोड़ना

आवास को इकट्ठा करने के बाद मैंने ग्लास पीसीबी पर पैड पर तारों को टांका लगाकर परतों को जोड़ा। यह काफी नाजुक प्रक्रिया थी और तांबे के पैड के ऐक्रेलिक या फटने का खतरा होता है। ध्यान दें कि जीएनडी और वीसीसी पिन प्रत्येक परत पर स्थिति बदलते हैं इसलिए तारों को पार करना पड़ता है। इससे बचने के लिए कि तार तांबे के पैड से फट जाते हैं, मैंने उन्हें टांका लगाने के बाद हॉटग्लू की एक छोटी बूंद के साथ तय किया। पहली परत ड्यूपॉन्ट कनेक्टर के साथ नीचे के पीसीबी से जुड़ी थी लेकिन तारों को सीधे पीसीबी में भी मिलाया जा सकता है।

चरण 10: कोड अपलोड करना

मैंने क्यूब को प्रोग्राम करने के लिए सर्किटपाइथन (संस्करण 4.x) का उपयोग किया। एक बार जब आप सर्किटपाइथन बूटलोडर स्थापित कर लेते हैं तो आप कोड को सीधे एमसीयू फ्लैश ड्राइव में सहेज कर चला सकते हैं। कोई संकलन आवश्यक नहीं है, उदा। कोड को फिर से खोलें और इसे संपादित करें।

अभी तक मैंने कुछ बुनियादी एनिमेशन बनाए हैं लेकिन किसी के लिए भी कोड का विस्तार करना अपेक्षाकृत आसान होना चाहिए। कोड मेरे गिटहब पर पाया जा सकता है, इसे चलाने के लिए एडफ्रूट नियोपिक्सल और फैंसीएलईडी पुस्तकालयों की आवश्यकता है यहां ।

चरण 11: समाप्त घन

मैं क्यूब के लुक से काफी खुश हूं, ग्लास पीसीबी और एक्रेलिक हाउसिंग एक साथ अच्छी तरह से काम करते हैं। पहली बार अपना खुद का एमसीयू बोर्ड बनाने में भी मजा आया और मैं लगभग हैरान हूं कि इसने पहली कोशिश में काम किया। चूंकि मेरे पास कुछ अतिरिक्त पीसीबी और ऐक्रेलिक भाग हैं, इसलिए मैं इस क्यूब को टिंडी पर एक DIY किट के रूप में उपलब्ध कराना चाहूंगा। इसलिए यदि आप रुचि रखते हैं तो इसे देखते रहें या मुझे एक निजी संदेश लिखें।

इसके अलावा अगर आपको यह निर्देश पसंद आया हो तो कृपया मुझे मेक इट ग्लो कॉन्टेस्ट में वोट करें।

मेक इट ग्लो प्रतियोगिता में उपविजेता