Lámpara de cubo LED: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Esta lámpara es un subproducto del proyecto de reloj de 172 píxeles que creé. Sucedió cuando estaba probando la cadena de LED, mi compañero los vio y le gustó cómo se veían. Terminé el reloj y luego comencé este proyecto. Ha sido un proyecto bastante lento, han sucedido otras cosas en el medio que le han permitido evolucionar con el tiempo.

El concepto original tenía poco más de un metro de largo, usaba 3 botones y un potenciómetro para controlarlo. Esto evolucionó hacia un diseño más pequeño pero similar que usaba un solo codificador rotatorio. Luego llegó la temporada festiva y tomé prestados algunos de los conceptos de control para las luces festivas controladas ATTiny 85. Eventualmente tenemos esto; Un lindo cubo de 50 mm con un solo control sensible al tacto.

Habría sido fácil simplemente comprar un controlador LED barato en eBay, meterlo en una caja y llamarlo hecho. Sin embargo, quería algo que no requiriera configuración o emparejamiento y que me permitiera decidir cómo se comportan los LED. Seguro que no puedo cambiar la luz desde la comodidad de mi sofá, pero no me importa. Dicho esto, creo que la próxima evolución podría ser cambiar el ATTiny 85 por algo como el ESP8266 para poder aprovechar el controlador inalámbrico pero también mantener algo de control manual.

Para mí era muy importante que la luz estuviera activa pero que no distrajera, por lo que en el modo blanco, un poco de color aparece lentamente en un punto aleatorio de la lámpara y luego se desvanece de nuevo con la misma lentitud. Era importante que no le llamara la atención al hacerlo, pero cada vez que miraba la lámpara era un poco diferente.

Suministros

El cubo está hecho de una lámina acrílica de ópalo esmerilado de 3 mm. Hice trampa y lo ordené precortado en cuadrados que son del tamaño correcto para lo que quería, agregué algunos extra al pedido en caso de que cometiera un error (lo hice) Los primeros pocos que hice usé tensol 12 para unirlos. Funciona muy bien pero no es algo agradable de usar, hice el de aquí usando epoxi de gorila. La unión no es tan fuerte como el tinsol 12, pero debería ser lo suficientemente fuerte sin los vapores realmente desagradables.

Los LED son SK6812, son la opción RGBWW (blanco cálido).

El microcontrolador es un ATTiny 85

El controlador táctil es un MTCH101

Hay algunos componentes pasivos:

• Condensadores 13X 0603 0.1uf
• 2 resistencias de 4.7k 0603
• 2 resistencias 10k 0603
• 1 resistencia de 470 ohmios 0603
• Condensador 1X 1000uf

Si bien sería posible hacer esto en ProtoBoard teniendo PCB hechos es barato y algo sobre lo que quería aprender.

Cable USB antiguo para cortar para un cable de alimentación

Se usa pegamento caliente para sujetar la PCB en el producto final y un poco de sellador de silicona le permite pegar la parte inferior del cubo. Ambos pegamentos calientes son de silicona, están bien para pegar acrílico, pero ninguno es muy bueno. Esto crea un vínculo que es lo suficientemente fuerte como para mantenerlo todo en su lugar, pero tan fuerte que no se puede romper más tarde si es necesario.

200 mm de hilo de cobre esmaltado de 0,31 mm. (podría usar casi cualquier cable aquí siempre que no sea tan grande que cree una sombra dentro del cubo)

El microcontrolador

Lo he dicho antes y lo diré de nuevo. Me gusta mucho el microcontrolador ATTiny 85. Son económicos, fáciles de usar, fáciles de programar y parecen prácticamente indestructibles.

Entonces, por supuesto que usé uno para este proyecto. El código que se ejecuta es bastante básico. Se conecta una interrupción al sensor táctil. Cuando se baja el pin, el ISR agrega 1 a un contador. El bucle principal luego ejecuta el bucle secundario que corresponde al número de contador. De esta manera, puede agregar o eliminar animaciones con solo unas pocas líneas de código.

He tenido este código ejecutándose en un ATTiny85 durante aproximadamente 8 meses sin ningún problema.

Paso 1: herramientas y consumibles

Es posible soldar todos los componentes a mano, pero los SK2612 son bastante sensibles. Maté a varios de ellos antes de encontrar un mini horno en Lidl que convertí en un horno de reflujo.

Usé un enrutador y una broca de chaflán de 45 grados para cortar todos los bordes del acrílico. Puede omitir esto y tener juntas cuadradas en su cubo o imprimir algo en 3D.

Otras herramientas utilizadas incluyen:

• Pistola de silicona
• Soldador
• Cuchillo de forma pequeña
• Cinta adhesiva
• Alguna herramienta de mano básica. tijeras y pequeños apiladores.
• Arduino Uno o similar más placa de pruebas y cables de puente para cargar código en ATTiny85
• Sierra de hack
• Pasta de soldadura
• Soldar

• Multímetro

Paso 2: cortar el acrílico

Fue complicado encontrar un método confiable para cortar el ángulo de 45 grados en los bordes del acrílico. Creo que instalar una sierra de mesa con el ángulo correcto sería mucho más fácil, pero desafortunadamente solo tengo un enrutador, así que aquí lo que hice.

Usé un trozo de madera de desecho con una regla sujeta a mi banco de trabajo para hacer una plantilla. El borde recto es muy importante ya que el cojinete de la broca de chaflán rodará a lo largo de él. Es entonces un caso de pegar un poco de lámina acrílica de desecho alrededor de la pieza en la que quería cortar el ángulo para mantenerla quieta y crear la altura correcta de la parte inferior del enrutador.

Tenía mi pistola de pegamento caliente afuera y caliente cuando hice esta, así que decidí usar pegamento caliente para pegar las piezas de soporte en su lugar. Normalmente habría usado cinta adhesiva de doble cara. Ambas opciones funcionan bien.

Luego, es un poco de prueba y error configurar el enrutador exactamente a la altura correcta, demasiado alto y dejará un borde cuadrado en el acrílico, demasiado bajo y se despegará demasiado.

Usando un poco de cinta adhesiva para asegurarse de que nada se pueda mover, permita que el enrutador gire a la velocidad y pase suavemente el enrutador a lo largo del borde del acrílico, gire la pieza y repita hasta que haya cortado los 6 con un borde de 45 grados en todos 4 bordes (5 piezas y 3 bordes si desea montar el cubo en algo)

Paso 3: hacer el cubo

Una vez que se corta todo el acrílico, formar el cubo es sencillo, pero la dosis requiere un poco de atención al detalle.

Primero tome un trozo de cinta adhesiva, con 2 piezas en los extremos para sujetarlo, recto y apretado. Colóquelo a unos milímetros de distancia y paralelo a una regla con el lado adhesivo hacia arriba. La cinta mantendrá todo junto hasta que el epoxi fragüe, así que superpuse dos piezas para asegurar una buena presión uniforme. Usé mi mate de silicona como mi regla, pero una regla funcionaría igual de bien o tal vez mejor.

A continuación, retire la película protectora del acrílico y coloque uno de los cuadrados hacia un extremo de la cinta, asegurándose de que se asiente perfectamente contra el borde recto y que el ángulo de 45 grados esté inclinado hacia abajo. Luego, coloque un segundo cuadrado al lado del primero, asegurándose de que los bordes se toquen y la parte superior esté ajustada al borde recto. Repita para el tercer y cuarto cuadrado.

Cuando estés feliz de que todos estén sentados cuidadosamente, dale la vuelta y recorta la cinta en un extremo para que no pase el extremo del acrílico. Ahora debería poder doblarlo todo y formar una caja ordenada. Es importante para el acabado final que la parte superior de la caja sea lo más perfecta posible, una pequeña desviación en la parte inferior se puede lijar y ocultar más adelante.

Si está contento de que todo encaja como debería, es hora de arreglarlo en su lugar. Abra el cubo y colóquelo plano listo para su elección de adhesivo. He usado Tinsol 12 en el pasado. Está diseñado para unir acrílico y dosificarlo muy bien, sin embargo, es desagradable trabajar con él y requiere refrigeración antes de su uso. También recomendaría usarlo afuera en un día ventoso y dejar las partes unidas afuera o en un cobertizo durante al menos 24 horas.

Un epoxi de dos partes transparente funciona bien, es mucho más agradable y más tolerante para trabajar. Aún necesita usar un área bien ventilada para trabajar, pero no noté ningún humo trabajando en una ventana abierta. Su vínculo no es tan fuerte como Tinsol12, pero a menos que planees lanzar tu cubo, debería ser lo suficientemente fuerte.

Mezclé un poco de epoxi de gorila en un CD viejo y usé el extremo de acción de un escudero de bambú para aplicar una capa fina a lo largo de uno de los bordes de todos los cuadrados donde se iban a encontrar. Evite usar demasiado, ya que se derrochará.

Lo siento, no obtuve ninguna foto de esta etapa, ya que se estableció con bastante rapidez.

Una vez que el adhesivo esté en su lugar, doble los cuadrados hacia arriba para formar la caja nuevamente y use el trozo de cinta adhesiva que sobresale para mantenerlo todo unido.

Después de unos 5 minutos si se siente lo suficientemente fuerte como para quitar la cinta. Me gusta quitar la cinta lo antes posible en caso de que se derrame algo de epoxi. Una vez que esté completamente adherido, es mucho más difícil quitar la cinta.

Paso 4: el sensor táctil

La versión Mk1 del cubo usaba un sensor de vibración. Esto funcionó bien, pero no era ideal, ya que podría ser complicado activarlo solo una vez, especialmente si lo cogí para cambiar el modo y luego lo dejé de nuevo un poco demasiado rápido. El diseño realmente no permite colocar un botón en ningún lugar, por lo que lo único lógico era usar el control táctil.

El MTCH101 parecía el chip perfecto para el trabajo.

Como es un sensor capacitivo, no hay necesidad de hacer contacto directo con nada, así que tomé lo que se convertirá en la tapa del cubo, eliminé la capa protectora del interior y luego coloqué un alambre de cobre esmaltado de 0,31 mm alrededor del interior, embutiéndolo en su lugar con cinta adhesiva antes de mezclar un poco de Gorilla Epoxy para mantenerlo permanentemente. Asegúrese de dejar suficiente cola para llegar a la PCB.

El pin de salida de detección MTCH101 es Activo-Bajo, por lo que un interruptor táctil entre 5V y la almohadilla adicional también funcionaría cerca del pin 7 para cambiar el modo del cubo

Una vez que el epoxi esté curado, la parte superior del cubo se puede unir al cuerpo con un poco más de epoxi.

Paso 5: PCB y soldadura

Siempre había imaginado que los PCB eran algo reservado para aquellos que poseen un conocimiento profundo de la electrónica que se ha transmitido durante muchos años. Resulta que es realmente muy fácil y económico diseñar sus propias tablas y hacerlas profesionalmente.

No profundizaré demasiado en el proceso aquí, ya que requiere un poco de detalle que otros han hecho un mejor trabajo de explicar que yo. Pero los pasos básicos son:

Construye tu circuito en una placa de pruebas para probarlo. Distribuya todos los componentes en un esquema. Convierta el esquema en una placa de circuito impreso. Coloque todos los componentes como desee y cree las conexiones. Hacer el pedido

La parte más difícil del proceso es esperar a que lleguen sus tablas.

Usé JLCPCB. El costo total de 10 tablas fue un poco menos de £ 10 y tardó poco más de una semana en llegar. No tengo nada con qué comparar la calidad, pero parecen realmente agradables.

Quería tener la opción de hacer una versión más grande del cubo, así que agregué algunos anillos adicionales de almohadillas LED a la PCB. Puedo soldar LED en cualquiera de los 3 anillos o cortarlos para diseños más pequeños. JLCPCB cobra el mismo precio por cualquier tamaño de placa hasta 100 mm x 100 mm.

Soldadura

Es posible soldar a mano todos los componentes. Los condensadores y resistencias 0603 son pequeños pero resistentes, por lo que con un poco de práctica se pueden hacer con facilidad. Lo mismo para el chip MTCH101. El problema que tuve fueron los LED SK2812, son lo suficientemente grandes como para soldarlos a mano, pero los encontré demasiado sensibles al calor. Supongo que maté al menos a 10 antes de decidir invertir en algo diseñado para piezas SMD.

No estaba seguro de cuál era el mejor camino a seguir, entonces tomé mi decisión cuando encontré un mini horno a la venta en Lidl. Si bien no es el horno perfecto para refluir, es lo suficientemente bueno para mis necesidades y con algunas modificaciones para un control de temperatura más preciso, no apaga los LED.

Nuevamente, el proceso de convertir un horno tostador o un mini horno en un horno de reflujo está un poco más allá del alcance de este intratable, pero hay mucha información por ahí si desea hacer algo similar.

Las pendientes necesarias para refluir la PCB son:

Déle a la PCB una limpieza rápida con alcohol para eliminar cualquier grasa que pueda evitar que la soldadura se adhiera correctamente. Aplique pasta de soldadura a las almohadillas de la PCB y luego aplique los componentes. Coloque la tabla en el horno y refluya.

Una vez que la placa esté fría, puede soldar manualmente en el soporte IC del orificio pasante y el condensador grande.

No he instalado el condensador de 1000 uf esta vez ya que la luz solo la usaré yo y no se encenderá y apagará con mucha frecuencia. También crea una sombra dentro del cubo a medida que los LED hacen lo suyo.

El condensador de 1000 uf está ahí para salvar los LED y el microcontrolador de una irrupción de corriente. Recomiendo instalarlo, pero es algo opcional si tiene cuidado con lo que lo conecta. Para obtener más información sobre este tema, recomiendo leer la Überguide de Adafruit NeoPixel

learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberg…

Paso 6: Código

Sube el código al AtTiny85.

¡Aquí hay una gran guía sobre cómo hacerlo!

www.instructables.com/id/Program-an-ATtiny-with-Arduino/

Luego, coloque ATTiny en el zócalo IC de la PCB

Paso 7: Poniéndolo todo junto

Hay una sola resistencia en la parte inferior de la PCB más las patas del IC y el condensador sobresalen un poco. Utilicé una Dremel para tallar algunos huecos en la pieza inferior de acrílico para que la PCB pueda quedar plana.

Mientras la Dremel estaba fuera, también perforé un pequeño orificio en el costado del cubo en el centro a unos 6 mm hacia arriba para el cable de alimentación y lo empujé antes de pelar los cables y estañar. Muchos cables USB tienen líneas de datos, use un multímetro para determinar cuál es cuál si es necesario.

Use una pequeña gota de pegamento caliente para sujetar la PCB (encontré que el pegamento caliente es una buena idea, ya que crea una sujeción fuerte, pero se puede quitar si es necesario) y suelde los cables de alimentación. Usé un poco de pegamento termofusible para un apoyo adicional.

El siguiente paso es soldar el cable del sensor a la almohadilla del sensor.

Antes de fijar la parte inferior del cubo, es una buena idea hacer algunas pruebas para asegurarse de que todo funciona como se esperaba.

Si todo funciona como se esperaba, el paso final es pegar la parte inferior del cubo en su lugar. Normalmente uso sellador de silicona para esto, ya que nuevamente se mantiene bien pero se puede quitar si es necesario.

Conéctate y disfruta

Paso 8: otras opciones y reflexiones finales

Durante el tiempo que esto ha ido evolucionando, se me han ocurrido algunas variaciones. Uno de los cuales es una base de madera con un cubo acrílico en la parte superior. El otro es un marco de madera con leds en la parte trasera y también una versión larga con cinta de leds. Actualmente también estoy trabajando en un reloj con un diseño similar.

Dicen que la vista trasera es siempre 2020 y hay algunas cosas que podría hacer de manera diferente si decido ir por MkIII

El primero de los cuales está cambiando a 0805 pasivos. Los 0603 están bien, pero hay suficiente espacio para los componentes más pequeños y más grandes y son un poco más fáciles de volver a trabajar si es necesario.

También estaba pensando en agregar un LED adicional para obtener información visual sobre el estado del sensor. El MTCH101 es capaz de hundir hasta 20 mA, por lo que un LED con una resistencia de alto valor no sería un problema conectado directamente al pin 4 del chip.

Creo que también agregaría algunas almohadillas a los otros anillos de la PCB para que puedan usarse para otros proyectos si se cortan. Y también unas almohadillas para usar la PCB con tiras o anillos de LED externos.

Espero que hayas disfrutado de este intratable.