kCube - LED-Würfel einmal anders

[tatus1969]

Ich möchte euch mein neuestes Projekt vorstellen: ein LED-Würfel. Machen
wollte ich sowas schon seit ich es das erste Mal irgendwo gesehen habe.
Ich habe es aber dann nie angefangen, weil es bei der herkömmlichen
Bauart mit 3mm-LEDs mir zu sehr zeitaufwendig und mühselig war, die
einzelnen LEDs kunstvoll zu verdrahten, und auch der Aufwand für die
Ansteuerung nicht gering ist.

Jetzt hatte ich für ein anderes Projekt einen intelligenten RGB-Ring in
der Hand, und die alte Idee kam mir wieder in den Sinn. Zwei Stunden
später stand das Konzept:
- 8x8x8 RGB-LEDs
- (fast) unsichtbare mechanische Konstruktion und Leiterbahnführung, die
LEDs sollen "schweben"
- einfach aufzubauen (kein Löten, es muss jedoch geklebt werden)
- so preisgünstig wie möglich (der Gedanke ist ein open source hw/sw Kit
für unter 200€ zu entwickeln)
- Ansteuerung über STM32; USB/(WLAN?/(Bluetooth?); Netzbetrieb und
Betrieb mit Lipo; Möglichkeit alternativ ein Fadecandy anzuschließen;
Speaker, Mikrofon, Beschleunigungssensor

Wiederum zwei Tage später waren die wichtigsten Teile bestellt: 512
WS2812B-LEDs, einige Klarsicht-Flex-PCBs, Plexiglas-Laserteile,
Plexiglaskleber und zwei Liter Propylenglykol (hier ist noch Glycerin
gezeigt, das ist aber zu leitfähig).

Nochmal eine Woche später ist bis auf die Flex-Leiterkarten und LEDs
alles geliefert, passend als Ostergeschenk ;-)

Die anderen Bilder zeigen schon mal ganz grob, wie das ungefähr aussehen
soll. Die Leiterbahnen sind nicht mitmodelliert, sie sind aber nur 0.2mm
dick und silberbeschichtet. Ganz darauf verzichten geht ja leider
(aktuell?) noch nicht.

Bin gespannt wie das später in der Realität aussieht!
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[tatus1969]

Ich bin einem chinesischen Fälscher auf den Leim gegangen, und das obwohl ich eine Probe von der Rolle genommen und eine Echtheitsprüfung gemacht habe (das Fenster muss aus Silikon sein, Fälschungen sind meistens Glas). Der Verkäufer hat doch tatsächlich 150 Originalteile genommen und mit Tesa daran weitere 450 Fakes angeklebt. Wenn das eine in einen Bestückungsautomaten gefüttert hätte, wäre es wahrscheinlich nicht einmal aufgefallen.

Das Beste war jedoch die Antwort des Verkäufers (Shenzhen Shijibaike Electronics Co., Ltd.), nach meiner Rückmeldung, dass ich teilweise gefälschte Teile in einem eindeutigen Betrugsversuch erhalten hatte und dazu geschrieben hatte, dass sie nicht funktionieren (sie tun es elektrisch, aber weder Farbwiedergabe, Helligkeit noch Aussehen stimmen):
"[...] We understand but how does it not work? there is no reaction at all? We have sent those parts to many different clients last month mostly the same time as per your order. But the other feedback is good. We agree to send you another new 450pcs original part [...]"

Sie scheinen weder zu realisieren, dass sie damit zugeben diese Art von Betrug schon oft begangen zu haben, noch dass das überhaupt Betrug ist.

Ich beschwere mich nicht, ich habe das auf die eine oder andere Weise sowieso erwartet. Was mich trotzdem überrascht ist der Erfindungsreichtum, den sie bei der Verarschung ihrer Kunden entwickeln.

Wie auch immer, ich werde jetzt auf weitere Teile warten müssen bevor ich weitermachen kann. Die Originalteile waren gut, um zwei Board zu löten. Wenn es in Glycerin eingetaucht wird (zweites Bild, das Flexboard ist mit Plastik 70 eingesprüht) ist der Effekt sogar noch besser als ich erhofft hatte. Die Flüssigkeit erzeugt ein tolles Leuchten um die LEDs, leider kann das zweite Bild das nicht annähernd wiedergeben. Wenn die LEDs aus sind dann sieht man Flexboard und Leiterbahnen deutlich, doch das verschwindet für das Auge fast vollständig sobald sie lechten.

Elektrisch funktioniert das so gut wie erwartet. Bei guter Stützung am FCC-Stecker messe ich bei voller Helligkeit weniger als 200 mV (Peak) an Masse am entferntesten Ende. Ich kann diese Topologie definitiv empfehlen, die Stützung von jeder einzelnen LED ist definitiv nicht notwendig. Die Dauerstromgrenze der Platine beträgt 1.2A in freier Luft (der heißeste Punkt ist die Hauptversorgungsleitung mit 60°C). Die einzelnen Zweige können noch dünner gemacht werden, 0.1 mm werden genügen (jetzt sinds 0.2 mm). Das entspricht einer Intensität von 200/200/200 (R/G/B).
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[Rabenauge]

Interessant, das mit den LED's.
Ich hab hier auch einige RGB-LED's müssten die 5050 sein), die zwar wirklich RGB können, aber wenn man die Farben einzeln nacheinander ansteuert, sieht das aus wie ne Rundumleuchte, die beim rotieren die Farben wechselt. Daher sind die für RGB kaum zu gebrauchen, bei schnellerer Ansteuerung gibt das ein einziges Geflacker.
Auch die sind mit Glas (oder durchsichtigem Plastik, Silikon jedenfalls nicht)- ich nehme an, durch das Silikon wird eine Streuung erreicht, die diesen Rundumleuchten-Effekt abmildert?

[tatus1969]

Es gibt viele Klone des Originals von Worldsemi, wahrscheinlich hast Du einen davon. Das Original fühlt sich oben weich an wenn man es mit einer spitzen Pinzette piekst. Beim Original sind alle drei LED's sehr dicht beieinander (alle auf dem gleichen Anschlusspad), und das Silikon zusammen mit dem weißen Gehäuse sorgen für eine sehr gute Streuung. Und das sogar über einen weiten Betrachtungswinkel von vielleicht 160° (fast eine Halbkugel).

[Ceos]

@Rabenauge WS2812 reagieren empfidlich auf ungenaues Timing, auch kommt es darauf an ob es 2812 oder 2812B sind! Die haben leichte unterschiede, wobei die letzteren ein symmetrisches Bittiming haben und eigentlich besser zu gebrauchen sind.

Ich tendiere immer mehr in Richtung APA102 LEDs, die haben ein SPI-ähnlcihes Protokoll, auch wenn dabei ein kleiner Twist im Timing zu beachten ist. Man kommt aber so auf eine WESENTLICH höhere "Framerate"

PS von den APA gibt es sochar 2020er, die würden sich sicherlich schicker machen weil weniger Gehäuse rundherum ist, abre antürlich auch etwas bescheidener zu löten :P

[tatus1969]

APA102 LEDs ... auch wenn dabei ein kleiner Twist im Timing zu beachten ist.

Ich überlege, in einem Redesign auf genau die APA102-2020 zu setzen, weil sie viel kleiner und punktförmiger sind. Bei einem 3D-Würfel ja nicht ganz unerheblich. Was ist denn dass für ein Twist? Was ich bisher weiß ist, dass es zwei Varianten gibt, bei denen der Übernahmezeitpunkt unterschiedlich ist (Original: sofort, Kopie: nach Endframe).

[Ceos]

jede LED verschluckt einen halben CLK takt, ich weis die genaue Zahl nicht mehr aber es war ungefähr so: alle N LEDs muss mn ein Dummy Byte hinterherschieben ... ob es jetzt 0xFF oder 0x00 war weis ich auch gerade nicht ich schau heute Nachmittag nochmal wenn ich dran denke.

PS wenn du eine größere Bestellung machst, würde ich mich beteiligen, ich würde die gerne auch mal verbasteln aber bis auf n 10er Streifen 5050er für viel zu viel Geld hab cih bisher noch kein sinnvolles Angebot gefunden gefunden für < 1000 Stück (ich bräuchte nur so um die 100)

[Rabenauge]

Ich reden nicht von adressierbaren. Die LED's (müssten, wie gesagt 5050 sein) gibt es auch einzeln, bzw. auf Breakout-Borads zu kaufen.
Da ist nix adressierbar dran, man kann (bzw, muss) die Pins für jede Farbe einzeln ansteuern.
Und wenn man das tut, sieht man ne Art Rundumleuchten-Effekt, der farbige Lichspot rotiert gewissermassen beim Farbwechsel ziemlich auffällig.
Wie gesagt: Silikon ist da nix- weisse Gehäuse haben die, aber da ist ne Art feste Scheibe davor- eben Glas, Acryl oder sowas.

[Ceos]

@Rabenauge oh ähm okay das ist mir wohl entgangen :P es ging im topic ja um adressierbare LEDs da hab ich nicht so ganz exakt mitgelesen und das flackern deckte sich mit den problemen der ws2812 (ohne B)

[tatus1969]

jede LED verschluckt einen halben CLK takt, ich weis die genaue Zahl nicht mehr aber es war ungefähr so: alle N LEDs muss mn ein Dummy Byte hinterherschieben ... ob es jetzt 0xFF oder 0x00 war weis ich auch gerade nicht ich schau heute Nachmittag nochmal wenn ich dran denke.

Danke!



PS wenn du eine größere Bestellung machst, würde ich mich beteiligen, ich würde die gerne auch mal verbasteln aber bis auf n 10er Streifen 5050er für viel zu viel Geld hab cih bisher noch kein sinnvolles Angebot gefunden gefunden für < 1000 Stück (ich bräuchte nur so um die 100)

Ich brauche noch etwas bis zur Serie, aber dann geht's mindestens in die 10,000er wenn das Projekt "zündet". Es werden dann entweder APA102-2020 oder WS2812S-3535, da kann ich dann gerne welche von abgeben. Ich suche aber noch nach einem zuverlässigen Lieferanten, gerne China... Bisher habe ich nur TME in Deutschland, die nehmen etwas unter 10ct pro WS2812S-3535, das ist noch viel zu viel.

[Ceos]

lol ... habe gerade mal wieder bei Mouser reingesehen, die haben die brandneu im Programm, sogar im 100er Pack für 25€

wenn du da ne Anfrage mit Menge startest geht da bestimmt noch was denke ich

Muss ehrlich sagen dass der Preis für mich schon absolut ausreichend ist und die Menge erst recht :>

PS: hier der Artikel über den Twist der LEDs (englisch) https://cpldcpu.wordpress.com/2014/11/30/understanding-the-apa102-superled/

tl;dr;


A start frame of 32 zero bits (<0x00> <0x00> <0x00> <0x00>) >>>>> Ein Startframe mit 32bits, alles NULLEN
A 32 bit LED frame for each LED in the string (<0xE0+brightness> <blue> <green> <red>) >>>>> ein 32bit Frame pro LED, brightness bedeutet Helligkeit und skalliert die ganze LED
An end frame consisting of at least (n/2) bits of 1, where n is the number of LEDs in the string. >>>>> Abschließend ein Filler Frame mit mindestens halb so vielen EINSEN wie LEDs verwendet werden (mehr schadet nicht, ahuptsache KEINE NULLEN)

[tatus1969]

Mouser (und auch Digikey) haben nur die Ware von Adafruit, da ist eine Riesenmarge auf dem Markennamen "Neopixel" drauf.

Aber für kleine Projekte sicher das richtige, zumal das sicher keine Hinterhof-Klone sind.

Da mein Würfel ja pro Stück schon 512 braucht, und ich die Idee habe, das als Kit zu verkaufen wenn Interesse da ist, muss ich natürlich genau auf den Preis gucken.

Danke für den Link, das ist ja einfach realisierbar. Ich schwanke aber immer noch stark, weil die APA102 eine Leitung mehr brauchen und ich noch kein transparentes Kupfer gefunden habe.

[Ceos]

die Versorgung wird auch tückisch, wenn du zu dünne Drähte nimmst könnte gut und gerne mal was kokeln.

Die Ansteuerung sollte auf jeden Fall nicht die volle Leuchtkraft nutzen und eine Sicherung drin haben

kurz mal gegoogelt, man könnte dünne beschichtungen verwenden um transparente leiterbahnen zu realisieren, keine ahnugn wer sowas anbietet oder was das kostet, macht man aebr z.B. bei Fensterglas mit Alarmsicherung so

[tatus1969]

Klar, es gibt alle möglichen Spielereien wie Chip-on-Glass und metallbedampfte Strukturen aus der LDC-Technik. Das braucht aber alles Spezialverfahren und rechnet sich erst bei großen Stückzahlen. Das wäre aber natürlich ein Traum ;)

Die Leiterbahnen habe ich vorher berechnet, und auch die sparsame Verwendung von Stützkapazitäten (nur 8x 1uF pro Ebene von 64 LEDs) vorher erprobt. Das Stromlimit pro Ebene ist 1.2A, das entspricht etwa RGB=200/200/200. Die Software soll später eine automatische Begrenzung machen, außerdem wird das 10A-Netzteil nicht beliebig viel liefern können.

[Ceos]

wollte nur meine Erfahrungen mit den LEDs einstreuen :P

hat mich einen Satz Front USB Ports gekostet, Gott hab meinen alten PC seelig :)

Aber ich muss gestehen dass cih eine Prototyp Version wo man die Drähtchen noch sehen kann schon rein technisch interssanter finden würde XD

[tatus1969]

Habe gerade den nächsten Schritt gemacht und das fadecandy-Adapterboard fertigbekommen. Das hat mich tatsächlich drei Anläufe gekostet, das erste Mal gabs Kurzschlüsse unter den FFC-Buchsen, das zweite Mal habe ich alle falschherum draufgesetzt, aber aller guten Dinge sind drei. Jetzt muss ich nur noch die "Massenfertigung" der LED-Ebenen durchziehen, dann geht es ans Zusammenbauen.

https://www.keenlab.de/wp-content/uploads/2018/04/VID_20180424_133127_1.mp4

[HaWe]

was kann man mit so enem Würfel anstellen?

[Ceos]

was kann man mit so enem Würfel anstellen?

nicht fragen, machen! würd ich auch bauen wenn ich die zeit und laune aufbringen könnte ... der job halt :P

[tatus1969]

was kann man mit so enem Würfel anstellen?
An sich (außer bauen und programmieren) zwei Sachen: 1) es als Lampe benutzen, die schöne Muster darstellt - die Elektronik bekommt dazu Mikrofon+Bewegungssensor+Lautsprecherausgang+Lipoa nschluss+WLAN+USB, 2) ich habe eine Idee für ein Spiel, das man daraus machen kann.

[piggituX]

hi,

oder sowas zb.

https://blog.adafruit.com/2018/04/04/what-to-wear-when-you-love-gifs/

:D

[tatus1969]

sehr geil! :-) Dauert bei mir leider noch etwas, aktuell schlage ich mich seit 2 Tagen mit der Buchführung rum :Haue

[Ceos]

verrückte idee!

weniger bunte LEDs und auch nicht als würfel sondern als kugel

maximal 2 farbige LEDs

so 5-7cm durchmesser und die LEDs in sphären gereiht

ein kleiner controller der sich evtl. per BT mit dem handy verbindet

ein kleiner akku der für ein paar dutzend minuten strom liefert

jetzt noch eine formschöne einfassung

google maps api mit maps navi

und daaaaaaaaaaaaaannnnnn

http://opwiki.de/images/Eternal-Port.jpg

[tatus1969]

hmmmmm, ich sollte vielleicht daran denken dem Würfel nicht nur einen Beschleunigungssensor sondern auch noch ein Magnetometer zu spendieren ;-)

[HaWe]

hi,

oder sowas zb.

https://blog.adafruit.com/2018/04/04/what-to-wear-when-you-love-gifs/

:D

ja, SO etwas könnte ich mir auch gut vorstellen... 8)

[tatus1969]

Ich habe im Moment leider nicht genug Zeit für dieses Projekt, aber für ein paar kleine Schritte hat es gereicht. Unter anderem habe ich das Design der Flexleiterkarten verbessert. Die aktuelle Lösung muss noch auf Plexiglasplatten geklebt werden, und das ist blasenfrei so gut wie unmöglich. Die neue Konstruktion ist auch wesentlich einfacher aufzubauen, siehe Bild.

Bestückte Muster der neuen Flexleiterkarten sind bestellt und sollten in ein paar Wochen eintreffen. Ich verwende jetzt APA102-2020, wei sie viel kleiner sind und so weniger Licht verdeckt wird.

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[Ceos]

Was für eine Art Kleber benutzt du denn?
Ich würde eventuell einen langsam(er) härtenden 2-Komponenten Kleber nehmen oder etwas UV-Härtbaren Epoxy, dann kannst du den Kleber solange er noch flüssig ist komplett Blasenfrei streichen und Überschuss abwischen bevor alles antrocknet bzw. du es mit ner UV LED härtest.

[tatus1969]

Was für eine Art Kleber benutzt du denn?
Ich würde eventuell einen langsam(er) härtenden 2-Komponenten Kleber nehmen oder etwas UV-Härtbaren Epoxy, dann kannst du den Kleber solange er noch flüssig ist komplett Blasenfrei streichen und Überschuss abwischen bevor alles antrocknet bzw. du es mit ner UV LED härtest.
Das blasenfrei Verarbeiten war nicht das Problem, sondern das Ausgasen des Klebers. Ich habe Acrifix benutzt, was schon als blasenarm beworben wird. Das alte Flex-Design hatte aber noch andere Schwächen, das Auftragen der Lötpaste hat nicht funktioniert weil die einzelnen Fahnen zu sehr "schwabbeln" konnten, und man musste jeden einzelnen Strang genau ausrichten damit's nicht allzu schief wurde. Zu aufwändig, zu teuer. Da habe ich lieber auf die Materialeinsparung bei den Flex-Boards verzichtet, bei größeren Stückzahlen wird es auch so noch günstig genug werden.

[tatus1969]

Heute kam ein Foto meines Platinenbauers :-)
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[Ceos]

wow, beeindruckend

[tatus1969]

Es hat mich jetzt mehrere Runden Laserteile gekostet, bis der Halterahmen für die Flexboards endlich gepasst hat. Außerdem eine Menge Gehirnschmalz, um es so zu gestalten, dass es möglichst einfach baubar ist und am besten auch ohne Kleber. Adapterplatinenen zum Anschluss der Ebenen sind auch in Arbeit, und ich kann euch sehr bald zeigen, wie das Ganze dann fertig aussieht :-)

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