Кольцо с подсветкой. Светодиодные кольца своими руками

July 13, 2015

Удивительное LED кольцо имеет источник питания LiPo, 3 NeoPixel LED, и возможность подзарядки при помощи USB. Компоненты кольца создаются на 3D принтере, как и сами силиконовые кристаллы украшающие его. Украшение создано в виде объемного аксессуара надевающегося сразу на два пальца. Это связано с необходимостью вместить внутрь миниатюрного устройства все необходимые детали.

Кольцо укладывается как бутерброд, все компоненты устанавливаются слоями. Чтобы уложить провода правильно, необходимо вначале собрать всю цепь и проверить правильность ее выполнения, а уже после, обрезать лишние части проводов для компактного размещения под крышку светодиодного кольца. Если вы запутались в процессе сборки, обратитесь к этой диаграмме. Она поможет новичкам в электронике собрать и припаять правильно все детали.

Для того чтобы получить максимально качественный продукт, после сборки будет необходимо спиливать лишний материал на стыках. Он был специально оставлен в качестве допусков. Чтобы кольцо смотрелось изящно и аккуратно, его непременно нужно будет доработать. В итоге, вы получите очень интересное и необычное кольцо со светодиодными кристаллами.

Источник: adafruit

November 29, 2015

Обручальное LED кольцо с подсветкой

Это замечательное светящееся кольцо изготовлено из титана и 23 камней установленных по внешнему периметру кольца. Под камнями установлены крошечные светодиоды. Особенностью кольца является то, что оно начинает светиться только тогда, когда влюбленная пара держится за руки.

Изначально была выполнена металлообрабатывающая часть сборки, она настолько проста, насколько это можно ожидать от металла – титана. Затем при помощи сверлильного станка, были проделаны 23 отверстия для каждого из камней. Камни были закреплены на кольцо при помощи ювелирной эпоксидной смолы, после чего кольцо было отполировано до удивительного блеска.

Установить батарею и конденсаторы для питания светодиодов в само кольцо было не возможно, поэтому было решено использовать индуктивную цепь питания для светодиодов. Катушка из тонкой проволоки намотана на внутренней части кольца из каптоновой ленты, которая служит индуктором для питания крошечных SMD светодиодов.

Само индуктивное питающее устройство является шедевром технической мысли. Так как идея была в том, чтобы кольцо загоралось каждый раз, когда влюбленная пара держится за руки, требовалось индуктивное зарядное устройство, которое также можно было носить с собой. Решением этого стала большая катушка с трансформатором, которая надевается на запястье молодого человека. Вся эта конструкция очень легко скрывается под рукавом пиджака, куртки или свитера, заставляя кольцо, магически светится при приближении.

Посмотрев видео ниже, вы сможете подробно ознакомиться с процессом изготовления, после чего будет подробно рассмотрен каждый этап изготовления кольца:

Изготовление металлической части кольца

Сначала, геометрия кольца была разработана в чертежной программе Autodesk Inventor. Размер кольца составил 15.72 мм.

Работа с титаном оказалась не такой уж простой, намного сложнее, чем с алюминием или сталью. Для выполнения всех резов, требуется инструмент с добавлением карбида. Можно использовать быстрорежущие инструменты для стали, но они очень быстро изнашиваются, что может вызвать проблемы при выполнении однопроходных резов.

Для изготовления кольца, был выбран прут диаметром 2.2225 см из металла Титан AL6V4. Затем на токарном станке, его диаметр уменьшается до 19,8 мм

После, по центру заготовки, делается отверстие при помощи сверла меньшего диаметра, чтобы предотвратить смещение сверла с большим диаметром.

Важно предпринять все возможные меры, чтобы не перегреть сверло (или любой другой инструмент для этого проекта). Титан не проводит тепло, так что оно будет распределяться по режущим кромкам вашего инструмента. Это подвергает инструмент большой опасности выгорания, в результате перегрева, и соответственно расплавления режущей части (такое сверло показано на рисунке ниже). Для работы с титаном, желательно использовать инструмент с добавление карбида в его режущие кромки.

Затем, при помощи расточной оправки, делается конечное отверстие сверлом диаметром 15,8мм. Это немного больше чем требуемый размер 15,72мм, но это необходимо для установки электронных компонентов.

После, согласно индексной таблице состоящей из трех этапов, делается 23 отверстия под установку ювелирных камней. Первая этап, заключается в том, что надо просверлить все отверстия сверлом диаметром 0,8мм.

На втором этапе, все отверстия просверливаются сверлом с диаметром 2 мм.

На третьем этапе, сверлом диаметром 2,3 мм, на всех отверстиях снимается фаска снаружи, это нужно для последующей установки ювелирных камней (посадочные места для камней).

После завершения сверления отверстий, надо отделить кольцо от прутка – заготовки. В конце, у вас получится отрезанное кольцо с небольшим остатком от заготовки. Будьте осторожны, этот остаток (тоненькое колечко) очень тонкий и острый, так что это не самый лучший подарок для детей!

Теперь необходимо сформировать внутренне пространство для установки пакета электроники. Для этого используется цанговый патрон токарного станка и подходящая оправка, для удержания кольца на краю.

Используя инструмент для создания канавок под уплотнительные кольца, была вырезана канавка внутри кольца размером 2 мм х 1 мм. В канавке будет содержаться слой пермаллоя (будет рассмотрен позже), а также индуктивная катушка и светодиодные сборки.

По причинам, о которых будет рассказано позже, на кольце необходимо сделать поперечную прорезь. Ее рекомендуется делать посередине отверстия для установки камня, это позволит сохранить геометрию кольца и предотвратит его от изгиба. Если сделать прорезь между посадочными местами для камней, то это может привести в дальнейшем к защемлению кожи. Для выполнения реза, используется пила с толщиной диска 0,15 мм. Не забывайте использовать охлаждающие жидкости при выполнении реза.

Последний этап обработки металла включает в себя базовую полировку, которая выполнялась в три этапа и контролировалась под микроскопом. Так как на токарных станках использовались очень острые инструменты, то остаточных царапин было немного. Для удаления царапин, которые казались большими, использовалась наждачная бумага с фракцией 1200. Затем на полировочном станке с применением сначала желтой, а потом белой полировочной пасты (на разных полировочных кругах), была выполнена окончательная полировка. Для конечной чистки металла, была использована специальная жидкость Ryobi Hard (артикул A04HM01). Тщательная промывка этой жидкостью, выполняется для хорошего сцепления металла с эпоксидной смолой в дальнейшем.

Испробовав множество способов крепления камней, был найден подходящий вариант. Все остальные приводили к повреждению камней или самого кольца. Поскольку диаметр отверстий был очень близок к диаметру камней, было решено использовать эпоксидную смолу, используемую в ювелирных изделиях (Epoxy 330, изготовитель Hughes Associates). К тому же, для точности был изготовлен специальный держатель.

Камни устанавливались по восемь штук одновременно, позволяя эпоксидной смоле протечь во все места посадочных мест. Затем кольцо поворачивалось, и процесс повторялся. После высыхания смолы, была выполнена дополнительная полировка с белой полировочной пастой (быстрыми и легкими касаниями кольца к полировочному кругу). На этом работа с металлической частью кольца была завершена. Всего, в кольце содержится 13 белых и 10 синих камней.

Изготовление электронной части кольца

Создание электронной части было довольно просто в теории, нужно было сделать моток проволоки – индуктивная катушка, добавить конденсаторы и светодиоды, соединенные параллельно, и ву-а-ля – индуктивный приемник готов! Но на практике все оказалось немного сложнее…

Обмотка была намотана на верхнюю часть каптоновой ленты, которая обеспечивает липкую поверхность для приклеивания эмалированных проводов 40 AWG, а также создает изолирующий слой с поверхностью кольца.

Катушка имеет индуктивность около 13мкГн (микрогенри). К ней добавлен конденсатор емкостью 820pF (пикофарад), который в паре с катушкой создает резонансную частоту 1,5МГц. В качестве светодиодов, были выбраны ультратонкие светодиоды ROHMs из серии PicoLED из-за их подходящего размера и небольшого потребления энергии. Для приклеивания светодиодов и конденсатора к каптоновой ленте поверх проволоки, был использован термостойкий эпоксидный клей.

Индуктивный передатчик, был построен на основании схемы Марко Бакула с небольшими модификациями под этот проект. Были увеличены номиналы нескольких резисторов, но в основном схема сохранилась. С его расчетами и схемой, можно ознакомиться по ссылке:

http://markobakula.wordpress.com/wireless-power/miniature-wireless-power-demonstrator/

Принципиальная схема индуктивного передатчика выглядит следующим образом:

Для изготовления индуктивного передатчика, было решено использовать одну общую монтажную плату с возможностью ее расширения.

Для индуктивной катушки передатчика, необходимо было использовать жесткий и толстый провод, чтобы она могла выдержать высокое напряжение переменного тока (80 Вольт), и могла держать форму. Для намотки катушки, использовалась круглая огранка размером 10 х 10 см, с применением мягкой проволоки для сохранения интервала. После того, как катушки была намотана и выровнена, она была покрыта эпоксидной смолой прямо на огранке и обернута лентой для сохранения формы смолы во время высыхания.

Снять катушку с огранки после высыхания смолы, оказалось не так-то просто. Пришлось просверлить много отверстий в деревянной огранке и просто разломать ее на отдельные части, и затем их аккуратно выбить из центра катушки.

Для пайки катушки в индуктивную цепь передатчика, требуется мощный паяльник, выделяющий много тепла, но при этом надо быть осторожным, чтобы не повредить соседние компоненты. Плата передатчика была прикреплена, к своего рода повязке, которую можно прикрепить к предплечью.

Затем был проведен тест, чтобы определить, насколько хорошо передатчик скрывается под рукавом куртки.

Монтаж электронной части в кольцо

Первоначальные тесты (без установки катушки в кольцо) помогают определить эффективность магнитного поля и определить расстояние, на котором светодиоды начинают светиться. Сердечник из пермаллоя помогает сфокусировать магнитное поле в катушке кольца.

Перед тем, как начать монтировать катушку в кольцо, должны быть предприняты меры по предотвращению возникновения тока внутри кольца. Дело в том, что магнитное поле вызывает вихревые токи в самом кольце, что мешает самой индукционной катушке правильно воспринимать внешнее магнитное поле. Именно поэтому была сделана поперечная прорезь в кольце, она нарушает замкнутый контур.

Вырезать пермаллоевую полоску точно по размеру было достаточно трудно, поэтому после того как она была вставлена в прорезь и приклеена эпоксидной смолой, была выполнена дополнительная чистка. Она выполняется при помощи скальпеля или подходящего очень острого ножа. Просто подрезается все лишнее во внутреннем пространстве кольца.

Кольцо в действии!

Проблемы дизайна и недочеты конструкции

Из всех проблем, возникших при изготовлении кольца, самой большой проблемой, стало найти метод установки камней. Традиционно, камни крепятся с помощью механических средств – зубцами или защелками. Эпоксидная смола будет расслаиваться на поверхности крепления из-за возникающего микронапряжения, термо расширения и других неупомянутых движений. В настоящее время камень крепится именно этим способом, но со временем он все равно выпадет. Это лишь вопрос времени.

Также были испробованы и другие методы крепления камней – термическое расширение отверстий, деформация отверстий, деформация отдельных точек. Но все же по тем или иным причинам была выбрана эпоксидная смола.

Например, при попытке закрепит камень, используя способ термического расширения, кольцо нагревалось до большой температуры, и в горячий металл укладывался камень. При охлаждении металла он сжимался и таким образом фиксировал камень. Но дело в том, что когда металл сжимается, он также сжимает и установленный камень, в результате чего он трескается.

В следующем варианте были попытки зафиксировать камень путем деформации краев посадочного места. Это может быть достигнуто, используя дырокол с отрицательным углом, изготовленный из инструментальной стали. Он чем-то похож на дырокол для кожаных изделий.