LED मैट्रिक्स इयररिंग

 (mitxela.com)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-02-21 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • इयररिंग के सामने 0201 LED जितनी ज़्यादा हो सकें लगाने के लिए, तैयार LED स्टड इयररिंग के मेटल बैटरी होल्डर को बचाकर रखा गया और ज्वेल डेकोरेशन व सिंगल LED को कस्टम circuit board से बदला गया
  • मौजूदा CH32V003-आधारित badge circuit और firmware को 3 गुना छोटा करके, 1mm pitch 8x8 matrix को 9mm व्यास के गोले में 52 LED के साथ बनाया गया
  • महंगे HDI board की जगह 2-layer board की 2 शीटों को चिपकाकर हैंडमेड board sandwich बनाया गया, ताकि कुल लागत 50 डॉलर से कम रखी जा सके
  • 0201 components pick-and-place मशीन की specifications से बाहर थे, लेकिन tape pickup position correction और reflow के बाद alignment से ज़्यादातर consistent grid में बैठ गए
  • छोटी LR521 batteries की 2 cells शुरुआती current draw नहीं संभाल पा रही थीं, इसलिए capacitors जोड़कर, clock घटाकर, और लगभग 0.25% duty cycle के साथ total current को करीब 8mA तक कम किया गया

तैयार इयररिंग को 52 LED matrix में बदलना

  • शुरुआत 0201 LED को stud इयररिंग के सामने जितना संभव हो उतना ज़्यादा लगाने के विचार से हुई
  • तैयार LED stud earrings बहुत सस्ते हैं और इनमें दो LR521 cells रखने वाला छोटा machined battery holder होता है
  • plastic jewel और single LED को हटाया गया, और metal structure को नए circuit के power connection के रूप में reuse किया गया
  • electrically, यह पहले बनाए गए CH32V003-आधारित badge जैसा ही circuit और firmware इस्तेमाल करता है
  • सबसे बड़ी चुनौती 3mm LED pitch वाले badge को 1mm pitch तक घटाकर area को 1/9 करना था, वह भी PCB के किनारे पर मोटा border रखे बिना

HDI की जगह बनाया गया handmade blind और buried via structure

  • blind vias या buried vias वाले multilayer boards आवश्यक precision दे सकते थे, लेकिन छोटे HDI board layouts भी सैकड़ों डॉलर से शुरू होते हैं
  • पूरे project की लागत 50 डॉलर से कम रखने के लिए, solder pad arrays के जरिए दो 2-layer boards को आमने-सामने solder करने का तरीका चुना गया
  • pads ज़्यादातर perimeter पर रखे गए ताकि connection status check किया जा सके, लेकिन असल check करने के लिए board को panel से अलग करना पड़ता है
  • via drill diameter 0.25mm है, जो सबसे सस्ते PCB option के सामान्य minimum 0.3mm से छोटा है, इसलिए यह दूसरे pricing tier में आता है
  • जब LED spacing 1mm तक घटती है, तो plated holes के आसपास copper thickness की unevenness भी साफ़ दिखने वाली समस्या बन जाती है

1mm pitch 8x8 matrix assembly

  • main display 1mm pitch 8x8 matrix है, और circular outline में फिट करने के लिए corners काटकर 9mm diameter circle के भीतर 52 LED लगाए गए
  • panel की ऊपर-नीचे width 5mm है, और पूरा panel size 23mm × 28.5mm है
  • एक board पर stencil से solder paste लगाया गया, और बिना paste वाला दूसरा board ऊपर रखकर sandwich structure बनाया गया
  • boards की thickness 0.6mm each है, इसलिए sandwich के बाद कुल thickness 1.2mm से थोड़ी ज़्यादा है
  • higher-temperature solder इस्तेमाल करने से बाद में joints के अलग होने का risk कम किया जा सकता था, लेकिन 0.5mm diameter pads और उपलब्ध solder paste की constraints के कारण सामान्य तरीके से ही काम किया गया

stencil और 0201 component placement में trial and error

  • steel stencil में कई designs साथ में रखे गए थे, और यह इतना सस्ता था कि single-board stencil order करना भी लागत के लिहाज़ से संभव था
  • पहली गलती stencil में fiducial न डालना थी
    • पहले board में QFN pads से alignment check किया जा सकता था
    • panel से एक board काटने के बाद दूसरे board की alignment बहुत मुश्किल हो गई
  • दूसरी गलती शायद 0201 pads के लिए holes बहुत छोटे बनाना था
    • अगर उन्हें थोड़ा बड़ा बनाया जाता, तो stencil काम का बोझ कम हो सकता था
  • पहली कोशिश में ज़्यादातर pads अच्छे निकले, लेकिन कुछ में paste कम था; high-quality result के लिए squeegee का pressure और speed ठीक-ठीक मिलाना ज़रूरी था
  • पहले इयररिंग के बाद stencil को पर्याप्त साफ़ न करने से बचा हुआ residue सूख गया, और दूसरे इयररिंग पर काम ज़्यादा कठिन हो गया

pick-and-place मशीन से 0201 LED लगाना

  • 52 0201 LED को हाथ से place करना असंभव नहीं था, लेकिन लक्ष्य यह देखना था कि pick-and-place मशीन से यह संभव है या नहीं
  • 0201 components मशीन की stated specifications से बाहर थे, लेकिन सबसे छोटा vacuum nozzle parts उठाने में कोई बड़ी समस्या नहीं दिखा रहा था
  • शुरुआती समस्या placement accuracy से ज़्यादा tape feed की तरफ थी
    • मशीन चलने के दौरान desk हिलने पर 0201 LED, protective film हटे हुए tape से आसानी से बाहर उछल जाते थे
    • tape holes 4mm pitch पर होते हैं, लेकिन 0402 और 0201 components के बीच component spacing उससे कम होता है
    • 2mm spacing वाले tape में मशीन को एक step नहीं, बल्कि आधे-आधे step में आगे बढ़ना चाहिए
  • stable pickup के लिए tape से component उठाने की position पर offset लगाया गया
    • default position, film हटे हुए area से लगभग 4mm दूर थी, जिससे components के बाहर उछलने की गुंजाइश बड़ी थी
  • पहले placement result में कुल मिलाकर थोड़ा नीचे की ओर systematic error था, लेकिन components के बीच consistency अच्छी थी
  • कुछ LED tilted थे, लेकिन हाथ से धकेलकर ठीक किए जा सकते थे, और reflow के बाद लगभग सभी accurate grid alignment में आ गए

इयररिंग power connection और power समस्या का समाधान

  • plastic jewel के नीचे मौजूद original इयररिंग circuit में एक छोटा board और दो components थे
  • battery case positive है, और post के बीच की पतली wire negative है, इसलिए नया circuit इन दो points से connect किया जा सकता है
  • शुरुआत में circuit को पूरी तरह test किए बिना solder और set कर दिया गया, लेकिन जल्द ही इसे फिर खोलकर modify करना पड़ा
  • original firmware का power consumption बहुत ज़्यादा था, छोटी battery current संभाल नहीं पाई, और voltage drop के कारण CH32V003 brownout detector ने chip reset कर दी
  • mounted state में भी reprogramming संभव थी, लेकिन बहुत झंझट भरी थी
    • alligator clip से positive पर connect करना
    • एक wire को tip पर लगाकर negative बनाना, और दूसरी wire को अंदर लगाकर debug pin से contact कराना
  • power stabilization के लिए 22uF और 0.1uF capacitors parallel में जोड़े गए
    • physically छोटे high-capacity ceramic capacitors का internal resistance अधिक हो सकता है, इसलिए कई values को parallel में जोड़ना मददगार हो सकता है
  • chip clock को 48MHz से घटाकर 1.5MHz किया गया
    • यह बदलाव debugger connection को भी प्रभावित करता है
    • सामान्यतः power cycle के तुरंत बाद connect करने वाली utility से recover किया जा सकता है, लेकिन इस इयररिंग structure में power supply को debug-control करना tricky है
  • final state में duty cycle करीब 0.25% है और total current consumption लगभग 8mA है

finished product और source code

  • completion के बाद दूसरा इयररिंग भी इसी तरीके से बनाया गया, और video recording equipment के workspace में बाधा डालने की अतिरिक्त मुश्किल थी
  • पहनकर ली गई photos के साथ long exposure और flash को combine करके LED trails वाली images बनाने की कोशिश की गई
  • project source code badge जैसा ही है और git.mitxela.com व GitHub पर उपलब्ध है
  • बाद में एक इयररिंग के बीच की dead LED को बदला गया, और अलग project page के बजाय repair video अपलोड किया गया

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-02-21
Hacker News की राय

  • डिज़ाइन के लिहाज़ से मुझे इसका और ज़्यादा industrial version पसंद आया, और वह ज़्यादा cyberpunk लगा। फिर भी यह वाला भी बहुत साफ-सुथरा है
    हैरानी की बात यह है कि 0.65×0.65mm RGB LED जैसी चीज़ मौजूद है, जो लेख में दिखाए गए LED की लंबी साइड के वर्ग के बराबर आकार की है। इसकी मोटाई भी सिर्फ 0.25mm है, यानी कुछ कागज़ की शीटों जितनी। ऐसी चीज़ों को चेहरे पर लगाकर मेकअप के साथ नैचुरली ब्लेंड किया जाए तो काफी cyberpunk लुक बनाया जा सकता है। वायरिंग भी चाहें तो लगभग जितनी पतली चाहिए उतनी मिल सकती है

    • करीब 5–10 साल पहले LED eyelashes कुछ समय के लिए ट्रेंड में थीं। उन्हें ऊपरी पलक पर चिपकाया जाता था, और बहुत पतली तारें कान के पास की battery तक जाती थीं
      इलेक्ट्रिकली वे कैसे काम करती थीं, यह मुझे नहीं पता, लेकिन हाई-एंड versions में ऐसा लगता था कि ऊपरी पलक के साथ individually controllable LED लगी होती थीं, और वे काफी शानदार लगती थीं

  • “यह एक प्रभावशाली electronics project तो है, लेकिन असल में कौन ऐसे earrings पहनना चाहेगा?” — यह सुनकर लगा जैसे मज़ाक हो। STEM women में बहुत लोग ऐसे सेट पर अच्छी-खासी रकम खर्च करेंगे
    industrial[0] थोड़ा ज़्यादा abstruse है, और led-ring variant[1] थोड़ा फीका, लेकिन पूरी LED matrix वाकई जबरदस्त है
    [0]: https://mitxela.com/projects/scaffold
    [1]: https://mitxela.com/projects/charliestar

    • सहमत। मैंने कान नहीं छिदवाए हैं, लेकिन earrings देखकर मुझे शायद ही कभी इतनी जलन हुई हो

  • यह सच में बहुत शानदार है, और मैं ऐसे बहुत लोगों को जानता हूँ जो इसे खरीदकर पहनेंगे। अगर इसे productize करके rechargeable बनाया जाए और LED programming भी आसान कर दी जाए, तो यह निश्चित रूप से बिकेगा

    • सौभाग्य से, मूल लेखक के नज़रिए से वह हिस्सा बहुत आसान है। बस इंतज़ार करें कि tech media इस कहानी को उठा ले, फिर आराम से देखें कि Temu पर ऐसे मिलते-जुलते products आने लगें
    • rechargeable के बारे में पक्का नहीं, लेकिन programming के लिए LED array के बीच में एक छोटा infrared receiver रखा जा सकता है। one-way data transfer ही काफी होगा; Bluetooth overkill है
    • यहाँ वजन भी धीरे-धीरे समस्या बन सकता है। अगर battery को कान के पीछे कहीं छिपाया जाए तो मदद मिलेगी, लेकिन conceptual elegance खराब हो जाएगी
    • आखिरकार मुझे चिंता यही है कि यह mainstream न हो जाए। आखिर vanity के लिए और electronic waste की तो बहुत ज़रूरत है…

  • अगर मेरी website कभी लेखक के https://mitxela.com/projects पेज जैसी दिखने लगे, तो मैं मान लूँगा कि ज़िंदगी में सफल हो गया हूँ

    • काश मेरे पास भी उतनी क्षमता, ऊर्जा, समय और equipment होता
    • सही बात, वहाँ सच में बहुत दिलचस्प projects हैं, और उनमें से काफ़ी पूरे भी किए गए हैं

  • मैंने इसके आधार पर pendant, OLED display, और कान पर लटकने वाले अलग battery holder जैसी कुछ ideas की sketch बनाई [1]
    ऐसा ही design earbuds या IEM में भी शानदार लग सकता है, और अगर lighting को music के साथ sync किया जा सके तो खास तौर पर बढ़िया होगा। गंभीरता से कहूँ तो, दिमाग में आए design की sketch बनाना हर किसी को सीखना चाहिए। बहुत अच्छा draw करना ज़रूरी नहीं, बस इतना कि बात समझाई जा सके

    1. https://i.ibb.co/wwTKNJ2/image.jpg

  • मुझे नहीं पता कि इस आकार में यह संभव है या नहीं, लेकिन अगर ऐसा version हो जो sound या music के हिसाब से चुनिंदा animation या pulsing effect दे सके, तो nightclubs में यह बहुत चल सकता है

  • PCB को 2×2 layer sandwich की तरह स्टैक किया हुआ देखना काफ़ी अच्छा है। कम मात्रा में उत्पादन के लिए यह 1-2-1 PCB से सस्ता भी होगा, और Apple भी यही तरीका इस्तेमाल करता है

  • अगर कोई video Mike Harrison को inspiration के रूप में mention करे, तो मेरी नज़र में उसे पहले से कुछ पॉइंट मिल जाते हैं। https://electricstuff.co.uk/

    • मुझे ठीक से समझ नहीं आ रहा कि इस comment का पोस्ट किए गए लेख से क्या संबंध है

  • मैं सोच रहा हूँ कि सबसे छोटे गोल OLED display कितने छोटे उपलब्ध हैं। यहाँ इस्तेमाल किए गए 0201 से एक step छोटे 01005 LED भी हैं, लेकिन उस स्तर पर वे लगभग OLED display जैसे ही हो जाते हैं

    • 0.5 inch, यानी 12.7mm तक के models तो दिखते हैं, लेकिन उन सबमें connector बड़े हैं, इसलिए उन्हें छिपाने या microcontroller से जोड़ने के लिए काफ़ी छेड़छाड़ करनी पड़ेगी
    • indium gallium arsenide और gallium nitride की उम्र OLED से कहीं ज़्यादा लंबी होने की संभावना है, और वे शायद ज़्यादा तापमान भी झेल लें। हालाँकि encapsulation resin के बारे में ऐसा नहीं कहा जा सकता

  • इस बिंदु पर लगता है कि size घटाने की सबसे बड़ी सीमा LED खुद नहीं बल्कि via है। अगर LED में 3 pads हों और बाहरी 2 pads आपस में जुड़े हों, तो बिना via के single-sided board पर matrix बनाई जा सकती है

    • OLED microdisplay कैसा रहेगा? full HD और हज़ारों nits brightness भी संभव है
    • सोच रहा हूँ कि LED के बीच 0201 0Ω resistor लगाकर heat को connect किया जाए तो वह कैसा दिखेगा। यानी उसे row lines के ऊपर जाने वाले jumper की तरह इस्तेमाल करना। अगर square pixel pitch चाहिए, तो यह काफी अच्छा फिट हो सकता है
    • अगर यह one-off build हो, तो क्या LED को बस चिपकाकर बहुत सावधानी से magnet wire से hand-wire नहीं किया जा सकता? insulation के लिए थोड़ा Kapton tape भी जोड़ दें