IcosaLEDron: A Multi LED intelligente Kugel

11 Schritt:Schritt 1: Entwicklung Schritt 2: 3D-Druck von mechanischen Teilen Schritt 3: Circuit Design Schritt 4: Brett Layout- Schritt 5: Plattenfertigung Schritt 6: Bestückung von Platinen Schritt 7: Die Programmierung der Mikrocontroller Schritt 8: Montageteile Liste Schritt 9: Final Assembly Part One: Kleben Schritt 10: Final Assembly Part Two: Anschluss Schritt 11: Endmontage Dritter Teil: Fold Up

IcosaLEDron: A Multi LED intelligente Kugel

IcosaLEDron: A Multi LED intelligente Kugel

IcosaLEDron: A Multi LED intelligente Kugel

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Was ist ein IcosaLEDron? Es ist eine programmierbare, wiederaufladbaren 20-seitig "Ball" mit einem RGB-LED auf jeder Seite. Im Inneren befindet sich eine benutzerdefinierte PCB mit der ATMEGA328P ausgestattet, das ist Arduino kompatibel erlaubt eine einfache Programmierung von unterschiedlichen Effekten. Mit zwanzig WS2812B LEDs (auch bekannt als Neopixels ) gleichmäßig um positioniert und ein 3-Achsen- Beschleunigungsmesser ist der IcosaLEDron eine sphärische Plattform für die Erstellung Lichteffekte auf der Basis Beschleunigungen auf den Ball aufgetragen. Nachdem ich individuelle MEMS-Trägheitssensor Entwicklung haben wir beschlossen, ein Projekt mit aus dem Regal zu tun MEMS Beschleunigungsmesser . Dies ist unser erstes Projekt mit 3D-Druck und Arduino.
Das Basisprogramm spürt Up auf den Ball und wird die Spitze entsprechend LED leuchten, egal wie man es dreht. Wenn der Beschleunigungsmesser erfasst freien Fall, leuchtet die Kugel alle LEDs in einem Regenbogen-Muster schafft ein vibrierendes Show aus Licht und Farbe. Wenn keine Bewegung gemessen wird, wird die Elektronik zu schlafen, den Verzicht auf einen Leistungsschalter. Entwickelt, um Open Source und leicht programmierbar sein, laden wir die Menschen, die Möglichkeiten dieser Plattform zu betrachten. Stellen Sie sich mit dem IcosaLEDron als Matrize, dass, wenn gerollt wird eine zufällige Anzahl von Gesichtern leuchten oder ein Simon Says wie Memory-Spiel, in dem Sie den Ball, um ein Muster von dem Gerät eingestellt entsprechen drehen.
Mit der IcosaLEDron, hoffen wir, Entscheidungsträger und Programmierer anzuregen, um dort eigene aufbauen, zu erstellen und individuelle Codes, und helfen, eine Gemeinschaft von glücklichen Besitzer.
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Schritt 1: Entwicklung

  1. IcosaLEDron: A Multi LED intelligente Kugel

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    Von Anfang unserer Arbeit auf einem LED "smart" Ball, hat das 3D-Drucken von Teilen erlaubt nach Ideen, um leicht zu entwickeln. Wir waren in der Lage, mehrere Konzepte erzeugen, ändern und laufen Designs noch am selben Tag in den meisten Situationen. Während des Designprozesses, das Grundkonzept hinter der IcosaLEDron gleich geblieben - eine geometrische Kunststoffrahmengehäuse Elektronik Leistung und Steuerung einer Anzahl von LEDs, die gleichmäßig um eine Gummikugelschale positioniert ist.
    Einige Entwürfe wurden geprüft, bevor unser Fokus verschoben, um eine Form, die entfaltet werden konnte und verdrahtet leicht. Dies war ein Ikosaeder, die flach gedruckt werden könnte, montiert und zusammengeklappt. Es wurde entwickelt, um für eine Frustration freie Montage trotz seiner geringen Größe zu ermöglichen; etwa, dass der ein Baseball. Mit ineinandergreifenden Zapfen und Verbindungselemente, die über mehrere Iterationen entwickelt haben, ist die IcosaLEDron sehr robust, wenn Sie fertig.

Schritt 2: 3D-Druck von mechanischen Teilen

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    Laden und drucken Sie Dateien finden Sie hier: Thingiverse - IcosaLEDron
    Dies schließt starre Kunststoffteile aus ABS oder PLA aufgedruckt und der äußeren Gummi die wir mit Druck NinjaFlex Wasser (halbtransparent) thermoplastischen Elastomer (TPE) Filament. Diese beiden werden später Super geklebt werden zusammen.
    Alle Teile sind druckbare flachen Seite nach unten und ohne Stützen. NinjaFlex kann schwierig sein, auf einigen Druckern zu verwenden. Um dies haben wir experimentiert Adresse mit dem Gießen des Stück in transparent Gummi.
    Für Rapid Prototyping, 3D-Druck wird mehr und mehr zu erreichen. Jeder, der mit einigen der Modellierung und CAD-Kenntnisse können virtuelle Objekte, komplizierte und präzise, ​​die Realität in Kunststoff zu bringen. Eines der größten Dinge über den 3D-Druck ist die schrittweise aktiven Austausch von Qualitätsmodelle online. Webseiten ähnlich Thingiverse , YouMagine etc. bieten einen Raum für den Austausch von Nutzern eingereichten Modelle gratis zum Download von der skulpturalen der Nutzungs.

Schritt 3: Circuit Design

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    Schaltungsentwurf ist der erste Schritt zum Aufbau der Elektronik. Es gibt eine Reihe von kostenlosen oder kostengünstigen Schaltplan und Layout-Tools zur Verfügung.
    Eagle - Eagle CAD ist sehr häufig (Sie können direkt hochladen Eagle-Board-Dateien auf OSHpark ), niedrige Kosten und relativ einfach zu bedienen. Tutorials gibt es hier, hier und hier. KiCAD - Ein Open-Source kostenloses Tool, das auch sehr beliebt ist. Fritzing - Fritzing ist eine weitere Open-Source-Tool.
    Wenn Sie ein Steckbrett Version eines erstellt haben Arduino kompatibles Board dann haben Sie eine gute Idee, was der Schaltplan aussehen sollte. Wenn nicht, zunächst einen Blick auf einige Open-Source-Beispiele für Mikroplatten. Alle der Arduino -Boards sind Open Source und eine schematische erhältlich. Außerdem untersuchen das Datenblatt für den Atmel -Prozessor und anderen Komponenten gehen auf dem Brett. Die integrierte Schaltung Anbieter haben oft nützliche Informationen in den Datenblättern und Anwendungshinweise. Komponentenauswahl muss auch während des Designprozesses berücksichtigt werden. Haben Sie keine Angst, um SMT-Geräte zu verwenden nicht - sie können leicht in den Vorstand von einer Reihe von DIY Verfahren gelötet werden (fine pitch BGAs sind ein bisschen gruseliger obwohl). Im Idealfall, wenn die schematische abgeschlossen ist, müssen Sie alle Komponenten richtig gewählt. Das heißt, Sie die Art der Verpackung jede Komponente sowie ein Anbieter für jeden Teil (identifiziert haben Octopart kann hier wirklich helfen). Für das Beispiel-Projekt machen wir ein Brett mit einem ATMEGA328P und MMA8652 3 Achsen Beschleunigungsmesser an Bord wie im Schaltplan zu sehen. Das PCB hat auch eine in-Ladegerät für einen LiPo-Akku und einem sechspoligen Anschluss zur Programmierung über einen AVR-Typ-Verbindung aufgebaut.

Schritt 4: Brett Layout-

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    Nach Beendigung der schematische Design ist es an der Zeit, um das Layout zu bewegen. In diesem Schritt werden Ortung wobei jede Komponente wird auf dem Brett zu gehen und Verlegung der elektrischen Anschlüsse. Wichtige Parameter wie Leiterplattengröße, Anzahl der Plattenlagen und auf kleinstem Raum und Leiterbahnbreite muss zunächst festgestellt werden. Im allgemeinen Kostensteigerungen wie der Anzahl der Schichten erhöht und die Mindestfläche und Leiterbahnbreite abnimmt. Für einen Anfänger-Projekt zwei Schichtplatten sind kostengünstig und allgemeinen ausreichend für einfache Arduino Boards.
    Fortgeschrittenere Werkzeuge Auto Platzierung und Routing, dass dieser Prozess schnell gehen macht. Die Eagle- Autorouter funktioniert ziemlich gut, aber ich habe noch zu platzieren Komponenten manuell. Da diese Schaltungen sind relativ niedrige Frequenz ist Bestückung nicht extrem kritisch (immerhin ein Steckbrett Version funktioniert in der Regel). Aber, für die manuelle Komponente Platzierung, ist es am besten zugeordneten Komponenten auf dem Board zusammen zu halten. Beispielsweise können die meisten Atmel-Mikrocontroller einen Kristalloszillator zu verwenden. Anordnen des Kristalls in der Nähe der zugeordneten Stifte an den Mikrocontroller ist gut. Dies minimiert die Anzahl von Kontaktlöchern und Leiterbahnlänge erforderlich ist, um den Kristall an den Mikrocontroller zu verbinden.
    Nach der Platzierung und Routing, führen Sie einen Design Rule Check. Zumindest diesem Schritt wird geprüft, dass alle unabhängigen elektrischen Signale werden durch den minimalen Zwischenraum getrennt, der auf der Leiterplatte geätzt werden kann. Design-Rule-Dateien erstellt oder aus dem Herstellungs Anbieter heruntergeladen werden.

Schritt 5: Plattenfertigung

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    Wenn das Board Design Rule Check bestanden dann ist es Zeit, um die Dateien auf die Herstellung Anbieter einreichen. Viele Anbieter sind jetzt verfügbar. Erste ein Karton ist einfacher und billiger als je zuvor. Ein paar die ich verwendet habe sind unten aufgeführt.
    OSHpark Fusion PCB Service von SeeedStudio. Sunstone
    Ich benutze OSHpark am häufigsten. Sie sind nicht das billigste, aber es ist einfach zu bedienen und relativ schnell. Ihre Website übernimmt Adler Bord Dateien. Direkt hochgeladen Adlerpension Dateien konvertiert und Vorschaubilder erstellt werden. Andere Websites grundsätzlich einverstanden, Gerber-Dateien . Eagle wird Gerber-Dateien zu erzeugen - Sie müssen den CAM-Prozessor und zugehörige .cam Dateien verwenden. Diese Dateien können in der Regel von der Fertigung Lieferanten oder heruntergeladen werden können Sie eine erstellen. Für die Herstellung von Gerber-Dateien für einen bestimmten Anbieter deren Anweisungen zu befolgen und Beratung. gerbv ist ein Open Source Gerber-Viewer, der einfach zu bedienen ist. Überprüfen Sie Ihre neu erstellte Gerber-Dateien ist eine gute Idee.

Schritt 6: Bestückung von Platinen

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    Plattenanordnung ist folgende:
    PCB alle elektronischen Komponenten Solder Paste Tweezers Schablonenmaske oder andere Lotpaste Anwendung implementieren Reflow-Tool
    Manuelle Montage der Bauteile auf der Leiterplatte ist der beste Weg zu gehen, wenn sie ein paar Prototypen. Um dieses Montageort Lotpaste mit der Hand oder mit Hilfe einer Schablone zu tun. Sparkfun hat eine schöne stenciling Tutorial . Eine andere Möglichkeit ist, einen zu verwenden scharfe Sonde Lotpaste individuell auf jedem Pad auf der Leiterplatte zu platzieren. Dies ist langsamer als die Schablonen Ansatz, aber es ist gut genug, wenn dabei ein Brett zu einem Zeitpunkt. Dann, mit einer Pinzette platzieren Sie jede Komponente auf dem Brett. Mit einem optischen Mikroskop hilft aber die Arbeit kann immer noch ohne Mikroskop durchgeführt werden.
    Nachdem Sie alle Komponenten Aufschmelzen des Lots. Die einfachste Methode ist, und elektrische Pfanne oder einer heißen Platte zu verwenden. Eine Reihe von DIY Reflow-Ofen Projekte wurden, dass die Arbeit so gut gemacht. Die Pfanne Methode ist wahrscheinlich die einfachste, mit zu beginnen. Dieses Board wurde an einem Oster elektrische Pfanne von Target schmolzen. Zeigen Sie mit der Platine auf der Pfanne. Drehen Sie den Temperatureinstellung bis ca. 400 Grad F. Warten Sie etwa 5 Minuten. Schalten Sie die Pfanne. Lassen Sie die Platte abkühlen einige Minuten, bevor es aus der Pfanne entfernen. Diese Methode sollte die ungefähre Temperaturprofil erforderlich für Oberflächenmontagelöten der meisten Komponenten zu produzieren.
    An diesem Punkt sollten Sie ein Brett, das hergestellt programmierbereit ist zu haben.

Schritt 7: Die Programmierung der Mikrocontroller

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    Der Mikrocontroller ist ein ATMEGA328P so dass es mit der programmiert werden Arduino IDE . Die hier diskutierten Verfahren verwendet ein Arduino Mega 1280 als ISP . Schließen Sie zuerst das Arduino Mega an einen sechspoligen ISP-Stecker. In diesem Beispiel wird ein Pogo-Pin-Adapter von Sparkfun. Sechs Anschlüsse müssen an den Arduino Mega vom Pogo-Pin-Adapter hergestellt werden. Reset verbindet Klemme 53. MOSI Verbindung zum 51. MISO verbindet bis 50. SCK verbindet 52 Vcc verbindet sich mit +5 und Erde verbindet, um auf der Arduino Platine zu erden. Die ArduinoISP Beispiel Skizze kommt mit Version 1.06 der Arduino IDE vorinstalliert. Die Kommentare dieser Skizze Liste auch diese Verbindungen. Nach dem Anschließen der Mega an den Pogo-Pin-Adapter die Stifte auf die Platine gedrückt. Um den Arduino Mega als ISP in der IDE unter Von diesem Punkt zu verwenden wählen Sie das "Arduino als ISP" Programmierer "Tools / Programmierer." Können Sie direkt von Code mit der "Upload Hilfe Programmierer" unter laden "Datei." Control-Shift- -u führt den gleichen Befehl. Eine weitere Möglichkeit ist ein Arduino Bootloader zu laden. Die PCB für dieses Projekt läuft mit 8 MHz und 3,3 V, so die Wahl der "Arduino Pro oder Pro Mini (3,3 V, 8 MHz) w / Atmega328" Board unter dem "Tools / Board" Menü die richtige Bootloader auszuwählen. So brennen Sie den Bootloader Verwendung "Burn Bootloader" im Menü "Tools".

Schritt 8: Montageteile Liste

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    Sammeln Sie die erforderlich ist, um die IcosaLEDron montieren Teile. Dazu gehört auch die 3D-Druckteilen und montierten Leiterplatte aus vorherigen Schritten, sowie Hardware und Leim.
    3D gedruckte Teile
    Icosahedron net: 3D in ABS oder PLA Flexible gedruckt, transparenten Außen Ikosaeder: 3D transparent NinjaFlex oder experimentellen Gussgummi Chassis für PCB und Batterie: 3D in ABS ausgedruckt oder PLA 2x Befestigungskappen: 3D in ABS oder PLA gedruckt
    Hardware
    Super Glue 2x M2 Unterlegscheiben 4x M2 Sechskantmuttern 2x 16 mm langen M2 Schrauben 6x 4 mm langen M2 Schrauben 1x 6 mm lange Schrauben M2
    Elektronik
    1x Micro Controller Board 20x WS2812B RGB LEDs Draht: Stranded 28 oder 30 Gauge 1x LiPo Akku 400 bis 500 mAh Kapazität Right angle header
    Tools
    Lötkolben und Lötzinn Drahtschneider / Stripperkreuzschlitz-Schraubendreher Pinzette

Schritt 9: Final Assembly Part One: Kleben

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    Einige Teile müssen miteinander verklebt werden, um die Haltbarkeit zu gewährleisten und die Stücke aus frei brechen innerhalb der Kugel zu halten. Superkleber wird empfohlen; es ist preiswert und Sicherungen Kunststoffen gut zusammen. Es ist chaotisch, so vermeiden Sie auf jeden schönen Möbeln.
    1. Die flexible äußere Ikosaeder muss auf dem harten Kunststoff Ikosaeder net halten werden zusammen Laminieren der zwei Stücke. Zeigen Hartplastik net glatten Seite nach oben auf stabilen ebenen Oberfläche. Leim in einer fortlaufenden Perlenrückverfolgung der Dreiecke. Richten Softshell-Netz über Bild und drücken Sie auf die Klebefläche. Überschüssiger Klebstoff wird wahrscheinlich austreten und sollte entfernt werden. Putting etwas wie ein Buch oder eine Box auf der Oberseite der Stücke über die Oberseite gleichmäßig mehrere Minuten hilft, sicherzustellen, dass es zusammen bleibt.
    2. Nachdem der Leim aus dem vorherigen Schritt festgelegt, drehen Sie das Stück zu Ende. Kleben Sie die LEDs an Ort und Stelle - Hinweis Verdrahtungsrichtungspfeile auf der Rückseite jedes LED-Chips. Die Pfeile sein müssen, zeigt nach oben eine Seite nach unten und der anderen, beginnend mit dem Dreieck als Nummer eins markiert und bewegt sich. Leim in Tropfen oben und unten von jedem Quadrat ausgeschnitten. Presse LED-Platinen in Ausschnitten zugewandten Außenhülle nach außen lichtemittierenden Seite. Lassen Sie für einige Minuten vor Anlöten von Kabeln auf gesetzt.
    3. Drücken Sie einen M2 Sechskantmutter in den Schlitz in der Mitte des ersten gelegen stehen Sie am Rande des Ikosaeder net. Dies ist, was die endgültige Verschlussschraube wird in die Gewinde.

Schritt 10: Final Assembly Part Two: Anschluss

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    In diesem Schritt wird der Mikrokontroller Board, werden Batterie und LEDs angeschlossen werden. Dies wird den zweiteiligen Rahmen mit LEDs im vorherigen Schritt zusammengebaut erfordern, bedruckt das 3D-Chassis für den Vorstand und die Batterie komplett Mikrocontroller Board und LiPo-Akku. Six-Stiftleiste, Lot, und einige Hardware wird auch an dieser Stelle verwendet werden.
      Bringen Sie Board und Batterie an Chassis und verbinden Batterie.
        Beginnen Sie mit dem Löten des rechten Winkels sechs Feder-Header an den bezeichneten durch Löcher auf der Platine ein, dass sie nach oben und abgewinkelt weg von Komponenten auf der Oberfläche der Mikrokontroller. Screw Bord zu 3D gedruckt Chassis. Drücken Sie zuerst zwei M2 Sechskantmuttern in hex förmigen Vertiefungen auf einer Seite des Chassis. Stellen Mikrocontroller Pension, Komponenten bis, Kopfzapfen zugewandt Anzeige, auf flache Oberfläche des Chassis. Richten Sie die beiden Schraubenlöcher an Bord mit denen auf Chassis und bringen mit 4 mm Schrauben M2, durch Sechskantmuttern auf der gegenüberliegenden Seite. Schieben Sie Batterie in den Halter an der Unterseite des Wagens, darauf achten, nicht gegen alle Schraubenköpfe, die ausgesetzt sein können, zu kratzen. Mit den bezeichneten Schraubenlängen sollte jede Behinderung zu verhindern. Die Batterie wird eng anliegen. Schließen Sie die Batterie an Bord. Obwohl ein Stecker ist möglich, und existiert in späteren Versionen dieses Gerätes, die Batterie wird direkt auf die Platine gelötet werden hier. Dazu wird der Stecker auf die Batteriekabel angeschlossen werden entfernt. Schneiden Sie jeden Draht einzeln, um nicht schockiert sein oder die Batterie beschädigen. Löten Sie die positive Leitung, rote Kabel, um Loch markiert V + und das schwarze Kabel an GND an Bord, wo die zwei Löcher vorhanden sind. Achten Sie darauf, um den freiliegenden Drahtenden zusammen zu berühren oder zu anderen Teilen der Platine.

      Draht alle LEDs gemeinsam in der Richtung, die durch Pfeile auf der Rückseite der jeweils bezeichnet. Sie müssen Teilstücke von Draht in zwei verschiedenen Längen hier - etwa einen halben Zoll für die kurzen Distanzen (14 Fälle), und zwei Zoll für die längeren Strecken (5 Fälle). Es ist nützlich, indem eine kleine Menge an Lot zu den LED-Anschlüssen und Drahtenden zuerst. Mit einer Pinzette, um die Drähte zu halten hilfreich. Beginnend mit dem ersten LED, löten kurze Drähte bis zum dritten LED in der Spalte. Benutzen Sie die längeren Teile von Draht über die benachbarten LED mit Pfeile nach unten zu überbrücken. Weiter Verdrahten der Spalten von LEDs zusammen Eine Seite nach unten das andere mit kurzen Drähten und von einer Reihe zur nächsten mit den längeren. Beachten Sie, dass zwischen dem 10. und 11. LED die längeren Teile von Draht verwendet werden müssen die aufrechte, wo die Platine und Batterie-Chassis befestigt werden, um zu vermeiden.

      Bereiten Sie die LEDs anschließen, an Bord. Eine dritte Länge des Drahtes wird ungefähr drei Zoll hier verwendet werden. Während die IcosaLEDron noch ungefalteten, löten diese Drähte auf die erste LED. Es ist hilfreich, auf jeden Draht mit einem schwarzen Marker, der auf 5 V, GND und DIN entspricht anzuzeigen. Warten Sie bis zum Microcontroller zu löten.

      Bringen Sie Board und Batteriewagen zu IcosaLEDron net. Beachten Sie die beiden keilförmigen Stützen zur Befestigung Chassis-Montage an Rahmen gestaltet. Erste Schraube Rückseite des Chassis, Seite gegenKopfStiften, zum Zentrum aufrecht mit zwei Schrauben 4 mm. Falten Sie die net so dass die Vorderseite der Schraubenlöcher des Chassis Assembly entsprechen denen auf der aufrecht am Rand des Netzes, und befestigen Sie mit zwei weiteren Schrauben, 4 mm. Die Hälfte der IcosaLEDron nimmt Gestalt an, Bord oben und Akku nach unten und nach innen.

      Schließen Sie Kabel an die erste LED von Schritt 3 oben, um Mikro-Controller Board angeschlossen. Mit der IcosaLEDron Hälfte zusammengefaltet, löten Sie die entsprechenden Leitungen von LED ein bis drei Kontakten an Bord; 5V auf + V an Bord LED, LED-Din auf, um Daten über Bord, und GND GND. An dieser Stelle wird die IcosaLEDron sein Aufleuchten und die Reaktion auf Bewegung.

Schritt 11: Endmontage Dritter Teil: Fold Up

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    Jetzt können Sie die IcosaLEDron nimmt Gestalt zu sehen, sind alles, was bleibt die Endkappen hält die Ecken zusammen von innen. Bereiten Sie die Kappen erst durch Drücken einer Mutter in die Hex-förmigen Einkerbung auf beiden, legte eine Scheibe auf einer 16 mm Schraube und Faden durch das Innere jeder Kappe nur wenig. Falten Sie fest in einen Ball, und Sie werden bemerken, die vier inneren Zapfen an beiden Enden zusammen. Sie werden auch bemerken eine Frontklappe Ergebnisse, die Sie die Platine und Endkappen zugreifen können. Halten Sie die Form zusammen und schieben Sie die Endkappe und Schraubenkombination in Platz, schnappen über die inneren Zapfen. Ziehen Sie die Schraube sicher zusammen zu halten die Ecken, aber vorsichtig sein, um die Batterie nicht durchstechen. Die Scheibe sollte über die flexible Außenschicht gehen und liegen auf den Ecken des starren Kunststoff, halten den Kopf der Schraube ragte aus vorbei an der Shell. Wiederholen Sie für die andere Seite. Die Vorderklappe kann nun geschlossen und mit einer 6 mm-Schraube von außen befestigt werden kann.
    Lade- und Programmierung
    Die Leiterplatte weist einen LiPo Ladeschaltung eingebaut sein. Verwenden Sie ein FTDI -Kabel, das USB wandelt die Serien zu laden und das Gerät programmieren. Die sechspoligen Stecker verbindet sich mit dem Kopf auf der Leiterplatte. Das schwarze Kabel auf dem FTDI Kabel sollte am nächsten zu dem Stift auf die Kopfzeile markiert GND sein. Mit diesem FTDI-Kabel können Sie in den Vorstand mit der Arduino IDE reden.
    Herzlichen Glückwunsch, Sie erfolgreich zusammengebaut haben die IcosaLEDron! Wir freuen uns über alle Rückmeldungen und freuen uns auf das, was Menschen mit dort eigene Multi-LED-Smart-Ball tun.