Boljši projekti z uporabo tiskanih vezij: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Če ste nekaj časa delali na projektih elektronike, potem veste, kako zabavno in vznemirljivo je to lahko. Nič ni bolj razburljivo kot videti, kako vaše vezje oživi tik pred vašimi očmi. Še bolj razburljivo postane, ko se vaš projekt spremeni v uporaben pripomoček, ki ga želite postaviti v svoj dom ali pisarno. Toda kateri je najboljši način za to? Ogledna plošča zagotovo ni odgovor, zato lahko izdelava zapletenega vezja na proto-plošči postane precej dolgočasno. Oba orodja imata svoje mesto, vendar nista idealna za realistično izdelavo.

Rešitev? Naredite svoj projekt s tiskanim vezjem (PCB). Ker število ustvarjalcev in ljubiteljev vsak dan narašča, proizvajalci omogočajo (in cenovno dostopne) storitve na profesionalni ravni za vsakogar. Nekoč je bilo oblikovanje in izdelava PCB -jev neverjetno drago. Z visoko kakovostno programsko opremo CAD je v nekaterih primerih na voljo brezplačno, tovarne pa izdelujejo majhne prototipne plošče za samo 5 USD plus poštnina. Obstaja zelo malo razlogov, da teh storitev ne bi izkoristili.

Moj cilj je, da vas skozi ta projekt vodim na visoki ravni. Ker je vsaka programska oprema CAD nekoliko drugačna, boste morali za to zbrati nekaj znanja iz drugih virov. Objavil bom povezave do nekaj virov, ki so mi bili v pomoč. Preden vas zaskrbi čas, ki je potreben za učenje teh veščin, naj povem, da sem začel z absolutno nič znanja in izkušenj, uspešne modele pa sem ustvarjal po manj kot 8 urah učenja iz spletnih virov.

Osebno sem uporabil vse tri pakete programske opreme CAD, vendar vam priporočam, da si ogledate te uvodne videoposnetke, da dobite predstavo o tem, kako je vsaka od njih nastavljena.

• Uvod v KICAD
• Uvod v spletni seminar Eagle CAD
• Uvod v Altium

Zdravnik Peter Dalmaris ima odličen tečaj, ki temelji na KICAD -u, ki sem ga zaključil in toplo priporočam, če se odločite za to programsko opremo. Njegovim razlagam, kako vse funkcije delujejo, je enostavno slediti in so zelo popolne. Tukaj je povezava do njegovega razreda na Tech Explorations.

Druga možnost, ki bi jo morali upoštevati (čeprav je nisem uporabil sam), je EasyEDA. Videl sem, kako drugi proizvajalci uporabljajo to spletno programsko opremo za izdelavo zelo trdnih modelov.

Začnimo z oblikovanjem!

Zaloge

• Računalnik s programsko opremo CAD
• Spajkalnik
• Flux
• 1 modul ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (paket SOIC)
• 5 -voltni regulator (L7805)
• 3,3 voltni regulator (AP2114H)
• generični enosmerni priključek za 2,1 mm vtič
• Moški ali ženski zatiči (neobvezno)
• Toaster pečica in spajkalna pasta (neobvezno)
• Vrtalnik (neobvezno)

1. korak: Načrtovanje in oblikovanje

Zelo pomembno je imeti trdne temelje za vsak projekt. Nekaj časa, porabljenega za načrtovanje, lahko prihrani ure razočaranja na cesti.

Dober začetek je ustvariti seznam funkcij in funkcij, ki jih želite imeti v svoji zasnovi. Spodaj je seznam, ki sem ga uporabil, ko sem ustvarjal ta primer projekta.

• Plošča na osnovi ESP-32, združljiva z obstoječimi modeli ESP-32
• Več digitalnih zatičev kot standardni komplet ESP-32 Dev
• Na voljo 5v in 3v3 za napajanje dodatne opreme, pritrjene na tiskano vezje
• Vrata za programiranje, da lahko enoto v prihodnosti posodobim
• Sposobnost delovanja na vhodu od 6 do 12 voltov

Drugič, zbiranje seznama delov, ki jih želite uporabiti, in iskanje lahko dostopnega vira. Zadnja stvar, ki jo želite narediti, je izdelati tiskano vezje, za katerega ne morete kupiti delov. Prav tako morate zbrati podatkovne liste proizvajalcev za vsak del, ki ga nameravate uporabiti (verjemite, to je ZELO pomembno in kasneje bom razložil, zakaj).

Končno zberite vse zapiske in risbe, ki ste jih morda že ustvarili za to zasnovo. To vključuje vse fizične omejitve, ki jih imate. Takšne, kot bi želeli, da je vaša plošča združljiva z Arduino ščitom ali pa se prilega v določeno ohišje. Vse te informacije bodo potrebne na različnih stopnjah postopka.

Korak: Shema tiskanega vezja z uporabo CAD -a

Začnimo izdelovati našo shemo!

Na splošno rad dodajam vse svoje dele shemi in jih postavim tako, da se mi zdi smiselno. Na tem mestu, kjer jih postavite, nima vpliva na fizično lokacijo na tiskanem vezju, zato lahko to prilagodljivost uporabite v svojo korist. Če nimate odtisov za vse svoje komponente, toplo priporočam SnapEDA in Ultralibrarian. Ti viri imajo neverjetno izbiro razpoložljivih delov za skoraj vsako programsko opremo CAD, ki jo morda uporabljate. Samo poiščite številko dela komponente in prenesite ustrezne datoteke. Imajo vaje, ki vas učijo, kako uvoziti te datoteke, če tega še ne veste.

Preden ožičite svoje dele, je najbolje, da natančno preverite izhode vsake komponente. Zato je pomembno, da imam podatkovne liste delov, saj so bile uničene cele serije PCB -jev (se spomnite tistih ur frustracije?), Ker sem ta korak preskočil. Če niste sami naredili dela (včasih pa tudi če ste) VEDNO dvakrat preverite.

Ko se povežete s shemo, se mi je zdelo koristno, da za povezovanje uporabite oznake omrežja. Če imate v vsakem koraku veliko žic, postane težko slediti in povečuje tudi možnost vzpostavitve povezave nekje, kjer ne bi smeli (več ur frustracije). Ravnotežje žic in mrežnih etiket je običajno najboljše, vsekakor uporabite seznam mrežnih etiket, ki bo smiseln za vsakogar, ki gleda na zasnovo. To bo olajšalo življenje, če se boste v prihodnje vrnili k temu dizajnu in želeli spremeniti ali odpraviti težave s prvotnim dizajnom.

Shema je tudi dober kraj za puščanje zapiskov o tem, kako naj bi delovali različni deli vezja. To je dober način za spremljanje vseh podrobnosti, potrebnih za to, da stvar deluje tako, kot bi morala. Primer tega projekta je, da je za omogočanje programiranja potreben mostiček med omogočilnim zatičem modula ESP in napajanjem 3,3 V. Čeprav to verjetno ni edino mesto, kjer bi morali dokumentirati tovrstne podatke, je vsekakor dobro, da si navadite zapisati VSE.

Preden nadaljujete z naslednjim korakom, dobro preglejte shemo. To mora biti pravilno, da bo postopek postavitve tiskane plošče potekal brez težav. Počasen in metodičen pristop vam bo vedno prinesel najboljši končni rezultat. Preglejte morebitne opombe in preverite vsakega od njih glede na shemo.

3. korak: postavitev tiskanega vezja

Preden začnemo urejati naše komponente, si oglejte odtise in se prepričajte, da so pravilni za dele, ki jih nameravate uporabljati. Na primer, nekateri deli bodo imeli na voljo različice lukenj in SMD, zato uporabite le dele, ki jih boste lahko namestili. Modul EPS-32 ima podlogo, ki bo zahtevala posebno ravnanje (več o tem kasneje). Prepričajte se, da imate načrt za te situacije. Ko izberete ustrezne pakete za naše komponente, morate znova preveriti izpise vsakega dela glede na podatkovni list (ste opazili trend tukaj?) Verjemite mi, ko rečem, da so lahko napačni in bo trajalo dolg dan če boste morali kasneje odkriti ta vprašanja

Ko razporejate svoje komponente, upoštevajte katero koli od tistih fizičnih omejitev, ki sem jih omenil prej. V nekaterih primerih boste morda morali najprej postaviti določene dele, ker je njihova lokacija kritična, in ustrezati vsem ostalim okoli njih. Ne pozabite postaviti delov, ki so povezani tesno skupaj, hkrati pa med montažo pustite dovolj prostora za delo. Če imate določeno ohišje, ki ga nameravate uporabiti, bi bilo morda smiselno najprej ustvariti profil plošče in morebitne luknje.

Ko so vse vaše komponente nameščene tam, kjer želite, da začnejo z usmerjanjem vaših skladb. Pri tem morate zapomniti nekaj ključnih točk.

• Najkrajša možna sled je na splošno najboljša
• Večji je običajno boljši (zlasti za napajalne vodi)
• Morate vedeti, s kakšnim tokom mora biti določena skladba ravnala, in se prepričajte, da izbrana velikost lahko varno prenese to količino (To je zelo pomembno varnostno vprašanje, ker lahko tok povzroči segrevanje in potencialno nevarnost požara)
• Vedite, kakšne tolerance lahko ohrani vaš proizvajalec, in upoštevajte te smernice. Tukaj je povezava do strani z zmožnostmi enega proizvajalca (vaša programska oprema CAD ima lahko preverjevalnik pravil oblikovanja, ki vas bo opozoril na vsa mesta, ki ne ustrezajo standardom, ki jih lahko upošteva tovarna)

Medtem ko so poti za usmerjanje lahko zabavna uganka, se včasih naše zasnove lahko zapletejo, zaradi česar je to izjemen izziv. V teh primerih vam lahko uporaba programske opreme za samodejno usmerjanje znatno prihrani čas. Tukaj je povezava do samodejnega usmerjevalnika, ki sem ga uporabil pri več projektih. Samodejni usmerjevalnik uvozi vaš projekt in na podlagi vaših oblikovalskih pravil ustvari ustrezne sledi za vse vaše mreže. Običajno pustim, da samodejni usmerjevalnik opravi svoje delo, nato pa ročno spremenim nekaj stvari, ki bi bile morda drugačne. Prav tako lahko usmerite sledi, ki jih želite imeti na določenih lokacijah, samodejni usmerjevalnik pa bo obšel te obstoječe sledi, saj deluje na preostalih omrežjih.

4. korak: Zadnji dotiki in priprava na izdelavo

Z nameščenimi deli in stezami je vaše tiskano vezje skoraj pripravljeno za uporabo. Zdaj je pravi čas, da celotno postavitev dobro popravite. Sledite sledom z uporabo sheme kot vodila in se prepričajte, da so vzpostavljene vse potrebne povezave.

Razmislite tudi o dodajanju grafike na ploščo v sloju svilenega sita. Vaše ime ali oznaka drugih proizvajalcev je dober način, da drugim sporočite, da ste ponosni na svoje delo. Verjamem tudi, da bom označil večino, če ne vse svoje povezave, s tem, za kaj so. To pomaga, ko po montaži stvari povežete, drugim pa olajša razumevanje funkcij teh priključnih točk.

Druga stvar, ki jo morate upoštevati, je označevanje revizijskega identifikatorja, še posebej, če je to plošča, ki jo nameravate narediti več kot enkrat. Na ta način lahko v prihodnosti spremenite vezje in na prvi pogled poveste, s katero različico plošče delate.

Ob vsem tem je bil čas, da načrtujete/izvozite svoj dizajn in ga pošljete proizvajalcu. Na splošno bodo to datoteke Gerber, običajno pa morajo biti vse shranjene v eni mapi.zip. To boste naložili, ko oddate naročilo za tiskano vezje.

Tukaj je povezava do datotek Gerber za moj primer projekta na GitHubu

5. korak: Naročite svoje tiskane vezje

Za to je na voljo vedno več možnosti kot v preteklosti. Postalo je tako enostavno, da lahko vsakdo profesionalno izdela svoje modele v velikih tovarnah in po neverjetno ugodni ceni.

Oblikoval sem več kot 35 PCB -jev in vse jih je izdelal JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Zelo dobro podjetje, s katerim nikoli nisem imel težav s kakovostjo. Tukaj je povezava do videoposnetka, ki prikazuje ogled njihovega objekta in podrobno razlaga postopek izdelave PCB. Ogled tovarne

Pojdite na njihovo spletno stran in začnite ponudbo. Nato naložite.zip vaših datotek Gerber. Po končanem nalaganju bi morali videti upodobitev svojega dizajna. Izberite svojo količino, barvo in druga merila, ki jih želite trenutno določiti. Potem je preprosto, da nadaljujete z nakupom. Svoje datoteke Gerber lahko preprosto naložite v brezplačni spletni pregledovalnik Gerber in si ogledate, kako izgledajo te datoteke, ko so upodobljene.

Običajno poskušam poslati več modelov hkrati, da združim pošiljanje. Običajno bi pričakoval, da jih bom prejel v 1-2 tednih po oddaji naročila. To se seveda lahko razlikuje glede na različne dejavnike, vendar vas bodo obvestili o napredku vaših naročil prek njihove spletne strani in številko za sledenje po pošiljanju vašega naročila.

6. korak: Zgradimo ga

Čas je za sestavo!

Se spomnite, da sem prej omenil, da obstaja spajkanje modula ESP-32? Če pogledate odtis na tiskanem vezju, boste pod komponento opazili veliko blazinico. No, to bi lahko bil malo izziv, vendar moram na načine, kako lahko delo opravite.

Možnost 1: Uporabite spajkalno pasto in majhno toaster pečico.

To je res naravnost in zagotovo vam bo prineslo najboljše rezultate na splošno. Ta videoposnetek pojasnjuje postopek. Prepričajte se, da razumete temperaturne zahteve spajkalne paste, ki jo uporabljate, in brez veliko truda boste imeli precej neverjetne rezultate. To bo poskrbelo za spajkanje večine, če ne vseh komponent SMD. Bonusne točke, če je vaša opekač kruha prišel iz kupa odpadkov in ga je treba pred uporabo popraviti.

Možnost 2: Pojdite ven iz vaje!

Ta možnost bo zagotovo delovala, vendar ni najbolj idealna. Previdno izvrtanje majhne luknje skozi tiskano vezje na sredini te blazinice vam bo omogočilo, da jo spajkate s hrbtne strani plošče kot sestavni del skozi luknjo. S tem pristopom lahko stvari zelo enostavno gredo narobe, zato si vzemite čas in uporabite visokokakovosten sveder. Če ne nameravate uporabljati postopka ponovnega polnjenja peči, bi lahko pri svojem oblikovanju rešili takšne težave, tako da na sredino te blazinice dodate luknjano luknjo. Tako boste lahko spajkali z likalnikom, ne da bi pri tem poškodovali ploščo.

Spajkajte preostale dele skozi luknje (in SMD, če niste uporabili metode reflow). Za glave zatičev bom spajkal en sam zatič, da ga bo držal na mestu, medtem ko obrnem ploščo, da se prepričam, da je ravna. Prav tako je dobro zelo natančno preveriti spajkanje na vseh delih SMD z uporabo neke vrste lupe. Če najdete vse, kar potrebujete, uporabite nekaj fluksa (verjemite mi, da je to velika razlika) in segrejte spajkalni spoj. Na svojem vzorčnem načrtu sem ugotovil, da ima modul ESP-32 več mest, ki jih je treba znova obdelati. Upoštevajte tudi, da tej plošči namenoma nisem dodal nobenih pin-headerjev, ker nameravam neposredno spajkati žice s svojih zunanjih naprav. To ni vedno najboljši pristop, vendar za mojo uporabo to ni problem.

To je to! od začetka do konca smo vzeli koncept vezja in za ta projekt izdelali lastno tiskano vezje po meri. Ko se tega naučite, so možnosti skoraj neskončne. Upam, da vam je ta Instructable dal nekaj dobrih idej in vas opozoril na nekaj koristnih virov, ki vam bodo pomagali pri potovanju po tiskanih vezjih. Hvala za branje!

Srečno pri izdelavi in ne pustite dima! (Resno potrebuje čarobni dim)